Structure stability and magnetism in graphene impurity complexes with embedded V and Nb atoms
采用第一性原理密度泛函理论（DFT）研究了V和Nb原子嵌入单空位和双空位石墨烯的过程。对于MV/DV石墨烯中的V/Nb嵌入，验证了完全/几乎完全的自旋极化。磁性的起源是通过嵌入过渡金属原子的3d态与嵌入位置附近的不等价C原子的p态的相互作用来确定的。通过能带结构分析研究了石墨烯在V/Nb原子嵌入的少子自旋通道中的半导体行为。等值面图也证实了本纳米系统的磁性。我们的结果表明，这些纳米系统具有未来应用的潜力，例如自旋电子学、能源和高频晶体管。
2015-11-20 cond-mat.mtrl-sci
Impurity Scattering and Mott's Formula in Graphene
我们提出了计算的热和电的线性响应在石墨烯，包括自洽的t矩阵近似的无序。对于强杂质散射，在幺正极限附近，费米能级附近杂质态带的形成导致莫特关系在低温下成立。对于更高的温度，由于线性态密度，存在强烈的偏差。低温热电势与杂质势的倒数和杂质密度的倒数成正比。关于石墨烯中杂质散射的信息可以从热电势中提取，或者直接测量，或者通过莫特关系从电导率的电子密度依赖性中提取。
2007-04-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Engineering the band structure of few-layer graphene by S-doping: from linear dispersion to impurity flat bands
Universität Duisburg-Essen（杜伊斯堡-埃森大学）
研究通过第一性原理计算探讨S掺杂对单层、双层和四层石墨烯电子性质的影响，发现S掺杂可调控带结构，使少层石墨烯从金属态转变为绝缘体，并从线性色散转变为平坦带，为电池和氧还原反应应用提供新材料。
2026-08-31 cond-mat.mtrl-sci
Impurity State and Variable Range Hopping Conduction in Graphene
如针对指数定域杂质态所制定的可变范围跳跃理论不一定适用于具有共价连接杂质的石墨烯的情况。我们采用格林函数微扰方法，利用原子-石墨烯系统的最近邻紧束缚模型，分析了石墨烯中杂质态的局域化。杂质态波函数的振幅被确定为衰减为幂律，其指数取决于亚晶格、方向和杂质种类。我们重新审视的可变范围跳跃理论鉴于这一结果，并发现电导率依赖于作为一个幂律的温度与指数有关的本地化的波函数。我们表明，这种温度依赖性是与现有的实验结果。
2012-12-21 cond-mat.dis-nn cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Kondo and charge fluctuation resistivity due to Anderson impurities in graphene
受离子辐照石墨烯实验的启发，我们计算了稀杂质石墨烯的电阻率。在本地的时刻制度，我们采用微扰理论的三阶交换耦合，以确定在高温下的行为内的近藤模型。由于电荷波动的电阻率内获得的平均场方法的安德森杂质模型。由于石墨烯的线性光谱，近藤行为被示出取决于所施加的栅极电压。杂质在石墨烯片上的位置是决定其对近藤尺度和电阻率的影响的重要变量。我们的结果表明，在节点附近的化学势的电荷涨落是负责所观察到的电阻率的温度依赖性，而远离节点的自旋涨落接管。如果杂质能级的能量随化学势线性变化，则与实验数据定量一致。
2011-09-08 cond-mat.mtrl-sci
Induced magnetic moment in graphene with a nonmagnetic impurity
我们考虑一个二维的单层结晶碳原子与一个单一的非磁性杂质。用Weyl哈密顿量描述Dirac点附近的电子能谱，计算了杂质态的波函数和能量，以及与电子极化有关的感生磁矩。我们提出了作为化学势$μ$和耦合常数$g_c$的函数的局域磁态的相图。
2009-09-24 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Effects of biaxial strain on the impurity-induced magnetism in P-doped graphene and N-doped silicene: A first principles study
