Unified theory of the direct or indirect bandgap nature of conventional semiconductors
尽管带隙跃迁的直接或间接性质是用于光电应用的半导体的基本参数，但是对于为什么一些常规半导体具有直接或间接带隙的理解仍然是模糊的。在这封信中，我们揭示了占据的阳离子d带的存在是通过s-d和p-d耦合确定半导体带隙的直接性的主要因素，s-d和p-d耦合将X谷和L谷处的导带能级推高，但使Γ谷导态保持不变。这个统一的理论明确地解释了为什么金刚石、硅、锗和铝的III-V族半导体，没有活跃的占据d带，具有间接带隙，而其余的普通半导体，除了GaP，具有直接带隙。除了s-d和p-d耦合外，阴离子的键长和电负性是调节导带的Γ-、X-和L-谷的能量排序的两个剩余因素，并且分别对具有直接、间接和直接带隙的GAN、GaP和GaAs中的异常带隙行为负责，尽管N、P和As按原子序数的升序排列。这一认识将有助于设计新型直接带隙发光材料。
2018-09-17 cond-mat.mtrl-sci
Red Emission from Copper-Vacancy Color Centers in Zinc Sulfide Colloidal Nanocrystals
铜掺杂硫化锌（ZnS：Cu）在电磁波谱的UV、可见光和IR区域中表现出下转换发光;可见红光、绿光和蓝光发射分别被称为R-Cu、G-Cu和B-Cu。亚带隙发射产生于由点缺陷产生的局部电子态之间的光学跃迁，使得ZnS：Cu成为多产的磷光体材料和量子信息科学的有趣的候选材料，其中点缺陷作为单光子源和自旋量子比特表现出色。ZnS：Cu的胶体纳米晶体（NC）作为量子缺陷的产生、隔离和测量的宿主是特别有趣的，因为它们的尺寸、组成和表面化学可以精确地定制用于生物传感和光电应用。在这里，我们提出了一种方法，用于合成胶体ZnS：Cu NC的发射主要是R-Cu，这已被提出产生的Cu $_{Zn}$ -V $_S$复杂，杂质空位点缺陷结构类似于众所周知的量子缺陷，在其他材料中产生有利的光学和自旋动力学。第一性原理计算证实了Cu $_{Zn}$ -V $_S$的热力学稳定性和电子结构。温度和时间依赖的ZnS：Cu纳米晶体的光学性质显示蓝移发光和异常的高原强度的依赖性，随着温度从19 K增加到290 K，为此，我们提出了一个经验动力学模型的基础上热激活的两个流形的状态之间的耦合内的ZnS带隙。了解R-Cu发射动力学，结合控制合成方法获得R-Cu中心的胶体NC主机，将大大促进发展的Cu $_{Zn}$ -V $_S$和相关的配合物作为量子点缺陷的ZnS。
2023-03-01 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
The record low thermal conductivity of monolayer Cuprous Iodide (CuI) with direct wide bandgap
二维材料由于其独特的物理性质而引起了人们的广泛关注。本文从最新的第一性原理出发，预测了p型宽带隙半导体γ-CuI（Cuprous Iodide）单层对应物的稳定结构。单层CuI在电子、光学和热输运性质方面具有多功能优势。具体而言，预测单层CuI的超低热导率为0.116 Wm-1 K-1，远低于γ-CuI（0.997 Wm-1 K-1）和其他典型半导体。此外，单层CuI的直接带隙为3.57 eV，比γ-CuI的直接带隙（2.95-3.1 eV）要大，这为CuI在纳米/光电子领域的应用提供了更好的光学性能。本研究中报道的单层CuI的超低热导率和直接宽带隙将使其在透明和可穿戴电子产品中具有潜在的应用。
2022-05-30 cond-mat.mtrl-sci
Direct observation of ultrafast lattice distortions during exciton-polaron formation in lead-halide perovskite nanocrystals
铅卤化物钙钛矿中慢载流子冷却的微观起源仍有争议，并对应用有直接影响。慢载流子冷却归因于极化子形成或在高激发载流子密度（> 10 $^{18}$ cm $^{-3}$）下的热声子瓶颈效应。这些效应无法仅从光学实验中明确地解开。然而，它们可以通过直接观察超快晶格动力学来区分，因为这些效应预计会产生定性的不同指纹。为此，我们采用飞秒电子衍射和直接测量弱限制CsPbBr $_3$纳米晶体的亚皮秒晶格动力学上述间隙光激发。数据揭示了光诱导的结构畸变出现在380 fs至1200 fs之间的时间尺度上，取决于激发通量。我们将这些动力学归因于激子-极化子对晶格的影响，而在高能量密度下较慢的动力学归因于较慢的热载流子冷却，这减慢了激子-极化子种群的建立。进一步的分析和模拟表明，这种畸变与[PbBr $_3$ ] $^{-}$八面体离子笼的运动是一致的，Pb-Br键的伸长与实验数据最为吻合.我们的工作演示了亚皮秒时间尺度上的晶格动力学的直接研究如何区分竞争方案，从而揭示了铅卤化物钙钛矿中缓慢载流子冷却的起源。
2022-09-13 cond-mat.mtrl-sci
Structural and Optical properties of Zn(1-x)MgxO nanocrystals obtained by low temperature method
