Electron spin-phonon interaction symmetries and tunable spin relaxation in silicon and germanium
与直接带隙半导体相比，硅和锗的谷简并为自旋弛豫开辟了新的通道，抵消了反转对称系统的自旋简并。在这里，硅和锗的电子-声子相互作用的对称性被确定，并计算由此产生的自旋寿命。室温下硅中电子的自旋寿命与砷化镓中的相当，但是，硅或锗中的自旋寿命可以通过应变或量子限制降低谷简并来调节。可调范围被限制为略超过一个数量级的intravalley过程。
2012-01-07 cond-mat.mtrl-sci
Phonon-assisted optical absorption in silicon from first principles
完全从第一性原理出发，在准粒子水平上计算了硅的声子辅助带间光吸收谱。我们利用Wannier插值形式主义，以确定准粒子的能量，以及光学跃迁和电子-声子耦合矩阵元，在细网格的布里渊区。计算的光谱附近的间接吸收的发病是在一个温度范围内的实验测量非常好的协议。此外，我们的方法可以准确地确定硅在可见光范围内的光吸收光谱，这是光电和光伏应用的一个重要过程，不能用简单的模型来解决。计算形式是相当普遍的，可以用来理解一般的声子辅助吸收过程。
2012-02-15 cond-mat.mtrl-sci
Analysis of phonon-induced spin relaxation processes in silicon
我们研究了由于电子-声子相互作用导致的硅中\textit{conduction}电子自旋弛豫的所有前导级贡献。利用群论、$k\cdot p$微扰方法和刚性离子模型，我们导出了多谷导带中所有重要自旋翻转跃迁的矩阵元表达式。散射角与电子的波矢、声子极化、谷位置和自旋取向有明显的关系，并与经验赝势和绝热带荷模型的结果进行了比较，结果表明，两者吻合得很好。
2012-06-22 cond-mat.mtrl-sci
Unified theory of electron-phonon renormalization and phonon-assisted optical absorption
我们提出了一个理论的电子激发能和光学吸收光谱，它包括在一个统一的框架内的能级重整化和声子辅助的光学吸收。使用与时间无关的微扰理论，我们展示了如何研究分子中的振动效应的标准方法，以及解决固体中的电子-声子相互作用的标准方法对应于非相互作用的哈密顿量的略有不同的选择。我们目前的方法自然导致艾伦-海涅理论的温度依赖的能级，弗兰克-康登原理，赫兹伯格-泰勒效应和声子辅助的间接带隙材料中的光吸收。此外，我们的理论预测子间隙声子辅助直接间隙材料中的光吸收，以及一个指数的边缘，我们暂时分配给Urbach尾巴。我们还考虑了一个半经典的方法来计算光学吸收光谱，同时捕获能级重整化和声子辅助跃迁，特别适合于第一原理电子结构计算。我们通过计算体硅的声子辅助光吸收谱来证明这种方法。
2016-07-27 cond-mat.mtrl-sci
Attosecond-resolved coherent control of zone-folded acoustic phonons in silicon carbide
本文利用飞秒脉冲相干激发4H-SiC中6 THz区域折叠声学声子，以300阿秒精度实现振幅相干控制，并通过双能级脉冲受激拉曼模型给出非共振条件下的解析控制方案。
2025-11-11 cond-mat.mtrl-sci
Strain-Induced Activation of Symmetry-Forbidden Exciton-Phonon Couplings for Enhanced Phonon-Assisted Photoluminescence in MoS$_2$ Monolayers
本研究通过Bethe-Salpeter方程计算与群论分析，发现双轴应变能激活MoS$_2$中对称性禁戒的声子模式，增强声子辅助光致发光，为通过应变工程提升二维材料发光效率提供了新途径。
2025-03-31 cond-mat.mtrl-sci
Coherent soft-mode phonon generation and detection in ultrathin SrTiO3 grown directly on silicon
在室温下对直接生长在Si上的SrTiO 3薄膜进行了时间分辨双色泵浦-探测偏振光谱研究，薄膜厚度从2 nm到7.8 nm。具有0.2太赫兹的特征频率的E软模脉冲产生和测量在这些相干应变的四相SrTiO 3薄膜。另一个过阻尼信号表明，双势阱之间的Ti离子可能弛豫跳跃。相干声子信号对泵浦和探测激光偏振的依赖性有助于识别声子模式。
2010-10-17 cond-mat.mtrl-sci
Optical lineshapes of the C-center in silicon from ab initio calculations: Interplay of localized modes and bulk phonons
本研究通过构建含数万个原子的超胞动力学矩阵的DFT方法，计算硅中CiOi缺陷的光学线形，揭示局域模与体声子的共同作用，验证了C线的缺陷归属且与实验吻合良好。
2024-10-30 cond-mat.mtrl-sci
Phonons in the beta-tin, Imma, and sh phases of Silicon from ab initio calculations
我们提出了一个新的解释测量拉曼频率的高压结构的硅，这是以前分配给β-锡相。我们的结果表明，在发现Imma相之前的实验中已经发现了β-tin->Imma->sh相变。我们用平面波赝势方法和密度泛函理论以及局域密度近似下的密度泛函微扰理论计算了硅的β-tin、Imma和sh相的声子色散曲线。通过新的分配，计算的声子频率与实验数据吻合得很好，并可用于精确确定Imma->beta-tin相变的相变压力. sh->Imma转变伴随着软模。
