Defect tolerance of lead-halide perovskite (100) surface relative to bulk: band bending, surface states, and characteristics of vacancies
本文对比了卤化铅钙钛矿表面与体相的空位特征，发现表面缺陷多形成无害浅能态，且自旋轨道耦合促成了表面缺陷容忍度，解释了其多晶薄膜和纳米结构具备高光电性能的原因。
2024-02-19 cond-mat.mtrl-sci
Point Defects and Localized Excitons in 2D WSe2
识别2D材料中的点缺陷对于许多应用是重要的。最近的研究提出，W空位是主要的点缺陷在二维WSe 2，在理论研究，这预测硫族元素空位是最有可能的本征点缺陷在过渡金属二硫族化物半导体相反。我们表明，使用第一性原理计算，扫描隧道显微镜（STM）和扫描透射电子显微镜实验，W空位不存在于我们的CVD生长的二维WSe 2。我们预测，O-钝化的Se空位（O_Se）和O杂质（Oins）存在于2D WSe 2中，这是因为Se空位处的O2容易解离，或者是由于CVD生长中WO 3前体的存在。这些缺陷给出的STM图像与实验符合得很好。二维WSe 2中点缺陷的光学性质是重要的，因为实验上已经观察到二维WSe 2的单光子发射（SPE）。虽然应变梯度漏斗激子在真实空间中，点缺陷是必要的激子在长度尺度，使光子发射一次一个本地化。使用最先进的GW-Bethe-Salpeter方程计算，我们预测只有Oins缺陷在以前的实验中在SPE的能量范围内产生局部激子，使它们成为以前观察到的SPE的可能来源。没有其他点缺陷（O_Se、Se空位、W空位和Se_W反位）产生相同能量范围的局域激子。我们的预测提出了在相关的二维材料中实现SPE的方法，并指出了实验学家在二维WSe 2中SPE的其他能量范围。
2019-05-14 cond-mat.mtrl-sci
First-principles DFT+GW study of oxygen vacancies in rutile TiO2
我们进行第一性原理计算的准粒子缺陷态，电荷跃迁能级，和形成能量的金红石型钛白中的氧空位。计算是在最近开发的DFT+GW的形式主义，包括必要的静电修正的超细胞带电缺陷。我们发现氧空位是一个负的U缺陷，其中U是缺陷电子的附加能。费米能级低于2.8 eV（相对于价带最大值）时，空位的+2电荷态最稳定，高于2.8 eV时，空位的中性电荷态最稳定。
2014-07-22 cond-mat.mtrl-sci
Defect calculations in semiconductors through a dielectric-dependent hybrid DFT functional: the case of oxygen vacancies in metal oxides
我们研究了三种不同的金属氧化物半导体（金红石型和金红石型TiO 2，单斜晶系WO 3，和四斜晶系ZrO 2）中的氧空位的行为，使用最近提出的混合密度泛函方法，其中确切的交换分数是材料依赖的，但在自洽方案中获得从头算。特别是，我们计算相对于氧空位缺陷的电荷跃迁能级，并将计算的光学和热激发/发射能量与现有的实验结果进行比较，从而揭示潜在的激发机制和相关材料特性。我们发现，这种新的方法是能够再现不仅基态性能和能带结构的完美的大块氧化物材料，但也提供了与相应的亚化学计量缺陷系统中观察到的光学和电学行为一致的结果。
2015-09-13 cond-mat.mtrl-sci
Quasiparticle Excitations and Charge Transition Levels of Oxygen Vacancies in Hafnia
计算了单斜晶系氧化物中氧空位的准粒子缺陷态和电荷跃迁能级。电荷跃迁能级，虽然它们是热力学量，但由于局部缺陷态，可以严格依赖于带隙。这些准粒子的缺陷能级效应的处理使用第一原理GW近似的自能。我们表明，质量和可靠性的结果可以通过计算相同的过渡水平，通过两个物理路径进行评估，它是重要的，包括必要的静电修正在超原胞计算。与以前的许多报道相反，单斜晶系的氧空位是一个正的U中心，其中U是缺陷电子的附加能。我们确定了一个物理分区U的电子和结构弛豫部分。
2011-05-05 cond-mat.mtrl-sci
Luminescence quenching via deep defect states: A recombination pathway via oxygen vacancies in Ce-doped YAG
经由非辐射复合通道的发光猝灭限制了诸如磷光体和荧光体的光学材料的效率，并且因此对转换效率和器件寿命具有影响。在诸如Ce掺杂的钇铝石榴石（YAG：Ce）的材料中，淬火显示出对温度和激活剂浓度的强烈依赖性，限制了制造具有高工作温度的高强度白光发光二极管的能力。在这里，我们揭示了通过第一性原理计算的YAG：Ce，涉及氧空位，并引起热激活浓度淬灭的有效复合机制。我们证明了这种机制是活跃的关键要求是局域态与强电子-声子耦合。这些条件通常用于宽带隙材料中的本征缺陷，例如阴离子空位。因此，本研究结果与广泛的光学材料类别相关，并且一般地在热猝灭机制上发光。
2020-12-06 cond-mat.mtrl-sci
Machine learning Hamiltonian enables scalable and accurate defect calculations: The case of oxygen vacancies in amorphous SiO$_2$
