Relaxation and derelaxation of pure and hydrogenated amorphous silicon during thermal annealing experiments
用拉曼光谱和差示扫描量热法分析了纯非晶硅（a-Si）和氢化非晶硅（a-Si：H）材料在热退火实验中的结构弛豫。与a-Si不同，从a-Si：H中放出的热不能用Si-Si网络应变的弛豫来解释，但它揭示了键角应变的弛豫。由于退火后的弛豫状态是非常相似的纯和氢化材料，我们的研究结果提供了强有力的实验支持预测的a-Si和晶体硅之间的构型间隙。
2010-07-08 cond-mat.mtrl-sci
Memory effect under pressure in low density amorphous silicon
我们对多孔硅的研究表明，随着压力的增加，它经历了结晶相变，而不是压力诱导的非晶化-之前声称的，非晶相只出现在压力释放。这种非晶相，当受到较高的压力，可逆地转变为一个更高的协调原始六方相，显示出一种记忆效应，这可能是唯一的例子，它的种类在元素固体。第一性原理计算和热力学论证有助于理解这些观测结果。
2010-07-22 cond-mat.mtrl-sci
The formation of well-defined crystalline structures by UV laser irradiation of amorphous silicon films
这项研究为薄膜氢化非晶硅在氧气存在下接受紫外激光照射时发生的过程提供了新的见解。它通过观察使薄膜经受逐渐增加的激光辐射剂量的影响来实现这一点。这表明，首先产生了一系列核，导致形成了与氧化硅结构一致的定义明确的晶体网络。进一步的照射导致在结晶网络上形成锥形结构，这是由于硅-氧键断裂和所得富硅材料的迁移。最终，锥形结构成为主要特征，但仍由原始晶体结构的纳米线残余物互连。
2016-06-01 cond-mat.mtrl-sci
Thermally-Induced Structural Evolution of Silicon- and Oxygen-Containing Hydrogenated Amorphous Carbon
采用X射线光电子能谱、吸收光谱和分子动力学（MD）模拟研究了含硅和氧的氢化非晶碳（a-C：H：Si：O）的热致结构演化.光谱结果表明，在氢化非晶碳（a-C：H）中引入Si和O，提高了sp3-C向sp2-C转化的活化能。分子动力学模拟表明，a-C：H：Si：O的热稳定性高于a-C：H，这是由于a-C：H：Si：O中应变C-C sp3键的比例较低。
2017-11-02 cond-mat.mtrl-sci
Thermally stimulated H emission and diffusion in hydrogenated amorphous silicon
本文报道了氢化非晶硅中氢动力学的第一性原理从头算密度泛函计算。主机硅原子的热运动驱动H扩散，我们证明了直接模拟和简单的模型解释。Si-Si键中心和Si环中心是局部能量极小值。我们还描述了一种新的机制，打破Si-H键释放自由原子H进入网络：波动键中心脱离（FBCD）辅助扩散。在a-Si：H中的H动力学由晶体中不存在的非晶相固有的结构波动主导。
2007-06-16 cond-mat.mtrl-sci
Bonding properties of amorphous silicon and quantum confinement in the mixed phases of silicon nano slabs
本文在密度泛函计算的基础上，利用分子理论中的Bader原子，对非晶硅（a-Si）的成键性质进行了定量的微观分析，这些成键性质可以反映出该材料可观察到的力学和电子行为。此外，还研究了氢化a-Si（a-Si：H）半导体中硅晶体纳米片（SiNS）复合物中载流子量子限制的发生和强度。结果表明，在[100]方向上限制的硅片的限制效应最强。展示了带隙随SiNS宽度的可调性，并研究了能态随尺寸变化的标度律。它被证明和争论为什么在这些系统中的限制的空穴是强于电子约束。还详细介绍了氢钝化非晶硅缺陷的计算方法。
2019-04-04 cond-mat.mtrl-sci
Infrared spectroscopy of hydrogenated and chlorinated amorphous silicon
给出了氢化和氯化非晶硅薄膜的红外透射谱随氯浓度和退火温度的变化。随着氯含量的增加，观察到2100 cm-1带强度的增加。我们将这种效应与SiH 2Cl 2的存在，混合配置。的Sic 1伸缩带，位于545 cm-1的未退火的样品中，连续移位高达590 cm-1的退火温度的增加。这种置换归因于SiCl 2物质在500°C左右占优势以及它们在700°C以上转化为SiCl 2物质和SiCl 2分子。
2021-10-07 cond-mat.mtrl-sci
Dynamics of Photo-excited Hot Carriers in Hydrogenated Amorphous Silicon Imaged by 4D Electron Microscopy