2005-02-09 cond-mat.mtrl-sci
Stronger femtosecond excitation causes slower electron-phonon coupling in silicon
该研究利用超快电子衍射技术测量硅中电子-声子衰减率，发现载流子密度越高，电子弛豫越慢，表明热电子气抑制散射，低载流子密度下硅超快电路性能更优。
2025-02-26 cond-mat.mtrl-sci
Quintic-Anharmonicity-Assisted Three-Phonon Scattering: A Previously Overlooked Same-Order Channel to Four-Phonon Scattering
Portland State University（波特兰州立大学）
本文发现五次非谐性辅助的三声子散射是传统三声子和四声子散射之外的同阶贡献，在Si和AgCl中与四声子散射相当，影响高温热导率。
2026-06-24 cond-mat.mtrl-sci
Phonon Confinement in Stressed Silicon Nanocluster
利用拉曼光谱研究了离子束注入法合成的蓝宝石中硅纳米团簇中的声子和声子。使用复频率模型分析了在低拉曼位移下发现的l = 0和l = 2受限声学声子，并估计纳米颗粒的尺寸为4和6 nm。对于受限的光学声子，与预期的红移相反，拉曼线形状显示出显著的蓝移，这归因于纳米颗粒中的尺寸依赖的压缩应力。应力纳米颗粒的计算拉曼线形状与数据拟合良好。利用复频率模型得到的Si纳米颗粒的尺寸与由受限光学声子线形状拟合估计的尺寸以及由X射线衍射和TEM发现的尺寸一致。
2008-09-09 cond-mat.mtrl-sci
Phonon-assisted photoluminescence of bilayer MoS$_2$ from first principles
Wayne State University（韦恩州立大学）
本研究通过第一性原理方法，探讨双层二硫化钼中声子辅助光致发光的机制，揭示了声子对光致发光的影响及应变对其的影响。
2025-09-17 cond-mat.mtrl-sci
The role of low-energy phonons with mean-free-paths >0.8 um in heat conduction in silicon
尽管最近在第一性原理计算和声子平均自由程（MFP）的测量方面取得了进展，但低能声子对硅中热传导的贡献仍然是不确定的，不同的第一性原理计算之间的差异就说明了这一点。在这里，我们研究了低能声子与MFP>0.8 μ m的贡献，通过精确测量的跨平面热导率的晶体硅薄膜的时域热反射（TDTR），在很宽的范围内的膜厚1-10 μ m和温度100-300 K。我们采用双频TDTR方法来提高我们的跨平面热导率测量的准确性。我们从我们的跨平面热导率测量中发现，MFP>0.8 μ m的声子在300 K时对Si中的热传导贡献53 W/m-K（37%），而MFP>3 μ m的声子在100 K时对Si中的热传导贡献523 W/m-K（61%），比Lindsay等人的第一原理预测值68 W/m-K（47%）和695 W/m-K（77%）分别低20%以上。使用弛豫时间近似（RTA）模型，我们证明了宏观阻尼（例如，Akhieser阻尼）消除了300 K时平均自由程>30 μ m的声子的贡献，根据Lindsay等人的研究，其对Si中热传导的贡献为15 W/m-K（10%）。因此，我们建议忽略第一-第二声子中低能声子的宏观阻尼。原理计算可能是我们的测量和Lindsay等人的计算之间观察到的差异的可能解释之一。为今后晶体硅中声子平均自由程分布的测量和计算提供了重要的基准。
2015-11-16 cond-mat.mtrl-sci
A nuclear quantum effect with pure anharmonicity and the anomalous thermal expansion of silicon
尽管硅在现代技术中被广泛使用，但其特有的热膨胀还没有得到很好的理解。将谐波声子适应于温度下的比容，即准谐波近似，已被接受用于模拟热膨胀，但对微观机制给出了模糊的解释。为了测试原子机制，我们进行了非弹性中子散射实验，从100- 1500 K的硅单晶，以测量声子频率的变化。我们的国家的最先进的从头计算，充分考虑声子非谐性和核量子效应，再现了测量的个别声子随温度的变化，而准谐波位移大多是错误的符号。令人惊讶的是，被接受的准谐波模型被发现预测的热膨胀，由于一个偶然的取消的贡献，从个别声子。
2018-02-07 cond-mat.mtrl-sci
Monte Carlo simulations for phonon transport in silicon nanomaterials
在纳米结构中，声子输运行为明显不同于体材料中的输运，使得可以实现具有超低热导率和增强的热电性能的材料。在包括分级尺寸的夹杂物和孔的纳米晶体材料中已经实现了低热导率。纳米多孔结构提供了一组有前途的材料性质和结构，其允许超低热导率，甚至低于非晶极限。在本文中，我们概述了一个半经典的蒙特卡罗程序的声子输运的研究，并提出了在纳米多孔和纳米晶硅的热导率的调查。采用不同的无序几何构型，研究孔隙和晶界对声子通量和热导率的影响，包括边界粗糙度，孔隙位置和孔径的影响。在恒定孔隙率下，通过与少量较大直径孔相比具有大量较小直径孔来最大化热导率降低。此外，我们表明，孔隙率有更大的影响比边界粗糙度的热导率。我们的模拟器验证了多个模拟和实验工作的原始硅通道和纳米多孔结构。
2019-02-28 cond-mat.mtrl-sci
