Half-filled intermediate bands Si material formed by energetically metastable interstitial sulfur atom
高掺杂亚稳态硫原子赋予晶体硅强的亚带隙光吸收。为了探索这样的亚稳态，我们发展了一种新的高通量的第一性原理计算方法来搜索晶体硅中间隙硫原子的所有能量亚稳态。最后，我们得到了63个亚稳间隙态，它们可以分为十种类型。有趣的是，其中28个（占总数的44%）低能亚稳态可以在硅禁带中产生隔离良好且半填充的中间带（IB），这使得硫超掺杂硅成为IB太阳能电池的理想材料。
2016-11-16 cond-mat.mtrl-sci
Heat and charge transport in bulk semiconductors with interstitial defects
间隙缺陷不可避免地存在于杂质半导体中，使得现代电子、光电或热电技术成为可能。直到最近，随着第一性原理建模技术的出现，在强大的实验方法的支持下，才完成了对硅晶格中晶体稳定性及其键合机制的理解。然而，很少有人注意到不同的天然存在的杂质对硅的热和电性能的影响。在这项工作中，我们提出了一个系统的研究，在存在随机分布的间隙缺陷（Si，Ge，C和Li）的体硅的热和电荷输运性质的变化。我们通过原子晶格动力学和分子动力学模拟研究发现，间隙缺陷散射载热声子抑制热输运-1.56%的随机分布的Ge和Li晶体分别降低硅的热导率$\sim$ 30和34倍。采用第一性原理密度泛函理论和半经典Boltzmann输运理论，计算了Ge、C、Si和Li含量为1.56%的体硅在六方、四面体、分裂间隙和键心位置的电子输运系数.我们表明，六方晶硅和六方晶锗材料的影响最小的电荷传输。为了完成这项研究，我们预测的热电性能的实验可实现的体硅样品，包含在不同的对称网站的Ge材料。我们的研究建立了由制造工艺和硅的热和电荷传输特性决定的结构的可变性之间的直接关系。该关系提供了指导，以准确地估计各种技术应用的Si基材料的性能。
2018-06-01 cond-mat.mtrl-sci
General Model of Diffusion of Interstitial Oxygen in Silicon and Germanium Crystals
用分子力学、半经验和从头算方法对硅和锗晶体中氧扩散系数进行了理论模拟。据建立，间隙氧原子（Oi）的扩散过程是由最接近Oi的三个硅（锗）原子的最佳配置控制。计算得到激活能Ea（Si）= 2.59 eV，Ea（Ge）= 2.05 eV，指前因子Do（Si）= 0.28 sm 2 s-1，Do（Ge）= 0.39sm ~ 2·s ~（-1）与实验值符合得很好，并首次较好地描述了Si晶体中氧扩散常数随温度的变化关系（T=350 - 1200 ℃）。流体静压（P<80 kbar）导致扩散势垒线性降低（对于Si晶体dEa/dP = -4.38 × 10（-3）eV kbar-1）。计算出的硅晶体中的氧扩散系数的压力依赖性同意以及与氧相关的热施主的压力增强的初始生长。
2004-12-16 cond-mat.mtrl-sci
Interstitial diffusion of ion-implanted boron in crystalline silicon
本文对离子注入硅晶体低温退火过程中硼化物的长程迁移进行了模拟。
2012-07-03 cond-mat.mtrl-sci math-ph math.MP
Ab initio study of the migration of intrinsic defects in 3C-SiC
采用基于密度泛函理论的从头算方法研究了3C-SiC中本征缺陷的扩散。空位迁移到自己的子晶格。碳分裂间隙和两个相关的硅间隙，即四面体碳协调间隙和<110>定向分裂间隙，被发现是远比空位更流动。在p型和补偿材料中转变成空位-反位复合物的硅空位的亚稳性在动力学上抑制其对扩散过程的贡献。分析了杂质和空位在自扩散中的作用。定性地讨论了掺杂剂扩散的后果。我们的分析强调了基于硅和碳材料的机制的相关性。
2003-09-30 cond-mat.mtrl-sci
Interstitial Transition Metal Doping in Hydrogen Saturated Silicon Nanowires
我们报告了第一原理系统的研究氢饱和硅纳米线（H-SiNW）的原子，电子和磁性的过渡金属（TM）原子掺杂放置在不同的间隙网站。我们的结果在传统的GGA+U的方法得到了证实，使用混合功能。为了揭示表面效应，我们检查了沿[001]方向的直径约为2nm的H-SiNW的三种不同的可能的刻面。所有替代配置的掺杂和由此产生的电子和磁性的能量学检查。我们发现，除了Ti，所得到的系统具有不同的磁矩的磁基态。虽然H-SiNW最初是非磁性半导体，但它们通常在TM掺杂后变成铁磁金属。甚至在特定情况下，它们也会表现出半金属的行为。我们的研究结果表明，H-硅纳米线可以功能化的TM杂质，这将导致新的电子和自旋电子器件在纳米尺度上。
2012-04-24 cond-mat.mtrl-sci
Formation energies of silicon self-interstitials using periodic coupled cluster theory
本文用周期性耦合簇理论计算硅自间隙原子形成能，结果与量子蒙特卡洛等一致，但T间隙原子形成能高估1.2 eV，需更精确理论解释。
2023-06-22 cond-mat.mtrl-sci
Poisoning of magnetism in silicon doped with Re, caused by a charge transfer from interstitials to substitutionals, by means of the self-interaction corrected density-functional approach
