Tailoring exchange interactions in engineered nanostructures: Ab initio study
我们提出了一种新的方法，在原子尺度的纳米结构的自旋操纵。我们的从头计算清楚地表明，它是可能的，通过调整系统的几何形状来调整亚纳米结构的磁性。通过两个基于表面的系统的例子，我们证明：（i）耦合到埋置磁性Co层的单个吸附原子的磁矩可以稳定在铁磁或反铁磁配置取决于间隔层的厚度。研究发现，Co埋层对表面两种磁性杂质之间的交换相互作用有着深刻的影响。(ii)磁性吸附原子之间的交换作用可以通过引入人工的Cu-Cu链来控制。
2008-04-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Coherence-Based Identification of Carbon-Based Spin Qubits in Hexagonal Boron Nitride from First Principles
SKKU Advanced Institute of Nanotechnology, Sungkyunkwan University（成均馆大学 SKKU 纳米技术高级研究所）；Department of Quantum Information Engineering, Sungkyunkwan University（成均馆大学量子信息工程系）
本研究通过电子自旋退相干的从头算计算，利用7种碳缺陷的自旋相干指纹，建立了与光学光谱互补的六方氮化硼碳基自旋量子比特结构识别方法。
2026-08-24 cond-mat.mes-hall quant-ph
Symmetry-enforced nodal lines in the band structures of vacancy-engineered graphene
我们阐述了具有周期性空位的单层石墨烯可以具有包含节线或节环的能带结构，从而打开了具有新功能的石墨烯基电子或自旋电子器件的可能性。其原理是通过去除碳原子使得晶格变得非对称，单位晶胞中的每两个子晶格将在滑移平面操作下相互映射。该映射产生用于滑移平面操作的简并本征值，这保证了能带必须在布里渊区的边界处成对地粘在一起。远离布里渊区边界的移动导致非线性增强的节线分裂，从而导致由分裂带的交叉引起的意外节线。此外，如果节线穿过费米能级，则费米能级处的态密度可以显著增强。即使在Rashba自旋轨道耦合的存在下，节线也会出现各种空位构型。最后，我们的理论还解释了在最近的实验中制造的人字形纳米多孔石墨烯的整个布里渊区周围的节环。
2022-05-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Strain engineered direct-indirect band gap transition and its mechanism in 2D phosphorene
最近制备的二维（2D）磷烯晶体结构在电子学应用中显示出巨大的潜力。本文采用第一性原理方法研究了应变对磷烯电子能带结构的影响。发现磷烯可以承受分别高达10 N/m和30%的表面张力和拉伸应变。当施加轴向应变时，磷烯的带隙经历了直接-间接-直接的转变。在Z字形方向上适度的-2%压缩可以触发该间隙过渡。通过充分的膨胀（+11.3%）或压缩（-10.2%应变），间隙可以从间接调整到直接。确定了五个具有不同电子能带结构的应变区，并确定了应变区边界的临界应变。根据近带边电子轨道的成键性质，揭示了能隙跃迁的起源，并提出了解释能隙随应变变化的一般机制。在扶手椅方向上的载流子的有效质量是一个数量级小于锯齿形轴，表明扶手椅方向有利于载流子的传输。此外，有效质量可以通过应变来戏剧性地调谐，其中其急剧的跳跃/下降发生在直接-间接间隙转变的区域边界处。
2014-03-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Magnetic Antiskyrmions in Two-Dimensional van der Waals Magnets Engineered by Layer Stacking
本文提出利用二维范德华材料的极性层堆叠打破反演对称性产生各向异性 DMI，以 CrI3 为例通过 DFT 计算和自旋动力学模拟，实现了电场可控的磁性反斯格明子的生成与尺寸调制。
2023-07-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Comment on "Band structure engineering of graphene by strain: First-principles calculations"
在单轴应变下石墨烯的电子能带结构的第一性原理计算中，Gui、Li和Zhong [Phys.Rev.B \textbf{78}，075435（2008）]已经发现了费米能级处的带隙打开。这一发现与石墨烯的紧束缚描述相冲突，该描述对于小应变是闭合的间隙。在这篇评论中，我们提出了第一性原理计算，反驳了应变打开石墨烯带隙的说法。
2009-10-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Characterization of single-molecule pentanedithiol junctions by inelastic electron tunneling spectroscopy and first-principles calculations
我们研究了戊二硫醇分子结形成的断裂结技术与扫描隧道显微镜在低温下。利用非弹性电子隧穿谱和第一性原理计算，研究了结对弹性形变的响应。我们表明，这一过程使得详细的分子结的表征成为可能。特别是，我们的研究结果表明，隧道发生在一个单一的分子。
2010-01-14 cond-mat.mes-hall
First-principles calculations of phonon transport across a vacuum gap
声子输运通过分离本征硅晶体的真空间隙通过原子格林函数方法结合第一性原理计算的所有原子间的力常数预测。真空间隙中电子波函数的重叠在硅表面之间产生弱的共价相互作用，从而为声子创建路径。声子输运，占主导地位的声学模式，超过近场辐射的真空间隙小于1 nm。在这项工作中提出的基于第一性原理的方法是至关重要的，以准确地量化声子输运的极端近场传热的贡献。