采用自旋极化密度泛函方法，采用超原胞方法研究了双轴应变对P掺杂石墨烯（P-graphene）和N掺杂硅烯（N-silicene）杂质感生磁性的影响.对三种不同的超晶胞尺寸$4\times 4$、$5\times 5$和$6\times 6$进行计算，以分别模拟三种不同的掺杂剂浓度3.1%、2.0%和1.4%。对于这两个系统，计算的磁矩是1.0 $μ_B$每个杂质原子的三个研究浓度。从电子结构和总能量作为磁化强度的函数的分析，我们表明，描述窄杂质带的电子不稳定性的Stoner型模型解释了P-石墨烯和N-硅烯中$sp$磁性的起源。在双轴应变下，杂质带色散增加，磁矩逐渐减小，在中等应变值下，磁化强度随之崩溃。因此，我们发现，双轴应变诱导磁量子相变在P-石墨烯和N-硅烯。
2020-02-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Hydrogen adatoms on graphene: the role of hybridization and lattice distortion
采用密度泛函理论和解析方法研究了氢原子在石墨烯上的吸附。我们证明，由于氢吸附的晶格变形的水平并没有实质上改变石墨烯$p_{z}$轨道之间的耦合。杂化主要发生在吸附物的轨道和石墨烯$p_{z}$轨道之间。我们还表明，杂质与石墨烯原子的相互作用仅限于几个最近的邻居，使我们能够构建一个紧凑的TB模型的杂质石墨烯系统与任意杂质分布。我们的模型的复杂性与杂质的数量成比例，而不是它们的分离，这使得它在低杂质浓度的研究中特别有用。
2020-07-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Impurity segregation in graphene nanoribbons
低维材料的电子性质可以通过掺杂来设计，但在石墨烯纳米带（GNR）的情况下，两个破密边缘的接近引入了对杂质在带宽度上的位置的额外依赖性。这为杂质引入了能量上有利的位置，导致杂质浓度的一定程度的空间偏析。我们开发了一个简单的模型来计算任意杂质的GNR系统的能量变化，因为该杂质是在整个带移动，并通过与从头计算比较验证其结果。虽然我们的研究结果与以前的作品预测GNR的边缘无序的优势，我们认为，整个带状吸附杂质的分布可能是可控的外部因素，即施加的电场。我们建议，这种控制杂质偏析可能允许操纵和微调的磁性和输运性质的GNRs。
2009-11-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Understanding the $sp$ magnetism in substitutional doped graphene
在石墨烯中的缺陷诱导磁性已被理论预测和实验观察。然而，当考虑具有$sp$电子的替代杂质时，关于磁性行为的起源存在公开的问题。这项工作的目的是有助于掺杂石墨烯系统中杂质诱导的自旋磁性的理解。因此，在密度泛函理论的框架下，得到了周期表中IIIA族（B，Al，Ga）和VA族（N，P，As，Sb，Bi）杂质置换掺杂石墨烯的电子结构和自旋磁矩.磁性基态的性质是从计算的总能量作为自旋磁矩的函数，使用固定的自旋矩方法确定的。我们表明，在所研究的系统中的自发磁化产生的电子不稳定性的存在下，在费米能级的一个狭窄的杂质带。此外，我们发现自旋极化的出现需要杂质引入额外的电子到石墨烯晶格，并且杂质-碳杂化接近于$sp^3$几何形状。这些特征揭示了电荷掺杂符号和杂化程度在取代掺杂石墨烯中$sp$磁性的起源中起着根本性的作用。
2022-07-02 cond-mat.mtrl-sci
Tuning the effective fine structure constant in graphene: opposing effects of dielectric screening on short- and long-range potential scattering
我们通过在超高真空中添加水覆盖层来降低石墨烯中的无量纲相互作用强度，从而增加介电屏蔽。由于背景介电常数增强导致电子与带电杂质的相互作用减少，因此由长程杂质散射限制的迁移率增加了30%以上。然而，由于短距离杂质的载流子密度无关的电导率降低了近40%，由于减少了屏蔽的杂质电位的传导电子。最小电导率几乎不变，由于取消电子/空穴的水坑密度和长程杂质迁移率的贡献。实验数据进行了比较与理论预测具有良好的协议。