用自相互作用修正的密度泛函方法计算了硅中的Re杂质及其对。铼离子在主晶体中形成不太紧密的对，杂质被一个Si原子或接近两个硅键的距离分开。比较各种对的替代品的形成能，mixed-site杂质，mixed-site杂质有利于最后一种类型。电子从间隙向替代杂质的转移使两个Re位都恢复磁性，但p型和n型共掺杂再次恢复磁性，后者更有效。
2012-07-12 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
The MRO-accompanied modes of Re-implantation into SiO2-host matrix: XPS and DFT based scenarios
在XPS和DFT电子结构分析的基础上，推导并讨论了脉冲Re注入SiO_2基质的几种可能的情况：（1）低Re浓度模式--在氧空位附近形成具有类Re_2 O_7原子和电子结构的替位型和间隙型混合杂质;（ii）高Re杂质浓度模式->间隙Re金属团簇的制造伴随着类ReO 2原子结构的形成和（iii）中间瞬态模式，其中Re杂质浓度增加，当出现间隙缺陷团簇的前驱体并在基质结构中生长时。作为中间瞬态模的序列之一，发现稀土金属对最终价带结构的贡献占多数的放大区。结果表明，在a-SiO_2基质的初始氧子网络中，由于出现了混合缺陷组态，大多数合格的和讨论的模式都伴随着MRO（middle range ordering）畸变。
2017-09-06 cond-mat.mtrl-sci
The Role of Hydrogen and Oxygen Interstitial Defects in Crystalline Si cells: Mechanism of Device Degradation in Humid Environment
Hebei University of Science and Technology（河北科技大学）；Hebei Normal University（河北师范大学）；Fuyang Normal University（阜阳师范学院）
本研究通过理论分析揭示了湿环境中硅太阳能电池退化主要由氢空位引起，而非氧空位，为开发针对性缓解策略提供了理论依据。
2026-02-10 cond-mat.mtrl-sci
Change in the microscopic diffusion mechanisms of boron implanted into silicon with increase in the annealing temperature
建立了硼在硅中扩散的双流模型。该模型的目的是模拟瞬态增强扩散，包括离子注入硼在低温退火过程中的再分布。提出了硼的扩散机制，即：非平衡态硼原子的长程迁移机制和杂质原子-硅自填隙对的形成、迁移和溶解机制。在此基础上，对800 ℃和900 ℃退火条件下硅衬底中注入硼的再分布进行了模拟。计算的硼浓度分布与实验数据吻合得很好。结果表明，在800 ℃时，杂质原子的输运是由于团簇转变或溶解过程中产生的非平衡硼原子的长程迁移所致。另一方面，发现在900摄氏度的温度下，对扩散机制在显著的瞬态增强扩散中起主要作用。确定了描述非平衡态硼原子输运和置换溶解态硼原子瞬态增强扩散的若干参数。例如，发现在900摄氏度的温度下，硼扩散的时间平均增强约等于44倍。所获得的结果是重要的瞬态增强扩散抑制的方法的发展，牢记硅集成微电路的尺寸的缩放。
2011-05-21 cond-mat.mtrl-sci
Formation and dissociation reactions of complexes involving interstitial carbon and oxygen defects in silicon
我们提出了一个详细的第一性原理的研究，探讨了相关的反应和迁移路径涉及的间隙碳-氧复合物，$\mathrm{C_{i}O_{i}}$和$\mathrm{C_{i}O_{2i}}$，在硅的形成和解离的构型空间。发现$\mathrm{C_{i}O_{i}}$和$\mathrm{C_{i}O_{2i}}$的形成/解离机制是通过锚定在晶格上的O-复合物捕获/发射移动$\mathrm{C_{i}}$杂质而发生的。$\mathrm{C_{i}O_{i}}$和$\mathrm{C_{i}O_{2i}}$解离成较小部分的最低活化能分别为2.3 eV和3.1 eV。第一个与观察到的$\mathrm{C_{i}O_{i}}$的退火温度相容，其发生在约400 $^{\circ}$ ℃，并且低于$\mathrm{O_{i}}$扩散的阈值。后者明显超过了$\mathrm{C_{i}O_{2i}}$退火的测量活化能（$E_{\mathrm{a}}=2.55$ eV）。我们建议，而不是解离，实际的退火机制涉及的间隙氧的捕获由$\mathrm{C_{i}O_{2i}}$，从而由$\mathrm{O_{i}}$的迁移势垒（$E_{\mathrm{m}}=2.53$ eV）。该研究还伴随着空穴捕获截面和$\mathrm{C_{i}O_{i}}$和$\mathrm{C_{i}O_{2i}}$的捕获势垒的测量。结合以前报道…
2020-06-02 cond-mat.mtrl-sci
Local electronic structure of interstitial hydrogen in MgH$_2$ inferred from muon study
本研究将 μ 子作为伪氢引入 MgH$_2$，通过其电子与动力学性质实验揭示间隙氢态，并为“双极性模型”及相关 DFT 预测提供间接支持。
2023-04-24 cond-mat.mtrl-sci
Annealing mechanisms of intrinsic defects in 3C-SiC: a theoretical study
采用基于密度泛函理论的从头算方法研究了可移动本征缺陷的退火动力学。考虑了晶体-空位复合、空位和晶体向缺陷汇（如表面或位错）的扩散以及晶体-团簇的形成。计算出的迁移和反应势垒表明竞争退火机制的层次排序。与空位相比，碳和硅材料的更高的迁移率驱动了在较低温度下的退火机制，包括空位-间隙复合和间隙碳簇的形成。这些团簇在升高的温度下充当碳源。在p型材料中，我们讨论了作为退火机制的硅空位转化为更稳定的空位-反位复合物，该复合物在空位迁移之前被激活。最近对辐照3C-和4 H-SiC以及半绝缘4 H-SiC中空位相关中心的退火研究根据所提出的退火机制层次来解释。