本文报道了用低温法合成的Mg取代的ZnO（Zn_（1-x）Mg_xO）纳米晶（~10- 12 nm）的结构和光学性质。在低温合成路线中，可以达到x = 0.17而没有富Mg相的偏析。通过定量分析确定了准确的化学成分。XRD数据的Rietveld分析证实了纤锌矿结构和随着x增加晶格的连续压实（特别是c轴参数）。随着Mg的替代，晶格中的应变增强。带隙也随着x的增加而增强，并且对于x = 0.17达到4 eV的值。从TEM和XRD数据可以得出结论，当x > 0.17时存在相分离时，在ZnO上存在Mg（OH）2壳。吸收还表明，激发子吸收的持久性Mg取代。该纳米晶在室温下显示出近带边光致发光（PL），其在Mg掺入后显示出蓝移。ZnO和Zn_（1-x）Mg_xO合金纳米晶在~550 nm波长处除了具有近带边发射外，还具有蓝绿色发射。我们发现，绿色发光的相对强度增加与镁浓度为非常低的x（高达x = 0.05）和镁浓度的进一步增加有一个急剧下降的绿色发光的相对强度，最终导致一个完全猝灭的蓝色发光。结果表明，由于相分离（x \geq 0.20），Mg（OH）2在ZnO表面形成的壳层导致了绿光发射的猝灭，但这种壳层的形成对近带边的PL没有太大的影响。
2011-09-10 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Bright-Exciton Fine Structure and Anisotropic Exchange in CdSe Nanocrystal Quantum Dots
本文报道了胶体CdSe量子点中亮激子（自旋-1）和暗激子（自旋-2）的偏振分辨共振光致发光（PL）光谱。使用高达33 T的高磁场，我们共振激发（并选择性地分析PL）自旋向上或自旋向下的激子。在低温（<4K）和高于~10 T时，由于自旋翻转的亮激子，光谱发展出窄的圆偏振峰。它的演变与磁场直接揭示了一个大的（1-2毫电子伏），内在的精细结构分裂的明亮的激子，由于各向异性交换。这些发现得到了单纳米晶体的时间分辨PL研究和偏振分辨PL的支持。
2006-05-25 cond-mat.mtrl-sci
Band Gap tunability in One-dimensional system
调整直接带隙材料的带隙的能力在LED和太阳能电池领域中具有巨大的应用潜力。然而，由于在降维材料的实验中观察到的量子限制，带隙的再现性缺乏，严重影响了它们的带隙的可调谐性。在这封信中，我们报告了广泛的理论研究的直接带隙一维功能化的异构系统使用其周期性的电位分布，带隙的可调性证明简单地通过修改电位分布通过改变在一个周期性的超晶胞中的官能团的位置。它被验证为已知的合成，以及天然聚合物（生物和有机），也为其他一维直接带隙系统。这种见解将极大地帮助实验者设计用于LED应用的聚合物和一维无机系统的各种带隙值的新异构系统，以及有效地在太阳能电池中收集能量。
2018-04-06 cond-mat.mtrl-sci
Hexagonal AlN: Dimensional-Crossover-Driven Bandgap Transition
受最近报道六方（h）AlN的成功合成的实验的启发[Tsipas等人，Appl.Phys.Lett. 103，251605（2013）]我们通过使用第一性原理计算研究了h-AlN的体、双层和单层结构的结构、电子和振动性质。我们表明，六方相的散装h-AlN是一个稳定的直接带隙半导体。计算得到的声子谱在274 cm-1处有一个刚性层剪切模，在703 cm-1处有一个Eg模。此外，单层h-AlN是具有双基态的间接带隙半导体。对于双层结构，AA'型堆积是最有利的堆积方式，层间相互作用较强。虽然N-层状h-AlN是N=1-10的间接带隙半导体，但我们预测较厚的结构（N>10）在伽马点处具有直接带隙。在h-AlN中的层数依赖的带隙转变是有趣的，因为它是显着不同的间接到直接的过渡金属二硫属化物中获得的交叉。
2015-02-20 cond-mat.mtrl-sci
Systematic strain-induced bandgap tuning in binary III-V semiconductors from density functional theory
本研究基于密度泛函理论建立预测性从头算方法，分析单轴、双轴及各向同性应变对二元III-V半导体带隙的系统性调控，并揭示了多种材料的带隙性质转变点及组合应变策略。
2022-08-22 cond-mat.mtrl-sci
Tuning the electronic properties of hydrogen passivated C3N nanoribbons through van der Waals stacking
二维C3 N材料由于其固有的带隙和可调的电子性质，在高性能器件中具有广阔的应用前景。虽然有一些关于通过堆叠或形成纳米取向物来调节C3 N的带隙的报道，但是具有各种边缘结构的双层C3 N纳米带（C3 NNR）的带隙调制仍然远未被很好地理解。在这里，基于广泛的第一性原理计算，我们通过将C3 N切割成氢钝化的C3 NNR并将其堆叠成双层异质结构来证明C3 N的有效带隙工程。结果表明，具有三种边缘结构的扶手椅型（AC）C_3NNR都是半导体，而只有边缘由C和N原子组成的Z字形（ZZ）C_3NNR（ZZ-CN/CN）是半导体.所有半导体C3 NNR的带隙都大于C3 N纳米片的带隙。更有趣的是，具有CN/CN边缘的AC-C3 NNR（AC-CN/CN）具有直接带隙，而ZZ-CN/CN具有间接带隙。与单层C_3NNR相比，双层C_3NNR的带隙可以通过不同的堆积顺序和边缘结构得到很大的调制，从AB ′堆积的ZZ-CN/CN的0.43 eV到AA堆积的AC-CN/CN的0.04 eV。特别地，在AA ′-堆积的双层AC-CN/CN异质结构中观察到直接带隙向间接带隙的转变，在AB-堆积的双层ZZ-CN/CN异质结构中观察到间接带隙向直接带隙的转变。本工作为C3 N的有效带隙工程提供了新的见解，并为其在纳米电子和光电子器件中的应用提供了新的机会。