2008-09-08 cond-mat.mtrl-sci
Bound state energy of a Coulomb impurity in gapped bilayer graphene: "Hydrogen atom with a Mexican hat"
垂直电场的施加在双层石墨烯中诱导出带隙，并且它还在色散关系中产生“墨西哥帽”结构。这种结构对于电子与库仑杂质的类氢束缚态具有不同寻常的意义。我们计算了这种类氢态的基态能量作为施加的层间电压和有效精细结构常数的函数。与正常的氢原子不同，即使在基态，所产生的波函数也有许多节点。此外，电子态在小电压和大电压下都经历“原子坍缩”进入狄拉克连续谱。
2014-01-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Energy levels of screened charged impurity in gapped graphene under magnetic field
Department of Physics and Computer Science, Medgar Evers College of City University of New York（纽约市立大学梅加·伊弗斯学院物理与计算机科学系）；Bogolyubov Institute for Theoretical Physics（博戈留博夫理论物理研究所）
本文采用WKB方法，研究磁场下带隙石墨烯中电荷杂质对朗道能级的修正，分析金属栅极导致的库仑势屏蔽效应，发现样品与栅极距离小于50 nm时能级有显著依赖关系。
2026-10-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Thermopower of multilayer graphene
本文系统地计算了有偏和无偏多层石墨烯系统的热电势。在Hartree近似下，考虑了屏蔽对垂直于石墨烯平面的偏置场的影响。包括最近邻跳跃的模型和更完整的Slonczewski-Weiss-McClure（SWMcC）模型都被认为是比较。研究了单层和无偏双层石墨烯的杂质散射效应，并在自洽玻恩近似下进行了处理。对于单层石墨烯，只有考虑杂质散射的影响，才能正确再现实验结果的所有定性方面。一个小的能隙为偏置的三层石墨烯打开。当载流子密度足够高时，对于无偏置的三层和四层石墨烯也发现了间隙。在所研究的所有体系中，偏置双层石墨烯显示出最大的热电势。
2011-07-11 cond-mat.mtrl-sci
Electric and thermoelectric transport in graphene and helical metal in finite magnetic fields
我们研究了在随机分布的杂质存在下，拓扑绝缘体和石墨烯的表面态的电学和热电输运性质。在有限杂质强度下，数值计算了输运系数随栅电压、磁场和杂质势的变化关系。在零杂质极限（洁净极限）下，导出了热电势磁振荡峰值的解析结果。类似于传统的二维电子气，在清洁极限下，峰值具有普适性。与石墨烯不同，在拓扑绝缘体中，电子自旋与其动量的耦合导致输运系数依赖于旋磁比（$g$）。我们将我们的结果与石墨烯上的数据进行比较，并确定由于磁电耦合而在拓扑绝缘体中预期的独特签名。
2011-09-08 cond-mat.mtrl-sci
Diffusive transport in graphene: the role of interband correlation
我们提出了一个动力学方程的方法来研究石墨烯的直流输运性质的扩散制度，考虑长程电子杂质散射。在我们的研究中，带间相关（或极化）对电导率的影响被考虑在内。我们发现电导率不仅包含与杂质浓度$N_i$成反比的通常项，而且还包含与$N_i$成线性关系的反常项。当电子密度$N_{\rm e}$等于临界值$N_c$时，这导致电导率的密度依赖性达到最小值。对于$N_{\rm e}>N_c$，电导率几乎与电子密度成线性变化，而当$N_{\rm e}<N_c$处于扩散状态时，电导率与$N_{\rm e}$近似成反比。分析了不同散射势对电导率极小值的影响。利用典型的实验参数，我们发现，对于RPA屏蔽的电子-杂质散射，当$N_{\rm e}\approx 0.32N_i$时，最小电导率约为$5.1 e^2/h$。