2003-09-30 cond-mat.mtrl-sci
First-principles insights into the atomic structure of carbon-nitrogen-oxygen complex color centers in silicon
National Institute for Materials Science（物质材料研究机构）；International Center for Young Scientists, National Institute for Materials Science（物质材料研究机构青年科学家国际中心）
研究通过从头原理计算揭示硅中N线系列色心的原子结构，提出N1中心由邻近碳氮空位构成，并预测更复杂的氧空位缺陷可能对应后续谱线，这些色心与T中心同电荷，提供低能电信频段的替代自旋量子比特。
2026-08-20 cond-mat.mtrl-sci
Modeling of the transient interstitial diffusion of implanted atoms during low-temperature annealing of silicon substrates
结果表明，在离子注入杂质分布的低浓度区，许多与“拖尾”有关的现象是由于非平衡杂质的反常扩散所致。这些现象包括在非晶化硅中的硼注入、铟离子的“热”注入、离子注入层的退火等。特别是，为了验证这一微观机制，模拟离子注入层的低温退火过程中的硼再分布已经进行了不同条件下的瞬态增强扩散抑制。由于与实验数据符合得很好，得到了非平衡杂质电子的平均迁移长度值。已经表明，对于注入到由锗离子非晶化的硅层中的硼，由于额外的氮注入，在800摄氏度的退火温度下杂质元素的平均迁移长度从11nm减小到约6nm。如果处理温度降低到750摄氏度，则观察到平均迁移长度的进一步缩短。在800 ℃热处理条件下，BF_2离子注入硅单晶时，硼化物的平均迁移长度为7.2nm。
2011-08-25 cond-mat.mtrl-sci math-ph math.MP
Hydrogen/silicon complexes in silicon from computational searches
用密度泛函理论研究了由一个硅自填隙原子和一个、两个、三个或四个氢原子组成的晶体硅中的缺陷。我们寻找低能量的缺陷，从一个合奏的结构中，在缺陷区域的原子位置已被随机化。然后，我们将每个结构松弛到能量的最小值。我们发现了一种新的缺陷，它由一个自填隙原子和一个氢原子（记为{I，H}）组成，具有比以前报道的结构更高的对称性和更低的能量。我们恢复了以前研究中发现的{I，H_2}缺陷，并证实它是最稳定的缺陷。我们的最佳{I，H_3}缺陷的结构和能量比以前报道的稍有不同，我们的最低能量{I，H_4}缺陷与以前的研究结果不同。
2008-08-08 cond-mat.mtrl-sci
Grown-in beryllium diffusion in indium gallium arsenide: An ab initio, continuum theory and kinetic Monte Carlo study
在利用InGaAs缩小电子器件的一个障碍是其异常的掺杂剂扩散行为;具体地说，现有的模型无法解释铍扩散的实验数据一致。在本文中，我们提出了一个全面的模型，考虑到自间隙迁移和与Ga和In的相互作用。密度泛函理论（DFT）计算首先用于计算可能的扩散机制的能量参数和电荷状态。基于DFT的结果，连续模拟和动力学蒙特卡罗模拟，然后执行。该模型能够再现实验Be浓度分布。我们的研究结果表明，Frank-Turnbull机制是不可能的，相反，踢出反应是占主导地位的机制。由于大的反应能差异，Ga间隙和In间隙在踢出反应中起不同的作用，与通常假设的相反。DFT计算还表明As对Be扩散的影响可能是不可忽略的。
2016-08-07 cond-mat.mtrl-sci
Native Point Defects in Mono-- and Bi--layer Phosphorene
我们研究了单层和双层磷烯中本征点缺陷，空位和自填隙的稳定性和电子性质。利用\textit{ab initio}密度泛函理论和电子自能的GW近似计算了这些缺陷的形成能、准粒子缺陷态和电荷跃迁能级。使用DFT + GW的两个路径的形式主义研究间隙在单层磷烯，我们表明，包括静电校正CTL可以可靠地计算。计算结果表明，所有的本征点缺陷在中性态都具有较低的形成能（0.9- 1.6eV）。此外，我们发现磷烯中的空位表现为类受主缺陷，这可以解释磷烯的p型导电性。另一方面，间质可以显示受体和供体样行为。
2020-01-13 cond-mat.mtrl-sci
On concentration dependence of arsenic diffusivity
分析了用于模拟砷在硅中热扩散的方程。结果表明，对于由空位-杂质对和杂质原子与中性电荷状态下的硅自发光相互作用形成的杂质对控制的砷扩散过程，可以用考虑了砷原子与空位和硅自发光相互作用产生的两种杂质流的具有单一有效扩散系数的Fick第二定律方程来描述，分别砷浓度分布的计算与使用的有效扩散系数与实验数据吻合得很好，如果最大杂质浓度是本征载流子浓度附近。另一方面，对于较高的杂质浓度，观察到砷分布的局部区域中的一定偏差。与实验的差异可能是由于不正确地使用有效扩散率来描述两种不同的杂质流，或者由于在重掺杂硅层中形成不均匀分布的中性空位和中性自致发光。
2015-04-25 cond-mat.mtrl-sci
Radiation-enhanced diffusion of impurity atoms in silicon layers
