Effects of macroscopic polarization in III-V nitride multi-quantum-wells
在纤锌矿型III-V族氮化物薄膜和多层膜中存在着巨大的内建电场。这样的领域起源于氮化物的宏观体极化的异质界面不连续性。在这里，我们讨论的背景理论，自发极化在这种情况下的作用，以及在氮化物纳米结构中的内置极化场的实际意义。为了支持我们的论点，我们提出了详细的自洽紧束缚模拟典型的氮化物量子阱结构中，偏振效应占主导地位。
1999-05-13 cond-mat.mtrl-sci
High-temperature operation of III-nitride high-electron-mobility transistors
Columbia University（哥伦比亚大学）；Massachusetts Institute of Technology（麻省理工学院）
研究III族氮化物高电子迁移率晶体管高温运行，分析对材料、器件结构和电路行为的影响，探讨关键器件层作用及热稳定性，指出高温应用设计优化的挑战。
2026-07-07 cond-mat.mtrl-sci
Spontaneous vs. piezoelectric polarization in III-V nitrides: conceptual aspects and practical consequences
宏观极化在通过极化诱导的内建静电场确定氮化物纳米结构的光学和电学性质中起主要作用。虽然这一领域目前很流行，但迄今仍处于初期阶段。在这里，我们有助于一些澄清的概念问题，涉及确定内置领域的III-V氮化物纳米结构，特别是自发和压电极化的作用。
1999-08-06 cond-mat.mtrl-sci
Field-assisted Shockley-Read-Hall recombinations in III-Nitride quantum wells
研究了高质量三族氮化物量子阱中驱动低电流无辐射复合的物理过程。寿命测量表明，这些重组规模与电子和空穴波函数的重叠，并显示出弱的温度依赖性，与常见的经验预期的肖克利-读取-霍尔重组。介绍了量子阱中场辅助多声子点缺陷复合的模型，并给出了定量解释。这项研究提供了对III族氮化物光发射器的高效率的见解。
2017-10-23 cond-mat.mtrl-sci
Spontaneous polarization and piezoelectric constants of III-V nitrides
自发极化，动态玻恩电荷，和压电常数的III-V族氮化物AlN，GAN，和InN的研究从头开始使用贝里相位方法在固体中的极化。的压电常数被发现是10倍以上，比传统的III-V和II-VI的，和可比的ZnO。与常规III-V族化合物不同的其他性质是压电常数的符号（如II-VI族化合物中的正）和非常大的自发极化。
1997-07-23 cond-mat.mtrl-sci
Electron transport and intrinsic mobility limits in two-dimensional electron gases of III-V nitride heterostructures
对AlGaN/GAN二维电子气的电子输运进行了研究。III-V族氮化物中的新缺陷在理论上被处理为二维传输。本文提出了实际二维电子气中电子被带电位错线散射的理论。该理论让我们得出关于III-V族氮化物中位错中电荷性质的新结论。该理论导致认识到这样一个事实，即目前最高的流动性值是有限的固有的，而不是由于可移动的缺陷。提出了绕过本征限制以实现更高迁移率的方法。
2001-03-22 cond-mat.mtrl-sci
Deformation potential scattering from dislocations in III-V nitride quantum wells
本文提出了位错周围应变场对二维电子气的形变势载流子散射理论。将所得结果应用于Al（Ga）N/GAN量子阱中III-V族氮化物二维电子气输运特性的研究。一个假设的带电核已被关联为{ \em唯一}散射势分析的氮化物的传输研究的实验结果，我们严格检查这个假设在我们的应变场散射的结果。通过计算所有可能的散射机制的影响，我们衡量的重要性，应变场散射位错。
2001-07-13 cond-mat.mtrl-sci
Stressor-Layer-Induced Elastic Strain Sharing in SrTiO3 Complex Oxide Sheets
使用氮化硅应力源层可以在亚微米厚的单晶SrTiO 3片中引入精确选择的弹性应变。使用等离子体增强化学气相沉积沉积的保形应力源层在片材中产生与氮化物残余应力的大小一致的弹性应变。同步辐射X射线纳米衍射表明，应变引入的SrTiO 3片的顺序为10 - 4，匹配的弹性模型的预测。复合氧化物中弹性应变共享的这种方法允许在宽且连续的值范围内选择应变，这是在刚性衬底上的异质外延中无法实现的效果。
2020-02-26 cond-mat.mtrl-sci
Polarization-induced Rashba spin-orbit coupling in structurally symmetric III-Nitride quantum wells
计算了Ga面和N面InGaN量子阱中的有效线性耦合系数和总自旋分裂。合金含量、几何形状和栅极电压影响内部场和在生长方向上的电子密度分布，其对自旋分裂具有直接影响。结构反转不对称性（SIA）自旋轨道耦合系数的符号取决于阱中的内部电场，这导致Ga面和N面III族氮化物结构的不同符号。有效的线性耦合系数总是积极的，因为Dresselhaus型的贡献，这是一个主要的量子阱中考虑。自旋分裂的幅度与在III-氮化物和III-V族锌-氮化物结构中实验观察到的相当。