非晶半导体中的电荷载流子的动力学与晶体半导体中的电荷载流子的动力学根本不同，这是由于缺乏长程序和高缺陷密度。尽管密集的技术驱动的研究兴趣和存在完善的实验技术，如光电导飞行时间和超快光学测量，在非晶半导体中的光激发载流子的动力学的许多方面仍然知之甚少。在这里，我们展示了直接成像的载流子动力学的空间和时间光激发后，在氢化非晶硅（a-Si：H）的扫描超快电子显微镜（SUEM）。我们观察到一个意想不到的制度，快速扩散后立即光激发，随着自发的电子-空穴分离和原子无序引起的电荷捕获。我们的研究结果表明，丰富的动态热载流子输运在非晶半导体，可以揭示直接成像的基础上SUEM。
2016-10-10 cond-mat.mtrl-sci
Maximally-localized Wannier functions for disordered systems: application to amorphous silicon
我们用极大局域化的Wannier函数方法研究了非晶硅的成键性质。据我们所知，这项研究代表了Wannier函数分析在无序系统中的首次应用。我们的研究结果表明，在无序的存在下，这种方法是非常有帮助的，在提供一个明确的图片的键分布。特别是，可以研究缺陷配置，并以前所未有的精确度进行表征。
1998-04-02 cond-mat.mtrl-sci
Hydrogen dynamics and light-induced structural changes in hydrogenated amorphous silicon
我们使用精确的第一性原理方法来研究氢化非晶硅的网络动力学，包括氢的运动。除了研究电子基态下的原子动力学外，我们还采用一种简单的方法跟踪了轻激发态下的H动力学。与最近的实验和计算机模拟相一致，我们发现，二氢化物结构形成的动力学在轻激发态，我们给这些国家明确的途径的例子。我们的模拟似乎与Staebler-Wronski效应的各个方面是一致的，例如光诱导产生分离良好的悬挂键。
2006-06-08 cond-mat.mtrl-sci
Realistic inversion of diffraction data for an amorphous solid: the case of amorphous silicon
我们采用一种新的方法“力增强原子细化”（FEAR）创建一个计算机模型的非晶硅（a-Si），基于高精度的X射线衍射实验的Laaziri等人。我们的计算逻辑是估计一个真正的样品a-Si的结构使用实验数据和化学信息包括在一个无偏的方式，从随机坐标。该模型与实验结果非常吻合，并且根据密度泛函计算，该模型也位于一个合适的最小能量。在协议与实验中，我们发现一个小浓度的协调缺陷，我们讨论，包括其电子后果。与连续随机网络模型相比，FEAR模型中的间隙状态是离域的。该方法是更有效和准确的，在这个意义上拟合衍射数据比传统的熔体淬火方法。我们计算的振动态密度和比热，并发现，这两个比较有利的实验。
2016-10-01 cond-mat.mtrl-sci
Towards device-size atomistic models of amorphous silicon
非晶态材料的原子结构可以用连续无规网络模型来描述。我们提出了一个算法，用于生成大型，高质量的连续随机网络。该算法是由Wooten、Winer和Weaire引入的“silencing”方法的变体。通过采用局部弛豫技术，可以尝试局部原子重排，其规模几乎与系统大小无关。该算法的缩放特性为生成真实设备大小的原子网络铺平了道路。
2001-07-17 cond-mat.mtrl-sci
Structural tunability and origin of two-level systems in amorphous silicon
对于更高的厚度、更高的生长温度和更慢的沉积速率，通过电子束蒸发制备的非晶硅膜具有系统地和实质上更大的原子密度，当在425 $^{\circ}$ C和<1 $Å$ /秒下生长厚度大于~300 nm的膜时，达到结晶Si的密度。光谱技术的组合提供了深入了解原子无序，局部应变，悬挂键，和纳米空隙。电子衍射表明，在所有的生长温度下的非晶硅的短程顺序是相似的，但波动电子显微镜显示，高于室温下生长的薄膜显示出一种形式的中程顺序以前没有观察到的非晶硅。拉曼光谱得到的原子无序度和局域应变随生长温度的升高而降低，并表现出非单调的厚度依赖性。悬挂键密度随生长温度的升高而降低，并且仅轻微地依赖于厚度。正电子湮没多普勒展宽光谱和电子能量损失光谱表明，纳米空隙，而不是网络内的密度变化，是负责减少原子密度。比热和机械损耗的测量，量化的隧道两级系统的密度，结合结构数据，表明在非晶硅薄膜中的两级系统与nanovoids和它们的周围环境，这是在本质上松散的键合区域的原子较少约束。
2021-11-21 cond-mat.mtrl-sci
Two-level systems and growth-induced metastability in hydrogenated amorphous silicon
从2到300 K的比热测量由热线化学气相沉积制备的氢化非晶硅在低温下显示出一个大的过剩比热，显着大于德拜比热计算从声速。所制备的薄膜具有与非晶网络中的亚稳态氢相关的肖特基异常，以及通常与非晶态固体中的隧穿二能级系统相关的大的线性和过量立方项。在200 °C下退火，该温度使氢迁移但不蒸发，不可逆地降低了热容，消除了肖特基异常并留下降低的线性热容。生长温度和H含量的非单调依赖关系，观察在所有的效果，除了声速，这表明隧道二能级系统和肖特基异常与原子氢，并需要低密度区域形成，而声速与硅网络，并提高随着生长温度的增加。
2020-06-24 cond-mat.mtrl-sci