本文模拟了高能质子注入高温硅衬底过程中以及在含氢等离子体中加入扩散剂处理过程中磷的辐射增强扩散。它遵循从所获得的结果，辐射增强扩散发生的“杂质原子-硅自填隙”对的形成，迁移和解离的装置是在一个局部的热力学平衡与替代溶解的杂质原子和非平衡点缺陷产生由于外部照射。由此产生的非平衡硅自激的平均迁移长度的值从0.19微米的质子能量为140千电子伏的0.09和0.08微米的能量为110和80千电子伏，分别减少。平均迁移长度随质子能量的减小可能是由于硅自发光体与表面产生的空位或与磷注入区形成的缺陷相互作用所致。基于对扩散机制，对辐射增强扩散在薄硅层中产生的杂质分布形式进行了理论研究。它示出的均匀掺杂的硅层的耗尽发生在等离子体处理过程中，除了硅-绝缘体界面处形成的具有高杂质浓度的窄区域。计算结果为进一步研究基于辐射增强扩散的各种掺杂过程，特别是等离子体掺杂过程，发展一种廉价的方法，在局域半导体畴中形成严格指定的杂质分布提供了明确的证据。
2014-10-22 cond-mat.mtrl-sci
A First Principles Investigation of Native Interstitial Diffusion in Cr2O3
第一性原理密度泛函理论（DFT）研究了α-Cr2 O3中的自扩散机制，结果表明，自扩散机制中的空位比空位更易迁移. Cr金属原子占据未占据的Cr亚晶格位置，这些位置由6个O原子八面体配位，并且O金属原子形成沿[221]方向（对角线）取向的哑铃构型。计算结果表明，在富氧条件下，中性氧杂质占主导地位，而在富铬条件下，+2和+1电荷态的Cr杂质占主导地位。与空位类似，O和Cr晶体的电荷跃迁能级都位于带隙的深处。输运计算揭示了丰富多样的间隙扩散机制，是物种，电荷和取向依赖。在两步过程中，Cr间隙原子优选地沿着Cr晶格的对角线扩散，经由在相邻Cr双层中包括Cr间隙原子和相邻Cr Frenkel缺陷的中间缺陷复合体。这一机制类似于空位介导的Cr沿c轴扩散，具有中间Cr空位和Cr Frenkel缺陷组合。相反，氧自由基通过键转换机制扩散。处于-1和-2电荷状态的O型化合物与中性O型化合物相比具有非常高的迁移率。
2018-05-11 cond-mat.mtrl-sci
Point defects in models of amorphous silicon and their role in structural relaxation
我们用紧束缚分子动力学模拟研究了点缺陷（空位和杂质）对非晶硅结构弛豫的作用。我们的计算给出明确的证据，点缺陷可以定义在非晶态固体，显示异常的价电荷/Voronoi体积关系。在退火过程中发生的径向分布函数的变化被证明是在最近的，高精度的X射线衍射测量的密切一致。我们的计算提供了强有力的证据表明，在a-Si的结构弛豫进行的相互湮灭的空位和杂质，即，局部结构变化而不是网络的整体松弛。
2001-08-08 cond-mat.mtrl-sci
Functionalization of Silicon Surface by Thiadiazole Molecule : a DFT Study
采用第一性原理密度泛函理论（DFT）方法研究了噻二唑在Si（001）表面吸附的原子和电子性质.已选择（2x2）重建的清洁基底表面以给予分子足够的空间以松弛到其最有利的位置。计算中讨论了噻二唑四种结构异构体的18种成键模式，包括桥式成键和[2+2]/[4+2]环加成机制。通过总能量计算，确定了四种异构体在清洁硅表面上最稳定的成键构型。通过绘制总态密度（TDOS）和能带图研究了稳定表面的电子结构。电荷密度已被绘制，以确定出现在硅的基本带隙中的表面态的起源。最后，绘制了偏态密度（PDOS）图，以了解s轨道和p轨道的贡献。
2018-04-12 cond-mat.mtrl-sci
The electronic and magnetic structure of p-element (C,N) doped rutile-TiO$_{2}$; A hybrid DFT study
本文研究了金红石型TiO ${_2}$中碳、氮杂质和杂质的电子结构和磁结构。为此，我们执行\textit{ab-initio}计算的48个原子的超原胞采用的VASP代码。为了获得一个真实的描述的电子和磁性结构，交换和相关处理与HSE 06混合泛函。原子位置和晶胞尺寸都是完全松弛的。取代的碳和氮被发现具有2和1 $μ{_B}$的磁矩，分别与反铁磁长程序的趋势。对于间隙位上的C/N，我们发现碳是非磁性的，而氮总是具有1 $μ{_B}$的磁矩。我们发现，这些间隙的位置上的总能量的鞍点。当碳和氮形成C-O和N-O二聚体时，达到稳定的构型，其键长接近CO和NO的双键。这一结果与早期的实验研究相一致，从XPS测量检测到这样的N-O实体。计算了这些二聚体的对称伸缩模的频率，为实验验证提供了一种手段。对于所有的配置调查的C和N状态内发现的TiO ${_2}$间隙。这些新的电子状态进行了讨论，相对于调谐掺杂TiO ${_2}$的应用，
2015-01-21 cond-mat.mtrl-sci
Hybrid functional with semi-empirical van der Waals study of native defects in hexagonal BN
采用基于混合密度泛函理论（DFT）的第一性原理计算，结合Grimme的DFT-D2方法的经验色散修正，研究了六方BN中本征缺陷的形成能和跃迁能级.我们的计算结果预测，间隙B是最稳定的缺陷下富N和p型条件。当电子化学势接近导带最大值时，B空位和间隙N成为主要缺陷。然而，这些补偿缺陷将是无活性的，因为它们在p型和n型条件下的超深电离水平。
2013-10-31 cond-mat.mtrl-sci
Structural and Electronic Properties of Amorphous Silicon and Germanium Monolayers and Nanotubes: A DFT Investigation
本研究借助DFT分子动力学模拟，探究硅、锗的单层非晶碳类似物及对应纳米管的结构与电子特性，发现其能量排序与硅烯、锗烯一致，电子行为覆盖金属到小带隙半导体，且具备合成可行性。