2006-08-07 cond-mat.mtrl-sci
Cr doped III-V nitrides: potential candidates for spintronics
研究铬掺杂的III-V族氮化物，稀磁合金，在锌的晶体结构。本工作的目的是研究Al（0.75）Cr（0.25）N，Ga（0.75）Cr（0.25）N和In（0.75）Cr（0.25）N的半金属性，以探讨它们在自旋电子器件中的可能应用。自旋极化能带结构、电子性质和磁学性质的计算结果表明，Al 0.75Cr 0.25 N和Ga 0.75Cr 0.25 N是半金属稀磁半导体，而In 0.75Cr 0.25 N是金属稀磁半导体。目前的理论预测提供的证据表明，一些铬掺杂的III-V族氮化物可用于自旋电子器件。
2011-01-21 cond-mat.mtrl-sci
Electrical properties of III-Nitride LEDs: recombination-based injection model and theoretical limits to electrical efficiency and electroluminescent cooling
研究了生长在体GAN衬底上的三族氮化物量子阱发光二极管（LED）的电流-电压特性和理想因子。在工作温度下，这些电性能表现出简单的行为。一个模型，其中只有有源区重组有贡献的LED电流被发现占实验结果。LED电效率的限制进行了讨论的基础上的模型和热力学参数，并检查电致发光冷却的影响。
2016-08-31 cond-mat.mtrl-sci
Metastable defects in III-Nitrides
V.Lashkaryov Institute of Semiconductor Physics, NASU（V.拉什科巴罗夫半导体物理研究所，乌克兰国家科学院）
本文综述III族氮化物亚稳态缺陷的相关内容，提出通过生长掺杂控制、电子构型稳定及器件结构设计等措施，提升III族氮化物基器件的性能与可靠性。
2026-09-02 cond-mat.mtrl-sci
Thermomechanical properties of a single hexagonal boron nitride sheet
采用原子模拟方法研究了六方氮化硼（h-BN）单原子层的结晶特性。测定了大尺度h-BN片的热致波纹、热容和热晶格膨胀，并与石墨烯（GE）在高达1000 K的温度下的热致波纹、热容和热晶格膨胀进行了比较。通过分析均方高度波动$< h^2>$和高度-高度关联函数$H(q)$，我们发现与石墨烯相比，h-BN片是刚性较小的材料。h-BN的抗弯刚度：i）在室温（300 K）下比GE的抗弯刚度小约16%，并且ii）与GE一样随着温度而增加。h-BN和GE之间的刚度差异导致对外部单轴应力和剪切应力的不相等响应以及不同的屈曲转变。与GE片材相反，h-BN片材的屈曲转变强烈地取决于所施加的压缩的方向。计算得到的摩尔热容、热膨胀系数和Gruneisen参数分别为25.2 J/mol $^{-1}$、7.2 $\times10^{-6}$、K $^{-1}$和0.89。
2013-04-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
THz Transient Photoconductivity of the III-V Dilute Nitride GaPAsN
太赫兹时间分辨光电导是用来探测载流子动力学在稀III-V族氮化物GaP0.49As0.47N0.036。在这些测量中，飞秒光泵浦脉冲激发电子空穴对，延迟的THz脉冲测量电导率的变化。我们发现光电导主要由局域载流子决定。激发后光电导的衰减与双分子电子-空穴复合过程一致，复合常数r = 3.2E-8 +/-0.8E-8cm 3/s。我们讨论的应用在太阳能的影响。
2018-05-10 cond-mat.mtrl-sci
Effect of doping and In-composition on gain of long wavelength III-nitride QDs
在这项工作中，我们计算长波长III族氮化物InN和AlInN量子点（QD）结构的材料增益。计算中包括应变和QD不均匀性。该研究覆盖了在光通信中重要的波长范围（800-2300 nm）。虽然p型掺杂被证明是有效的增加增益，改变量子点的大小（特别是量子点半径）是更有效地改变波长。结果表明，n掺杂量子点结构有望在宽带激光器中得到应用。
2016-02-04 cond-mat.mtrl-sci
Anomalous relaxations and chemical trends at III-V nitride non-polar surfaces
III-V族化合物的非极性表面的弛豫是由去杂化和电荷转移之间的竞争引起的。第一性原理计算结果表明，与普通的III-V族半导体材料相比，ZnO和纤锌矿结构的AlN、GAN和InN的（110）和（10 $\bar{1}$ 0）晶面具有反常的行为。GaAs和ZnO的额外计算表明与后者密切类似。我们解释我们的结果在较大的离子性（电荷不对称性）和键合强度（内聚能）的氮化物相对于其他III-V族化合物，基本上是由于较强的价电位和没有$p$核心状态的较轻的阴离子。同样的解释适用于Zn II-VI化合物。