First-Principles Simulation of Electron Mean-Free-Path Spectra and Thermoelectric Properties in Silicon
载能体的平均自由程（MFP）对于更好的热电材料的纳米工程至关重要。尽管近年来在基于第一性原理的声子MFP的光谱分布的理解方面取得了重大进展，但电子MFP的光谱分布仍然不清楚。在这项工作中，我们从第一性原理计算了硅中与能量相关的电子散射和多功能谱图。相对于电子MFP的电导率积累相比，声子热导率积累，以说明纳米结构对电子和声子传输的定量影响。通过结合所有的电子和声子输运性质的第一原理，我们预测的体硅和纳米结构的硅的热电性能，并发现，硅与20 nm的纳米晶粒可以导致超过5倍的增强其热电优值的晶界散射声子更显着比电子，由于其不同的MFP分布。
2015-02-04 cond-mat.mtrl-sci
Stochastic approach to phonon-assisted optical absorption
我们发展了半导体和绝缘体中声子辅助光吸收的第一性原理理论，该理论结合了电子结构的温度依赖性。我们表明，Hall-Barclay-Blatt理论的间接光吸收和Allen-Heine理论的温度相关的能带结构可以从目前的形式主义，保留只有一个声子的过程。我们证明了这种方法，通过计算硅的光吸收系数，使用一个重要的抽样蒙特卡罗计划，我们得到的温度依赖的线型和带隙与实验吻合得很好。本方法开辟了在有限温度下的固体的光学性质的预测计算的方式。
2015-10-21 cond-mat.mtrl-sci
Kinetic study of the oxide-assisted catalyst-free synthesis of silicon nitride nanowires
报道了在1200-1440 ℃温度范围内，由硅纳米颗粒与N2反应合成Si_3N_4纳米线。氮化条件使得通过颗粒中氧化硅的存在和通过硅在没有催化剂的情况下的活性氧化来促进与氮的反应。结果表明，Si到Si 3 N4的转化率取决于实验中使用的硅颗粒的量，并且通常，对于更大的量，反应减慢。这种趋势是由颗粒堆积造成的，颗粒堆积限制了炉内气氛和内部颗粒周围气氛之间的气体交换。在第一阶段中，局部氧分压在内部颗粒周围增加并局部抑制氮化。如果反应物Si纳米颗粒的量足够小，则避免了这种外在效应，并且可以测量本征氮化动力学。实验表明，本征动力学不依赖于温度。
2008-11-21 cond-mat.mtrl-sci
Strain effect in silicon-on-insulator materials: Investigation with optical phonons
我们报告了一个详细的实验和理论研究的残余应变的影响，应变弛豫，这体现在商业绝缘体上硅（SOI）晶片的Si/SiO $_{2}$接口。SOI材料由位于处理硅晶片上的绝缘体（埋入的SiO $_{2}$层）顶部的单晶硅覆盖层（SOL）制成。红外反射率谱表明，随着溶胶的减薄，SiO $_{2}$埋层不断弛豫。与此同时，溶胶表面粗糙度和Si/SiO $_2$界面附近的Si中光学声子的线宽（通过显微拉曼光谱探测）增加。在交付的晶片中，这是由于硅在埋入的SiO $_{2}$层两侧的轻微膨胀，相反，硅被压缩。变薄的SOL修改这些初始平衡条件。为了得到定量的结果，我们已经模拟了我们所有的拉曼光谱使用的光学声子的非均匀位移和加宽的理论，它考虑到声子与静态应变波动的相互作用。从线宽与界面距离的变化，我们已经发现，均方应变继续放松，通过几个$μm$的顺序上的深度在大部分的晶片。我们还表明，SOL表面粗糙度是有关的Si/SiO $_2$接口附近的应变波动。
2000-09-29 cond-mat.mtrl-sci
Phonon assisted light absorption and emission in cubic-Boron Nitride
Aix-Marseille Univ.（艾克斯-马赛大学）；CNRS（法国国家科学研究中心）；Centro S3, CNR-Istituto Nanoscienze（CNR纳米科学研究所S3中心）
研究通过第一性原理方法探讨立方氮化硼的光学性质，揭示声子辅助过程对吸收和发光谱的主要贡献，解释理论光隙与实验发光的差异。
2026-03-27 cond-mat.mtrl-sci
Ultralow thermal conductivity of single crystalline porous silicon nanowires
多孔材料提供了大的表面体积比，从而提供了一个旋钮，以前所未有的方式改变基本属性。在热输运中，多孔纳米材料不仅可以通过增强声子从孔的边界散射从而减小声子平均自由程，而且可以通过降低声子群速度来降低热导率。在这里，我们建立了一个结构-性能的关系，通过测量的孔隙率和热导率的个别化学蚀刻单晶硅纳米线，使用一种新的电子束加热技术。这种多孔硅纳米线表现出极低的扩散热导率（对于43%的孔隙率，在300 K下低至0.33Wm-1 K-1），甚至低于非晶硅的扩散热导率。这种超低热导率的起源被理解为声子群速度的降低，通过测量杨氏模量以及晶体硅中有史以来报道的最小结构尺寸（小于5 nm）进行了实验验证。分子动力学模拟支持硅纳米线的热导率作为孔隙率的函数的急剧降低的观察。这种多孔材料提供了一个有趣的平台来调整声子输运，这可以在电子和纳米机电系统的功能材料的设计中是有用的。
2017-07-21 cond-mat.mtrl-sci
Thermoelectric phonon glass electron crystal via ion beam patterning of silicon