2020-08-26 cond-mat.mtrl-sci
Structural and optical properties of silicon nanocrystals embedded in silicon carbide
在SiC基质中的Si纳米晶体（Si NC）中的量子限制的突出表现要求制造具有窄尺寸分布的Si NC。毫无争议地理解，这种制造是困难的，并且多层（ML）结构仅在窄的参数范围内适合于这种制造。该参数范围是通过在3和9 nm之间改变化学计量SiC势垒厚度和富Si SiC阱厚度并将它们与单层（SL）进行比较来寻求的。通过等离子体增强化学气相沉积（PECVD）沉积用于该研究的处理的样品，随后在1000-1100 $°$ C下进行热退火以形成晶体。通过结构和光学表征方法获得关于整个样品面积和深度的大量信息：关于平均Si NC尺寸的信息由掠入射X射线衍射（GIXRD）测量确定。傅里叶变换红外光谱（FTIR）被应用于深入了解的Si-C网络的结构，和分光光度测量进行调查的吸收系数和估计的带隙$E_{04}$。所有的测量结果表明，ML结构对Si NC尺寸，Si-C网络和吸收性能的影响从属于样品中的总Si含量的影响，我们确定为结构和光学性能的关键参数。我们将这种行为归因于势垒层和阱层的相互扩散。因为所产生的Si NC对于所有层厚度变化都在2-4 nm的目标尺寸范围内，所以我们建议在未来的实验中使用Si含量来调整Si NC尺寸。
2020-05-15 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Phonon Softening and Direct to Indirect Bandgap Crossover in Strained Single Layer MoSe2
受Tongay等人最近的实验观察的启发[Tongay等人，Nano Letters，12（11），5576（2012）]，我们展示了单层MoSe 2的电子性质和拉曼特性如何受到弹性双轴应变的影响。我们发现，随着应变的增加：（1）E'和E”拉曼峰（本体中的E1 g和E2 g）表现出显著的红移（2）A1'峰的位置保持在180 cm-1（A1 g散装），并不随进一步应变而显著变化，（3）低能弯曲声子的色散从二次向线性过渡;（4）在3%的双轴拉伸应变下，电子能带结构经历直接向间接的带隙过渡。因此，应变的应用似乎是一种有前途的方法，用于快速和可逆的调谐单层MoSe 2和类似的MX 2二硫属化物的电子，振动和光学性质。
2013-04-09 cond-mat.mtrl-sci
Direct Measurements of Magnetic Polarons in Cd$_{1-x}$Mn$_x$Se Nanocrystals from Resonant Photoluminescence
在半导体中，量子限制可以大大增强带载子（电子和空穴）与掺杂剂原子之间的相互作用。这种增强的一个表现是磁掺杂纳米结构中激子磁极化子的稳定性增加。在胶体半导体纳米晶体中实现的非常强的0 D限制的限制下，单个激子可以在嵌入的磁性掺杂剂上施加超过几特斯拉的有效交换场$B_{\rm{ex}}$。在这里，我们使用非常敏感的共振光致发光（PL）的方法来直接测量的存在和性质的激子磁极化子在胶体镉$_{1-x}$锰$_x$硒纳米晶体。尽管Mn $^{2+}$浓度很小（$x$ =0.4- 1.6%），但在低温下通过泵浦激光和共振PL最大值之间的实质性斯托克斯位移观察到高达$\sim$ 26 meV的大极化子结合能，表明所有Mn $^{2+}$自旋几乎完全由$B_{\rm{ex}}$对准。温度和磁场依赖的研究表明，这些纳米晶体中的$B_{\rm{ex}} \approx$ 10~T，与理论估计很好地吻合。此外，发射线宽提供了直接洞察Mn $^{2+}$自旋的统计波动。这些共振PL的研究提供了详细的洞察集体磁现象，特别是在轻掺杂的纳米晶体，传统的技术，如非共振PL或时间分辨PL提供模糊的结果。
2017-04-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Analysis of the attainable efficiency of a direct-bandgap betavoltaic element
考虑实际半导体系统参数，分析了基于直接带隙半导体（如GaAs）的pn结中β粒子能量向电能的转换。考虑到死层的存在，导出了β电子产生的电子空穴对的收集系数$Q$的表达式。我们表明，由\Tr源发射到GaAs p-n结的β电子的收集系数在结中的电子寿命的宽范围内接近1，范围从$10^{-9}$到$10^{-7}$ s。对于\Pm/GaAs的组合，$Q$仅对于相当长的寿命（约$10^{-7}$ s）和GaAs pn结的大厚度（约$100\,μ$ m）是相对大的（$\ge 0.4$）。对于少数载流子的实际寿命及其扩散系数，得到了GaAs pn结在β粒子辐照下的开路电压。发现在\Tr/GaAs组合的情况下可获得的β转换效率$η$超过\Pm/GaAs组合的β转换效率。
2015-04-13 cond-mat.mtrl-sci
A New Two-Dimensional Functional Material with Desirable Bandgap and Ultrahigh Carrier Mobility