1998-08-11 cond-mat.mtrl-sci
Electrical homogeneity of large-area chemical vapor deposited multilayer hexagonal boron nitride sheets
六方氮化硼（h-BN）是具有优异介电性能的二维（2D）层状绝缘体，其提供与其他2D材料（例如石墨烯、MoS 2）的优异相互作用。大面积h-BN可以通过化学气相沉积（CVD）容易地在金属衬底上生长，但是局部不均匀性对h-BN的电性能的影响及其在电子器件中的作用是未知的。在这里，它示出的多晶Pt上生长的h-BN叠层的电性能变化很大，取决于Pt晶粒的结晶取向，但在相同的晶粒内的h-BN的电性能是非常均匀的。原因在于CVD生长的h-BN叠层的厚度在每个Pt颗粒上不同。导电原子力显微镜（CAFM）的地图显示，在h-BN堆栈的隧道电流波动高达3个数量级，从一个Pt颗粒到另一个。然而，探针台实验表明，在相同的Pt晶粒内制造的电子器件的可变性是令人惊讶的小。由于尖端电子器件是超尺度的，并且由于金属衬底晶粒的尺寸可以容易地超过100 μm（直径），CVD生长的h-BN堆叠可以用于制造具有低可变性的电子器件。
2018-11-30 cond-mat.mtrl-sci
Carbon nanotubes with atomic impurities on boron nitride sheets under applied electric fields
采用第一性原理计算研究了在外加电场作用下，金属掺杂的（10，0）碳纳米管在六方氮化硼（hBN）片上的结构和电子性质.我们考虑K，Cl和Ni原子作为掺杂剂来研究CNT的电子性质对掺杂极性和浓度的依赖性。电场强度从-0.2 V/cm到+0.2 V/cm变化，以探索外部电场对电子结构的影响。虽然hBN片的电子能带根据场强而改变，但其在价带或导带中的电子状态在所考虑的场强下不触及费米能级。我们的结论是，hBN作为基板不修改的CNT的电子结构，从而导致在设备性能的改善，与基于传统的基板材料，如SiO $_2$的设备相比。
2013-01-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Effective bond-orbital model of III-nitride wurtzite structures based on modified interaction parameters of zinc-blende structures
提出了一种推导三族氮化物纤锌矿半导体有效键轨道模型的简单理论方法。在该模型中，基于双中心近似，采用锌-铅（ZB）结构的相互作用参数作为WZ结构的初始猜测。因此，III族氮化物WZ半导体的电子能带结构可以通过利用这组参数来产生，所述参数被修改为包括由于三中心积分引起的效应并且与第一性原理计算拟合。详细的半经验拟合过程，用于构建体III族氮化物WZ半导体的EBOM哈密顿量。电子能带结构的体AlN，GAN，和InN与WZ结构的EBOM与修改后的相互作用参数计算和比较从密度泛函（DFT）理论与亚广义梯度近似（mGGA）得到的结果。通过使用遗传算法进一步优化参数集。最后，分析了用最佳拟合参数的模型计算的能带结构和带心附近的电子（空穴）有效质量，并与$\mathbf{k}\cdot \mathbf{p}$模型进行了比较。
2019-11-04 cond-mat.mtrl-sci
First-principles calculation of the piezoelectric tensor d of III-V nitrides
我们报告直接的第一性原理密度泛函计算的压电张量$\tensor{d}$相关的极化施加应力的二元化合物AlN，GAN，和InN。$\tensor{d}$的值是相当敏感的交换相关功能的选择，结果都提出了局部密度和梯度近似。与实验和预测值间接从弹性和e-piezoconstant张量的比较。
2002-02-27 cond-mat.mtrl-sci
Ferromagnetism in 2p Light Element-Doped II-oxide and III-nitride Semiconductors
本文研究了掺有102 p轻元素的Ⅱ-氧化物和Ⅲ-氮化物半导体作为潜在的稀磁半导体。基于我们的第一性原理计算，氮掺杂的ZnO，碳掺杂的ZnO，和碳掺杂的AlN被预测为铁磁性。这类DMS材料的铁磁性可以归因于类p-d交换的p-p耦合相互作用，这种相互作用是由杂质（类p t_2）和价（p）态之间相似的对称性和波函数引起的。我们还提出了一种共掺杂机制，使用铍和氮作为掺杂剂在ZnO中，以增强铁磁耦合，并增加溶解度和活性。
2007-09-13 cond-mat.mtrl-sci
Giant perpendicular magnetic anisotropy in Fe/III-V nitride thin films
过渡金属薄膜中大的垂直磁各向异性（PMA）为实现纳米磁性的有趣物理和发展广泛的自旋电子学应用提供了途径。经过几十年的探索，过渡金属薄膜的PMA能级尺度仍然只有1 meV左右。这种限制已经成为超密度存储和存储设备发展的主要瓶颈。通过第一性原理计算，我们在III-V族氮化物的$(000\bar{1})$ N端表面上的Fe薄膜生长中发现了前所未有的PMA。PMA范围为24.1 meV/u.c.在Fe/BN中，至53.7meV/u.c。在Fe/InN中。$x^2-y^2$和$xy$轨道之间的对称性保护简并以及自旋轨道耦合对它的提升起着主导作用。因此，Fe/III-V氮化物薄膜中的PMA由自旋轨道耦合的一阶微扰主导，而不是常规过渡金属/氧化物薄膜中的二阶微扰。这种改变游戏规则的情况也将在过渡金属/氮化物界面上开辟一个新的磁性领域。