离子束辐照是近年来功能材料设计的一种新方法。在这项工作中，我们表明，图案化的缺陷区域产生的离子束照射硅可以创建一个声子玻璃电子晶体（PGEC），热电的一个长期的目标。通过控制缺陷区域的有效直径和缺陷区域之间的间距，分子动力学模拟表明可以实现导热率降低$\approx$ 20倍。玻尔兹曼理论表明，热电功率因数在受损材料中基本上保持不变。为了方便玻尔兹曼理论，我们推导出一个解析模型的电子散射与圆柱形缺陷区域的基础上分波分析。我们一起预测，在室温下，这些硅超材料的最佳图案化几何形状的ZT $\approx$ 0.5或更高的品质因数。这些研究结果表明，纳米结构的图案化缺陷区域的晶体材料是一个可行的方法来实现PGEC，离子束照射可能是一个有前途的制造策略。
2017-10-10 cond-mat.mtrl-sci
Phonon decay in silicon nanocrystals
计算了Si纳米晶体中光学声子衰减为两个能量较小的声子的过程。该过程的速率在1至10 ps的范围内。这种非简谐声子衰减可以控制Si/SiO $_2$纳米晶体中受激载流子的能量弛豫速率。声子衰变的实验观察到的热载流子光致发光的相关性进行了讨论。
2013-04-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Native surface oxide turns alloyed silicon membranes into nanophononic metamaterials with ultra-low thermal conductivity
在纳米尺度上详细了解微观结构和声子传播之间的关系对于设计具有所需声子和热性能的材料是必不可少的。在这里，我们揭示了表面氧化膜中声子相互作用的新机制，即，天然氧化物层通过局部共振与超薄硅膜中的声子相互作用。局域共振降低了低频声子群速度，缩短了它们的平均自由程，这一效应为超低热导率设计开辟了一条新的途径，因为它补充了散射机制，有效地散射了高频模式。天然氧化层和与浓度低至5%的锗合金化的组合将硅膜的热导率降低至比本体低100倍。此外，由原生氧化物表面层产生的共振机制对于热介电性降低特别有效，即使在非常低的温度下也是如此，在该温度下仅填充低频模式。
2017-05-09 cond-mat.mtrl-sci
Reply to "Comment on `Theory of Phonon-Assisted Adsorption in Graphene: Many-Body Infrared Dynamics' "
基于原子-声子相互作用的新自能，前面的评论讨论了独立玻色子模型（IBM）中的数学技术在研究石墨烯膜中的物理吸附方面的不足。在这篇回复中，我们表明评论中报道的新的自能是一个近似于2-声子过程的微扰膨胀，对于大于100 nm的膜尺寸和其当前的数学形式严重发散，不适合研究石墨烯微膜中的物理吸附物理。此外，我们提供了IBM内吸附率的进一步证据，进一步加强了Phys. Rev. B 100，075429（2019）中报告的数学技术的物理可靠性。
2020-06-04 cond-mat.mtrl-sci
Anisotropic In-Plane Phonon Transport in Ultrathin Silicon Membranes Guided by Nano-Surface-Resonators
在二维材料中，声子沿不同晶格方向的各向异性输运已经被观察到，然而，当厚度超过几个原子层时，这种效应随着厚度的增加而减弱。在这里，我们建立了一个新的机制，诱导各向同性对称准二维材料中的各向异性声子输运。声子的传播是由表面纳米结构的共振杂化引导的。我们证明了3 nm厚的硅膜与表面纳米鳍的热导率是由$\sim50\%$平行于鳍比垂直于鳍。
2019-10-11 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Equation of State, Stability, Anisotropy and Nonlinear Elasticity of Diamond-Cubic (ZB) Silicon by Phonon Imaging at High Pressure
金刚石砧盒中的实验声子成像被证明是一个足够的工具，以提取完整的一套弹性常数的单晶硅的ZB $\rightarrow β-$ Sn转变（10 GPa）。与通常所承认的相反，我们证明了应变能量密度的发展不能停止，对于硅，在包含三阶弹性常数的条款。非线性弹性，各向异性和压力引起的力学稳定性的立方硅结构的程度，从而重新审视和研究更详细。
2010-07-16 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Ubiquitous topological states of phonons in solids: Silicon as a model material
声子拓扑物理的研究引起了人们的极大兴趣，但需要适当的模型材料。我们的{ \it ab initio}计算确定硅作为一个理想的候选材料含有非常丰富的拓扑声子态。在硅中，我们确定各种拓扑节线保护的滑动镜或镜对称性和特征在于量化的Berry相$π$，这使得鼓面表面状态观察到的任何表面取向。值得注意的是，发现了一种新型的拓扑连结声子，其特征在于具有双费米弧状表面态，并且与Weyl声子不同，它既不需要反转也不需要时间反演对称性破缺。从联结声子可以产生多种拓扑态，如通过应变产生的霍普夫节链。此外，我们将对称性分析推广到其他中心对称系统，并找到了许多候选材料，证明了拓扑声子在固体中的普遍存在。这些发现为研究现实材料中的拓扑声子及其对表面物理的影响开辟了新的机会。
2021-05-29 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Silicon Sheets By Redox Assisted Chemical Exfoliation
在本文中，我们报告了直接化学合成的硅片在克级数量的化学剥离预处理的二硅化钙（CaSi 2）。我们使用X射线光电子能谱学，透射电子显微镜和能量色散X射线光谱的组合来表征所获得的硅片。我们发现，清洁和结晶硅片显示出二维六方石墨结构。
