On the compressibility of the transition-metal carbides and nitrides alloys Zr_xNb_{1-x}C and Zr_xNb_{1-x}N
采用第一性原理全势线性缀加平面波方法，在局域密度近似下研究了岩盐结构中的4d过渡金属碳化物（ZrC，NbC）和氮化物（ZrN，NbN）及其三元合金。这些材料非常重要，因为它们具有有趣的机械和物理特性，这使它们适用于许多技术应用。在这里，通过使用一个简单的理论模型，我们估计的体积模量的三元合金Zr $_x$ Nb $_{1-x}$ C和Zr $_x$ Nb $_{1-x}$ N的体积模量的终端成员单独。计算结果与第一性原理计算的结果相当。
2017-04-25 cond-mat.mtrl-sci
Nature of Chemisorption on Titanium Carbide and Nitride
进行了广泛的密度泛函计算，以了解TiC（111）和TiN（111）表面上的原子化学吸附，特别是计算的第二和第三周期吸附原子的吸附能的“”形趋势。我们以前提出的协调耦合模型的化学吸附在TiC（111）上进行了测试，对新的结果在TiN（111）上的吸附，并发现适用于这个表面，以及，从而反映了两种化合物之间的电子结构的相似性和差异。
2005-11-17 cond-mat.mtrl-sci
Low compressible noble metal carbides with rock-salt structure: ab initio total energy calculations of the elastic stability
本文用密度泛函理论方法计算了所有岩盐结构贵金属碳化物的弹性常数，系统地研究了它们的力学稳定性。结果发现，只有四种碳化物（RuC，PdC，AgC和PtC）是机械稳定的。特别是，我们已经表明，RuC，PdC和PtC具有非常高的体积模量，这已被显着观察到的最新实验的情况下，PtC。从计算的态密度，我们可以得出结论，这些化合物是金属，像传统的IV族和V族过渡金属碳化物。
2006-10-26 cond-mat.mtrl-sci
Structural, elastic and electronic properties of Ir-based carbides-antiperovskites Ir3MC (M = Ti, Zr, Nb and Ta) as predicted from first-principles calculations
本文首次研究了用第一性原理计算预测的Ir基碳化物-反钙钛矿型化合物Ir 3 MC（M=Ti，Zr，Nb和Ta）的结构、弹性、电子性质和原子间成键特征。它们的弹性常数，体积，剪切和杨氏模量，压缩性，泊松比，德拜温度进行了评估，并探讨了它们的稳定性，弹性各向异性，脆/韧性行为，以及电子结构的特点与二元碳化物MC具有NaCl型结构的比较。作者希望所提出的结果将有助于未来的合成这些阶段，以及扩大知识组的反钙钛矿型有前途的材料。
2015-07-20 cond-mat.mtrl-sci
Charge transfer between epitaxial graphene and silicon carbide
我们分析掺杂的石墨烯生长在SiC上的两种模式，不同的电荷转移到石墨烯的来源，即从SiC表面和体施主。对于这两种模型中的每一个，我们发现在单层和双层石墨烯中诱导的最大电子密度，这是由原始石墨烯中的电子的功函数和SiC上/中的施主态之间的差异决定的，并通过静电门分析石墨烯对密度变化的响应。
2010-07-25 cond-mat.mtrl-sci
Check-probe spectroscopy of lifetime-limited emitters in bulk-grown silicon carbide
本研究引入高带宽“检查探针”方案，定量测量了体生长4H-碳化硅中V2中心的光谱扩散、电离速率及光学相干性，发现其接近寿命极限，展现了体生长材料在量子技术中的应用潜力。
2024-09-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Photoluminescence Lineshapes for Color Centers in Silicon Carbide from Density Functional Theory Calculations
具有光学和磁性活性点缺陷的碳化硅为量子技术应用提供了独特的机会。由于与这些缺陷的相互作用通常通过光激发和去激发发生，因此全面了解它们的光-物质相互作用，特别是光学特征是至关重要的。在这里，我们采用量子力学密度泛函理论的计算，调查选定的，实验观察到的色心（包括单空位，双空位，和空位杂质对）在4 H-SiC的光致发光线型。零声子线以及黄-里斯和德拜-沃勒因子的分析伴随着对潜在的晶格振动的详细研究。我们发现，缺陷的线型是由强耦合体声子在较低的能量和本地化的振动模式在较高的能量。理论计算结果与实验数据吻合较好，可望对光致发光光谱中缺陷特征的识别和量子光子学及量子信息处理等方面的研究有所帮助.