2018-06-11 cond-mat.mtrl-sci
Orthogonal and Non-Orthogonal Tight Binding parameters for III-V Semiconductors Nitrides
采用模拟退火（SA）方法确定了氮化物半导体AlN、GAN和InN的不同紧束缚（TB）参数集，并讨论了它们的局限性和潜力。考虑了两种原子基组：（\textit{i}）正交的$sp^3s*$，其相互作用可达第二邻元;（\textit{ii}）非正交的$spd$，其哈密顿矩阵元在扩展休克尔理论（EHT）中计算.对于非正交方法，TB参数给出了锌合金和纤锌矿晶体结构。
2016-08-16 cond-mat.mtrl-sci
Mobility in N-Doped Wurtzite III-Nitrides
报道了n掺杂纤锌矿Ⅲ族氮化物迁移率的研究。我们已经确定了III-氮化物系统的非平衡热力学状态，驱动远离平衡由一个强大的电场，在稳定状态下，随后一个非常快的瞬态。导出了迁移率随电场强度的变化关系，迁移率随电场强度的增大而减小。我们分析了电子散射的不同渠道，即极性光学，变形，压电，与声子的相互作用，并与杂质所产生的迁移率的贡献。对n-InN、n-GaN和n-AlN的情况进行了分析：正如预期的那样，主要贡献来自这些强极性半导体中的偏振光相互作用。其他的相互作用是在降序，变形声学，压电，和一个由于杂质。
2021-10-02 cond-mat.mtrl-sci
Tunable optoelectronic and ferroelectric properties in Sc-based III-nitrides
使用具有特殊准随机结构的密度泛函理论研究了Sc基III族氮化物合金，发现其保持直接高达x = 0.125（ScxAl 1-xN）和x = 0.375（ScxGa 1-xN）的宽带隙。外延应变稳定防止亚稳分解高达x = 0.3（GAN上的ScxAl 1-xN）和x = 0.24（GAN上的ScxGa 1-xN），应变弛豫的临界厚度范围从3 nm到接近无穷大。Sc含量的增加引入了相对于AlN和GAN的压缩面内应力，并导致成分和应力可调的带隙和极化，并最终在x = 0.625处引入ScxGa 1-xN中的铁电功能。
2013-03-15 cond-mat.mtrl-sci
Correct implementation of polarization constants in wurtzite materials and impact on III-nitrides
热释电材料之间极化不连续性的精确值对于理解和设计异质结构的电子特性至关重要。对于纤锌矿材料，文献中已使用锌的结构作为参考，以确定有效的自发极化常数。我们表明，由于锌结构具有非零的正式极化，这种方法的结果在一个虚假的贡献材料之间的自发极化差异。此外，我们解决了正确的选择“不当”与“正确”的压电常数。对于技术上重要的III族氮化物材料GAN，AlN和InN，我们确定使用一致的参考的层状六方结构和正确选择的压电常数的基础上的极化不连续性，并讨论现有的实验数据的结果。
2016-05-24 cond-mat.mtrl-sci
Structure of Native Two-dimensional Oxides on III--Nitride Surfaces
当原始材料表面暴露在空气中时，高反应性的断裂键可以促进表面氧化物的形成，其结构和性质与本体有很大不同。然而，通过使用间接衍射方法或仅探测最外层的技术来确定氧化物结构通常是难以捉摸的。因此，在广泛使用的材料上形成的表面氧化物，如III族氮化物，尚未明确解决，即使关键性能可能敏感地取决于它们的存在。在这项工作中，像差校正的扫描透射电子显微镜直接揭示，并与深度相关，原生的二维氧化物的结构上形成的AlN和GAN表面。通过原子分辨率成像和光谱，我们表明，氧化物层是由四面体-八面体阳离子-氧单元，类似于散装$θ$ -Al $_2$ O $_3$和$β$ -Ga $_2$ O $_3$。通过应用密度泛函理论，我们表明，所观察到的结构比以前提出的表面氧化物模型更稳定。我们把这些观察结果的影响的背景下，关键III-氮化物的生长，器件的问题，和最近发现的二维氮化物。
2017-08-14 cond-mat.mtrl-sci
Non-linear macroscopic polarization in III-V nitride alloys
我们使用从头算密度泛函技术研究了纤锌矿III-V族氮化物三元合金的宏观极化对成分和应变的依赖性。自发极化的特征是由一个大的弯曲，强烈依赖于合金的微观结构。弯曲是由于不同的响应的散装双星静水压力，和内部应变的影响（债券交替）。相反，混乱的影响很小。在AlInN合金的最极端情况下，与抛物线性（简单弯曲）的偏差为10%的量级，在所有其他成分中更小。压电极化也是强非线性的。与自发分量不同，这种行为与微观合金结构或无序效应无关，并且完全是由于体压电响应的非线性应变依赖性。因此，它是可能的，以预测任何合金组合物的压电极化使用的父母二进制。
2001-03-02 cond-mat.mtrl-sci
Polarization properties of wurtzite III nitride indicate the principle of polarization engineering