Real-time Measurement of Stress and Damage Evolution During Initial Lithiation of Crystalline Silicon
在以锂金属为对电极和参比电极的电化学电池中，研究了（100）硅片初始锂化过程中的晶相到非晶相的转变。研究表明，跨相界的严重应力跳跃会导致断裂和损坏，这是设计锂离子电池硅基阳极时的一个重要考虑因素。在初始锂化期间，移动相边界从面向锂电极的表面开始进入晶片，将晶体硅转化为非晶LixSi。原位测量非晶层中产生的双轴压应力，并且观察到约为0.0001。0.5 GPa。HRTEM图像显示，结晶-非晶相边界非常尖锐，厚度约为1 nm。脱锂后，应力迅速逆转，变成拉伸，非晶层在约0.5 GPa下开始塑性变形。随着持续的脱锂，屈服应力的大小增加，最终导致非晶层突然断裂成微碎片，并且裂纹延伸到下面的晶体硅中。
2011-07-28 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
The Amorphous-Crystal Interface in Silicon: a Tight-Binding Simulation
基于经验原子间相互作用势和非正交紧束缚模型，模拟研究了硅固体晶相和非晶相之间的界面结构特征.紧束缚哈密顿量的创建和测试的类型的结构和扭曲预计会发生在这个接口。模拟表明，存在一些有趣的功能附近的接口。在加热时可能导致结晶的特征包括<110>具有一些缺陷的链，最显著的是与Si（001）2x 1重构自由表面上的那些类似的二聚体。在非晶区域内，在非常短的距离内失去了秩序。通过检查六个不同的样品，每个样品有两个界面，我们发现非晶-晶体界面的能量为0.49 +/- 0.05 J/m^2
1998-05-07 cond-mat.mtrl-sci
Electronic Structure of Dangling Bonds in Amorphous Silicon Studied via a Density-Matrix Functional Method
本文采用含孤立悬挂键的氢化非晶硅结构模型，研究了电子相互作用对电子能级分裂、电荷和自旋局域化以及电荷和自旋涨落的影响。这些属性计算与最近开发的密度矩阵相关能量泛函应用到广义安德森哈密顿量，包括紧束缚的单电子参数化氢化非晶硅加上本地相互作用项。能级分裂的电子相互作用参数U的大值的渐近值，并为U的物理相关的值是在0.3-0.5 eV的范围内。电子自旋高度集中在悬挂键的中心轨道上，而电荷分布在悬挂键周围的更大区域上。这些结果与已知的实验数据和以前的密度泛函计算是一致的。自旋涨落与非限制Hartree-Fock理论所得结果有很大不同。
2002-06-21 cond-mat.mtrl-sci
Origin of Mechanical and Dielectric Losses from Two-Level Systems in Amorphous Silicon
非晶硅包含隧穿二能级系统，这是非晶态固体在低温下的主要能量损失机制。这些两能级系统影响机械和电磁振荡器，并且被认为产生热和电磁噪声以及能量损失。然而，目前还不清楚主导机械和介电损耗的两能级系统是否相同;前者依赖于声子-TLS耦合，具有弹性场耦合常数$γ$，而后者依赖于TLS偶极矩$p_0$，耦合到电磁场。采用电子束沉积法在一定的生长参数范围内生长了非晶硅薄膜，并对其进行了机械和介电损耗测量以及结构表征。在425 $^{\circ}$ C下生长的样品与在室温下生长的样品相比，显示出机械损耗的大幅降低（34倍）和介电损耗的小得多的降低（2.3倍）。此外，对于较厚的膜，机械损耗显示出每单位体积的较低损耗，而对于较薄的膜，介电损耗显示出每单位体积的较低损耗。这些结果的分析表明，机械损耗与原子密度相关，而介电损耗与悬挂键密度相关，这表明这两个能量耗散过程在非晶硅不同的起源。
2020-08-17 cond-mat.mtrl-sci
New models of clean and hydrogenated amorphous silicon surfaces
该研究通过密度泛函理论构建含4096个原子的非晶硅及氢化表面模型，发现表面结构与电荷密度强相关，氢钝化悬挂键并诱导重排，为理解非晶材料表面重构提供基础。
2025-06-21 cond-mat.mtrl-sci
Dopant-enhanced solid phase epitaxy in buried amorphous silicon layers
本文研究了H不阻碍本征和掺杂增强固相外延（SPE）的非晶硅（a-Si）埋层中的SPE动力学。在1 - 30 × 10 ~（19）/cm ~ 3的浓度范围内，用多能离子注入形成了As、P、B和Al的分布。退火在空气中进行，温度范围为460-660 ℃，界面运动的速率使用时间分辨反射率进行监测。掺杂剂增强的SPE速率用广义费米能级移动模型进行建模，使用简并半导体统计学。也被认为是界面的结晶和非晶侧之间的带弯曲的效果。
2010-07-30 cond-mat.mtrl-sci
Quantifying Chemical Structure and Atomic Energies in Amorphous Silicon Networks