具有直接和适度带隙和载流子迁移率的二维（2D）半导体是纳米电子应用中非常期望的功能材料。在此，我们预测，单层CaP 3是一种新的二维功能材料，不仅具有1.15 eV的直接带隙（基于HSE 06计算），也具有非常高的电子迁移率高达19930 cm 2 V-1 s-1，相当于单层磷烯。更值得注意的是，相反的双层磷烯具有显着降低的载流子迁移率相比，其单层对应，CaP 3双层具有更高的电子迁移率（22380 cm 2 V-1 s-1）比其单层对应。二维CaP 3的带隙可以通过控制堆叠的CaP 3层的数量在1.15至0.37 eV（HSE 06值）的宽范围内调谐。除了新颖的电子特性，2D CaP 3还在整个可见光范围内表现出光学吸收。结合新的电子，电荷迁移率和光学特性，使2D CaP 3成为未来纳米电子和光电应用的令人兴奋的功能材料。
2018-03-01 cond-mat.mtrl-sci
InP nanocrystals on silicon for optoelectronic applications
能够克服硅技术中的小型化限制的实现性能进步的解决方案之一是在单个芯片内集成不同功能的光电子器件。间接带隙硅的光学性能差，这是它的主要缺点。因此，不同的材料必须用于片上光学互连，例如直接带隙III-V族化合物半导体材料。在本文中，我们提出了合成单晶InP纳米点（NDs）在硅上使用组合离子注入和毫秒闪光灯退火技术。光学和微观结构的研究表明，高质量的（100）取向的InP纳米晶体的生长。电流-电压测量证实了InP ND和硅之间的n-p异质结的形成。我们的方法的主要优点是它与大规模硅技术的集成，这使得它可以应用于硅基光电子器件。
2012-11-11 cond-mat.mtrl-sci
Interband, intraband and excited-state direct photon absorption of silicon and germanium nanocrystals embedded in a wide band-gap lattice
采用原子赝势方法对宽禁带中镶嵌的Si和Ge纳米晶进行了理论研究。从小的集群到大的NC包含上千个原子的顺序被认为是。作为NC直径的函数的有效带隙值很好地再现了可用的实验和理论数据。据观察，最高占据分子轨道的Si和Ge的NC和最低未占分子轨道的Si NC显示振荡相对于这些球形NC所属的$C_{3v}$点群的不同的不可约表示之间的大小。基于这种电子结构，首先带间吸收进行了深入的研究，表明表面极化效应的重要性，显着降低吸收时，包括。发现这种减少随着NC尺寸的减小或NC芯与宿主矩阵之间介电常数失配的增加而增加。合理的协议，观察到与实验的吸收光谱可用。球形NC到长椭球或扁椭球的变形被认为对吸收光谱没有明显的影响。其次，得到了从远红外到可见光范围内的导带内和价带内吸收系数。这些结果可以是有价值的红外光电探测的前景，这些NC阵列。最后，研究了直径为3 nm和4 nm的纳米碳在532 nm、355 nm和266 nm三种不同泵浦波长下的激发态吸收。这揭示了在空穴的情况下的强吸收窗口和在电子的情况下的宽光谱，这对于在这些结构中实现增益的讨论尤其相关。
2007-11-27 cond-mat.mtrl-sci
Metal Halide Perovskite Nanocrystals: Synthesis, Post-Synthesis Modifications and Their Optical Properties
金属卤化物钙钛矿代表了一个蓬勃发展的研究领域，这是由其在光电子学和光电子学中的潜在应用以及支撑其独特光电特性的基础科学驱动的。用于合成卤化物钙钛矿纳米晶体的胶体方法的出现引起了人们对这种新型材料的内部方面的关注，首先是它们的缺陷容限。这篇综述的目的是提供一个更新的调查，这个快速发展的领域，主要集中在他们的胶体合成。我们研究了不同胶体合成路线的化学和能力，以控制所得纳米晶体的形状，尺寸和光学性质。我们还提供了最新的概述，其合成后的转变，并总结了各种解决方案的目的是制造卤化物钙钛矿基纳米复合材料。然后，我们审查的卤化物钙钛矿纳米晶体的基本光学性质，通过专注于其线性光学性质，量子限制的影响，然后，在目前的知识，他们的激子结合能。我们还讨论了非线性现象的出现，如多光子吸收，双激子和载流子倍增。最后，我们提供了该领域的前景，最有说服力的开放问题和可能的未来方向。
2020-10-28 cond-mat.mtrl-sci
Bandgap in orthorhombic thin lead halide perovskite (CsPbBr3) nanosheets measured from STEM-EELS
无机卤化铅钙钛矿由于其带隙可调谐性、高光致发光量子产率和窄发射线宽而成为光电应用的有希望的候选者。特别地，它们提供了改变作为卤化物组成和纳米级晶体的尺寸/形状的函数的带隙的可能性。在这里，我们提出了一个像差校正扫描透射显微镜（STEM）的研究扩展纳米片的CsPbBr 3直接展示其正交晶体结构和它们的横向终止与Cs-Br平面。通过单色电子能量损失谱（EELS）测量来自各个纳米片的带隙。我们发现的带隙的增加开始在厚度低于10 nm，证实了不太戏剧性的效果相比，在量子点中观察到的3D限制的纳米片中的1D限制，如预测的密度泛函理论计算和光谱数据从合奏测量。
2020-07-31 cond-mat.mtrl-sci
Response of the Verwey transition in magnetite to a controlled point-like disorder induced by 2.5 MeV electron irradiation
本研究通过2.5 MeV电子辐照诱导受控点状无序，探究磁铁矿Verwey转变本质，发现转变温度变化不影响其尖锐性，揭示带隙变化与结构、磁各向异性的关联及无序的作用。
2023-05-14 cond-mat.mtrl-sci
Theory of multiexciton generation in semiconductor nanocrystals