2020-10-04 cond-mat.mtrl-sci
Prediction of stable hafnium carbides: their stoichiometries, mechanical properties, and electronic structure
采用USPEX程序中的变组分从头算进化算法，在常压下对Hf-C体系中可能存在的稳定化学计量比化合物进行了系统的研究。除了众所周知的HfC，我们预测了另外两种化合物Hf 3C 2和Hf 6C 5。空间群为C2/m的Hf_6C_5的结构在原胞中含有11个原子，这一预言恢复了A. I.古谢夫Hf_3C_2的稳定结构也是C_2/m空间群，比A. I.古谢夫新预测的结构的动力学和机械稳定性已被验证，其声子和弹性常数的计算。Hf 3C 2的体模量和剪切模量分别为195.8 GPa和143.1 GPa，而Hf 6C 5的体模量和剪切模量分别为227.9 GPa和187.2 GPa。由于结构空位的存在，它们的机械性能不如HfC。化学键，能带结构，和Bader电荷的介绍和讨论。
2013-09-25 cond-mat.mtrl-sci
Rectangular Tantalum Carbide Halides TaCX (X = Cl, Br, I) monolayer: Novel Large-Gap Quantum Spin Hall Insulator
量子自旋霍尔（QSH）绝缘体具有边缘状态，其在拓扑上被保护免受背散射。然而，已知的QSH材料（例如HgTe/CdTe和InAs/GaSb量子阱）表现出非常小的能隙并且仅在低温下工作，这阻碍了它们在室温器件中的应用。基于第一性原理计算，我们预测了一个新的QSH绝缘体的单层碳化钽卤化物TaCX（X = Cl，Br，和I）具有独特的矩形晶格和大的直接能隙大于0.2 eV，准确地说，0.23 $-$ 0.36 eV。该系统中的二维QSH效应机制源于固有的d $-$ d带反转，不同于传统的s $-$ p或p $-$ p轨道之间的带反转.此外，应变和本征电场可用于调节电子结构并增强能隙。TaCX纳米粒子具有跨越体带隙的单狄拉克锥边缘态，表现出与石墨烯相当的高费米速度的线性色散。这些具有相当大的非平凡的间隙的二维材料在新一代无耗散电子学和自旋电子学中具有巨大的应用潜力。
2016-02-28 cond-mat.mtrl-sci
Compressibility and structural stability of ultra-incompressible bimetallic interstitial carbides and nitrides
本文用高压X射线衍射研究了Pd_2Mo_3N、Ni_2Mo_3C_（0.52）N_（0.48）、Co_3Mo_3C_（0.62）N_（0.38）和Fe_3Mo_3C的结构稳定性。我们已经发现，它们在至少高达48 GPa的环境压力下保持稳定的立方相。它们的体积弹性模量都大于330 GPa，是最难压缩的材料，B0 = 374（3）GPa。此外，随着碳含量的增加，压缩性明显降低。确定了每种材料的状态方程。与其他耐火材料的比较表明，间隙氮化物和碳化物表现为超不可压缩材料。
2012-04-19 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Superconductivity in functionalized niobium-carbide MXenes
基于第一性原理和Eliashberg理论，研究发现Cl和S功能化可显著增强Nb$_2$C MXenes的超导电性，单层Nb$_2$CCl$_2$的$T_c$达10 K，栅极诱导可提升至40 K，并预测Nb$_3$C$_2$S$_2$的$T_c$约为30 K。
2022-08-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
Electronic structure evolution in dilute carbide Ge$_{1-x}$C$_{x}$ alloys and implications for device applications