2013-09-29 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Spectroscopic Signatures of Electron-Phonon Coupling in Silicon-Vacancy Centers in Diamond
金刚石中的空位中心已被证明是量子相干光电子应用的可行的固态平台。在众多的空位中心中，硅空位（SiV）中心作为一种不太受电子-声子相互作用影响的反转对称系统最近引起了人们的广泛关注。尽管如此，声子介导的过程仍然降低了SiV中心的相干特性，然而，由于其微弱的光谱特征，表征它们的电子-声子耦合是极具挑战性的，并且仍然是一个开放的实验问题。在本文中，我们从理论上研究了电子-声子耦合的签名在模拟的线性和非线性光谱的SiV中心。我们演示了如何即使是非常弱的电子-声子相互作用，如在SiV中心，可以完全通过非线性光谱技术的特点，甚至解决不同的精细结构之间的过渡。
2020-03-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Role of Dimensionality and Size in Controlloing the Drag Seebeck Coefficient of Doped Silicon Nanostructures: A Fundamental Understanding
本文通过理论计算研究了维度、尺寸和热输运方向对掺杂硅纳米结构声子拖曳塞贝克系数的影响，揭示了自旋-轨道耦合对空穴输运的关键作用，并证实100 nm硅纳米结构中仍存在部分声子拖曳贡献。
2023-07-27 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Coefficient of Thermal Expansion Mismatch Induced Stress Calculation for Field Assisted Bonding of Silicon to Glass
组装过程中产生的残余应力是电子封装中普遍关注的问题。硼硅酸盐玻璃和硅之间的热膨胀系数的失配在温度变化时产生内部应力状态。这会影响微机电装置或组成元件的重要特性。如自振频率或刚度。本文研究了阳极键合玻璃和硅样品由于热膨胀系数失配而引起的应力。提出了基于层合板理论的应力计算方法。这种计算的使用实例进行了说明。对于键合硅和LK-5玻璃的几个计算结果。对几种厚度的硅和玻璃键合后的应力分布进行了分析。分析了玻璃-硅-玻璃键合结构中的应力分布。研究了玻璃与硅片厚度比对键合硅表面应力的影响。利用双折射现象对玻璃中的热失配应力进行了实验研究。本文给出了实验结果。关键词：阳极键合，场辅助键合，热膨胀，应力。
2017-12-05 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Lift-off free catalyst for metal assisted chemical etching of silicon in vapour phase
本文提出用电镀双层催化剂替代传统剥离工艺，实现硅的气相金属辅助化学蚀刻，成功制备特征尺寸低至10 nm的纳米结构。
2024-08-07 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Phonon-Assisted Photoluminescence and Ultrafast Exciton Dynamics in Two-Dimensional Silicon Carbide
Indian Institute of Technology Kharagpur（印度理工学院卡拉格普尔分校）；Indian Institute of Information Technology Allahabad（印度信息技术的安拉阿巴德研究所）
研究通过全自洽的多体微扰理论分析二维六方硅碳的声子辅助发射和激子动力学，发现高能光学TO LO声子主导侧带形成，并揭示了单层SiC在宽禁带二维半导体中的高效声子辅助发光平台。
2026-07-14 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Phonon-assisted processes in the ultraviolet transient optical response of graphene
许多最近的实验研究了潜在的和有吸引力的手段，通过时间分辨光谱技术修改二维材料中的多体相互作用。然而，超快声子辅助过程在二维系统中的作用很少被深入讨论。本文利用第一性原理方法研究了电子-声子相互作用在石墨烯瞬态光吸收中的作用。结果表明，在平衡状态下，声子辅助跃迁显着重整化的电子结构。结果表明，范霍夫奇点附近的吸收峰展宽，红移约100，meV.此外，温度升高和化学掺杂显着增强这些声子辅助功能。在光致瞬态响应中，我们得到的光谱变化与实验密切一致，我们将它们关联到强重整化的占用和未占用的$π$带，这主要来自与带中心$E_{2g}$光学声子的耦合。我们的库仑相互作用效应的估计表明，声子辅助过程可以有一个主导作用，即使在亚皮秒制度。
2019-11-12 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Evidence for terahertz acoustic phonon parametric oscillator based on acousto-optic degenerate four-wave mixing in silicon doping superlattice