Fudan University（复旦大学）；Key Laboratory of Computational Physical Sciences (MOE), Fudan University（复旦大学计算物理科学教育部重点实验室）；Department of Physics, Fudan University（复旦大学物理系）；College of Integrated Circuits and Micro-Nano Electronics, Fudan University（复旦大学集成电路与微纳电子学院）
本文提出基于机器学习哈密顿量的计算方法，用于高效计算缺陷超晶胞的总能量和原子力，通过非晶SiO₂中氧空位的案例，展示该方法在避免系统误差和提高预测准确性方面的优势。
2026-04-08 cond-mat.mtrl-sci
Energetics and stability of vacancies in carbon nanotubes
在这项工作中，我们提出了从头计算的形成能量和不同类型的多空位在碳纳米管的稳定性。我们证明，在石墨烯的情况下，重建的缺陷有显着的影响管的能量。特别地，五边形的形成消除了悬挂键，从而降低了形成能。这种竞争导致具有偶数个碳原子的空位被移除以更稳定。最后，幻数的出现表明更稳定的缺陷可以表示为一个模型的形成能量，这是基于未重构的系统，五边形和松弛后形成的缺陷的最终形式的悬空键的数量。
2010-11-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Ab initio Studies of the Possible Magnetism in BN Sheet by Non-magnetic Impurities and Vacancies
我们利用第一性原理计算研究了BN片中不同浓度的非磁性杂质和空位可能引起的磁性。Be、B、C、N、O、Al和Si的原子作为杂质用于替代系统中的B或N。我们讨论了态密度的变化以及缺陷态的空间分布的程度，可能形成的磁矩，磁化能的大小，最后由于这些缺陷的存在的交换能。结果表明，在大多数缺陷系统中，随着缺陷浓度的降低，磁化能趋于增加，这意味着有限磁矩的一定偏好。计算出的交换能一般是微小的，但并不是完全无关紧要的两个研究的缺陷系统，即一个与O杂质的N和其他与B空位。
2007-03-14 cond-mat.mtrl-sci
Vacancy defect in bulk and at (10$\overline{1}$0) surface of GaN: A combined first-principles theoretical and experimental analysis
采用基于密度泛函理论的第一性原理计算，研究了纤锌矿氮化镓（\textit w-GaN）体相和非极性（10 $\overline{1}$ 0）表面的Ga和N空位的原子和电子结构、形成能、稳定性和磁性.在富Ga和富N条件下，N空位的形成能明显低于Ga空位在体相和（10 $\overline{1}$ 0）面上的形成能.从电子能量损失谱测量中注意到N-空位存在的实验证据，其进一步与在GAN半导体网络中观察到的高电导率相关。我们发现费米能级钉扎在Ga衍生表面态以下0.35 $\pm$ 0.02 eV处。由于在（10 $\overline{1}$ 0）表面处形成N-空位而在纳米结构中存在原子台阶使得其电子结构金属化。在这些空位附近的N-空位和Ga-Ga金属键形成的聚集被认为是实验观察到的多面GAN纳米结构的导电性的另一个来源。
2017-12-14 cond-mat.mtrl-sci
Air passivation of chalcogen vacancies in two-dimensional semiconductors
缺陷在半导体中起着重要的作用。与块状SC中的缺陷不同，二维（2D）SC中的缺陷暴露于周围环境，这可能潜在地改变它们的性质/功能。空气是一种常见的环境，但其对2D SC中的缺陷的影响仍然是难以捉摸的。在这项工作中，我们解开空气和硫属元素空位（VX）-在二维SC中最典型的缺陷之间的相互作用。我们发现，虽然大多数分子在空气中的相互作用是弱的，O2可以在VX与SC的内聚能相关的障碍，可以克服，即使在室温下某些SC化学吸附。重要的是，化学吸附的O2将VX从通常认为有害的载流子陷阱改变为电子良性位点。这种不寻常的行为源于与金属键合时O2和X之间的等价。基于这些发现，我们提出了一种简单的方法来提高性能的二维SC使用空气钝化的缺陷。
2015-11-24 cond-mat.mtrl-sci
Stable ordered phases of cuprous iodide with complexes of copper vacancies
我们进行了详尽的理论研究的相图的铜-I二进制文件，专注于铜穷人的组合物，相关的p型透明导电。我们发现，相邻的铜空位之间的相互作用是稳定的非化学计量的锌相的决定因素。这种相互作用导致缺陷复合物，其中Cu空位优先沿[100]晶体学方向排列。事实证明，这些缺陷复合物对空穴电导率有重要影响，因为它们导致分散的导电$p$ -状态，其延伸到费米能级以上约0.8 eV。此外，我们观察到的电子态密度的特征峰，这可以提供这种类型的缺陷复合物的实验签名。
2020-09-14 cond-mat.mtrl-sci
Defect physics of BaCuChF (Ch=S, Se, Te) p-type transparent conductors
利用密度泛函理论计算、自洽热力学模拟和各种实验技术研究了BaCuChF中的本征点缺陷、缺陷复合物和氧杂质。无意的p型导电性BaCuChF的解释与过渡水平的价带中的铜空位的存在。这些受体类缺陷的部分补偿施主类硫族元素空位与过渡水平深的差距。硫族空位也导致实验观察到的子间隙光致发光，光吸收，和持久的光电导BaCuSF和BaCuSeF。在热力学平衡中，铜和硫族元素空位都具有低的形成能力，并且很可能在它们之间以及与氟化合物形成缺陷复合物。计算得到的BaCuChF的费米能级钉扎范围较窄，靠近价带最大值。这使得BaCuChF成为用于光电应用的合适的透明p型接触层，但阻碍了使用该材料制造透明薄膜晶体管的尝试。氧相关的缺陷不影响批量BaCuChF的性能，但表面氧化减少了自由空穴的平均自由程几乎一个数量级。