本文从理论上分析了高失配稀相四族合金Ge $_{1-x}$ C $_{x}$的电子结构演化。对于有序合金超晶胞，我们证明了C掺入强烈扰动的导带（CB）结构，通过驱动杂化的$A_{1}$对称的线性组合的Ge状态躺在接近CB边缘的能量。这导致在超稀极限下，合金CB边缘主要由Ge基质半导体的L点CB边缘状态的$A_{1}$对称线性组合形成。我们的计算描述了一个“准直接”合金带隙的出现，它保留了一个显着的间接锗L点CB边缘字符的混合物。然后，我们分析了现实的（大的，无序的）Ge $_{1-x}$ C $_{x}$合金超晶胞的电子结构的演变为C成分高达$x = 2$ %。我们发现，短程合金无序引入的分布在低于Ge CB边缘的能量的局部状态，这些状态获得最小的直接（$Γ$）字符。我们的计算表明，强大的内在非均匀能量加宽的CB边缘布洛赫字符，驱动Ge主机矩阵和C-相关的局域态之间的杂交。我们的计算确定的趋势是显着不同的预期的基础上最近提出的解释的CB结构的基础上带反交叉模型。我们的研究结果对设备应用的影响进行了讨论。
2019-11-14 cond-mat.mtrl-sci
First-principles study of ultrathin (2 \times 2) Gd nanowires encapsulated in carbon nanotubes
采用密度泛函方法研究了包裹在窄碳纳米管中的Gd和Gd-碳化物纳米线的结构和磁性。封装的（2 \times 2）Gd-NW的平衡几何形状与体Gd晶体的平衡几何形状明显不同。电荷密度分析表明，与Gd-碳化物纳米线相比，在封装的Gd-NW中存在明显的自旋相关的电子转移。我们的结论是，Gd-CNT杂化是主要负责封装的Gd-NW的结构差异和电子转移。
2010-10-04 cond-mat.mtrl-sci
Characterization of Silicon Carbide Biphenylene Network through G0W0-BSE Calculations
本文通过第一性原理计算设计了稳定的二维碳化硅联苯网络SiC-biphenylene，并利用G0W0-BSE方法揭示了其电子结构与强束缚激子特性。
2024-11-25 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Possible multiband superconductivity in the quaternary carbide YRe2SiC
本文首次报道了四元硅化物YRe_2SiC（Tc = 5.9K）的超导电性。超导电性的出现是通过磁化率、电阻率和热容的测量来证实的。在Tc处存在一个发展良好的热容特征，证实了超导性是一种体现象，而在0.5 Tc附近的热容中的第二个特征与上临界场Hc2（T）的不寻常的温度依赖性相结合，表明存在多带超导态。此外，低临界场Hc1与温度的线性关系类似于具有非常规配对对称性的化合物中发现的行为。能带结构计算表明，YRe2SiC具有非平凡的拓扑态，低能态占据费米面的多个不连续的片，具有不同程度的杂化、嵌套和屏蔽效应，因此，非常规的多带超导性是合理的。
2021-05-16 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
First-principles investigation of incipient ferroelectric trends of rutile TiO$_2$ in bulk and at the (110) surface
用从头算密度泛函理论研究了金红石型TiO（$_2$）的体相和（110）面的铁电性。我们讨论的基本机制的初始铁电行为的金红石的Born有效电荷，我们分解在个人的贡献，通过最大本地化的Wannier函数。我们表明，铁电相可以稳定的各种不同的晶格畸变，所有扩大最短的Ti-O距离，即使较长的顶端Ti-O键同时缩短。在（110）表面处，与体相相比，铁电趋势被修改，但是即使在最顶部的表面层中具有大极化的铁电相也可以通过单轴应变来稳定。
2012-11-29 cond-mat.mtrl-sci
Nuclear quantum effects in structural and elastic properties of cubic silicon carbide