首次报道了太赫兹（THz）激光泵浦硅掺杂超晶格（DSL）中声光相位共轭简并四波（D4WM）混频产生的1.0 THz自启动无镜声学声子参量振荡器（MAPPO）。DSL是通过分子束外延生长在（100）硼掺杂的硅衬底上。利用超导NbTiN亚波长光栅将THz激光辐射耦合到DSL中。超导颗粒铝的热辐射探测，再加上Si：B压电声子光谱，揭示了太赫兹相干压缩波和剪切波的激发，仅沿<111>方向。验证了分布反馈的布拉格散射条件和D4WM过程的能量守恒要求。太赫兹MAPPO可以为非经典声学声子场的研究提供一个实验平台。
2019-01-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Phonon-assisted Photoluminescence from Dark Excitons in Monolayers of Transition Metal Dichalcogenides
过渡金属二硫属化合物（TMD）的光致发光（PL）光谱显示了亮激子线以下的大量发射峰，但尚未解释所有的发射峰。在这里，我们研究了声子辅助动量暗激子重组的发射轨迹。为此，我们发展了一个微观理论，描述同时激子，声子和光子相互作用，包括一致的多粒子退相。我们解释了由于亮态和暗态的不同配置，在钨基和钕基材料中亮激子下面的PL有很大不同。在良好的协议与实验中，我们表明，WSe $_2$表现出清晰可见的低温PL信号来自声子辅助动量暗激子的复合。
2019-04-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Acoustic and Optical Phonon Frequencies and Acoustic Phonon Velocities in Silicon-Doped Aluminum Nitride Thin Films
University of California, Los Angeles（加州大学洛杉矶分校）；California NanoSystems Institute, University of California, Los Angeles（加州大学洛杉矶分校加利福尼亚纳米系统研究所）；Arizona State University（亚利桑那州立大学）；Auburn University（奥本大学）
研究硅掺杂铝氮化物薄膜中声学与光学声子频率及声学声子速度，通过布拉格-曼德尔施塔姆和拉曼光散射谱学测量声学与光学声子频率，揭示掺杂硅对薄膜应变和位错密度的影响，优化超宽禁带半导体异质结及高功率器件热阻。
2024-08-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Topological phonons in an inhomogeneously strained silicon-1: Evidence of long-distance spin transport and unidirectional magnetoresistance of phonons
非均匀介质中的横向声波类似于电磁波，并且由于非均匀性导致的动量空间中的Berry规范势而表现出拓扑行为。由于声子频率和色散将是沿应变梯度方向的局部应变的函数，因此可以使用在半导体薄膜（硅）中施加的应变梯度来产生非均匀（或梯度）介质。因此，可以在半导体薄膜中设计拓扑声子介导的自旋和热输运。在这里，我们提出了一个长距离（100 μ m）自旋运输的独立的Si薄膜样品下施加的应变梯度，使用横向自旋能斯特效应测量的证据。自旋长距离输运归因于声子在非均匀介质中的拓扑自旋霍尔效应。使用声子的单向磁阻的非互易响应的系数的大小在室温下是一样大的BiTeBr在低温下报告的非均匀介质进行了验证。拓扑声子也表现出拓扑能斯特效应。这些工作不仅加深了人们对非均匀系统的理解，而且为拓扑学和自旋声子学奠定了基础。
2021-10-11 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Spin Tunneling in Mn-12 Cannot be Assisted by Phonons at Millikelvin Temperatures [Comment on PRL 83, 416 (1999) by Bellessa et al]
最近，Bellessa等人在题为“Phononon-Assisted Tunneling in High-Spin Molecules：Experimental Evidence”的物理评论快报中报道了Mn-12分子纳米磁体的交流磁化率的虚部中的峰的观察，该峰在低于0.1 K时强烈地降低到0.02 K。他们用“声子诱导隧穿过程”解释了这种效应。这篇评论的目的是表明Bellessa等人的解释在逻辑上是不一致的，在物理上是不可能的。信中支持这一解释的所有公式都是不正确的。
2000-05-22 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech
Electron Transport in Silicon Nanowires: The Role of Acoustic Phonon Confinement and Surface Roughness Scattering
我们研究了电子和声学声子约束对被SiO $_2$包围并被门控的薄方形硅纳米线（SiNWs）的低场电子迁移率的影响。我们采用自洽泊松薛定谔蒙特卡罗求解器，占散射由于声学声子（限制和散装），谷间声子，和Si/SiO $_2$表面粗糙度。所考虑的线具有在3 $\times$ 3 nm $^2$和8 $\times$ 8 nm $^2$之间的横截面。对于较大的导线，正如预期的那样，迁移率对来自栅极的横向场的依赖性是明显的。在低横向场，声子散射占主导地位，从封闭的声学声子散射的结果在约10%的流动性减少相对于体声子近似。随着导线横截面的减小，电子迁移率下降，因为电子-声学声子和电子-表面粗糙度散射率的有害增加掩盖了有益的体积反转和子带调制。对于薄于5 $\times$ 5 nm $^2$的线，表面粗糙度散射占主导地位，而不管施加的横向场，并导致电子迁移率随着SiNW截面的减小而单调减小。