2024-06-19 cond-mat.mtrl-sci
Metallization of the β-SiC(100) 3\times2 Surface: a DFT Investigation
本文用密度泛函理论（DFT）研究了不同氢化程度的β重构碳化硅（001）（3x 2）表面的电子结构和振动动力学。这些结果是用具有广义梯度交换关联函数的密度泛函理论得到的。计算表明，金属化可以通过占据第二硅层的氢原子来实现。第二硅层位置上的氢占据的进一步增加导致该金属化的损失。对于前一种情况，金属化发生，我们发现了一个新的振动模式在1870 cm-1，这是不同于模式与氢原子上的第一层。此外，我们发现氢原子从第二硅层移动到第三硅层的扩散势垒为258 meV。
2011-08-30 cond-mat.mtrl-sci
Density-functional theory calculation of hydrogen solubility in cubic silicon carbide at finite temperatures
Pacific Northwest National Laboratory（太平洋西北国家实验室）
利用密度泛函理论从头算框架预测纯净和缺陷β-SiC中的氢溶解度，发现碳富集非化学计量非晶结构和硅空位显著增强氢溶解度。
2026-06-03 cond-mat.mtrl-sci
Influence of interstitial Mn on local structure and magnetism in Mn$_{1+δ}$Sb
采用X射线全散射和对分布函数（PDF）方法，在密度泛函理论的指导下，研究了铁磁Mn $_{1+δ}$ Sb（$0.03 \le δ\le 0.23$）合金中间隙锰（Mn $_i$）周围的结构弛豫.使用晶体学约束的结构模型的实验PDF的改进表明在赤道面的Mn $_i$ Sb $_5$三角双锥网站，这引入了显着的位置无序除了名义上随机占用间隙空隙的膨胀。观察到的弱扩散信号附近的禁止（001）的反射位置是指示相关的障碍，从集群的Mn $_i$。近似于$δ= 0.08$、$0.15,$和$0.23$组合物的超晶胞的密度泛函弛豫提供了精确描述PDF中捕获的短程结构畸变的改进模型。这种结构弛豫增加了Mn $_i$上的DFT计算的磁矩，其与初级Mn磁矩反平行排列，但导致Mn和Sb的平均磁矩以及Mn和Sb的磁矩接近晶格的非实质性变化，从而提供了对所观察到的体磁性质的更准确的描述。
2015-11-09 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Sn-loss effect in a Sn-implanted a-SiO2 host-matrix after thermal annealing: A combined XPS, PL, and DFT study
无定形a-SiO2主体基质用Sn离子注入，在环境空气中在900 °C下进行和不进行后热回火1小时。采用X射线光电子能谱学分析（XPS核心能级、XPS价带映射）、光致发光（PL）探测和密度泛函计算（DFT）对这些样品进行详细的电子结构表征。实验确定Sn嵌入a-SiO2基质的过程遵循两种不同的趋势：在a-SiO2：Sn中Sn 4 + -> Si 4+取代（没有回火），以及在a-SiO2：Sn中Sn金属簇集作为杂质（900 ℃，1小时）。这两种趋势进行了建模，使用计算的形成能和偏态密度（PDOS）以及价带（VB）模拟，这产生的证据表明，替代缺陷产生的帮助下发生离子注入刺激易位的主机原子从其化学计量位置的间隙空隙。所获得的实验和理论数据在a-SiO2：Sn（900 °C，1小时）中由于热诱导的电子主体结构重新排列而报告的Sn损失效应方面一致，这表现为主体原子向后移位到化学计量位置和Sn-金属簇的后形成。
2016-01-15 cond-mat.mtrl-sci
Molecular dynamics simulation of W Silicon Emitting Centers formation by Ga ion implantation
本文利用分子动力学模拟研究Ga离子注入与退火后纯硅中W中心的形成，提出三间隙团簇识别方法，发现高能注入增加团簇数量，退火可消除多余缺陷并保留W中心候选缺陷。
2023-10-26 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Orbital-free extension to Kohn-Sham density functional theory equation of state calculations: application to silicon dioxide
二氧化硅SiO $_2$的液体状态方程通过量子分子动力学在5至15 g/cc的密度范围内和在0.5至100 eV的温度下计算，包括$α$ -石英和stishovite相Hugoniot曲线。低于8 eV的计算是基于Kohn-Sham密度泛函理论（DFT），高于8 eV的一个新的无轨道DFT公式，这里提出的，基于匹配的Kohn-Sham DFT计算。最近的实验冲击数据被发现是非常好的协议与目前的结果。最后，结合实验和模拟数据，建立了一个新的SiO $_2$液相状态方程表。
2015-07-16 cond-mat.mtrl-sci
The theoretical DFT study of electronic structure of thin Si/SiO2 quantum nanodots and nanowires
采用B3 LYP/6- 31 G * 和PW PP LDA近似，用团簇和PBC方法研究了一组具有窄界面的薄（直径为1.6 nm）硅/二氧化硅量子纳米点和纳米线以及母体亚稳硅结构（直径为1.2 nm）的原子和电子结构.最小的准球形硅量子点（Si 85）的总态密度（TDOS）与体硅的TDOS有很好的对应。拉长的硅纳米点和1D纳米线证明了电子结构的金属性质。表面氧化层打开了Si/SiO2物种的TDOS中的带隙。粒子的价带顶和导带底由硅芯导出态构成。带隙的能量宽度由Si/SiO2团簇的长度决定，并表现出对纳米结构尺寸的反向依赖性。理论数据准确地描述了二氧化硅镶嵌纳米晶硅光致发光谱中的尺寸限制效应。