2010-10-13 cond-mat.mtrl-sci
Electronic and structural properties of vacancies and hydrogen adsorbates on trilayer graphene
利用从头计算方法，我们研究了三层石墨烯上空位和氢吸附物的电子和结构性质。这些缺陷被发现共享类似的低能电子特征，因为它们都从蜂窝晶格中移除了一个pz电子，并在费米能附近诱导出缺陷能级。然而，空位也会在晶格上留下未配对的$σ$电子，这导致重要的结构差异，也有助于磁性。我们探讨ABA和ABC堆叠和比较的属性，如形成能，磁矩，自旋密度和局域态密度（LDOS）的缺陷能级。这些性质显示出对缺陷所在层的强烈敏感性，对亚晶格位置和堆叠类型的敏感性较小。最后，对于ABC三层，我们还研究了这些状态在外场存在下的行为，这在非缺陷系统的能带结构中打开了一个可调的间隙。随着磁场的增加，pz缺陷态与带态表现出很强的杂化，磁化强度降低并最终丧失，当缺陷位于中间层时，会出现非磁性的midgap态。
2015-08-18 cond-mat.mtrl-sci
Theoretical investigation of vacancy related defects at 4H-SiC(000$\bar{1}$)/SiO$_2$ interface after wet oxidation
基于密度泛函理论的第一性原理计算，研究了湿氧化后4H-SiC(000$\ar{1}$)/SiO$_2$界面硅碳空位缺陷的稳定性与形成机制，发现湿氧化引入的H原子终止悬挂键导致产生碳反位-碳空位和双空位缺陷。
2022-02-12 cond-mat.mtrl-sci
Strong Reduction of Thermal Conductivity of WSe2 with Introduction of Atomic Defects
用平衡分子动力学方法研究了二硒化钨（WSe 2）的热导率。WSe 2的热导率随着低于约5 nm的特征尺寸而急剧增加，并且对于更宽的样品而言趋于平稳，并且达到约2 W/mK的恒定值。通过引入原子空位，我们发现WSe 2的热导率显著降低。特别地，W空位比Se空位对热导率降低的影响更大：原始WSe 2的热导率在添加~1%的Se和W空位的情况下分别降低~60%和~70%。热导率的降低被发现与缺陷WSe 2中声子的平均自由程（MFP）的减少有关。加入0.9%的Se空位后，WSe_2的MFP从纯WSe_2的~ 4.2nm下降到~ 2.2nm。更复杂类型的点缺陷，如空位簇和反位缺陷，探索除了单空位，并发现显着重整化的声子。键的重构导致声子态密度在禁带中局域化，导致热导率下降。这项工作展示了不同缺陷对单层WSe 2热导率的影响，为缺陷诱导的声子输运过程以及改善WSe 2电子器件散热的方法提供了深入了解。
2022-06-10 cond-mat.mtrl-sci
Elastic effects of vacancies in strontium titanate: Short- and long-range strain fields, elastic dipole tensors, and chemical strain
我们提出了一个研究的局部应变与钛酸锶中的空位缺陷的影响，并报告的弹性偶极子张量和化学应变的点缺陷的钙钛矿的第一次计算。本地和远程结果的组合将使确定的X射线散射的签名，可以与实验进行比较。我们发现，氧空位具有一个特殊的性质-一个高度各向异性的弹性偶极子张量，几乎为零时，平均所有可能的缺陷取向。此外，通过与化学应变的实验测量的直接比较，我们将限制在贫氧钛酸锶中存在的可能的缺陷，并引入一个猜想，关于通过脉冲激光沉积生长的样品中的贫锶化学计量的主要缺陷的性质。最后，在审查过程中，我们了解到最近的实验数据，从钛酸锶薄膜沉积通过分子束外延，显示出良好的协议与我们的计算值的化学应变与锶空位。
2009-08-21 cond-mat.mtrl-sci
The examination of stable charge states of vacancies in Cu2ZnSnS4
采用Kohn-Sham（KS）缺陷诱导单粒子能级分析方法，考虑屏蔽库仑杂化泛函，研究了太阳能电池吸收材料Cu 2 ZnSnS 4中空位的稳定电荷态.我们发现Cu、Zn和S空位（记为VCu、VZn、VS）在带隙附近不诱导单粒子缺陷能级，因此它们中的每一个都只有一个稳定的电荷态，分别对应于完全占据的价带VCu 1-、VZn 2-和VS 0（因此不能解释任何缺陷跃迁能级）。Sn空位（VSn）具有三个稳定的电荷态VSn 2-、VSn 3-和VSn 4-，它们可以解释两个电荷跃迁能级。通过与以往电荷跃迁能级研究的比较，我们的结果表明，在计算电荷跃迁能级之前，对稳定电荷态的考察是一个必要而重要的步骤。
2014-11-26 cond-mat.mtrl-sci
Role of Point Defects on the Properties of Manganites