2007-12-05 cond-mat.mtrl-sci
Ground-state of graphene in the presence of random charged impurities
我们计算的载流子密度依赖的基态性能的石墨烯在衬底中的随机带电杂质的存在下，考虑到无序和相互作用的影响，在一个自洽的理论形式主义的平等的基础上非微扰。我们提供了详细的定量结果上的依赖性的无序引起的空间不均匀的二维载流子密度分布的外部栅极偏置，杂质密度，和杂质的位置。我们发现，无序和相互作用之间的相互作用是强烈的，特别是在较低的杂质密度。我们表明，对于目前可用的典型石墨烯样品，在低（$\lesssim 10^{12}$ cm $^{-2}$）载流子密度下，不均匀性主导石墨烯物理，密度波动变得大于平均密度。
2008-10-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Electric field control of spins in bilayer graphene: Local moment formation and local moment interactions
在Anderson杂质模型的平均场论下研究了双层石墨烯（BLG）上吸附原子的局域磁矩形成。的BLG电子的波函数诱导强的粒子-空穴的不对称性和带依赖性的杂交，这是不寻常的功能在杂质模型相图中的结果。我们还研究了不同的化学势的影响，以及不同的电场垂直于双层，后者修改的电子在BLG的状态密度，更重要的是，转移的杂质能量。我们发现，这导致制度的杂质相图中的局部时刻可以打开或关闭，通过施加适度的外部电场。最后，我们表明，RKKY相互作用的局部时刻可以通过调整化学势（也已建议在单层石墨烯），或更有趣的是，通过调整电场，使其引起的BLG的能带结构的变化。
2011-05-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Dielectric Environment Effect on Carrier Mobility of Graphene Double-Layer Structure
基于玻尔兹曼输运理论，研究了介电环境对石墨烯双层结构（GDLS）中电荷杂质限制载流子迁移率的影响.在该系统中，两个石墨烯层由电介质阻挡层分开。指出当层间距离大于费米波矢的倒数时，载流子迁移率强烈依赖于势垒层的介电常数。此外，对提高GDLS受电荷杂质限制的载流子迁移率的条件进行了评价。
2013-07-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Electrical dipole on gapped graphene: Bound states and atomic collapse
研究了不同尺寸和不同正则化参数下，置于带隙石墨烯上的电偶极子的能谱、波函数和局域态密度随电荷强度Zα的变化关系.偶极子被建模为由正电荷和负电荷组成。在带隙区域内发现了束缚态，其中一些能级是反交叉的，另一些是交叉的，这是杂质强度Zα的函数。当偶极长度减小时，反交叉更加明显，并向更高电荷Zα移动。当这些能级进入正（或负）能量连续统时，它们变成原子坍缩态。观察到从单杂质行为到偶极行为的平滑过渡：在单杂质情况下，向连续体潜水的状态逐渐被一系列代表单杂质情况下潜水状态的延续的反交叉所取代。通过研究偶极边缘的局域态密度，我们展示了一系列反交叉是如何在正负连续区中持续存在的。
2018-10-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
The RKKY Coupling between Impurity Spins in Graphene Nanoflakes
我们计算了间接载流子介导的Ruderman-Kittel-Kasuya-Yosida（RKKY）磁性杂质之间的相互作用，两个选定的石墨烯纳米片包含四个六方环的结构，不同的几何形状。我们描述的电子结构的电荷中性或掺杂纳米片使用紧束缚近似与哈伯德项，这是治疗内的分子场近似。我们发现RKKY耦合能量的显著差异，依赖于纳米结构中的磁矩对的位置和边缘形式。对于一个奇数的总电子数的结构中，我们预测在某些情况下，存在的铁磁耦合与领先的一阶微扰贡献，而对于偶数的载流子通常的，二阶机制占主导地位。因此，发现用单个载流子掺杂纳米片能够将耦合从反铁磁性改变为对于某些几何形状的铁磁性。