2007-09-15 cond-mat.mtrl-sci
An ab initio study of intrinsic defects in zirconolite
锆英石，CaZrTi2O7，是一种用于处理高活性核废料的陶瓷。利用密度泛函理论结合随机搜索技术，对锆英石中本征缺陷的稳定间隙位进行了研究。有一个显着的依赖于电荷状态的空位缺陷结构，与形成的O2分子在一定的电荷状态的Ti和Zr空位。氧离子的低配位提供了DFT定位与阳离子空位相关的空穴的位点。的Frenkel缺陷的能量，计算出的空位和间隙形成能量的组合，表明氧缺陷有很强的依赖于化学环境，与氧Frenkel对能量之间的范围为1.5 eV。
2012-01-26 cond-mat.mtrl-sci
Stable fourfold configurations for small vacancy clusters in silicon from ab initio calculations
使用密度泛函理论计算，我们已经确定了新的稳定配置的三，四，和五的空缺硅。这些新的配置包括一个环的组合hexavacancy与三个，两个或一个间隙原子，分别，使所有的原子保持四倍。因此，它们的形成能分别比“六边形环的一部分”配置低0.6、1.0和0.6 eV，迄今为止，“六边形环的一部分”配置被认为是能量最低的状态。
2004-05-07 cond-mat.mtrl-sci
ab inito local vibrational modes of light impurities in silicon
我们已经开发了一个公式的密度泛函微扰理论的计算振动频率的分子和固体，它使用数值原子轨道作为基础设置的电子状态。从密度矩阵的一阶变化直接提取（谐波）动力学矩阵，相对于从平衡位形的无穷小原子位移。我们用这种方法研究了硅中一些与氢有关的络合物和轻杂质的振动性质。动力学矩阵的对角化提供了振动模式和频率，包括与缺陷相关的局部振动模式（LVMs）。除了测试简单的分子，结果间隙氢，氢二聚体，空位氢和自我间隙氢复合物，硼氢对，取代C，和几个O-相关的缺陷在C-Si。相对于实验的平均误差为0.60预测的LVMs是约2%，最高谐波模式非常接近，更多的非谐波模式在测量值的5-6%内。
2001-09-17 cond-mat.mtrl-sci
A fourfold coordinated point defect in silicon
由于它们在技术上的重要性，硅中的点缺陷是研究得最好的物理系统之一。对埋藏在块体中的点缺陷进行实验检测是困难的，并且通常是间接的。硅中缺陷的模拟已经在各种复杂程度上进行，从快速力场到精确的密度泛函计算。从这些研究中，人们普遍接受的观点是空位和自发光是硅中的基本点缺陷。我们挑战这一观点，提出密度泛函计算表明，有一个新的四重协调点缺陷的能量较低的硅。
2002-01-11 cond-mat.mtrl-sci
Ab initio molecular dynamics calculations of threshold displacement energies in silicon carbide
利用第一性原理分子动力学模拟，我们确定了立方碳化硅中的阈值位移能和相应的产生缺陷。相反，以前的研究使用经典的分子动力学，我们发现的值接近实验共识，也创造了很好的协议与最近的工作在碳化硅的晶体稳定性的缺陷。我们仔细研究了这种方法的局限性。我们的工作表明，它是可能的，以第一原理精度计算碳化硅的位移能，并建议它也可能是其他共价材料的情况。
2007-09-11 cond-mat.mtrl-sci
Exchange interactions and Tc in rhenium doped silicon: DFT, DFT+U and Monte Carlo calculations
用密度泛函理论和DFT+U方法研究了硅中杂质间的相互作用。杂质之间的所有耦合是铁磁性的，除了Re-Re二聚体，在DFT方法中，由于形成的化学键支持的几何结构的大幅松弛。临界温度的计算是通过经典的Monte Carlo（MC）模拟与海森堡哈密顿量。在室温下，当杂质浓度为7%时，通过DFT交换作用得到了均匀的铁磁相。在DFT+U交换作用下，Re含量仅为3%的MC样品在室温以上形成铁磁团簇。
2012-07-12 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Ab-initio calculations for the beta-tin diamond transition in Silicon: comparing theories with experiments
利用量子蒙特卡罗（QMC）和密度泛函理论（DFT）方法研究了体硅中金刚石到β-锡的压力诱导金属-绝缘体相变。我们表明，它是可以有效地描述多体效应，使用变分波函数与优化的Jastrow因子和斯莱特行列式。变分的结果得到了一个小的计算成本，并通过执行扩散蒙特卡罗计算和明确的优化分子轨道的行列式得到进一步改善。通过在DFT水平上计算两相中的声子色散，考虑了有限温度修正和零点运动效应。我们的结果表明，理论的QMC（DFT）的转变压力是显着大于（小于）比公认的实验值。我们讨论了DFT方法的限制，由于选择的交换和相关泛函和困难，以确定一致的赝势内的QMC框架，限制，可能会显着影响该技术的准确性。
2010-11-10 cond-mat.mtrl-sci
Diffusion quantum Monte Carlo study of the equation of state and point defects in aluminum