2021-10-26 cond-mat.mes-hall
Enhanced initial protein adsorption on an engineered nanostructured cubic zirconia
出于实验观察到的纳米工程立方氧化锆氧化锆涂层间充质基质细胞的生物相容性增强，我们已经进行了计算分析的初始固定的一个已知的结构片段的粘附蛋白（纤连蛋白）在相应的表面上。基于原子力显微镜和透射电子显微镜的图像，我们建立了三重对称氧化锆纳米小丘的原子模型。第一性原理量子力学计算表明，由于表面特征，如边缘和顶点的存在，在小丘的静电势的实质性变化。使用实施的Monte Carlo模拟退火方法，我们发现的氧化锆表面上的固定化蛋白质的取向（平面和纳米结构）和贡献的每个氨基酸残基从蛋白质序列的吸附能。考虑到蛋白质-植入物界面的介电常数的变化，我们使用一个依赖于距离的模型介电函数来描述吸附势中的原子间静电（库仑）相互作用。我们发现，在纳米结构的金字塔状ZrO 2表面上的刚性蛋白质片段的初始固定化实现的吸附能的大小大于一个蛋白质在光滑（平坦）的表面上。强吸引力的静电相互作用是在纳米结构表面上增强吸附的主要因素，这在平坦的不带电表面上吸附的情况下是不存在的。我们表明，最好的静电和空间位阻适合的蛋白质的无机表面对应于最小的吸附能确定的非共价相互作用。
2010-10-05 cond-mat.mes-hall physics.bio-ph
Sliding-induced ferrovalley polarization and possible antiferromagnetic half-metal in bilayer altermagnets
School of Physical Science and Technology, Kunming University（昆明大学物理科学与技术学院）；School of Physics and Electronics, Hunan University（湖南大学物理与电子学院）
研究通过层间滑动在双层异磁体中实现自发打破谷退化，产生反铁磁半金属和铁谷极化，揭示了Mo₂O₂O的谷分裂间隙最大，为谷-自旋阀器件提供候选材料。
2025-08-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
First-principles Structural and Electronic Characterization of Ordered SiO2 Nanowires
利用密度泛函理论和分子动力学模拟对SiO2纳米线的结构进行了优化。起始结构基于b-方石英、正鳞石英、b-鳞石英和金红石晶体。的电子结构的分析已被验证的多体微扰计算使用G 0 W 0和GW + Bethe-Salpeter方程近似，以考虑准粒子和激子效应。计算表明，这些纳米线中的许多具有半导体特性，而相应的块状固体是绝缘体。在厚的金红石状纳米线的情况下，我们发现与表面状态的间隙拥挤。电子电荷从硅原子转移到氧原子，纳米线中的键合部分是离子键，部分是共价键。可以通过改变纳米线的结构和厚度来设计带隙的大小。
2012-08-01 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
First Principles Calculation of Anomalous Hall Conductivity in Ferromagnetic bcc Fe
本文对铁磁体心立方铁中的反常霍尔效应进行了第一性原理计算。我们的理论确定了一个内在的贡献异常霍尔电导率，并将其与k-空间的Berry相占据布洛赫态。该理论是能够占直流和磁光霍尔电导率没有可调参数。
2003-07-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Topological insulators from the Perspective of first-principles calculations
拓扑绝缘体是一种新的量子态，它具有螺旋形的无带隙边缘态或表面态，这些拓扑表面态对晶格畸变和非磁性杂质等弱的时间反演不变扰动具有很强的鲁棒性。近年来，各种各样的拓扑绝缘体已被理论预测和实验观测。第一性原理计算已被广泛用于预测拓扑绝缘体，并取得了巨大的成功。本文从第一性原理计算的角度综述了该领域的研究进展。首先，简要介绍了拓扑绝缘体的基本概念和第一性原理计算中常用的计算方法。其次，总结了寻找新型拓扑绝缘体的一般方法。最后，基于碲化汞的能带反转图，我们将拓扑绝缘体分为s-p、p-p和d-f三类，并讨论了每类拓扑绝缘体的典型例子。
2012-09-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Sign Changes of Intrinsic Spin Hall Effect in Semiconductors and Simple Metals: First-Principles Calculations
利用第一性原理计算研究了半导体和简单金属中的自旋霍尔效应。我们发现，在实际材料中，本征自旋霍尔电导（ISHC）表现出丰富的符号变化，这可以用来区分这种效应与非本征效应。计算得到的n型GaAs中的ISHC与实验结果吻合较好，且与由非本征效应得到的符号不同。另一方面，在W和Au中的ISHC，其分别显示相反的符号，是鲁棒的，并且对无序不敏感。
2006-06-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Thermal conductivity spectrum calculation from first-principles-based harmonic phonon theory
近年来，介电和半导体晶体的纳米结构化增强了其热导率的可控性。为了进行计算材料搜索以获得具有理想热导率的纳米结构材料，一个关键性质是原始单晶的热导率谱，其决定了纳米结构的适当长度尺度和不同种类纳米结构的相互适应性。虽然第一性原理声子输运计算已经变得容易，但非简谐晶格动力学计算仍然是扫描许多材料的繁重工作。为此，我们已经开发了一个经验模型，描述的热导率谱的谐波声子性质和体热导率。该模型进行了测试，几种晶体具有不同的结构和热导率，并确认再现的热导率谱和非谐计算的整体配置文件。
2016-02-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