用XRPD、电导率、电子顺磁共振和静态磁化强度等测试手段对具有明确阳离子分子结构和氧含量的La_（1-x）Ca_xMnO_3 + δ和La_（1-x）Na_xMnO_3 + δ样品进行了分析。通过以下方式在结构中引入点缺陷：i）异价阳离子掺杂（替代缺陷），ii）氧过化学计量（阳离子空位）和iii）氧欠化学计量（氧空位）。阳离子掺杂主要通过影响容忍因子和Mn离子的氧化来影响材料;阳离子空位通过阻断Mn ~（4+）-Mn ~（3+）离子间的相互作用路径而影响磁性，而氧空位对结构和电学性能的影响更大，并通过Mn ~（4+）离子的整体减少而影响磁性量和通过创建具有不同磁性特征的样品区域。我们可以说，Ca和Na掺杂的镧锰氧化物化合物的基本磁性和电学行为是由Mn 4 +-Mn 3+比驱动的，并且所有的特殊行为确实是由缺陷、浓度梯度以及更一般地由晶格无序引起的。
2004-12-22 cond-mat.mtrl-sci
Point defects and p-type conductivity in Zn/1-x/Mn/x/GeAs/2/
本文用正电子湮没谱研究了低Mn含量（0 < x < 0.042）的Zn/1-x/Mn/x/GeAs/2/晶体中的点缺陷，这些点缺陷具有无序的锌钛矿和黄铜矿结构。在我们的样品中，当载流子浓度为1 E19 < n <1 E21 cm^-3时，带负电荷的空位和非开体积缺陷对高p型电导率的作用也进行了讨论。观察到中性As空位、带负电荷的Zn空位和浓度约为1 E16 - 1 E18 cm^-3的非开体积缺陷，这些缺陷随着合金中Mn含量的增加而增加。所观察到的缺陷浓度不足以对我们的晶体的强p型导电性负责。因此，我们认为，其他类型的缺陷，如扩展缺陷，有很强的影响，对Zn 1-xMnxGeAs 2晶体的导电性。
2014-04-04 cond-mat.mtrl-sci
Stability of charged sulfur vacancies in 2D and bulk MoS$_2$ from plane-wave density functional theory with electrostatic corrections
二维半导体过渡金属二硫属化合物（如MoS $_2$）在光电子学、自旋电子学、光电子学和催化等领域有着广泛的应用前景。为了利用这些材料的电子器件的潜力，需要更好地了解缺陷如何控制载流子浓度，特性和迁移率。利用Freysoldt和Neugebauer开发的修正方案，以确保适当的静电边界条件，在二维材料中的带电缺陷，我们进行密度泛函理论计算的形成能和电荷跃迁能级与硫空位在单层和层状块状二硫化钼$_2$。我们调查的收敛性，这些缺陷的性质相对于真空间距，面内超晶胞尺寸，和不同层次的理论。我们还分析了不同电荷状态下缺陷的电子结构，以深入了解缺陷对成键和磁性的影响。我们预测，这两个空缺结构进行Jahn-Teller扭曲，这有助于稳定的硫空位在$-1$带电状态。
2020-04-07 cond-mat.mtrl-sci
Density functional study of native point defects in CaO
Inha University（延世大学）；Department of Physics, Inha University（延世大学物理系）；Institute of Quantum Science, Inha University（延世大学量子科学研究所）
采用第一性原理密度泛函计算研究CaO中本征点缺陷的结构、电子和光学性质，发现氧空位在贫氧条件下占优，钙空位在富氧条件下占优，空位复合物热力学稳定且能经受高温退火，光学跃迁能表明实验吸收和发射峰可归因于带负电的空位复合物和孤立氧空位。
2026-07-03 cond-mat.mtrl-sci
Coupled surface and bulk diffusion in crystals
本文提出晶体表面原子台阶同时作为体相点缺陷源汇的新机制，揭示体扩散通过次表面层与表面扩散耦合，并建立了体相与表面点缺陷平衡浓度之间的基本关系。
2022-02-15 cond-mat.mtrl-sci
Impact of single atomic defects and vacancies on the magnetic anisotropy energy of CoPt thin films
从第一性原理出发，研究了表面空位和单个吸附原子对四元{ \bf{L1} $_{0}$ } CoPt薄膜磁性的影响。我们考虑Co和Fe单吸附原子沉积在Pt-终止的薄膜，而Pt吸附原子被假定为由Co-终止的膜支持。空位被注入到两种终止方式的薄膜的上表面层中。在找到缺陷的最稳定位置后，我们讨论了它们的磁性与衬底的磁性紧密相关，并研究了磁晶各向异性能（MAE）。先前的模拟[Brahimi等人，J. Phys.：康登斯所谓了\textbf{28}，496002（2016）]预测Pt封端的CoPt膜的大的面外表面MAE（4 meV/f.u.）与Co封端膜的平面内表面MAE（~ 1 meV/f.u.）相反。在这里，我们发现，表面MAE显着修改后的原子缺陷的存在。所有研究的缺陷诱导的面内MAE，这是足够大的Fe吸附原子和Pt空位切换表面MAE从面外到面内的Pt终止的薄膜。有趣的是，在所研究的缺陷中，Pt空位对MAE的影响最大，而Co空位的影响最小，但仍然很显著。这种行为解释的轨道矩各向异性的薄膜。
2019-05-02 cond-mat.mtrl-sci
Polarizing oxygen vacancies in insulating metal oxides under high electric field
我们展示了一个热力学公式来量化高电场下绝缘体中的缺陷形成能量。作为一个模型系统，我们分析了中性氧空位（色心）在碱土金属二元氧化物使用密度泛函理论，Berry相计算，最大局域Wannier函数。极化功降低了形成这种缺陷的场依赖的电吉布斯能。这主要是由于两个电子被困在空位中的极化容易，其次是由于缺陷引起的键刚度和声子模软化的减少。该配方和分析具有的影响，了解绝缘氧化物在电子，磁性，催化和电热设备在高电场下的行为。
2017-08-15 cond-mat.mtrl-sci