采用多体扩散量子Monte Carlo（DMC）方法和扭曲平均边界条件计算了面心立方铝中1331个原子的基态状态方程和点缺陷的能量学。DMC平衡晶格常数与实验相差0.008 A，或0.2%，而结合能使用DMC与回流波函数与改进的节面相差27毫电子伏。DMC计算的缺陷形成和迁移能与现有的实验数据一致，除了最近邻的双空位，这是被发现是能量不稳定的，与以前的密度泛函理论（DFT）计算。DMC和DFT计算的空位缺陷是在合理的接近协议。自填隙形成能在DMC和DFT之间具有较大的差异，在四面体位置处高达0.33eV。我们还计算了氦间隙缺陷的形成能，其中能量相差高达0.34eV，也在四面体网站。与现有实验的密切协议表明，DMC可以作为一种预测方法，以获得金属中的缺陷的基准能量。
2012-10-19 cond-mat.mtrl-sci
Point defect formation energies in graphene from diffusion quantum Monte Carlo and density functional theory
密度泛函理论（DFT）被广泛用于研究单层石墨烯中的缺陷，以期应用范围从水过滤到电子学到石墨减速器中的辐射损伤的研究。为了评估DFT在此类应用中的准确性，我们报告了扩散量子蒙特卡罗（DMC）计算单层石墨烯中一些常见和重要的点缺陷的形成能：单空位，Stone-Wales缺陷和硅取代。我们发现，标准的DFT方法低估了约1 eV的单空位形成能。对于Stone-Wales缺陷和硅替代，DFT和DMC之间的分歧较小。我们研究振动的贡献，形成这些缺陷的自由能，发现振动的影响是不可忽略的。最后，我们比较了单层石墨烯、单层硅烯和体硅的DMC原子化能，发现体硅比单层硅烯稳定得多，每个原子稳定0.7522（5）eV。
2022-05-04 cond-mat.mtrl-sci
B12C2N Interstitial Boron subcarbonitride with peculiar magnetic properties: First principles investigations
B12 C3和B13 C2的结构可以被认为是碳插入菱面体α-B12，并表示为B12{C-C-C}和B12（C-B-C）。使用密度泛函理论DFT计算，线性三原子化合物中的中心原子被N取代导致原始的新的硼次碳氮化物B12 C2 N或B12（C-N-C），其被鉴定为比两种次碳化物稍微更有凝聚力。B12 C3是绝缘的，具有接近0.2 eV的E（Gap），B13 C2是在费米能级处具有小态密度DOS的弱金属，而B12 C2 N基态是M= 1 BM的半金属铁磁体。从状态方程，磁化强度被发现在平衡附近的一个广泛的体积范围内不变。根据电荷转移计算，总电荷密度和磁荷密度投影显示电荷包络集中在（C：N：C）上，磁荷具有以N为中心的圆环形状。这些三原子化合物通过末端碳与α-B12的两个硼亚结构之一特异性地相互作用，形成3B 1-C-N-C-3B 1-like复合物。进一步的合成和实验表征，预计将扩大这样一个原始类的材料的调查领域。
2021-04-06 cond-mat.mtrl-sci
Insight into the inclusion of heteroatom impurities in Silicon structures
用第一性原理研究了多晶硅倾斜晶界的成键特性及间隙杂质的影响。为了获得在这些固体系统中的化学键合的性质的全面信息，进行精确的拓扑分析，通过分区的电子定位功能。尽管Si基系统中单个轻杂质（如碳、氮和氧）的偏析机制是已知的，但只有在存在多个偏析的情况下，才会出现各种间隙杂质的独特结构。改性的Si系统的结构分析和这些固相内的相应的分子结构的比较提供了一个足够的描述有趣的属性，键电荷提供更多的洞察力比键长。结果表明，在存在的等价碳，所有系统试图保持四面体的配位，相反，三价氮诱导一个强大的局部扭曲，以适应四面体硅矩阵，而氧是杂质，更容易和更有规律地偏析。这项工作表明，杂质导致局部扭曲和电子分布如何重新安排，以平滑it.Overall，它显示了如何键的分析及其与能量和电子结构的相关性是至关重要的缺陷诱导的性能和影响它们的基本机制的理解。
2022-05-28 cond-mat.mtrl-sci
Ab initio DFT+U study of He atom incorporation into UO2 crystals
我们提出并讨论了密度泛函理论（DFT）的研究结果的一个完美的UO 2晶体和He原子在八面体间隙的位置。我们已经计算了基本的大块晶体的性质和他纳入到低温反铁磁UO 2相使用几个交换相关泛函内的自旋极化局域密度（LDA）和广义梯度（GGA）近似的能量。在所有这些DFT计算中，我们包括使用哈伯德模型（DFT+U方法）的现场相关校正。我们分析了一个潜在的晶体对称性减少，并证实了在一个完美的UO 2的Jahn-Teller效应的存在。我们还讨论了问题的导电电子状态时，他被放置到一个tetrapherases反铁磁相的UO 2。因此，我们发现了一个特定的晶格畸变，使我们能够恢复半导体状态，并正确估计他的掺入能量。与体性质不同，He掺入能量强烈依赖于几个因素，包括超晶胞尺寸、自旋极化的使用、交换相关泛函和现场相关校正。我们比较我们的结果与以前的壳模型和从头算DFT计算的他掺入。
2009-01-22 cond-mat.mtrl-sci
Attractive interaction of Indium with point defects and silicon in GeSi
在电子辐照的Ge $_{0.98}$ Si $_{0.02}$中，观察到类似于纯Ge中的缺陷的In空位和In间隙复合物。等时退火测量结果表明，在缺陷复合物的解离温度偏离纯锗进行相同的电子辐照，这是解释的基础上引起的应变过小的硅原子影响的结合能的In-V和In-I复合物。除了与本征缺陷的配对，在与Si原子的相互作用被观察到导致在几个不同的配置。在Ge $_{0.98}$ Si $_{0.02}$和Ge $_{0.94}$ Si $_{0.06}$中进行的补充实验阐明了In和Si之间的吸引相互作用。
2007-11-02 cond-mat.mtrl-sci