本研究通过路径积分分子动力学模拟，发现核量子效应使3C-SiC的弹性常数和体积模量显著降低，表明在描述其结构和弹性质时必须考虑核量子运动。
2024-05-22 cond-mat.mtrl-sci
A First-Principles Study of Defects and Adatoms in Silicon Carbide Honeycomb Structures
采用第一性原理平面波方法研究了二维单层碳化硅（SiC）蜂窝结构及其准一维扶手椅型纳米带的力学、电学和磁学性质。为了揭示尺寸效应，本文还对SiC的三维体相和一维原子链进行了简要的研究。计算的键长，内聚能，电荷转移和带隙显示出明显的维度效应。基于声子频率计算的稳定性分析表明，二维SiC单层在平面几何结构中是稳定的。我们发现蜂窝状结构的2D SiC单层及其裸露的和氢钝化的纳米带是离子的、非磁性的、宽带隙半导体。在自能修正后，带隙进一步增加。使用应变能计算的机械性能进行了研究。研究了各种空位缺陷、吸附原子和替位杂质对二维SiC单层及其扶手椅型纳米带电子和磁性的影响。发现这些空位缺陷和杂质中的一些影响物理性质并获得磁矩，可以用于功能化SiC蜂窝结构。
2010-03-05 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci
Surface activation by electron scavenger metal nanorod adsorption on TiH2, TiC, TiN, and Ti2O3
本研究通过功函数计算和纳米棒吸附实验，发现电子清除剂效应可降低TiH2和Ti2O3等材料表面阴离子脱附能，从而活化氢化物、碳化物和氮化物，为设计新型负载型催化剂提供新途径。
2023-04-30 cond-mat.mtrl-sci
Enhanced Thermoelectric ZT in the Tails of the Fermi Distribution via Electron Filtering by Nanoinclusions -- Model Electron Transport in Nanocomposites
碳化硅纳米粒子的直径约为8 nm，具有窄的尺寸分布已被精细地混合掺杂的硅纳米粉末和烧结成散装样品，研究纳米夹杂物的电和热输运性能的影响。我们比较了样品的热电性能从0-5%的碳化硅体积分数。碳化硅纳米夹杂物导致热电品质因数ZT的显著改善，这主要是由于塞贝克系数的增强。半经典玻尔兹曼输运方程被用来模拟的塞贝克系数和电导率的电输运性质。理论分析证实了热电性能的增强与硅费米能级和碳化物导带边缘之间的偏移引起的电子的能量选择性散射是一致的。这项研究证明，精心设计的能量依赖的电子散射率可以提供一个途径，放松长期存在的限制，在热电材料的设计。
2021-10-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Thermodynamic Stability of Molybdenum Oxycarbides Formed from Orthorhombic Mo2C in Oxygen-rich Environments
碳化钼（Mo 2C）纳米颗粒和薄膜是用于催化快速热解（CFP）的特别合适的催化剂，因为它们对于脱氧是有效的并且可以催化通常在贵金属上发生的某些反应。在脱氧反应期间沉积的氧可以改变碳化物结构，导致碳氧化物的形成，这可以决定催化活性或选择性的变化。尽管出现了块状碳氧化物的光谱证据，但到目前为止，还没有关于它们的精确原子结构或它们相对于正交Mo 2 C的相对稳定性的报道。这些知识对于评估碳化钼（氧）对CFP的催化性能至关重要。在这篇文章中，我们使用密度泛函理论（DFT）计算（a）描述的热力学稳定性的表面和亚表面配置的氧和碳原子的一个常见的研究正交Mo 2C的Mo-终止表面，和（b）确定原子结构的碳氧化物与Mo：C的比例为2：1。表面计算表明，在Mo 2C（100）表面的Mo层下，氧原子是不稳定的。耦合DFT计算与多晶型物取样方法，我们确定（Mo 2C）xOy碳氧化物结构的范围广泛的氧组合物。氧含量较低（y/x <=2）的碳氧化物采用层状结构，使人联想到母相碳化物相，平坦的Mo层被氧和碳层隔开;对于较高的氧含量，我们的研究结果表明形成非晶相，因为原子层随着氧含量的增加而失去平面性。