Periodized discrete elasticity models for defects in graphene
利用周期化离散弹性模型研究了平面石墨烯中刃型位错的核心、刃型位错偶极子和刃型位错环。为了建立这些模型，我们已经找到了一种方法来离散线性弹性的平面六角形晶格使用差分算子的组合，不涉及对称的所有邻居的原子。在零温度下，动态稳定的刃型位错的核心可能是七边形-五边形对（滑移位错）或八边形（洗牌位错），这取决于初始配置的选择。刃型位错偶极子的可能核心是空位、五角-八角-五角双空位、Stone-Wales缺陷和7-5-5-7缺陷。而对称空位，双空位和7-5-5-7缺陷是动态稳定的，不对称空位和5-7-7-5 Stone-Wales缺陷似乎是不稳定的。
2008-05-26 cond-mat.mtrl-sci
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
Nuclear-Electron Hyperfine Coupling of the Shallow States Associated with Vacancies in Gallium Nitride
University of Iowa（爱荷华大学）；Eindhoven University of Technology（埃因霍温理工大学）
利用多带实空间格林函数精确求解势散射Dyson方程，计算氮化镓中单个氮空位和镓空位的电子结构，并分析缺陷附近的超精细场贡献，以辅助电检测磁共振识别缺陷。
2026-05-25 cond-mat.mtrl-sci
Elastic properties of cubic silicon carbide with Si vacancies
Instituto de Ciencia de Materiales de Madrid, Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC)（马德里材料科学研究所，西班牙国家科学研究委员会）；CNR-IOM Democritos National Simulation Center, Istituto Officina dei Materiali（意大利国家研究委员会材料研究所德谟克利特国家模拟中心）
本研究通过路径积分分子动力学模拟，揭示硅空位及核量子效应会显著改变3C-SiC的弹性质与力学稳定域，为极端环境应用及量子技术提供微观见解。
2026-08-14 cond-mat.mtrl-sci
Defect-induced ferromagnetism in fullerenes
基于电子结构的从头计算，提出了聚合C_（60）的铁磁性图象，这似乎解释了一整套有争议的实验数据。我们已经证明，与立方富勒烯相比，在菱形C60中，铁原子的分离在能量上是无益的，这是一个强有力的论据，有利于碳铁磁性的内在特征，这可能是由具有未成对磁性电子的空位引起的。结果表明：C_（60）菱面体相空位的能量形成基本上小于立方相中空位的能量形成，（ii）含有空位的碳笼之间存在强的铁磁交换相互作用，（iii）磁空位融合成双空位在能量上是有利的。后者可以解释铁磁性的脆弱性。
2009-04-05 cond-mat.mtrl-sci
Native Point Defects in Antiferromagnetic Phases of CrN
我们提出了一个详细的分析原生点缺陷的反铁磁（AFM）相的块状氮化铬（CrN）的作用。我们进行第一性原理计算使用本地自旋密度近似，包括本地相互作用效应（LSDA+U），研究两个最低的能量AFM模型，预计描述的材料的低温相。我们研究了由本征点缺陷引入的形成能、晶格形变以及电子和磁性结构。我们发现，正如预期的那样，氮空位是低温下材料中最有可能存在的缺陷。氮空位在立方原子力显微镜模型中呈现不同的带电状态，表现出两个跃迁能，这可以通过测温实验测量，并可以帮助识别样品中的原子力显微镜结构。这些空位也导致部分自旋极化的诱导杂质带，这将在输运实验中有有趣的后果。其他点缺陷也有签名的电子和磁性结构，可以在扫描探针实验中识别。
2018-05-23 cond-mat.mtrl-sci
Defect Candidates for Single-Photon Emission in Monolayer GaS and GaSe
University of Duisburg-Essen（杜伊斯堡-埃森大学）
本研究采用各向异性屏蔽交换泛函分析单层GaS和GaSe的缺陷电子结构，发现GaS中的镓空位可作为单光子发射候选体。
2026-10-16 cond-mat.mtrl-sci
Thermodynamics of mono and di-vacancies in barium titanate
采用密度泛函理论计算方法研究了立方（顺电）钛酸钡中单空位和双空位缺陷的热力学和动力学性质。它是确定的空缺类型占上风给定的热力学边界条件。计算证实了既定的图片，空位发生在他们的名义电荷状态几乎在整个带隙。对于带隙的主导范围，双空位结合能为常数和负值。因此，该系统努力实现在富金属（富氧）条件下所有金属（氧）空位结合在双空位簇中的状态。计算了单空位在不同电荷态下的迁移势垒。由于发现氧空位在典型的生长温度下容易迁移，因此可以容易地形成双空位。本研究的主要结果相对于单和双空位的热力学行为的铁电相的初始缺陷分布的影响，因此老化的条件。
2012-01-18 cond-mat.mtrl-sci
Formation mechanism, stability and role of zinc and sulfur vacancies on the electronic properties and optical response of ZnS