III族氮化物的自发极化和压电极化显著影响各种III族氮化物基器件的操作。我们报告了第三族氮化物二元和三元合金的自发极化（SP）和压电（PZ）常数与六方参考结构的从头算研究。这些计算的偏振特性为氮化物半导体器件的偏振工程提供了一个深刻的原则，基于此，我们提出了几个异质结，在结处具有接近零的偏振效应，可以潜在地提高光学和功率器件的性能。极化掺杂效应进行了研究，以及从AlN的BAlN分级的极化掺杂效应可以加倍。
2020-01-13 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Mechanical and Structural Properties of Graphene-like Carbon Nitride Sheets
氮化碳基纳米结构由于其优异的机电性能而引起了理论和实验的广泛关注。在这项工作中，我们研究了一些石墨烯类氮化碳膜的机械性能，通过完全原子反应分子动力学模拟。我们分析了这些CN家族的三种不同结构，即所谓的石墨烯基g-CN、三嗪基g-C3 N4和七嗪基g-C3 N4。在10 K、300 K和600 K三种温度下，研究了这些膜在两个主轴方向上的拉伸动力学。我们发现，g-CN膜具有最低的极限断裂应变值，其次是庚嗪基和三嗪基的，分别。这种行为可以用它们在密度值、拓扑结构和化学键类型方面的差异来解释。还讨论了拉伸方向上的断裂模式的依赖性。
2016-06-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Strain and crystal field splitting inversion in III-Nitrides
自90年代以来，纤锌矿相III族氮化物（AlN，GAN，InN）由于其在光电子学中的成功应用而引起了人们极大的兴趣。在本文中，我们进行了全面的研究AlN，GAN和InN的结构弹性和电子性质的混合和传统的密度泛函理论，提出了比较的特点，三个化合物。我们进行了直接比较的电子结构的功能，包括顶部价带的反转与负晶场分裂和它的关系的AlN系统上的受主掺杂的挑战。通过确定弹性常数和杨氏模量，我们提供了一个简单的模型来连接与参数$u$相关的变形能和有效晶场分裂，显示了内部应变和晶场分裂之间的直接关系。
2021-08-24 cond-mat.mtrl-sci
Giant excitonic absorption and emission in two-dimensional group-III nitrides
本文用从头算方法系统地研究了BN、AlN、GAN和InN等类橄榄石半导体单层膜的吸收和发射。计算了考虑准粒子效应和激子效应的面内和离面光偏振态的吸收谱。根据能带结构讨论了吸收边和激子束缚随阳离子变化的化学趋势。激子结合能和局域化半径内的Keldysh模型的激子在二维解释。强激子效应是由于低维、限制效应和减少屏蔽的相互作用。我们发现激子辐射寿命范围从十分之几皮秒（BN）到十分之几纳秒（InN）在室温下，从而使二维氮化物，特别是InN，有前途的材料，用于发光二极管和高性能太阳能电池。
2019-12-21 cond-mat.mtrl-sci
Dislocation-induced thermal transport anisotropy in single-crystal group-III nitride films
位错、一维晶格缺陷对于诸如III-V族半导体的技术上重要的材料是常见的，并且不利地影响例如，氮化物基高功率电子器件。几十年来，基于非线性弹性理论的传统模型预测，只有当热通量垂直于位错时，这种热阻才是可感知的。然而，这种位错诱导的各向异性热输运尚未在实验中看到。在这项研究中，我们测量强烈的热输运各向异性所支配的高度取向的线程位错阵列沿交叉平面方向在微米厚，单晶氮化铟（InN）薄膜。我们发现，在80 K时，当位错密度为约3 × 10^10 cm^-2时，交叉面热导率比面内热导率高10倍以上。这种大的各向异性是传统模型所不能预测的。随着对位错-声子相互作用的深入了解，我们的研究结果为定制具有线缺陷的各向异性热输运开辟了新的机制，并将促进各种器件应用热管理中定向散热的新方法。
2018-04-09 cond-mat.mtrl-sci
Interband Tunneling for Hole Injection in III-Nitride Ultra-violet Emitters
紫外线发射器在传感、水净化和数据存储领域中具有若干应用。虽然III族氮化物半导体系统具有紫外发射所需的带隙区域，但由于宽带隙AlGaN基紫外光发射器中的低p型电导率和高接触电阻，实现有效的紫外固态发射器仍然是一个挑战。在这项工作中，我们表明，有效的带间隧穿可以用于非平衡注入到紫外发光的空穴。极化工程隧道结被用来提高隧穿概率的几个数量级的PN同质结，导致高效的隧道注入的空穴的紫外光发射器。这种有效的带间隧穿的演示为紫外发光二极管和二极管激光器的设计引入了新的范例，并且实现了更高的效率和更低的成本的紫外发射器。
2015-02-07 cond-mat.mtrl-sci
Study of the buckling effects on the electrical and optical properties of the group III-Nitride monolayers