2018-03-30 cond-mat.mtrl-sci
Potential super-hard Osmium di-nitride with fluorite structure: First-principles calculations
我们对具有萤石结构的铂和锇的二碳化物、氮化物、氧化物和硼化物进行了系统的第一性原理计算。发现只有PtN $_{2}$、OsN $_{2}$和OsO $_{2}$是机械稳定的。特别是OsN $_{2}$具有最高的体积模量360.7 GPa。能带结构和态密度表明OsN $_{2}$的新相是金属性的。高的体积模量是由于Os5 \textit{d}和N2 \textit{p}态之间的强共价键和紧密堆积的萤石结构。
2006-10-26 cond-mat.mtrl-sci
High-resolution surface structure determination from bulk X-ray diffraction data
针对传统体相X射线衍射无法解析表面结构的问题，提出基于非球面电荷密度模型从体相XRD数据确定高分辨率表面电荷密度分布的方法，经碳化硼验证有效并发现表面结构与功能特性的关联。
2022-05-26 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other physics.app-ph
Spontaneous polarization induced doping in quasi-free standing epitaxial graphene on silicon carbide from density functional theory
通过密度泛函理论（DFT）计算，我们定量地估计了SiC（0001）衬底的自发极化（SP）对通过H嵌入与SiC解耦的准独立石墨烯（QFG）电子性质的影响.为了在标准DFT板计算中正确地包括SP（其是体性质）对表面限制性质（诸如石墨烯的掺杂）的影响，我们在板的C端接的底部处附接双金层，其引入金属诱导的间隙状态，该间隙状态将化学势固定在间隙内。此外，扩大板底部的层间距离产生了局部偶极矩，其抵消了由板的极性特性引起的偶极矩，并允许将立方SiC（111）的石墨烯的狄拉克点（DP）的位置与化学势对准。因此，在相同的平板模型下获得的其他多型体的DP位移成为SP诱导的掺杂的几乎直接测量。我们的研究结果证实了最近的建议，SP诱导实验观察到的p型掺杂的石墨烯层，可以实现高达几百meV的DP位移（或等效地，$\sim 10^{13} e$ /cm $^2$）为特定的多型体。发现掺杂随着多型体的六边形和其厚度而增加。对于板thickenses考虑（6-12 SiC双层）一个充足的，几乎连续的，范围内的掺杂值可以通过调整堆叠缺陷的数量和它们的位置相对于表面。接下来通过执行大规模DFT计算来概括板模型，其中自掺杂经由点缺陷（空位加上H原子）被包括在QFG中，从而允许估计p掺杂的两个源（SP-与缺陷诱导的）之间的相互作用，这被证明基本上是加性的。
2015-01-26 cond-mat.mtrl-sci
Physical and Thermoelectric Properties of 2D B$_4$C Nanosheets
由于碳化硼（B $_4$ C）具有优异的硬度并可用作高温热电材料，因此在理论上和实验上对其进行了充分的研究。然而，其二维纳米片的性质还没有很好地建立。在本文中，使用范德华修正密度泛函理论（DFT）模拟，我们表明，块体B $_4$ C可以沿不同的方向裂解，形成B $_4$ C纳米片具有低的形成能。我们发现，有最小的形成能对解理面和表面终端的依赖。虽然本体B $_4$ C的态密度表明它是半导体，但发现B $_4$ C纳米片主要是金属的。我们把这种金属行为归因于薄膜表面B-C键上电荷的重新分布。的B $_4$ C膜的塞贝克系数保持可比的散装，并作为温度的函数几乎是恒定的。我们的研究结果为实验合成工作和未来的应用B $_4$ C纳米片在纳米电子和热电应用提供指导。
2022-03-10 cond-mat.mtrl-sci
Where have all the interstellar silicon carbides gone?