本研究结合实验与DFT理论计算，证实锌空位使闪锌矿ZnS从绝缘变为半导体特性并产生可见光吸收，揭示了空位调控ZnS光学性质的机制，为其在光电器件中的应用提供了依据。
2025-02-21 cond-mat.mtrl-sci
Atomic Scale Ordering of Sulfur Vacancies Enhances Charge Transport in Monolayer MoS$_2$
Istituto per lo Studio dei Materiali Nanostrutturati (ISMN) - Consiglio Nazionale delle Ricerche (CNR)（纳米结构材料研究所-意大利国家研究委员会）；University of Jena（耶拿大学）
该研究以单层MoS₂硫空位为对象，通过多类计算证实原子级有序空位排布可显著提升电荷传输性能，确立了缺陷排布作为二维材料设计的核心原则。
2026-08-06 cond-mat.mtrl-sci
The thermodynamic trends of intrinsic defects in primary halide perovskites: A first-principles study
卤化物钙钛矿中的缺陷在决定所得光电子器件的效率和稳定性方面起着至关重要的作用。在这里，我们提出了一个系统的研究本征点缺陷在六个主要的金属卤化物钙钛矿，MAPbI $_3$，MAPbBr $_3$，MAPbCl $_3$，FAPbI $_3$，CsPbI $_3$和MASnI $_3$，使用密度泛函理论计算与SCAN+ rVV 10功能。我们分析了改变阴离子和阳离子对缺陷形成能和电荷态跃迁水平的影响，并确定了所观察到的趋势的物理根源。碘化铅化合物中的主要缺陷是A $^+$阳离子材料（A = Cs，MA，FA），由I $^-$材料或铅$({2-})$空位进行电荷补偿。在溴化铅和氯化铅化合物中，卤化物空位变得相对更突出，并且对于MAPbBr $_3$，Pb $^{2+}$间隙也变得重要。这种趋势可以用阳离子和阴离子置换后静电相互作用和化学键的变化来解释。MASnI $_3$中的缺陷物理学主要由锡$({2-})$空位主导，并受到锡钙钛矿的容易氧化的促进。实际上，除了MASnI $_3$是强p掺杂的之外，所有化合物都是轻度p掺杂的。由六种钙钛矿中的缺陷产生的所有受主能级都是浅的。一些缺陷，特别是卤化物空位和Pb或Sn杂质，产生深施主陷阱。虽然这些陷阱可能会阻碍MAPbBr $_3$和MAPbCl $_3$的电子行为，但在碘基钙钛矿中，它们的平衡浓度太小而不会影响材料的性质。
2021-12-31 cond-mat.mtrl-sci
Quasiparticle Corrections to the Electronic Properties of Anion Vacancies at GaAs(110) and InP(110)
本文提出了一种计算半导体中点缺陷的光学缺陷能级和热力学电荷跃迁能级的新方法，其中包括对密度泛函理论的Kohn-Sham本征值的准粒子修正。它的适用性被证明为在III-V族半导体的（110）表面的阴离子空位。我们发现GaAs（110）和InP（110）的（+/0）电荷跃迁能级分别为0.49 eV和0.82 eV。结果表明，局部密度近似的一个明显的改善，并同意密切与实验分析。
2006-11-27 cond-mat.mtrl-sci
Phonon transport unveils the prevalent point defects in GaN
确定有意掺杂的GAN中存在的空位的类型和浓度是一个众所周知的困难和长期争论的问题。在这里，我们使用一种非常规的方法，基于热输运建模，以确定在以前的测量中的空缺的患病率。这使我们能够提供确凿的证据，最近的假设，镓空位氨热生长的样品可以与氢络合。我们的计算O掺杂和Mg-O共掺杂样品产生一个一致的图片互连掺杂剂和空位浓度，载流子密度和热导率，与实验测量非常一致。这些结果也突出了从头算声子输运模型的预测能力，以及它对理解和量化半导体缺陷的价值。
2017-12-21 cond-mat.mtrl-sci
Brightening dark trions in WS2 monolayers via introducing atomic sulfur vacancies
本研究通过引入硫空位增强自旋轨道耦合，使WS2单层中的暗三子变亮，并揭示其波函数局域化增强K2声子散射的机制，为调控二维半导体光电子性能提供新途径。
2025-06-21 cond-mat.mtrl-sci
The Impact of Anionic Vacancies on the Mechanical Properties of NbC and NbN: An ab initio Study
超硬材料的发展最近集中在含有重过渡金属和轻主族元素的系统上。铌的碳化物和氮化物以前已被确定为潜在的候选者，然而，在合成过程中碳和氮的挥发性使它们易于形成阴离子空位，其具有改变电子结构、动力学稳定性和不利地影响机械性能的能力。在这里，我们提出了从头计算密度泛函理论计算，探测阴离子空位的发生作为浓度的函数，此后，相关的机械性能进行了研究。我们的研究结果表明，在NbC和NbN中的阴离子空位的存在下，往往会恶化的机械性能，并最终的机械硬度由于空位软化，可以归因于缺陷诱导的共价键到金属键的过渡。此外，据观察，NbC中的阴离子空位倾向于改变其韧性，特别是，ZB中的NbC变得脆，而WZ中的NbC在高达6%的C空位的存在下变得延性。另一方面，NbN的韧性被发现是不敏感的缺陷浓度，甚至高达8%。因此，在NbC和NbN的合成过程中严格控制阴离子缺陷对于实现所需的机械响应是至关重要的，所述机械响应可以使这些材料理想地用于超硬和相关应用。