2008-06-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Measurements and simulations of athermal phonon transmission from silicon absorbers to aluminium sensors
界面处的声子反射和透射在低温粒子探测器中起着基本作用，其中传感器处的声子信号的优化（在声子介导的探测器的情况下）或热透射的最小化（当探测发生在传感器本身中时）对于提高灵敏度是首要的。然而，在界面处的声子物理的机制仍然没有完全理解。两个比较成功的模型，声学失配模型（AMM）和扩散失配模型（DMM）不能解释所有积累的实验数据和材料之间的透射系数的测量仍然是一个挑战。在这里，我们使用粒子相互作用后沉积在硅衬底上的铝动力学电感探测器（KID）中的非热声子通量的测量来验证蒙特卡罗（MC）声子模拟。我们应用Mattis-Barclay理论从KID信号中推导出声子脉冲能量和定时，并将结果与MC的AMM和DMM模型进行比较，发现AMM的结果非常一致，而漫反射明显不受欢迎。对于60 nm的铝膜和380~ $μ$ m的硅衬底，我们得到Si-Al和Si-Teflon的透射系数分别在[0.3-0.55]和[0.1-0.15]范围内。
2019-06-13 cond-mat.mtrl-sci physics.ins-det
Phonon-assisted tunneling regimes in diatomic molecules
本文分析了在存在电子-电子和电子-声子相互作用的情况下，与金属接触相连的双原子分子（二能级系统）中的电子输运。我们发现，声子发射和吸收过程强烈修改时，库仑能量$U$包括，作为声子的开放通道，可以导致破坏性或建设性的干涉效应。这些过程的共振条件在分子位置的态密度以及通过系统的电导中产生戏剧性的影响。我们发现，特别是增强的{ \it拉比辅助隧穿}由于声子，共振条件得到满足，这是更明显的温度增加。这些影响是可控的电压门控的分子网站，并应在当前的实验中访问。
2007-01-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Thermal transport in nanoporous holey silicon membranes investigated with optically-induced transient thermal gratings
在这项研究中，我们使用瞬态热光栅光学技术\textemdash一个非接触，激光为基础的热计量技术，具有固有的高精度\textemdash，以调查在两个纳米多孔多孔硅膜的限制尺寸分别为100 nm和250 nm的室温声子介导的热输运。我们比较实验结果的声子介导的热输运根据声子玻尔兹曼输运方程（BTE），使用两种不同的计算技术的从头计算。我们发现，在Casimir框架内进行的计算，即基于BTE与体声子色散和漫散射从表面，是定量协议与实验数据，从而得出结论，该框架是足够的描述声子介导的热传输通过多孔硅膜的特征尺寸的顺序为100 nm。
2020-10-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
A minimal Tersoff potential for diamond silicon with improved descriptions of elastic and phonon transport properties
硅是一种重要的材料，人们提出了许多经验原子间相互作用势对其进行原子模拟，其中Tersoff势及其变体是最受欢迎的。然而，所有现有的Tersoff类势不能再现实验测量的金刚石硅的热导率。在这里，我们提出了一个修改后的Tersoff势和开发一个高效的开放源代码称为GPUGA（图形处理单元遗传算法）的基础上的遗传算法，并使用它来适应量子密度泛函理论计算的能量，维里和力的数据的潜在参数。这种潜力，这是在高效的开源GPUMD（图形处理单元分子动力学）代码中实现的，给出了显着改善的描述的热导率和声子分散的金刚石硅相比，以前的Tersoff电位，并在同一时间很好地再现了弹性常数。此外，我们发现量子效应对金刚石硅在室温下的热导率是不可忽略的，但很小：使用经典统计低估了约10%的热导率相比，使用量子统计。
2019-09-25 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Single-Crystal Silicon Thermoelectrics by Phonon Engineering
在此，我们报告了使用纳米结构的晶体硅作为热电材料和其集成到热电采集器。概念验证依赖于通过引入尺寸在电子平均自由程和声子平均自由程之间缩放的孔来部分抑制晶格热输运。换句话说，我们人为地瞄准了电子晶体声子玻璃权衡热电效率。这些器件是使用CMOS兼容工艺制造的，在热电堆之间的温差从几K到200 K的情况下，其发电量从每平方厘米几微瓦到每平方厘米几毫瓦。这些数字证明了使用面积小于平方厘米的硅芯片为具有环境或身体热量的自主设备供电的能力。本文还报道了使用开发的示范集成热电冷却的可能性。
2022-07-01 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Topological phonons in an inhomogeneously strained silicon-6: Possible evidence of the high temperature spin superfluidity and the second sound of topological phonons