富碳演化恒星中Si-C伸展的11.3微米发射特征的检测表明，碳化硅（SiC）尘埃颗粒在碳恒星的流出物中凝聚。SiC尘埃可能是星际尘埃的重要组成部分，因为人们普遍认为碳星将大量尘埃注入星际介质（ISM）。ISM中SiC尘埃的存在也得到了原始陨石中恒星起源的前太阳SiC颗粒的鉴定的支持。然而，在ISM中从未见过SiC的11.3微米吸收特征，并且经常调用SiC的氧化破坏。在这项工作中，我们定量探讨了星际SiC粉尘通过氧化的分子动力学模拟和密度泛函理论计算的基础上的破坏。我们发现，氧原子与SiC分子和团簇的反应是放热的，并且可能导致CO损失。尽管如此，即使这可以外推到块状SiC粉尘，SiC粉尘通过氧化的破坏速率仍然可能比（目前认为的）碳星的注入速率小得多。因此，ISM中SiC粉尘的11.3微米吸收特性的缺乏仍然是一个谜。一个可能的解决方案可能在于目前认为的SiC的恒星注入速率（可能被高估）和/或SiC尘埃的尺寸（实际上可能比亚微米小得多）。
2021-11-06 astro-ph.GA cond-mat.mtrl-sci physics.atm-clus
Effect of substrate roughness and material selection on the microstructure of sputtering deposited boron carbide thin films
无定形碳化硼（B4 C）薄膜是迄今为止用于基于10 B的中子探测器中的中子转换层的最流行的形式，这是响应于用于中子探测的标准材料3 He的日益稀缺和价格的探测器技术的上升趋势。B_4C薄膜的微观结构与转换层的密度、附着力等重要性能密切相关，最终影响探测器的探测效率和长期稳定性。为了研究不同粗糙度和不同材料的衬底对B4 C薄膜的影响，采用直流磁控溅射法，在衬底温度为623 K的条件下，分别在抛光的Si衬底和未抛光的Si、Al、Ti和Cu衬底上沉积了B4 C薄膜。在SEM图像中通常观察到的锥形柱状晶粒和结节状缺陷表明在晶粒周围引入空隙的强烈阴影效应。晶粒尺寸的变化并没有表现出直接依赖于基板的粗糙度，从表面轮廓，也没有获得的膜的质量密度，从反射率图案。然而，具有不均匀尺寸的柱状晶粒的膜沉积在具有高偏斜度的衬底上，导致质量密度从表列体积密度的~ 95%下降到~ 70%。另一方面，在不同粗糙度的Al、Ti和Cu上沉积的B_4C薄膜具有相似的微观结构和质量密度，并通过横切附着力测试观察到良好的附着力，表明在中子探测器常用结构材料上溅射沉积B_4C薄膜的可靠性。
2022-01-30 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph physics.ins-det
Compositional Trends in Surface Enhanced Diffusion in Lead Silicate Glasses
在这项工作中，我们使用分子动力学模拟来研究（PbO）x（SiO2）1-x玻璃中的表面增强扩散（表面增强扩散）。这项工作的动机是更好地了解玻璃中的表面扩散及其与脆性的联系，并增强二氧化硅和相关玻璃中的表面扩散，以提高气相沉积过程中的热力学稳定性。在实验过程中，PbO的加入使玻璃的脆性在10% ≤ x ≤ 70%的范围内不断增加。脆性的增加可能对应于表面增强扩散的增加，因为脆性和表面扩散是相关的。我们观察到，对于硅酸盐调查，而表面增强扩散增加与脆弱性，增强是相当小的。较慢扩散的Si和O原子具有较高的增强，这可以允许一些表面稳定效应。我们证明，只有小的变化，原子排列，符合类似的扩散率，在表面相比，散装。最后，我们研究的趋势，鉴于以前的观察，在有机和金属玻璃的体积与表面扩散，并发现，在氧化物中，脆性增加可能没有强烈的联系，以增强表面扩散。
2022-02-28 cond-mat.mtrl-sci
Elastic properties of bulk and low-dimensional materials using Van der Waals density functional
在这项工作中，我们提出了一个高通量的第一性原理研究的弹性性质的散装和单层材料，主要使用vdw-DF-optB 88功能。我们讨论了弹性响应的趋势与维数的变化。我们确定了层状材料的剥离能和弹性常数之间的关系，可以帮助指导材料中的VDW键合的搜索。我们还预测了一些新的材料与拉胀行为。在结构和弹性性能的不确定性，由于列入VDW相互作用进行了讨论。我们研究了11，067种散装材料和257种单层材料。最后，我们发现，散装和单层对应的弹性常数的趋势可以是非常不同的。所有的计算结果都在易于使用的网站上公开提供：https://www.ctcms.nist.gov/~knc6/JVASP.html和https://jarvis.nist.gov/。我们的数据集可用于识别工业应用中的刚性和柔性材料。