无定形材料即将接近现实的计算机模拟，但需要新的方法来充分理解其复杂的原子结构。在这里，我们展示了基于机器学习（ML）的技术如何为非晶硅（a-Si）的原子尺度结构提供新的定量化学见解。基于相似性函数（“内核”），我们定义了一个结构度量，统一的描述最近和下一个最近邻环境中的非晶态。我们将此应用于a-Si网络的合奏，在熔融淬火模拟与ML为基础的原子间势，在其中我们定制的程度，通过不同的淬火速率下降到$10^{10}$ K/s（导致结构模型，比建立WWW网络的能量更低）的有序。然后，我们展示了如何“机器学习”的原子能允许化学解释，在a-Si与不同的能量稳定区域的协调缺陷。该方法是简单的和便宜的适用于任意结构模型，因此，它预计将有更普遍的意义，为发展的非晶态的定量理解。
2018-11-27 cond-mat.mtrl-sci
Structural Simplicity as a Restraint on the Structure of Amorphous Silicon
理解非晶材料性质的结构起源仍然是结构科学中最重要的挑战之一。在这项研究中，我们表明，本地的“结构简单性”，体现在材料内的原子环境是彼此相似的程度，是一个强大的概念，合理化的结构规范的非晶材料非晶硅（a-Si）。我们表明，通过限制对分布函数（PDF）数据的反向Monte Carlo细化更简单，与PDF一致的最简单的模型是一个连续的随机网络（CRN）。产生a-Si的简单模型的另一个影响是在电子态密度中产生（伪）间隙，这表明结构均匀性驱动电子均匀性。这种方法产生的模型的a-Si，接近国家的最先进的化学特定的限制（超出假设的同质性）的需要表明，基于简单性的细化方法可以允许实验驱动的结构建模技术开发的各种各样的非晶半导体强的本地秩序。
2017-06-12 cond-mat.mtrl-sci
Vibrational behaviour of a realistic amorphous-silicon model
研究了高质量的非晶硅真实模型的振动特性。计算了纵向和横向动力学结构因子，并拟合为阻尼谐振子（DHO）函数。最佳拟合DHO的纵向动力学结构因子的宽度$Γ$与波矢量$k\lesssim0.55\textrmÅ^{-1}$的$k^{2}$近似成比例，其高于Ioffe-Regel交叉频率，该频率将传播和扩散区域分开，发生在$k=0.38\pm0.03\textrmÅ^{-1}$。利用DHO函数作为横向动力学结构因子的拟合函数（没有理论证明），给出了波矢$k\lesssim0.7\textrmÅ^{-1}$的$Γ\propto k^α$与$α\sim2.5$的依赖关系。没有证据表明$Γ\propto k^{4}$在任一极化下的行为。
2007-01-09 cond-mat.mtrl-sci
Determination of fracture toughness of thin-film amorphous silicon using spiral crack structures
我们用液相聚硅烷沉积法在玻璃衬底上制备了非晶硅薄膜。拉曼散射提供了证据，在硅中的残余拉伸应力，这是定量评估。在氢氟酸处理下，这种应力导致硅中的螺旋裂纹。我们解释了裂纹形成的过程，并研究这一现象的分析和数值，后者与有限元法（FEM）。根据Griffith准则，有限元法给出了螺旋裂纹的几何修正系数。这使得首次可以确定非晶硅的断裂韧性，与晶体硅相比，其断裂韧性大大增强。
2019-08-18 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Microstructure of Silicon Anodes in Solid-State Batteries -- From Crystalline to Amorphous
该研究利用低温STEM揭示了微晶硅负极在固态电池循环中从晶态到非晶态的微观结构演变，指出需经多次循环才能形成稳定结构，为优化电极设计以减少开裂提供了依据。
2025-07-22 cond-mat.mtrl-sci
Band offsets at the crystalline/amorphous silicon interface from first-principles
在现代硅异质结太阳能电池中，晶体硅和氢化非晶硅（a-Si：H）之间的能带偏移是控制电荷输运的关键参数。它们是用于进一步优化太阳能电池的宏观模拟器的重要输入。过去的实验研究，使用X射线光电子能谱学（XPS）和电容-电压测量，产生了相互矛盾的结果上的带偏移。在这里，我们提出了一个计算研究的频带偏移。它是基于原子模型和密度泛函理论（DFT）。的非晶部分的接口是通过相对较长的DFT的第一性原理分子动力学（MD）运行在升高的温度下30个统计独立的样品。为了获得一个真实的导带位置的电子结构的界面计算与混合泛函。我们发现一个轻微的不对称的能带偏移，其中在价带（0.30 eV）的偏移大于在导带（0.17 eV）。我们的结果与最新的XPS测量报告的价带偏移为0.3 eV [M. Liebhaber等人，应用物理信函106，031601（2015）]。
2016-10-13 cond-mat.mtrl-sci
Visible luminescence from hydrogenated amorphous silicon modified by femtosecond laser radiation
利用飞秒激光辐照氢化非晶硅（a-Si：H）薄膜，在空气中制备了SiO2/SiO2/SiO2纳米晶复合材料，并观察到了可见光发射。光致发光起源于硅微晶与SiO2基体界面处的缺陷态。该方法可用于制备发光层以提高a-Si：H太阳电池的能量转换。