我们考虑使用第一性原理计算的第三族氮化物单分子膜的电子和光学性质。III族氮化物单层具有几乎为零的平面屈曲$Δ$的平坦六边形结构。通过调节$Δ$，通过这些单层的平坦形式的sp $^2$杂交的强$σ\text{-}σ$键可以通过sp $^3$杂交改变为更强的$σ\text{-}π$键。因此，由于$s$ -和$p$ -轨道向费米能的位错，单层的带隙被调谐。对于具有大于$1.0$ eV的带隙的那些平坦单层，带隙随着$Δ$的增加而减小，而对于具有小于$1.0$ eV的带隙的平坦单层，没有观察到带隙的显著变化或平坦分散。减小的带隙导致激发能减小，因此静态介电函数、折射率和光学电导率增加。相反，平坦的带隙色散的几个单层中的第三族氮化物诱导的静态介电函数，折射率，和光学电导率的减少。因此，我们确认，调谐的平面屈曲可以用来控制这些单层的物理性质，无论是增强和减少的光学性能。这些结果是感兴趣的纳米系统中的光电器件的设计。
2022-07-01 cond-mat.mtrl-sci
Boron Nitride Monolayer: A Strain-Tunable Nanosensor
利用密度泛函理论研究了三轴面内应变对六方氮化硼薄膜电子性质的影响。与石墨烯不同，三轴应变将氮化硼薄片的分子轨道定位在其中心，这取决于所施加的应变的方向。所提出的用于定位氮化硼薄片中心接近费米能级的分子轨道的技术可用于实现工程纳米传感器，例如，选择性地检测气体分子。我们表明，中央部分的应变片吸附极性分子更强烈地相比，一个unstrained片。
2013-09-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
III-nitride tunable cup-cavities supporting quasi whispering gallery modes from ultraviolet to near infrared
快速发展的纳米光子学需要由芯片兼容技术形成的不同光谱范围的微谐振器。此外，可调的需求最大。在这里，我们提出了外延现场控制III-氮化物杯腔，可以从紫外到近红外，支持准回音壁模式到室温。在这些腔中，吸收边附近的折射率变化引起模式切换的显著效果，这是伴随着空间强度分布的变化，光有效地集中到亚波长体积，和太赫兹光子的发射。在离边缘一定距离处，模式相关的窄发射线在不同温度下具有稳定的能量和宽度。此外，它们的能量在大的“成熟”单晶腔中是相同的。我们的研究结果揭示了半导体腔中的模式行为，并为单生长运行制造包括有源区和具有可调谐模式频率的腔的器件开辟了道路。
2015-07-31 cond-mat.mtrl-sci
Pressure-stiffened Raman Phonons in Group III Nitrides
压力诱导拉曼声子硬化的原子起源一直令人困惑，通常遵循多项式表达式，系数需要物理指示。在这里，我们表明，扩展的键序长度强度（BOLS）相关机制的压力域导致的分析解决方案连接的压力诱导拉曼声子硬化直接的键合身份的试样和响应的键合身份所施加的刺激。结果表明，压致拉曼声子的蓝移是由于压应力引起的键压缩和能量储存引起的。预测和实验测量之间的协议导致的多项式系数的详细形式，这提供了一个原子的理解的物理机制的外部压力引起的能量增益，热致键膨胀以及确定模式原子的结合能在试样。
2008-01-05 cond-mat.mtrl-sci
Stress Intensity Factor of Mode III Cracks in Thin Sheets
由于模式III剪切撕裂而破裂的弹性材料薄板的裂纹尖端处的应力场具有具有非通用振幅的通用形式，称为应力强度因子，其取决于裂纹长度和边界条件。本文提出了这种应力强度因子的精确解析结果，从而丰富了线弹性断裂力学（LEFM）中可以得到的少量精确结果。
2010-11-14 cond-mat.mtrl-sci
Tunable band gaps in bilayer graphene-BN heterostructures
研究了外加电场对六方氮化硼片层间双层石墨烯带隙的影响。利用密度泛函理论，我们表明，间隙是连续可调的从0到0.2 eV，是强大的堆叠无序。此外，氮化硼片不改变自支撑双层石墨烯的基本响应，除了额外的屏蔽。计算表明，石墨烯-氮化硼异质结构可以为石墨烯基电子器件提供可行的途径。
2010-11-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Systematic comparison of approximations and functionals in first-principle calculations of aluminum-based III-V ferroelectric nitrides
University of Arkansas（阿肯色大学）；Guangdong Technion – Israel Institute of Technology（广东以色列理工学院）；Colorado School of Mines（科罗拉多矿业学院）；National Laboratory of the Rockies（落基山国家实验室）；Tel Aviv University（特拉维夫大学）；Université Paris-Saclay（巴黎萨克雷大学）；CentraleSupélec（中央苏佩雷勒高等电信学院）
通过比较虚拟晶体近似和特殊准随机结构以及多种泛函，系统评估了化学无序和交换关联近似对Al1-xScxN和Al1-xBxN结构、铁电和电子性质预测的影响，发现SQS结合SCAN泛函提供最一致的理论框架。
2026-05-23 cond-mat.mtrl-sci
A correlated ab initio treatment of the zinc-blende wurtzite polytypism of SiC and III-V nitrides