我们发展了一个基于格林函数的广义框架来计算量子点中多激子的产生效率。直接/间接吸收和相干/非相干碰撞电离机制，经常用来描述多激子产生的纳米晶体，审查和重新从统一理论作为某些近似。此外，系统地描述了两个新的极限--弱库仑耦合极限和半宽带极限。我们证明了在纳米晶体中多激子的产生可以用非相干过程来描述，并讨论了多激子的产生与光子能量和尺寸的关系。给出了三个原型系统：CdSe，InAs和硅量子点的说明。
2010-07-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
External Bias Dependent Direct To Indirect Bandgap Transition in Graphene Nanoribbon
在这项工作中，使用自洽的紧束缚计算，第一次，我们表明，一个直接到间接的带隙转变是可能的扶手椅型石墨烯纳米晶通过沿带的宽度施加外部偏压，开辟了新的设备应用的可能性。借助狄拉克方程，我们利用外加偏压在纳米晶体内部产生的微扰势空间分布的不对称性，定性地解释了这种带隙跃迁。其次是验证的带隙的趋势与数值技术，使用矩阵指数的马格努斯展开。最后，我们证明了载流子有效质量在带隙跃迁点附近具有可调的尖锐特征。
2010-06-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Intense Dark Exciton Emission from Strongly Quantum Confined CsPbBr$_3$ Nanocrystals
半导体纳米晶体中的暗基态激子由于其长的寿命对于需要长寿命的电子或自旋态的应用具有吸引力而一直是人们非常感兴趣的主题。最近已经做出了重大努力来探索和访问金属卤化物钙钛矿纳米晶体中的暗激子能级，与其他现有的半导体纳米晶体相比，金属卤化物钙钛矿纳米晶体正在成为光子和电荷的优越来源。然而，在金属卤化物钙钛矿纳米晶体中，直接观察来自暗激子的长寿命光致发光仍然是难以捉摸的。本文报道了在强量子限制的CsPbBr 3纳米晶体中观察到的暗基态激子的强发射，其寿命为1-10 μ s，这与迄今为止探索的弱量子限制系统的行为形成了对比。对不同限制程度的CsPbBr 3纳米晶体的研究揭示了量子限制在增强亮-暗激子能级分裂中的关键作用，这对于获得暗激子是重要的。我们的工作展示了强量子限制的钙钛矿纳米晶体作为利用暗激子的新平台的未来潜力。
2020-03-26 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Metal-insulator transition in films of doped semiconductor nanocrystals
为了充分发挥半导体薄膜作为低成本电子材料的潜力，需要更好地了解使其导电性金属化所需的掺杂剂的量。在体半导体中，金属-绝缘体转变时的电子临界浓度由莫特判据描述。在这里，我们从理论上推导出的临界浓度$n_c$的重掺杂的纳米晶体的膜缺乏配体在其表面和彼此直接接触。在相应的实验中，我们研究了掺磷无配体硅纳米晶体薄膜的导电机制。在我们的样品中实现的最大的电子浓度，这是预测的$n_c$的一半，我们发现，跳跃电子的本地化长度是接近纳米晶体直径的三倍，表明该膜接近金属-绝缘体转变。
2016-06-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Pressure-induced structural transition of ZnO nanocrystals studied with molecular dynamics
采用有限体系的恒压分子动力学模拟研究了ZnO纳米晶的压致结构转变。我们观察到了从四配位纤锌矿结构到六配位岩盐结构的转变，并且转变过程强烈依赖于纳米晶体的形貌。结果表明，ZnO纳米晶在经历了纤锌矿向岩盐的转变过程后，以五重h-MgO结构为中间状态。但对于没有完美表面结构的小平面，随着从（00 - 1）和（00-1）表面边缘去除的原子数量的增加，局部形貌将变得更接近球形。ZnO晶体将从每个方向接收相等的应力，并且将更难以像完美的刻面ZnO晶体那样仅沿c轴压缩结构。在这种情况下，只有部分结构经历中间五重配位结构，甚至不存在中间五重配位结构，这取决于表面无序度。
2012-06-03 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Direct observation of the transition from indirect to direct bandgap in atomically thin epitaxial MoSe2
受限几何中的量子系统是新物理现象的宿主。例子包括半导体中的量子霍尔系统和石墨烯中的狄拉克电子。在这样的系统的兴趣也加强了最近发现的光致发光量子效率的大的增强和潜在的路线valleytronics在原子级薄层的过渡金属二硫属化物，MX 2（M = Mo，W; X = S，Se，Te），这是密切相关的间接到直接的带隙过渡的单层。在这里，我们报告的第一个直接观察到的过渡，从间接到直接带隙的单层样品，通过使用角分辨光电子能谱高品质的薄膜的MoSe 2与可变厚度，生长的分子束外延。实验测得的能带结构表明，单层MoSe 2的直接带隙的趋势更强，以及更大的间隙尺寸，比理论预测。此外，我们发现一个显着的自旋分裂180毫电子伏的价带最大值的单层MoSe 2膜可以扩展其可能的应用自旋电子器件。