2012-06-26 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
High Performance Molybdenum Disulfide Amorphous Silicon Heterojunction Photodetector
层状半导体如二硫化钼（MoS 2）的一个重要用途是制造新型异质结器件，从而实现使用传统半导体无法实现的功能。在这里，我们展示了一个超快的金属-半导体-金属异质结光电探测器，由二硫化钼和非晶硅（a-Si），上升和下降时间约为0.3毫秒。这是超过一个数量级的改进，传统的a-Si（~5毫秒）和最好的报道二硫化钼设备（~50毫秒）的响应时间。本文介绍的范德瓦尔斯异质结在绿光（商业成像系统中使用的波长）下产生210 mA/W的高光响应度。这种响应度比最好的MoS 2器件大4倍，比商用a-Si器件大2倍。10倍的速度提高和高光响应性为薄膜成像器提供了一个长达数十年的问题的潜在解决方案，并可能在大面积电子产品中找到应用，如生物医学成像和X射线荧光透视。
2013-03-02 cond-mat.mtrl-sci
Analysis of single and composite structural defects in pure amorphous silicon: a first-principles study
采用基于密度泛函理论（DFT）的第一性原理计算，对非晶硅（$a$ -Si）的结构和电子性质进行了研究.通过Car-Parrinello分子动力学（CPMD）模拟晶体硅模型的熔化和淬火，我们生成了几种不同的$a$ -Si样品，其中包含三重（$T_3$）、五重（$T_5$）和反常四重（$T_{4a}$）缺陷。利用这些样品，我们阐明了$a$ -Si的无序结构对其态密度特性的影响。随后，我们研究所获得的样品中发现的缺陷复合物的性质，包括一个，包括三个$T_5$缺陷，我们显示的缺陷复合物是能量稳定的条件。最后，我们研究了$a$ -Si中$T_5$缺陷的氢钝化过程，并表明$T_5$的氢化是一个放热反应，计算出H $_2$分子钝化两个$T_5$位置的活化能为1.05 eV.
2017-05-25 cond-mat.mtrl-sci
Studies on optical signal due to oxygen effect on hydrogenated amorphous/crystalline silicon thin-films
我们研究了氧对氢化非晶硅/晶体硅薄膜的结构和光学性质的影响。在微晶和非晶过渡区之间制备了不同的氢化氧化硅（SiO：H）和硅（Si：H）薄膜。用X射线衍射、拉曼光谱、红外光谱和紫外-可见光谱对不同的薄膜进行了表征。与氢化非晶硅氧化物（a-SiO：H）、氢化非晶硅（a-Si：H）和微晶硅（$μ$ c-Si：H）膜等不同类型的膜的结果的比较揭示了它们作为用于太阳能电池的优异物质的优越性。X射线衍射、红外光谱和拉曼光谱分析表明，H稀释效应的不同对薄膜的结构和光学性能有较大的影响。非晶硅-氧和硅-氢化物合金薄膜的光致发光分析表明，它们适合作为硅基发光器件。1.83 eV的大光学带隙和在2.0 eV处的强光致发光的出现验证了a-SiO：H膜作为太阳能电池的更好替代物的适用性。
2020-11-08 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
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
Experimentally Constrained Molecular Relaxation: The case of hydrogenated amorphous silicon
我们已经将我们的实验约束分子弛豫技术（P. Biswas { \it et al}，Phys. Rev. B { \bf 71} 54204（2005））扩展到氢化非晶硅：构建了具有7.4%氢的540原子模型和具有22%氢的611原子模型。从一个随机构型出发，利用物理相关约束、{ \it ab initio}相互作用和实验静态结构因子，我们构建了氢化非晶硅的真实模型。我们的模型证实了存在一个高频局域带的振动态密度由于Si-H振动，已观察到在最近的振动瞬态光栅测量等离子体增强化学气相沉积薄膜的氢化非晶硅。
2007-09-10 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci
Reverse Monte Carlo modeling of amorphous silicon
本文提出了一种研究非晶四面体半导体的反向蒙特卡罗算法。考虑到一些约束条件，描述四面体键的几何形状以及径向分布函数，我们构建了一个模型的非晶硅使用逆蒙特卡罗技术。从一个完全随机的配置，我们产生了一个模型的非晶硅含有500个原子密切再现实验静态结构因子和键角分布和改进的协议与电子性质。与现有的逆向蒙特卡罗模型进行了比较，并强调了实验数据之外的适当约束的重要性。
2004-01-13 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci
Structural transitions in dense disordered silicon from quantum-accurate ultra-large-scale simulations