采用从头计算方法研究了SiC、AlN、GAN和InN在锌掺杂和纤锌矿结构中的基态性质。对于计算的自洽场部分，使用Hartree-Fock程序Crystal。使用耦合集群的方法与单，双激发相关的贡献进行评估。这是通过增量的本地化债券轨道和对和三重这样的债券。比较了锌-尖晶石和纤锌矿结构的基态能量：在Hartree-Fock水平上，锌-尖晶石结构比纤锌矿结构更稳定，尽管与纤锌矿结构的能量差很小，这表明了实验观察到的多型性。对于III-V族氮化物的纤锌矿结构被发现是显着更稳定的比锌-尖晶石结构。电子关联不改变Hartree-Fock基态结构，但能量差扩大了40%。虽然Hartree-Fock晶格参数与实验符合得很好，但Hartree-Fock结合能仅为实验值的45%至70%。包括电子相关，我们恢复所有化合物的实验内聚能的92%左右。
1997-01-20 cond-mat.mtrl-sci
Nano selective area growth of GaN by MOVPE on 4H-SiC using epitaxial graphene as a mask: towards integrated III-nitride / graphene / SiC electronics and optoelectronics
我们报告的高品质的三角形GAN纳米台面的生长，30 nm厚，在4 H-SiC的C-面使用纳米选择性区域生长（NSAG）与图案化的外延生长在SiC上的石墨烯作为嵌入式掩模。NSAG解决了氮化物异质外延生长中的缺陷晶体问题，高迁移率石墨烯薄膜可以很容易地在GaN基光电子器件中提供背面低耗散电极。该方法包括首先通过碳化硅的约束控制升华在4 H-SiC的C面上生长5-8个石墨烯层的膜。然后将石墨烯膜图案化，并在石墨烯中蚀刻75纳米宽的开口阵列，露出SiC衬底。随后通过金属有机气相外延生长30纳米厚的GAN。GAN纳米台面在SiC上以完美的选择性外延生长，在通过石墨烯图案化的开口中，在石墨烯上没有成核。在SiC上的台面的向上或向下的取向，它们的三角形刻面，和横截面扫描透射电子显微镜显示，它们是双相的。核心是闪锌矿单晶，周围环绕着单晶六方纤锌矿。GAN晶体纳米台面没有穿线位错，也没有显示任何V-坑。该NSAG工艺潜在地导致高质量III族氮化物在晶片可扩展外延石墨烯/碳化硅平台上的集成。
2015-10-15 cond-mat.mtrl-sci
Electromechanical coupling in Yb-substituted III-V nitride alloys
III族氮化物合金目前用于各种微波通信应用中，因为在与岩盐氮化物（例如YbN或ScN）合金化之后机电耦合的巨大增强。本文通过理论计算和实验研究了纤锌矿型III-V族氮化物中Yb替代引起的机电耦合增强效应。置换引起的机械软化和局部应变可以增强机电耦合。Yb替代引起的力学软化对母体AlN或GAN的依赖性较小，这是由Yb-Yb对在c轴方向上的相互作用引起的，GAN基和AlN基合金之间的机电耦合差异主要来自Yb替代对压电响应的增强效应。在GaN基合金中观察到相对于母体氮化物的压电响应的最大变化，这主要被认为是母体GAN的小压电常数的结果。我们的计算还表明，具有更接近的离子尺寸的替代元素的主机阳离子更容易取代到主机氮化物，并产生更大的内部应变，部分有助于提高压电响应。这可以作为一个简单的指导方针，以确定合金成分在寻找机电耦合的大量增加。
2022-06-05 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Stacking-engineered ferroelectricity in bilayer boron nitride
具有低至原子厚度的稳健极化的2D铁电体为功能异质结构提供了新的构建块。然而，实验报告，仍然稀少，因为层状极性晶体的要求。在这里，我们展示了一个合理的设计方法，工程二维铁电体从非铁电母体化合物通过采用范德华组装。显示出叠层堆叠的双层氮化硼表现出取决于堆叠顺序而反转的面外电极化的强度。通过相邻堆叠的石墨烯片的电阻来探测极化切换。此外，通过小角度扭转氮化硼片改变开关的动力学，由于形成具有交错极化的莫尔铁电性。石墨烯的铁电性在室温下仍然存在，同时保持了石墨烯的高迁移率，为潜在的非易失性存储器应用铺平了道路。
2021-06-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Growth, characterization, and thermodynamics of III-nitride semiconductors
III族氮化物合金是宽带隙半导体，在诸如发光二极管和激光二极管的光电子器件中具有广泛的应用。铟氮化镓发光二极管在过去的十年中已经成功地生产出来。但是由于铟在合金中的引入，主要是由于相分离，限制了绿色发光器件的发展。这个困难可以通过研究这些合金的生长和热力学来解决。热力学相稳定性和压力-温度-成分相图的知识对于理解各种生长技术的边界条件是重要的。本文采用三元合金体系的规则溶液模型对氮化铟氮化镓的相分离进行了研究。吉布斯混合自由能的图表产生的温度范围内。双节线和旋节线分解曲线显示了合金在平衡状态下的稳定区和不稳定区。
2022-06-02 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Role of semicore states in the electronic structure of group-III nitrides: An exact exchange study