2011-11-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Electron waves in chemically substituted graphene
我们提出了精确的分析和数值计算结果的电子光谱和Friedel振荡周围的替代杂质原子在石墨烯晶格。石墨烯中的化学掺杂剂引入了现场电位以及跳跃幅度的变化。我们采用T-矩阵形式主义，并发现在跳跃的无序引入额外的干扰项周围的杂质，可以理解的约束，半约束，和非约束过程的狄拉克电子。这些干涉效应可以通过扫描隧道显微镜检测到。
2007-05-21 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Screening of Coulomb Impurities in Graphene
精确计算了石墨烯中亚临界库仑杂质$Z|e|/r$的真空极化电荷密度。我们的分析是基于精确的电子格林函数，通过使用运营商的方法获得的，并导致结果是精确的参数$Zα$，其中$α$是“精细结构常数”的石墨烯。考虑到也在Hartree近似的电子-电子相互作用，我们解决的问题自洽在亚临界制度，其中杂质有一个有效的电荷$Z_{eff}$，确定由本地化的感应电荷。我们发现，与裸电荷Z=1的杂质保持亚临界，$Z_{eff} α< 1/2$，对于任何$α$，而杂质与$Z=2,3$和更高的可以成为超临界在某些值的$α$。
2007-09-01 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.atom-ph
Signatures of adatom effects in the quasiparticle spectrum of Li-doped graphene
本文采用原子$T$矩阵方法研究了Li修饰石墨烯（Li@graphene）的光谱函数和准粒子散射，揭示了吸附原子诱导的光谱效应，揭示了实验观察到的角分辨光电子能谱（ARPES）特征。从传输研究，碱吸附原子是已知的引入带电杂质散射限制载流子迁移率。在这里，我们证明，锂吸附原子进一步引起一个低能量的杂质带集中在$Γ$点，这源于原子之间的杂化2s状态的锂吸附原子和石墨烯的“表面”状态。结果表明，杂质带强烈依赖于Li吸附原子的浓度$c_\mathrm{Li}$，并与$c_\mathrm{Li}\sim 8\,\%$（$E_F\approx 1.1\,\mathrm{eV}$）处的狄拉克锥上的Li诱导费米能级对齐.最后，我们表明，当能量高于$\sim 1\,\mathrm{eV}$、接近石墨烯态密度（DOS）的范霍夫奇异性时，吸附原子诱导的准粒子散射急剧增加，导致狄拉克锥上的大线宽加宽，并伴随着向下移动和特征扭结在导带中。我们的研究结果是高度相关的未来研究的ARPES，运输和超导性的adatom掺杂的石墨烯。
2019-11-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Vacuum Polarization and Screening of Supercritical Impurities in Graphene
利用从无质量Dirac-Kepler问题得到的真空极化精确解分析了石墨烯中电荷杂质的屏蔽。当杂质电荷低于某个临界值时，在远离杂质处没有发现密度扰动，这与线性响应理论的结果一致。然而，对于超临界电荷，极化分布示出具有幂律轮廓，导致在大距离处的过量电荷的屏蔽。的狄拉克-开普勒散射状态引起的驻波振荡出现在超临界状态的局部密度，并成为突出的。
2007-07-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Electronic properties of substitutional impurities in graphene-like C$_2$N, $tg$-C$_3$N$_4$, and $hg$-C$_3$N$_4$