2014-01-14 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Zero point motion and direct/indirect bandgap crossover in layered transition-metal dichalcogenides
二维过渡金属二硫属化合物$MX_2$（es. MoSPDMATHABMN、WSPDMATHABMN、MoSePDMATHABMN、\ldots）是用于带隙工程的最有前途的材料之一。在这些化合物中广泛研究，通过从头算技术，是调整的直接-间接的间隙字符通过平面应变的可能性。然而，在这种计算中，晶格自由度被假设为经典的和冻结的。在本文中，我们详细调查的带隙字符（直接与间接）上的平面外的距离$h$之间的两个硫族平面在每个$MX_2$单元的依赖关系。使用DFT计算，我们表明，带隙字符确实是高度敏感的参数$h$，在单层以及在双层和散装化合物，允许例如开关从间接到直接的差距和从间接到直接的差距在单层系统。这种情况下，进一步分析了存在量子晶格波动的零点运动。在量子分析的基础上，我们认为由面外应变以及面内应变引起的直接-间接带隙跃迁可以被看作是连续的交叉，而不是真正的急剧转变。物理观测的后果进行了讨论。
2019-01-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Valence band and core-level analysis of highly luminescent ZnO nanocrystals for designing ultrafast optical sensors
采用改进的溶胶-冷冻干燥法合成了尺寸约为2 nm的高发光ZnO：Na纳米晶。利用X射线光电子能谱学（XPS）对ZnO：Na纳米晶的表面进行了扫描、芯能级和价带谱分析，确定了Na+的存在。所观察到的带隙从3.30（体）增加到4.16 eV（纳米），归因于电子和空穴在所有三个方向上的运动的量子限制。光致发光和衰减测量补充和支持我们的研究，设计一个高效和超快响应的光学传感设备。
2010-05-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Identifying Direct Bandgap Silicon Structures with High-throughput Search and Machine Learning Methods
该研究结合高通量搜索、机器学习势、ML哈密顿量与DFT计算，从2637种硅同素异形体中筛选出47种直接带隙结构，并识别22种潜在光伏材料。
2024-07-03 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Direct bandgap silicon quantum dots achieved via electronegative capping
我们提出了一个新的概念，实现硅量子点的辐射率提高了两个数量级以上的直接带隙半导体的特性值。我们的紧束缚模拟表明，表面工程可以显着改变密度的限制电子在真实和$k$ -空间，并引起新的导带能级在$Γ$ -谷，从而促进直接辐射跃迁。该效果可以通过用共价键合的电负性配体（例如烷基或四氢呋喃链）覆盖硅点和/或通过嵌入高度电负性介质中来实现。
2014-05-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Spin coherence generation and detection in spherical nanocrystals
对单电荷半导体纳米晶体系综的电子自旋取向和短光脉冲探测进行了理论描述。考虑了球形纳米晶体中价带的复杂结构。结果表明，抽运脉冲注入的电子自旋方向既依赖于抽运脉冲的螺旋度，又依赖于抽运脉冲的功率。结果表明，光脉冲的训练可以使驻留电子自旋完全取向。发展了自旋法拉第效应、克尔效应和椭圆率效应的微观理论，并讨论了这些信号的光谱灵敏度。我们表明，在周期性泵浦下，电子自旋的明显锁模发生，并表现为显着的自旋信号在泵和探测脉冲之间的负延迟。
2012-05-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
MoS2/MX2 heterobilayers: Bandgap engineering via tensile strain or external electrical field
我们对二维过渡金属二硫属化物（TMD）异质双层膜MX2/MoS 2（M = Mo，Cr，W，Fe，V; X = S，Se）的电磁性质进行了全面的第一性原理研究.对于M = Mo，Cr，W; X=S，Se，所有的异质双层显示半导体特性与间接带隙的WSe 2/MoS 2异质双层，保留了直接带隙特性的构成单层的例外。当M = Fe，V; X = S，Se时，MX_2/MoS_2异质双层膜具有金属性。本研究特别关注的是通过施加拉伸应变或外部电场来实现TMD异质双层材料的工程带隙。我们发现，随着双轴或单轴拉伸应变的增加，MX2/MoS 2（M=Mo，Cr，W; X=S，Se）异质双层膜都可以发生从超导体到金属的转变。对于WSe 2/MoS 2异质双层，直接到间接的带隙转变可能会发生超过临界双轴或单轴应变。对于M（=Fe，V）和X（=S，Se），当MX 2/MoS 2异质双层膜处于双轴拉伸应变下时，金属原子和硫族元素原子的磁矩均增强。此外，电场还可以降低MX 2/MoS 2（M=Mo，Cr，W; X=S，Se）异质双层膜的带隙。对于MSe_2/MoS_2（M=Mo，Cr）两个异质双层膜，PBE计算表明，在外加电场作用下，可能发生间接-直接带隙跃迁.这一转变归因于自发极化的增强。可调的带隙一般和可能的间接直接带隙转变由于拉伸应变或外部电场赋予的TMD异质双层材料的光电应用的可行的候选人。