Optical lineshapes of the C-center in silicon from ab initio calculations: Interplay of localized modes and bulk phonons
本研究通过构建含数万个原子的超胞动力学矩阵的DFT方法，计算硅中CiOi缺陷的光学线形，揭示局域模与体声子的共同作用，验证了C线的缺陷归属且与实验吻合良好。
2024-10-30 cond-mat.mtrl-sci
First-principles calculation of intrinsic defect formation volumes in silicon
我们提出了一个广泛的第一性原理研究的压力依赖性的所有已知的空位和自填隙配置在硅中，在每个电荷状态从-2到+2。发现中性空位的形成体积随压力显著变化，导致弗伦克尔对（V + I）的零压力形成体积为非常大的负值（-0.68原子体积）。体积和电荷的相互作用进行了检查，导致压力费米能级的缺陷的稳定性图。最后，我们量化的各向异性性质的晶格弛豫周围的中性缺陷。
2005-08-13 cond-mat.mtrl-sci
Theoretical study of the recombination of Frenkel pairs in irradiated silicon carbide
利用第一性原理和微推弹性带计算研究了3C-SiC中低能反冲引起的Frenkel对的复合。已经获得了几种复合机制，涉及直接间隙迁移，原子交换，或协调位移，活化能范围从0.65 eV至1.84 eV。这些结果与实验活化能一致。通过计算声子和Arrhenius前因子，我们确定了$V_{Si}+Si_{TC}$ Frenkel对的寿命。在这种情况下，振动对自由能垒的贡献可以忽略不计。
2007-09-10 cond-mat.mtrl-sci
3-D Ti/TiN Interface
根据定义，界面是二维的（2-D），因为它将2个相分离，在界面上结构和化学性质发生突然变化。金属和其氮化物之间的界面预期是原子级尖锐的，因为化学渐变将需要在氮化物中产生N空位和在金属中产生N空位。与此相反，使用第一性原理密度泛函理论（DFT），我们建立了化学梯度Ti/TiN界面是择优的尖锐的界面。DFT计算的TiN中的N空位形成能为2.4eV，Ti中的N间隙形成能为-3.8eV。因此，通过在TiN中形成N空位和在Ti中形成N间隙而使N从TiN扩散到Ti将降低Ti-TiN异质结构的内能。我们发现，扩散的N是有利的，直到~23%的N已经从TiN扩散到Ti，导致在原子化学梯度界面，我们称之为3-D界面。实验无法识别Ti/TiN中的3-D界面可以归因于在界面处用原子级分辨率识别化学成分和结构的限制。我们定义N空位形成能和N间隙形成能之和为驱动力，它可以作为一种方便的方法来评估金属/陶瓷异质结构中形成三维界面的可能性。我们还显示了晶格参数和力学性能（如体积模量，剪切模量，杨氏模量和硬度）在Ti/TiN界面的逐渐变化。三维界面开辟了一种新的方法来控制金属/陶瓷异质结构的性能，符合已经建立的优势，在微米长度尺度的界面渐变。对于广泛开发的Ti/TiN多层纳米异质结构，形成三维界面的可能性可以导致增强的耐磨性和耐侵蚀性。
2022-02-08 cond-mat.mtrl-sci
Water reactions on reconstructed rutile TiO$_2$: a DFT / DFTB approach
水与金红石的反应性相互作用还远未得到最终的理解，这对植根于量子力学的原子模拟技术仍然是一个挑战。结果表明，TiO $_2$ /水界面的静态几何结构可以用密度泛函紧束缚理论（DFTB）进行描述.然而，这种方法需要进一步的改进，以重现低解离倾向的H $_2$ O吸附后的密度泛函理论（DFT）预测。水的表面反应性的可靠描述是研究富含Ti的（001）面的非化学计量重构的基础。基于（DFT）的计算预测的转变温度与实验结果非常一致的开始重建，并建议，这个表面，在与液态水接触，可以促进自发H $_2$ O分裂和形成H $_2$分子。
2021-02-04 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Electride behavior at high pressure in silicon and other elements in solid and liquid phases
本研究发现单质硅在400 GPa以上压力下会成为电子盐，通过从头算分子动力学模拟研究了多种元素的高压电子盐行为，提出了高压电子盐的定量分类阈值，并验证该框架可作为相关研究的基准。
2025-10-02 cond-mat.mtrl-sci
A Gaussian Approximation Potential for Amorphous Si:H
非晶硅（a-Si：H）的氢化对于降低缺陷密度、钝化中间带隙态和表面以及改善硅基电光器件中的光电导性至关重要。模拟这种材料的原子尺度结构对于理解这些过程至关重要，而这反过来又需要描述c-Si/a-Si：H异质结，这些异质结是现代太阳能电池的核心，具有世界纪录的效率。密度泛函理论（DFT）研究达到了所需的高精度，但由于其高计算成本，仅限于中等系统大小（100个原子左右）。特别是非晶材料的模拟已经受到这种高成本的阻碍，因为需要大的结构模型来捕获这种材料的特征的中程有序。经验势模型要快得多，但它们的精度不足以正确描述受挫折的局部结构。数据驱动的“机器学习”原子间势打破了这一僵局，并在描述各种元素相的非晶材料方面取得了巨大成功。在这里，我们将与氢的相互作用，从而显着提高了程度的现实主义与非晶硅可以建模的高斯近似势（GAP）的硅。我们表明，我们的Si：H GAP能够模拟氢化硅的精度非常接近DFT，但计算费用和运行时间减少了几个数量级的大型结构。我们证明了能力的Si：H GAP通过创建氢化液体和非晶硅模型，并显示其能量，力和应力与DFT结果非常一致，其结构被捕获的键和角度分布，与DFT和实验。
2022-01-06 cond-mat.mtrl-sci