2020-09-22 cond-mat.mtrl-sci
Defect energetics of cubic hafnia from quantum Monte Carlo simulations
立方氧化物（HfO $_2$）由于其高介电常数而在电子学中的许多应用中引起极大兴趣。然而，这些应用中的常见缺陷会降低hafina的性能。采用基于密度泛函理论（DFT）和多体扩散蒙特卡罗（DMC）方法的第一性原理计算研究了立方HfO $_2$中氧空位和氮取代的电子性质.我们研究了氧空位的五种不同电荷缺陷态，以及可导致局部磁矩的替位N缺陷。DMC和DFT计算表明，氧空位诱导周围的缺陷强的晶格弛豫。最后，我们比较缺陷形成能，电荷和自旋密度从DMC与使用DFT得到的结果。虽然从DMC得到的形成能比从GGA+U得到的形成能大0.6~ 1.5~eV，但在贫氧条件下，对于最重要的缺陷，中性和带正电的氧空位，以及氮替代缺陷，两者的一致性相当好。我们的工作证实，氮可以起到钝化立方氧化物的作用，用于电子产品。
2019-04-12 cond-mat.mtrl-sci
Mobility of single vacancies and adatoms in graphene at room temperature
本研究通过keV离子辐照实验发现，室温下石墨烯中单空位可长程迁移约100纳米，晶格应变降低迁移势垒，且表面污染物通过自修复机制维持晶格完整性。
2025-03-26 cond-mat.mtrl-sci
Comparative study of defect energetics in HfO2 and SiO2
基于密度泛函理论，我们对单斜晶系氧化铪（m-HfO 2）和α-石英（SiO2）中的替位和空位缺陷进行了从头计算.研究了HfO_2和SiO_2中的中性氧空位和替位Si、Hf缺陷。我们的计算结果表明，对于一个大范围的Hf化学势，Si的替代缺陷是最有可能形成在HfO 2，导致在HfO 2/Si界面处的硅酸盐层的形成。我们还发现，它是更有利于在SiO2中形成氧空位比在HfO 2，这意味着缺氧HfO 2生长在SiO2的顶部将消耗从SiO2的氧。
2003-10-30 cond-mat.mtrl-sci
Compound Defects in Halide Perovskites: A First-Principles Study of CsPbI$_3$
晶格缺陷影响卤化物钙钛矿太阳能电池的长期稳定性。而简单的点缺陷，即，原子空位和空位，已经被非常详细地研究，在这里，我们集中于在晶体生长条件下更可能形成的化合物缺陷，例如化合物空位或空位和反位。通过第一性原理密度泛函理论（DFT）计算，我们确定了原型无机钙钛矿CsPbI $_3$中最突出的缺陷。我们发现，在室温下的平衡条件下，反位的Pb取代Cs形式的浓度相比，最突出的点缺陷，而其他化合物的缺陷是可以忽略不计的。然而，在非平衡热和操作条件下，其他复合物也变得与点缺陷一样重要。这些是Cs取代的Pb反位，以及在较小程度上，PbI $_2$或CsPbI $_3$单元的化合物空位，以及I取代的Cs反位。这些复合缺陷只导致浅的或非活性的载流子陷阱，这证明了卤化物钙钛矿的电子稳定性。在准费米能级非常接近价带的工作条件下，可以形成更深的陷阱。
2022-09-07 cond-mat.mtrl-sci
The effect of interstitial clusters and vacancies on the STM image of graphite
利用紧束缚格林函数技术，我们计算了表面和亚表面缺陷的石墨的STM图像，同时考虑到由于缺陷的晶格弛豫。我们已经证明，两种不同的物理机制可能会导致在STM图像中的小丘的形成：弯曲的石墨表面，由于最上层的石墨层之间的电子和增强的状态接近费米能量的碳原子上的空位附近的电子密度。我们的研究结果表明，小山丘可能起源于间隙团簇和空位。然而，相比之下，直径超过10 μ m的大小丘只能由间隙团簇引起。
1999-10-29 cond-mat.mtrl-sci
Defect-induced modification of low-lying excitons and valley selectivity in monolayer transition metal dichalcogenides
利用量子化学从头算和Bethe-Salpeter方程计算方法研究了过渡金属二硫属化合物中点缺陷缺陷对单层结构光学性质的影响。我们发现，硫族元素空位在价带的准粒子连续谱中引入了未占据的隙内态和占据的共振缺陷态。这些缺陷态产生许多强束缚的缺陷激子，并与原始系统的激子杂交，从而降低谷选择性圆二色性。我们的研究结果提出了一种通过缺陷工程来调节自旋谷偏振和其他光学性质的途径。
2018-07-21 cond-mat.mtrl-sci
Interlayer coupling enhancement in graphene/hexagonal boron nitride heterostructures by intercalated defects and vacancies
在二维原子晶体中，六方氮化硼（hBN）是制备异质结构的最引人注目的材料之一，具有独特的性质。我们进行第一性原理计算，以确定插入的金属原子和空位是否可以介导界面耦合和影响石墨烯/hBN异质结构的结构和电子性质。金属杂质原子（Li、K、Cr、Mn、Co和Cu）作为石墨烯和hBN片之间的非本征缺陷产生掺杂$n$的石墨烯。我们还考虑了本征空位缺陷，并发现hBN中的硼单空位作为石墨烯的磁性掺杂剂，而hBN中的氮单空位作为石墨烯的磁性掺杂剂。相比之下，hBN中最小的三角形空位缺陷不太可能导致石墨烯的电子输运发生显著变化。我们的研究结果表明，hBN层与一些空位或金属杂质增强层间耦合的石墨烯/hBN异质结构相对于电荷掺杂和电子散射。