采用密度泛函理论计算方法研究了石墨烯类纳米多孔材料C $_2$ N、$tg$ -和$hg$ -C $_3$ N $_4$中取代杂质的电子和结构性质.我们考虑四种类型的杂质：碳位上的硼取代（B（C））、氮位上的碳取代（C（N））、碳位上的氮取代（N（C））和氮位上的硫取代（S（N））。从结合能计算，我们发现，C（N）和B（C）的取代是最积极的有利的，并诱导小键修改附近的杂质，而S（N）诱导强烈的晶格畸变。尽管所有研究的杂质都在这些材料的带隙内诱导缺陷能级，但它们的电子性质是截然不同的，这取决于杂质作为受体或供体的行为。还观察到受体（供体）波函数仅由来自杂质本身和/或邻近位点的$σ$（$π$）轨道组成。因此，受体波函数指向孔隙，而供体波函数在整个相邻原子中延伸得更多，这是一种可以进一步探索以修改这些材料与吸附物之间相互作用的性质。此外，杂质的性质显示出很强的位置敏感性和基态结合能范围从$0.03$到$1.13$ eV，从而提供了一个有趣的路线，用于调整这些材料的光学性质。最后，自旋极化计算表明，所有的杂质配置有一个磁性基态，从自旋分裂的杂质水平上升。在一些配置中，可以在间隙内找到一个以上的杂质能级，其中两个可能被探索为单光子发射的两能级系统，最近在TMDC上的缺陷复合物上提出了类似的建议。
2020-10-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Inelastic electron tunneling spectroscopy at local defects in graphene
我们解决本地非弹性散射振动杂质吸附到石墨烯和附近的杂质从弱到强耦合制度的局部电子态密度的演变。对于弱耦合的本地电子结构是扭曲的非弹性散射开发峰/谷和步骤。这些功能应在非弹性电子隧穿光谱，$d^2I/dV^2$，使用本地探测技术检测。非弹性弗里德尔振荡在接近非弹性模式的能量处使谱密度失真。在强耦合极限下，杂质位周围的原子中形成局部负$U$ -中心。对于这些原子，狄拉克锥结构被完全破坏，即线性能量色散以及V形局域电子态密度被完全破坏。我们进一步考虑了负的$U$的形成及其从弱耦合到强耦合的演变的影响。负$U$ -位有效地充当局部杂质，使得在局部电子结构中出现尖锐的共振。主共振是由杂质的弹性散射引起的，并且特征是由振动激活的侧共振的存在来修饰的。从弱耦合到强耦合，改变了局部电子结构，从狄拉克锥状，包括midgap状态，到一个完全破坏的狄拉克锥，只有杂质共振剩余。
2013-06-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Scanning Tunneling Microscopy currents on locally disordered graphene
我们研究的局域态密度和周围的替代杂质，并使用这些结果来计算电流与偏压特性曲线的扫描隧道显微镜（STM）的实验在石墨烯表面上完成。这使我们能够检测石墨烯上取代杂质的存在。空缺的情况也进行了分析。我们发现，STM特征曲线的形状和幅度取决于尖端的位置和缺陷的性质，杂质和碳原子之间的结合强度起着重要的作用。尖端的最后一个原子的性质也对特性曲线的形状有影响。
2009-04-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
The Physics of Kondo Impurities in Graphene
本文主要从理论角度总结了我们对石墨烯中近藤效应的理解。我们将描述在石墨烯中产生磁矩的不同方法，无论是通过吸附原子沉积还是通过缺陷。对于稀矩，理论描述是根据耦合到石墨烯的狄拉克电子的有效安德森或近藤杂质模型。我们将详细讨论这些模型的物理，包括它们的量子相变和载流子掺杂的影响，并与现有的实验数据面对这一点。最后，我们指出了与其他量子杂质问题的联系，例如，在非常规超导体、拓扑绝缘体和量子自旋液体中。
2013-02-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
The role of impurities on the optical properties of rectangular graphene flakes
我们研究矩形石墨烯片使用平均场状态的基础上的配置相互作用计算，这使我们能够分析低洼的电子激发态，包括电子关联超过平均场水平。我们发现，最低的能量跃迁沿薄片的长轴极化，但在这些过渡所涉及的电荷分布总是本地化的锯齿形边缘。我们还研究了短程和长程杂质势对这些系统的光学性质的影响。我们预测，即使是一个薄弱的杂质本地化的锯齿形边缘的薄片可以有一个显着的-往往是戏剧性的-影响其光学性质。这是在相反的杂质定位在扶手椅边缘或中心区域的薄片，我们预测几乎没有变化的薄片的光学性质，即使具有较强的杂质的潜力。
2017-10-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