2018-06-29 cond-mat.mtrl-sci
The Rendering from the Periodic System of the Elements on the stability, elastic, and electronic properties of M2AC phases
MAX相是结合了金属和陶瓷特性的纳米层压三元材料。目前，后期过渡金属对传统MAX相中A位元素的替代为探索新型MAX相打开了大门。在这项工作中，我们进行了系统的第一性原理研究，以探索288种M2 AX相的稳定性，电子结构和力学性能的趋势（M=Ti、V、Cr、Zr、Nb、Mo、Hf、Ta、W; A=Al、Si、P、S、Ga、Ge、As、Se、In、Sn、Sb、Te、Tl、Pb、Bi、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Tc、Ru、Rh、Pd、Ag、Cd、Os、Ir、Pt、Au、Hg; X=C）。这样的数据集，结合刚性带模型已被应用于大多数过渡金属碳化物，显示我们的基本趋势，键合机制和力学性能的MAX相赋予的M/A位元素的周期性排列。特别值得注意的是，MAX相的M-A d-d相互作用对弹性常数C33有独特的贡献。
2021-11-24 cond-mat.mtrl-sci
Octagonal Family of Monolayers, Bulk and Nanotubes
最近出现了一类新的四边形对称的二维八边形单分子层（o-ML），需要在基础水平上进行理解。计算设计了金属氮化物和碳化物族（BN、AlN、GAN、GeC、SiC）以及C和BP的o-ML，并研究了它们的稳定性和电子结构。这些二进制o-ML显示混合离子和共价键与杂化的p态占主导地位的费米能级周围的电子结构。已经利用o-C和o-BN的几何和结构相似性来形成从金属相到绝缘相的图案化混合o-ML。Z字形弯曲的o-ML的堆叠产生稳定的体心四元体（bct）-体相，其适用于来自IV、III-V和II-VI族的大多数材料。与六方（h）-ML的轧制不同，o-BN和o-C块体的垂直切割块或O形环的堆叠提供了形成非常薄的O形纳米管（o-NT）的合理方式。以八边形图案形成的受限和散装结构对于理解基础科学和技术应用具有根本重要性。
2020-02-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Insights into regularity of 2D 3d transition metal monocarbides formation
最近，一些理论预测了二维平面FeC，CoC，NiC和CuC，而它们的体相仍然未知。在这里，我们提出了推广的2D家庭的3D过渡金属一碳化物（TMC）通过搜索其稳定的配置DFT方法和进化算法。发现在TMC行（TM = Sc-Cu）中，三维岩盐相的形成趋势与二维相的出现单调互换，即平面正交TMC，其特征在于金属六边形内的碳二聚体。其中，可能形成正交CoC和FeC一碳化物，而不是任何其他2D金属碳化物相或金属/石墨烯界面。
2020-07-02 cond-mat.mtrl-sci
Structural and optical properties of silicon nanocrystals embedded in silicon carbide
在SiC基质中的Si纳米晶体（Si NC）中的量子限制的突出表现要求制造具有窄尺寸分布的Si NC。毫无争议地理解，这种制造是困难的，并且多层（ML）结构仅在窄的参数范围内适合于这种制造。该参数范围是通过在3和9 nm之间改变化学计量SiC势垒厚度和富Si SiC阱厚度并将它们与单层（SL）进行比较来寻求的。通过等离子体增强化学气相沉积（PECVD）沉积用于该研究的处理的样品，随后在1000-1100 $°$ C下进行热退火以形成晶体。通过结构和光学表征方法获得关于整个样品面积和深度的大量信息：关于平均Si NC尺寸的信息由掠入射X射线衍射（GIXRD）测量确定。傅里叶变换红外光谱（FTIR）被应用于深入了解的Si-C网络的结构，和分光光度测量进行调查的吸收系数和估计的带隙$E_{04}$。所有的测量结果表明，ML结构对Si NC尺寸，Si-C网络和吸收性能的影响从属于样品中的总Si含量的影响，我们确定为结构和光学性能的关键参数。我们将这种行为归因于势垒层和阱层的相互扩散。因为所产生的Si NC对于所有层厚度变化都在2-4 nm的目标尺寸范围内，所以我们建议在未来的实验中使用Si含量来调整Si NC尺寸。