2013-12-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Direct growth of crystalline spinel GaON films: A wide-bandgap mixed-anion semiconductor
State Key Laboratory of Radio Frequency Heterogeneous Integration, College of Physics and Optoelectronic Engineering, Shenzhen University（深圳大学物理与光电工程学院射频异构集成国家重点实验室）；Physics Department, The Hong Kong University of Science and Technology（香港科技大学物理系）
该研究通过氮等离子体辅助脉冲激光沉积直接生长出晶态尖晶石γ-GaON薄膜，明确其室温带边跃迁约4.3 eV，为混合阴离子宽禁带半导体研究及异质结开发提供了基础。
2026-10-14 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Air-stable lithiation engineering of $\mathrm{MoS}_{2}$ for direct-bandgap multilayers
本研究通过新开发的Li-ion平台实现探针诱导的空气稳定Li插层，将多层$\mathrm{MoS}_{2}$转化为多个单层堆叠，使其表现出直接带隙和强光致发光，光致发光增强26倍。
2025-03-01 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Direct Bandgap Photoluminescence of GeSn grown on Si(100) substrate by Molecular Beam Epitaxy Growth
本文首次在未退火的MBE生长GeSn薄膜中实现直接带隙光致发光，通过优化生长获得Sn含量9.2%和11.4%的高质量弛豫层，为Si基光电子器件提供了新途径。
2025-05-07 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Direct Bandgap Emission from Hexagonal Ge and SiGe Alloys
半个多世纪以来，以通常的立方（金刚石）晶格结构结晶的硅一直主导着电子工业。然而，立方硅（Si）、锗（Ge）和SiGe合金都是间接带隙半导体，不能有效地发光。因此，几十年来，从IV族材料实现有效的光发射一直是硅技术中的圣杯，尽管付出了巨大的努力，但它仍然难以实现。在这里，我们展示了直接带隙六方锗和锗硅合金的高效发光。我们测量了一个亚纳秒，温度不敏感的辐射复合寿命，并观察到类似的直接带隙III-V族半导体的发射产率。此外，我们演示了如何通过控制的六角SiGe合金的组成，发射波长可以在很宽的范围内连续调谐，同时保持直接带隙。我们的实验结果被证明是在良好的定量协议与从头算理论。半导体SiGe是一种理想的材料系统，可以在单个芯片上完全结合电子和光电功能，为新的器件概念和信息处理技术开辟道路。
2019-11-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Cation exchange synthesis of AgBiS$_2$ quantum dots for highly efficient solar cells
本文提出了一种通过阳离子交换反应在室温下合成AgBiS$_2$纳米晶的新方法，避免了传统热注入法的高温真空条件，所制备的光伏器件功率转换效率达7.35%。
2024-04-17 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Influence of the Core/Shell Interface on Biexciton Auger Recombination in Individual Nanocrystal Quantum Dots
以前的单粒子光谱研究的胶体量子点已经表明了显着的双激子寿命跨越合奏名义上相同的纳米晶体的传播。据推测，除了物理尺寸的点到点变化之外，这种扩散还受到量子点界面结构变化的影响，该界面控制着限制势的形状。在这里，我们直接评估的核-壳界面上的单和多激子动力学的组合物的效果，通过并排测量单个核-壳的CdSe-CdS纳米晶体与尖锐与光滑（梯度）接口。为了实现后一种类型的结构，我们将一个CdSexS 1-x合金层的控制组成和厚度之间的CdSe核和CdS壳。我们观察到，虽然基本上没有影响单激子衰减，界面合金层导致系统的双激子寿命的增加。这一观察结果提供了直接的实验证据，除了量子点的大小，其界面性质也显着影响俄歇复合的速率，这支配双激子衰减。这些发现有助于合理化以前的观察，在类似大小的量子点的双激子寿命的显着异质性，并应促进俄歇复合自由胶体纳米结构的发展，从激光器和发光二极管的光电探测器和太阳能电池的应用范围。
2013-09-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Tin monochalcogenide heterostructures as mechanically rigid infrared bandgap semiconductors