非均匀应变硅中拓扑声子和挠曲电子电荷分离的叠加导致声子的拓扑电子磁性。声子的拓扑电子磁性也被认为会产生稳定的自旋流或自旋超流。在这项实验研究中，我们提出了可能的证据自旋超流在非均匀应变的p-Si薄膜样品。利用非局域电阻测量揭示了自旋超流性。在10 kHz和270 K至281.55 K之间的非局部电阻测量中观察到谐振行为，这归因于第二声音。第二声和空间变化的非局域电阻相的观测是自旋超流性的证据。在Pt/MgO/p-Si样品中也观察到了空间变化的非局域电阻，且具有相反的相位。整体的非局域响应可以被视为一个驻波从时间磁矩的拓扑声子。
2021-10-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Topologically protected interface phonons in two-dimensional nanomaterials: hexagonal boron nitride and silicon carbide
我们进行了晶格动力学分析和分子动力学模拟，以证明存在的拓扑保护声子模式的二维，单层六方氮化硼片。拓扑声子模式被发现是本地化在一个平面内的界面，将系统分为两个区域的不同谷陈数。这种拓扑声子模式的色散跨越频率间隙[1123，1278] cm^{-1}，该频率间隙通过与量子谷霍尔效应的类比通过破坏原始单位晶胞中的硼和氮原子的反转对称性而打开。因此，具有该间隙内的频率的振动能量在拓扑上受到保护，导致波传播表现出最小的反向散射，对于诸如尖角的结构缺陷是鲁棒的，并且表现出优异的时间稳定性。我们的发现开辟了在二维纳米材料中实现拓扑声子和力学的可能性。
2018-07-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Two-Path Phonon-Interference Resonance Induces a Stop Band in Silicon Crystal Matrix by Embedded Nanoparticles Array
在这项工作中，我们报告了一个新的阻带形成机制，通过执行原子格林函数计算和波包分子动力学模拟的锗纳米颗粒阵列嵌入在晶体硅矩阵系统。当仅嵌入单个纳米颗粒时，通过两个不同声子波路径之间的相消干涉引起的局部共振引起几个尖锐且显著的透射率下降。另一方面，当嵌入的纳米颗粒的数量进一步增加到十个时，由于双路共振布拉格类声子干涉，形成具有完全声子反射的阻带。波包模拟进一步揭示了阻带起源于嵌入纳米颗粒处的集体声子共振。与传统的单路布拉格反射阻带形成机制相比，共振机制具有不要求纳米颗粒阵列具有严格的周期性的显著优势。我们还表明，阻带可以显着抑制热导在低频制度。我们的工作提供了一个强大的，可扩展的。和易于调制的阻带形成机制。这为声子相关的热控制打开了新的自由度。
2020-01-28 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Quantum kinetic theory of phonon-assisted carrier transitions in nitride-based quantum-dot systems
采用载流子与LO声子相互作用的微观理论研究了氮化物基半导体量子点中的超快载流子动力学。结果表明，散射过程的效率直接与准粒子重整化。相互作用系统的电子态强烈修改的量子限制和极性耦合的综合影响。InGaN/GAN量子点典型的固有静电场不限制快速散射通道。
2006-01-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Phonon-assisted luminescence in defect centers from many-body perturbation theory
声子辅助发光是半导体中缺陷中心的一个关键特性，可以通过测量来读取存储在量子比特中的信息，或者检测温度变化。声子辅助发光的研究通常采用唯象模型，如Huang和Rhys的模型，其限制性假设可能无法预测。在这项工作中，我们预测发光和研究激子-声子耦合在一个严格的多体微扰理论框架内，从来没有进行过缺陷中心的分析。特别是，我们研究了二维六方氮化硼中带负电荷的硼空位的光发射，由于其在量子信息和量子传感中的应用前景，目前在二维材料中的缺陷中心中脱颖而出。我们表明，声子是负责所观察到的发光，否则将是黑暗的对称性。我们还表明，静态Jahn-Teller效应引起的对称性破缺是无法描述的实验观察到的峰值在1.5 eV的存在。
2022-03-18 cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Deformation Potentials and Electron-Phonon Coupling in Silicon Nanowires
本研究基于第一性原理分析硅纳米线中电子-声子耦合，发现维度降低根本改变形变势行为并引发呼吸模式耦合，导致[110]纳米线迁移率为[100]的6倍。
2010-02-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Observation of a phonon bottleneck effect on the thermal depopulation from a photoexcited shallow defect in silicon
研究通过太赫兹光谱学观察到高电阻率硅中光子瓶颈效应影响浅缺陷热退居，揭示了电子-声子相互作用在超快过程中的作用。
2025-11-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