结构无序的材料继续提出基本问题，包括不同的无序相（“多晶”）如何共存和从一个转变为另一个。作为一个广泛研究的案例，非晶硅（a-Si）在环境条件下形成四配位的共价无规网络，但在压力下形成更高配位的类金属相。然而，由于即使是最先进的实验和计算技术的内在限制，对硅中的液体-非晶和非晶-非晶转变的详细机械理解一直缺乏。在这里，我们展示了机器学习（ML）驱动的模拟如何突破这一长期存在的障碍，为硅的所有相关液相和非晶相提供全面，量子精确和完全原子化的描述。结合模型系统的大小为100，000个原子（10纳米的长度尺度）的预测精度为几个meV的每个原子，我们的模拟揭示了一个显着的，三步转变序列的a-Si下增加外部压力。首先，高达10-11 GPa，多晶低密度和高密度非晶（LDA和HDA）地区被发现共存，而不是依次出现。然后，我们观察到在12-13 GPa下结构坍塌成一个独特的，非常高密度的非晶（VHDA）相，让人想起致密的液体，但在低得多的温度下形成。最后，我们的模拟表明了这种VHDA相的瞬态性质：它在13-16 GPa下快速成核微晶，最终导致形成多晶，简单的六方结构，与实验一致，但在早期的模拟中没有看到。
2019-12-16 cond-mat.mtrl-sci
Enhanced thermal conductance at interfaces between gold and amorphous silicon and amorphous silica
本文通过非平衡分子动力学模拟研究金与晶态/非晶态硅及二氧化硅的界面热导，发现非晶态界面热导显著更高，并从界面匹配性、非谐性和振动模式离域特性角度揭示了增强机制。
2024-09-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Network structure and dynamics of hydrogenated amorphous silicon
本文讨论了当前的从头算计算机模拟技术在氢化非晶硅（a-Si：H）中的应用。我们首先讨论了材料中配位缺陷数量的热涨落及其温度依赖性。我们将其与释放与Si原子键合的H的“波动键中心脱离”机制联系起来。接下来，从扩展的热MD模拟，我们说明了各种机制的H运动。晶格的动力学，然后链接到电子，我们指出，平方电子晶格耦合（和热诱导的均方变化的电子能量本征值）是鲁棒性的共轭状态的本地化成正比，如果本地化与参与率的倒数测量。最后，我们讨论了Staebler-Wronski效应使用这些方法，并认为，一个复杂的局部加热图片（基于合理的计算的电子晶格耦合和分子动力学模拟）解释的现象的重要方面。
2007-09-11 cond-mat.mtrl-sci
Realistic atomistic structure of amorphous silicon from machine-learning-driven molecular dynamics
非晶硅（a-Si）是一种被广泛研究的非晶体材料，但其原子结构的细微细节仍然不清楚。在这里，我们表明，a-Si的准确结构模型可以通过利用机器学习算法的力量来创建原子间势来获得。我们最好的a-Si网络是通过在分子动力学模拟中以10 $^{11}$ K/s的速率（即在10 ns的时间尺度上）从熔体冷却获得的。该结构示出了低于2%的缺陷浓度，并且与关于过量能量、衍射数据以及$^{29}$ Si固态NMR化学位移的实验一致。我们表明，这种质量水平是不可能实现更快的淬火模拟。然后，我们生成了一个4,096个原子的系统，该系统正确地再现了结构因子中第一个尖锐衍射峰（FSDP）的大小，与迄今为止的实验结果最接近。我们的研究证明了机器学习原子间相互作用势对阐明非晶功能材料的准确结构和性质的更广泛影响。
2018-03-07 cond-mat.mtrl-sci
Combinatorial Development of Amorphous/nanocrystalline Biphase Soft Magnetic Alloys with Silicon-steel like Saturated Magnetic Induction
针对高Bs软磁合金筛选依赖高实验强度熔铸法、磁性能高通量表征难的问题，开发基于高通量MOKE的组合筛选法，发现高Bs低Hc合金多为非晶-纳米晶双相结构，还得到Bs达2.02T、电阻率为硅钢17倍的Fe基合金薄膜，为软磁材料研发提供新范式。
2025-07-31 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
Accurate prediction of structural and mechanical properties on amorphous materials enabled through machine-learning potentials: a case study of silicon nitride
本文以非晶氮化硅为例，训练机器学习原子间势能突破从头计算尺寸限制，在更大体系上准确重现弹性质，证明其对复杂非晶材料结构与力学预测的价值。
2024-08-11 cond-mat.mtrl-sci
On the Structural and Optical Properties of Sputtered Hydrogenated Amorphous Silicon Thin Films