基于第一性原理的密度泛函计算，我们表明，SnS和SnSe层可以形成机械刚性异质结构的组分起皱或屈曲的单层。由于强的层间耦合，导带和价带边缘的电子波函数在异质结构上是离域的。所得的异质结构的带隙位于红外区域。在应变工程的作用下，异质结构的带隙在褶皱相中发生了由间接带隙向直接带隙的转变。结果表明，层状异质结构的电子波函数和机械刚度之间存在着直接的相关性。
2018-03-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Identification of point defects on Co-Ni co-doping in SnO$_{2}$ nanocrystals and their effect on the structural and optical properties
采用pH控制化学共沉淀法合成了Sn $_{0.97-y}$ Co $_{0.03}$ Ni $_{y}$ O $_{2}$（0 $\leq y \leq$ 0.04）纳米晶，其平均晶粒尺寸在7.3 nm（$y$ =0.00）~ 5.6 nm（$y$ =0.04）之间。由于共掺杂而在纳米晶体中产生的非化学计量的Sn相关缺陷和O相关的化学计量的Frenkel缺陷已经被确定，并且它们对纳米晶体的结构和光学性质的影响已经被广泛地研究。使用XPS已经观察到，在增加Ni共掺杂浓度（$y$）时，非化学计量Sn缺陷Sn $_{\text{Sn}}^{"}$增加以补偿$y$ = 0.00纳米晶体的现有缺陷Sn $_{i}^{....}$。高分辨率透射电子显微镜（HR-TEM）也证实了Sn $_{\text{Sn}}^{"}$的存在。关于Frenkel缺陷，XPS结果表明，以悬挂键相关表面缺陷态的形式表现的$V_{\text{O}}$和O $_{i}$的浓度随着$y$的增加而增加。纳米晶体的温度依赖性磁化强度测量证实了$V_{\text{O}}$的电荷状态。已发现的点缺陷影响的结构特性的方式，在八面体几何形状的完整的Sn-O octahderon有效地减少，而扭曲的三角平面的O的配位几何形状的增加。Urbach边缘的研究表明，在共掺杂的纳米晶体中的无序增强。纳米晶体的光学带隙已被发现是红移高达$y$ …
2019-06-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Optical manipulation of shape-morphing elastomeric liquid crystal microparticles doped with gold nanocrystals
我们展示了由液晶弹性体制成的双折射胶体微粒形状的简易光学操纵。使用软光刻和聚合，我们制造弹性体微圆柱体弱起伏的导演平均沿其长轴方向。这些颗粒渗透有金纳米球作为热换能器，允许从聚焦的红外激光束到微粒内的亚微米区域的有效局部热传递。使用扫描光束对液晶弹性体中的排序进行光热控制允许对胶体颗粒进行鲁棒控制，从而实现形状的可逆和不可逆变化。可能的应用包括光学机械，微流体，和可重构的胶体复合材料与形状相关的自组装。
2017-01-17 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Machine Learning to Predict the L-Point Direct Bandgap of Bi1-xSbx Nanomaterials
随着现代纳米科学技术的发展，Bi 1-xSbx可以被合成为不同的纳米尺度和纳米结构，包括薄膜、纳米线、纳米管、纳米带等。然而，由于在布里渊区中的L点处的电子和空穴之间的强关联，当纳米结构化时，直接带在量子限制下以异常的方式演化。由于合金化和低对称性，使用从头计算或kp扰动来预测纳米材料中的L点直接带隙可能在计算上是昂贵的或不准确的。本文尝试用机器学习方法来解决这个问题，包括支持向量回归、回归树、高斯过程回归和人工神经网络。Bi 1-xSbx薄膜和纳米线的拟合优度约为0.99。
2022-01-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Nanostructured thin films of indium oxide nanocrystals confined in alumina matrixes
本研究通过共粉碎法制备尺寸小于10纳米的氧化铟纳米晶限域于氧化铝基体的薄膜，优化沉积与退火条件获得立方相晶序，并分析其光学带隙等性质。
2025-01-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Mid-infrared emission and absorption in strained and relaxed direct bandgap GeSn semiconductors
通过独立的工程应变和成分，这项工作证明和研究直接带隙发射在中红外范围内从硅上生长的GeSn层。在Sn含量为17 at.%的均匀层中，我们将室温发射波长扩展到~4.0 μm以上。基于温度依赖的光致发光、吸收测量和理论模拟，讨论了光发射的基本机制。无论应变和组成，这些分析证实，单峰发射总是观察到的探测温度范围为4-300 K，排除了缺陷和杂质相关的发射。此外，热激活的非辐射复合通道的载流子损耗被发现作为应变弛豫的结果被极大地最小化。吸收测量验证直接带隙吸收在应变和放松的样品在能量密切匹配的光致发光数据。这些结果突出了GeSn半导体作为可扩展、紧凑和硅兼容的中红外光子学和量子光电子学的通用构建块的强大潜力。
2020-12-23 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph physics.optics