2014-04-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Tuning the probability of defect formation via substrate strains in Sr$_2$FeMoO$_6$ films
由于氧化物材料，如Sr $_2$ FeMoO $_6$通常被用作薄膜，我们研究了双轴应变的影响，从衬底，上的电子和磁性的性质，特别是对点缺陷的形成能量。从我们的第一性原理计算，我们确定，形成点缺陷的概率-像空位或替代-在Sr $_2$ FeMoO $_6$可以通过选择适当的衬底进行调整。例如，可以用压缩应变减少反位无序的量，以获得自旋电子应用所需的更纯的Sr $_2$ FeMoO $_6$，而氧空位的形成更可能用于拉伸应变，这改善了作为固体氧化物燃料电池的基础材料的Sr $_2$ FeMoO $_6$的功能。此外，我们还能够通过利用氧分压与化学势的热力学联系，将氧分压包括在我们的研究中。在1 $\,$巴的压力下，锶空位例如变得比氧空位更可能。因此，这种自由度通常可以提供用于氧化物中的缺陷工程的另一种潜在方法，实验生长条件如温度或气压。
2018-05-14 cond-mat.mtrl-sci
Electronic origin of superabundant vacancies in Pd hydride under high hydrogen pressures
实验观察到Ni-H和Pd-H合金在高氢压高温退火时形成含金属空位的缺陷面心立方结构。Pd氢化物和几种其他金属氢化物的fcc结构中出现空位可以通过电子起源来解释，假设价电子能量由于Hume-Rothery效应而最小化。
2010-01-10 cond-mat.mtrl-sci
Universal Stability of Ga Split Vacancies across α-, β-, and κ-Ga2O3 Polymorphs: A Machine-Learning Accelerated Study
School of Mathematics and Physics, Queen’s University Belfast（贝尔法斯特女王大学数学与物理学院）；European Theoretical Spectroscopy Facility（欧洲理论光谱设施）
通过机器学习势加速发现非局域缺陷重构，结合HSE06杂化密度泛函精确计算，发现分裂空位是β、α和κ相Ga2O3多晶型中基态空位，且比简单空位更稳定，而Hf和Si施主效率受分裂空位补偿限制，贫氧生长是抑制缺陷实现高n型电导的普适条件。
2026-05-27 cond-mat.mtrl-sci
Defect-engineering hexagonal boron nitride using low-energy Ar+ irradiation
该研究利用低能 Ar+ 辐照对悬浮单层 hBN 进行缺陷工程，通过自动化 STEM 定量比较辐照前后缺陷浓度与类型，证明简单离子辐照已具备缺陷类型选择性。
2024-04-10 cond-mat.mtrl-sci
Accurate Point Defect Energy Levels from Non-Empirical Screened Range-Separated Hybrid Functionals: the Case of Native Vacancies in ZnO
本研究采用非经验性调谐的筛选范围分离杂化（SRSH）泛函结合密度泛函理论（DFT），计算ZnO中本征锌、氧空位点缺陷的电子性质及缺陷能级，结果与实验高度一致，为缺陷物理提供低成本高精度的非经验性第一性原理计算框架。
2025-04-18 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Stress driven fractionalization of vacancies in regular packings of elastic particles
在微观层次上阐明缺陷和应力的相互作用是与材料科学有着密切联系的基本物理问题。在这里，基于二维晶体模型，我们表明，不同尺寸和形态的空位的不稳定模式符合一个共同的情况。一个空位在压缩下分裂成一对位错，在边界处滑移并消失。这个整齐的过程是由空位周围的局部剪应力触发的。空位的显着细分创造了丰富的模式之间的相互作用的空位和其他拓扑缺陷，并提供了一个新的维度，在广泛的晶体结构中的缺陷的机械工程。
2020-06-18 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Cationic vacancies as defects in honeycomb lattices with modular symmetries
层状材料基于其二维（2D）几何形状和缺陷，往往表现出有趣的晶体对称性和拓扑特征。我们考虑了当存在外部电场、非平凡拓扑结构、曲率和阳离子空位时，层状材料中蜂窝晶格中带正电荷的离子（阳离子）的扩散动力学。蜂窝格的单胞（原始胞）由两个生成元表征，即整数元的特殊线性群中的模对称的生成元$J_1, J_2 \in \rm SL_2(\mathbb{Z})$，分别对应于离散重标度和旋转.此外，在理想化模型中应用2D共形度量，我们可以一致地将阳离子空位视为涌现流形中的拓扑缺陷。该框架可用于阐明示例性蜂窝层状框架中阳离子的分子动力学以及量子几何和拓扑缺陷不仅在扩散过程中的作用，例如预测阳离子（脱）插层过程中的电导峰，而且还在负责双层的阳离子蜂窝晶格上的伪自旋和伪磁场自由度。
2022-04-06 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