本文主要研究了射频阴极溅射法制备的氢化非晶硅薄膜（a-Si：H）的光学和结构特性。我们分别研究薄膜沉积过程中的氢分压的影响，以及沉积后的热退火对层的主要光学特性，如折射率，光学带隙和Urbach能量的影响。使用掠射X射线反射测量技术，薄膜的结构特性检查后立即薄膜沉积以及表面氧化或退火后。我们表明，低氢压力允许层中的悬挂键饱和，而高剂量导致产生新的缺陷。我们还表明，在中等温度下的热退火提高了沉积层的结构质量。对于刚沉积后检查的膜，氢的作用出现在其密度的增加。对于那些在环境中短暂停留后进行分析的人来说，氢对他们的表面氧化起着保护作用。这种作用消失了很长一段时间留在周围。非晶硅;掠入射X射线;氢;光学性质;穿透深度;反射法;热退火;薄膜; PACS编号61.10.K - 61.43.D - 68.55.JK - 68.55.81.15.A
2002-08-30 cond-mat.mtrl-sci
Pathways of bond topology transitions at the interface of silicon nanocrystals and amorphous silica matrix
采用分子动力学模拟方法研究了硅纳米晶嵌入非晶氧化物基体的界面化学行为。我们的研究结果表明，Si NC-氧化物界面是更多的参与比以前提出的计划，这是基于单纯的桥或双键。我们确定了不同类型的三配位氧配合物，以前没有注意到。的丰度和每个氧络合物的电荷分布被确定为NC大小的函数，以及它们之间的过渡。NC表面的氧化导致Si-Si键的拉伸应变，其仅在界面周围变得显著，而内核保持未应变。不像许多早期的报告中的接口结构，我们没有观察到任何双键。此外，我们的模拟和分析表明，通过这些三配位的氧配合物，不同的氧桥之间的界面键拓扑结构的演变。
2008-04-15 cond-mat.mtrl-sci
CW and pulsed electrically detected magnetic resonance spectroscopy at 263 GHz/12 T on operating amorphous silicon solar cells
在这里，我们描述了一种新的高频/高场连续波和脉冲电检测磁共振（CW EDMR和pEDMR）设置，工作在263 GHz和0和12 T之间的谐振场。利用263 GHz CW和pEDMR以及X波段CW EDMR研究了5 K和90 K下氢化非晶硅p-i-n太阳电池的自旋输运特性。得益于263 GHz的卓越分辨率，我们能够更好地解析源自自旋相关跳跃和复合过程的EDMR信号。5 K EDMR谱主要由导带和价带带态组成，它们与自旋相关的跃迁有关，另外还有三重态激子的贡献. 90 K EDMR谱可以归属于自旋对复合，包括导带尾态和悬挂键作为主要的自旋相关输运过程，另外还有来自价带尾态和三重态激子态的贡献.
2015-01-14 cond-mat.mtrl-sci
Thermal emission of hydrogenated amorphous silicon microspheres in the mid-infrared
本研究探究氢化非晶硅微球的中红外热发射特性，明确其声子峰来源与耦合机制，分析不同激发强度下的结构变化规律，为相关微纳光子器件研发提供实验依据。
2025-03-25 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Computer simulation of low-energy excitations in amorphous silicon with voids
利用经验分子动力学方法研究了纯非晶硅4096原子大模型和在此基础上建立的一组具有不同尺寸空洞的模型的低能振动，通过对动力学矩阵的精确对角化，得到了模型的数值振动本征值和本征向量.计算结果表明，在含空洞的非晶硅模型中，存在着结构相当复杂的局域低能振动激发。根据它们的空间定位模式，我们试图将这些激发分类为与空隙相关的模式和与空隙与硅网络应变区相互作用相关的“混合”模式。
1999-09-30 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci
Effects of hydrogen pressure on hydrogenated amorphous silicon thin films prepared by low-temperature reactive pulsed laser deposition
我们采用反应脉冲激光沉积法在120 ℃的低温下，在0-20 Pa的不同氢压范围内沉积了本征氢化非晶硅（a-Si：H）薄膜，并研究了薄膜的氢掺入、结构、光学和电学性质随环境氢压的变化。膜厚随氢压的增加而线性减小。薄膜的氢含量由红外光谱和光学带隙由UV-Vis-NIR透射率和反射率测量确定。电测量产生的暗电导率的膜。薄膜的氢浓度在10^21-10^22 cm^（-3）范围内，并随氢压的增加而增加，直到后者达到15 Pa，超过该值，氢浓度降低。薄膜的光学带隙和暗电导率随氢浓度的变化而变化。暗电导率在10^（-9）-10 ^（-10）S/cm范围内。观察到2.2-2.6 eV的异常宽的光学带隙。
2017-04-13 cond-mat.mtrl-sci
Topological and topological-electronic correlations in amorphous silicon