采用精确交换（EXX）Kohn-Sham密度泛函理论和赝势平面波方法计算了AlN、GAN、InN的Zn掺杂相的能带结构。阳离子的半核电子既作为价态又作为核态处理。AlN和GAN的EXX带隙（用Ga 3d电子作为芯态获得）与以前的EXX结果，GW计算和实验非常一致。包含半芯电子作为价态导致GAN和InN的EXX带隙大幅减小。与通常的看法相反，通过EXX方法去除自相互作用并不能解释LDA结果与实验之间半芯电子位置的巨大差异。
2005-09-09 cond-mat.mtrl-sci
Liquid-Metal-Enabled Synthesis of Aluminum-Containing III-Nitrides by Plasma-Assisted Molecular Beam Epitaxy
针对富铝氮化物薄膜结晶质量差、p型掺杂难的问题，提出液态金属赋能的等离子体辅助分子束外延法，实现了高结晶质量、高掺杂的含铝氮化物薄膜生长，为高性能光电器件提供支撑。
2016-02-03 cond-mat.mtrl-sci
All-nitride and In-free Al$_x$Ga$_{1-x}$N:Mn/GaN distributed Bragg reflectors for the near-infrared
自基于III族氮化物的发光二极管出现以来，这些材料系统已成为战略半导体，不仅用于未来照明，而且用于新一代高功率电子和自旋电子器件。虽然在可见光和紫外光谱范围内的III族氮化物光电子学被广泛建立，但在近红外（NIR）中的全氮化物和无In高效器件仍然是需要的。在这里，通过一个全面的协议的设计，建模，外延生长和深入的表征，我们开发铝$_x$镓$_{1-x}$ N：Mn/GAN近红外分布布拉格反射器，我们显示其效率与GAN：（Mn，Mg）层的组合，含有Mn-Mg $_{k}$复合物的光学活性在电信波长范围内。
2016-08-25 cond-mat.mtrl-sci
Photoluminescence enhancement in quaternary III-nitrides alloys grown by molecular beam epitaxy with increasing Al content
该研究测量了分子束外延生长的四元III族氮化物合金的光学特性，发现Al含量提升会通过增强激子局域化提升光致发光强度，为高效发光器件有源区选材提供了依据，并推导得到In相关弯曲参数。
2024-01-30 cond-mat.mtrl-sci
Polarized Emission Lines from Single InGaN/GaN Quantum Dots: Role of the Valence-band Structure of Wurtzite Group-III Nitrides
研究了InGaN/GAN单量子点发射线的偏振特性。用单量子点阴极发光法研究了超薄InGaN量子阱中由调幅分解形成的量子点。发射线在正交晶体方向[1 1 - 2 0]和[-1 1 0 0]上表现出系统的线性偏振，这是六方晶体的非固有对称性。八带k.p计算揭示了一种可以解释所观察到的偏振的机制：如果QD稍微伸长，则激子复合物中的空穴的特性决定了相应发射的偏振方向。涉及A-带孔的过渡极化平行于伸长;涉及B-型孔的过渡极化在正交方向上。两个空穴态的能量分离小于10 meV。导致线性极化的机制并不局限于InGaN量子点，而是应该发生在其他纤锌矿-氮化物量子点和具有类似价带结构的材料中。
2007-11-21 cond-mat.mtrl-sci
Four-wave mixing in long wavelength III-nitride QD-SOAs
在饱和假设下，利用量子点速率方程和传输方程（包括非线性传输贡献）对量子点半导体光放大器（QDSOA）进行了四波混频分析。长波长III族氮化物InN和AlInN QD SOA的模拟。由于线宽增强因子的非对称行为被分配。P掺杂提高效率。获得了InAlN量子点在较长半径下的无损效率。载子加热示出有相当大的影响和失谐的依赖性，预计在大多数情况下。InN QD SOA显示出更高的效率。
2016-02-04 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Substrate-induced bandgap in graphene on hexagonal boron nitride
我们使用从头算密度泛函计算确定晶格匹配的六方氮化硼（h-BN）衬底上的石墨烯片的电子结构。最稳定的构型是一个碳原子位于硼原子的顶部，另一个位于BN环的中心。由此产生的两个碳位点的不等价性导致在石墨烯的狄拉克点处打开53 meV的间隙，并导致狄拉克费米子的有限质量。BN衬底上的石墨烯片的替代取向产生类似的带隙和质量。由BN表面诱导的带隙可以极大地改善石墨烯基场效应晶体管的室温夹断特性。
2007-07-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Reversible modifications of linear dispersion - graphene between boron nitride monolayers
采用第一性原理计算和最小紧束缚模型研究了夹在两个六方氮化硼片之间的石墨烯层的电子性质.结果表明，在没有外场的情况下，对于ABC堆叠结构，带在狄拉克点附近是线性的，就像单层石墨烯的情况一样。对于某些原子配置，电场效应允许打开超过230 meV的带隙。我们相信这种能隙调节机制可以显著改善石墨烯基场效应晶体管的特性，并为未来的电子应用铺平道路。
2010-11-09 cond-mat.mtrl-sci