本文研究了非晶硅的几种结构模型，并讨论了它们共同的结构和电子特性。我们注意到短期债券之间的空间相关性，以及长期债券之间的类似相关性。这种效应在系统的第一原理松弛和有限温度下持续存在。接下来，我们探讨了带尾态的性质，发现这些态具有有序结构。我们详细的本地几何形状和带尾之间的相关性。
2007-09-30 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci
Direct Calculation of Modal Contributions to Thermal Conductivity via Green-Kubo Modal Analysis: Crystalline and Amorphous Silicon
在这封信中，我们推导出一种新的方法，直接计算的模式的热导率的贡献，这是所谓的格林-久保模态分析（GKMA）。GKMA方法将晶格动力学形式主义与用于热导率的Green-Kubo公式相结合，使得热导率成为模式贡献的直接总和，其中不需要定义声子速度。因此，GKMA方法可以应用于任何材料/原子组，其中原子在稳定的平衡位置周围振动，这不仅包括结晶线化合物，而且还包括随机合金，非晶材料甚至分子。GKMA方法为声子输运的性质提供了新的见解，因为它将问题转化为模式-模式相关而不是散射，并提供了一种通用的统一形式主义，可用于理解基本上任何类型的材料或结构中的声子-声子相互作用，其中原子在稳定的平衡点周围振动。
2015-03-27 cond-mat.mtrl-sci
The Effect of Strained Bonds on the Electronic Structure of Amorphous Silicon
几种非晶硅结构的产生使用一个经典的分子动力学（MD）协议的熔化和淬火与不同的淬火速率。这些结构的计算的电子性质的分析表明，中间带隙态密度的a-Si，这是感兴趣的太阳能电池和薄膜晶体管的应用可以关联到键角标准偏差。我们还发现这个参数可以很好地决定a-Si的过剩能量，这是理论上生成实际a-Si原子结构的一个重要判据。
2020-12-22 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci
Amorphous silicon under mechanical shear deformations: shear velocity and temperature effects
在某些情况下，机械剪切变形导致与离子辐照产生的效应类似的效应。在这里，我们描述了剪切速度和温度对非晶硅（\aSi）的影响，使用经典的分子动力学模拟的基础上经验的环境依赖原子间势（EDIP）建模。随着在低温下的剪切速度的增加，我们发现一个系统的增加，导致结构缺陷（5倍协调原子）的快速出现的内部应变。外部施加的应变的影响几乎可以通过提高温度来完全补偿，从而使系统能够更快地响应变形。特别是，我们发现相反的幂律关系的温度和剪切速度和变形能。缺陷的空间分布也被发现强烈地依赖于温度和应变速度。对于低温或高剪切速度，缺陷集中在靠近单元中心的几个原子层中，而随着温度的升高或剪切速度的降低，它们缓慢地在整个模拟单元中扩散。这种复杂的行为可能与能源景观的结构和连续的能源障碍分布的存在有关。
2011-02-15 cond-mat.mtrl-sci
Structural Relaxation Kinetics for First and Second-Order Processes: Application to Pure Amorphous Silicon
非晶材料的结构弛豫被描述为从具有不同激活能的基本过程的叠加产生。我们表明，它是可能的，以获得这些过程的动力学参数从差示扫描量热法实验。的转换率预测的瞬态衰减时，达到等温线和部分放松的样品中检测到的松弛阈值。如果单个组分通过一级动力学转化，则与实验获得良好的一致性，但对于二级组分则出现不一致。我们的分析，提高了吉布斯等人的经典治疗。[1]，允许活化能和指前速率常数被独立地提取。当应用于a-Si时，我们得出结论，指前速率常数远不是常数。利用DSC得到的动力学参数分析了脉冲激光实验中a-Si的弛豫过程，讨论了结构弛豫与晶化的关系。
2009-01-16 cond-mat.mtrl-sci
Atomistic Origin of Urbach Tails in Amorphous Silicon
指数带边已经在各种材料中观察到，包括晶体和非晶体。在本文中，我们推断这些尾巴在非晶和有缺陷的晶体硅的结构起源的直接计算与电流{ \it ab initio}方法。我们发现，指数尾出现在放松模型的金刚石与适当的点缺陷。在非晶硅（a-Si）中，我们发现网络中存在短键和长键的结构丝，并且在两个带尾的极端边缘附近的尾态也是连续的，在结构丝上有许多局域化。我们连接的存在下，这两个灯丝系统的缺陷和/或拓扑紊乱的存在下，结构松弛。
2008-02-10 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci
Understanding defects in amorphous silicon with million-atom simulations and machine learning
本研究利用百万原子量子精度模拟与机器学习，统一分类非晶硅缺陷，修正浮动键模型并发现五重配位缺陷聚集，为无序材料缺陷理解提供新视角。
2023-08-31 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