2020-05-15 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Trends in Metal Oxide Stability for Nanorods, Nanotubes, and Surfaces
纳米结构的形成能在决定其性质，包括催化活性方面起着重要作用。对于15种不同的金红石和8种不同的钙钛矿金属氧化物的情况下，我们发现，密度泛函理论（DFT）计算的（2，2）纳米棒，（3，3）纳米管，（110）和（100）表面的形成能可以半定量地描述的金属-氧键断裂的分数和键带中心的块状金属氧化物。
2010-02-25 cond-mat.mtrl-sci
Unraveling the effects of anionic vacancies and temperature on mechanical properties of NbC and NbN: Insights from Quantum Mechanical Study
The Technical University of Kenya（肯尼亚科技大学）；Moi University（莫伊大学）；University of Eldoret（埃尔多雷特大学）
本研究通过量子力学方法探讨了温度与阴离子空位对NbC和NbN机械性能的影响，揭示了结构、缺陷和热效应对材料韧性和脆性转变的关键作用。
2026-01-09 cond-mat.mtrl-sci
Alloyed B-(AlxGa1-x)2O3 bulk Czochralski single B-(Al0.1Ga0.9)2O3 and polycrystals B-(Al0.33Ga0.66)2O3, B-(Al0.5Ga0.5)2O3), and property trends
在这项工作中，体直拉法生长的10摩尔的单晶。10%Al_2O_3合金化的B-Ga_2 O_3-单斜晶10%AGO或B-（Al_0.1Ga_（0.9））_2 O_3-的带隙比非故意掺杂的B-Ga_2 O_3的带隙增加了+0.20 eV。此外，33% AGO-B-（Al 0.33Ga 0.67）2 O3-和50% AGO-B-（Al 0.5Ga 0.5）2 O3或B-AlGaO 3-的生长产生多晶单相单斜材料（B-AGO）。所有这三种组合物进行了研究，通过X射线衍射，拉曼光谱，光吸收，和27铝核磁共振（NMR）。通过研究单相B-AGO在大范围的Al_2O_3浓度（10 - 50 mol. %），确定了晶格参数、振动模式、光学带隙和晶体学位置偏好的广泛趋势。所有的晶格参数与Al掺入量呈线性关系。通过核磁共振（NMR）研究发现，Al在B-Ga_2 O_3的两个晶位上都有结合，且随着Al含量的增加，八面体（Ga Ⅱ）晶位的结合变得更加无序（辉光放电质谱和X射线荧光）、光学透射（200 nm - 20 μ m波长）和电阻率。这些测量结果表明，杂质受体掺杂的电补偿是不是高电阻率的可能解释，而是由于铝合金化的氢水平从浅施主到深受主的移位。..续本文仅可供个人使用。任何其他用途都需要事先获得作者和AIP Publishing的许可。这篇文章发表在《应用物理杂志》131 155702上。
2022-04-25 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Different dimensionality trends in the Landau damping of magnons in iron, cobalt and nickel: time dependent density functional study
我们研究了铁磁磁振子的朗道阻尼在Fe，Co，和Ni的系统的维数从三个减少到两个。在绝热局域自旋密度近似下，我们采用\textit{ab initio}线性响应时间依赖的密度泛函理论。数值格式基于Korringa-Kohn-Rostoker格林函数方法。讨论了理论方法和实现的关键点。我们研究了三种不同形式的过渡金属：体相，自支撑薄膜和薄膜支撑在一个可移动的衬底上。我们证明了Fe和Ni的维数趋势是相反的：在Fe中，从体相bcc晶体到Fe/Cu（100）膜的转变降低了阻尼，而在Ni/Cu（100）膜中，与体相fcc Ni相比，衰减增加。在Co中，阻尼的强度相对较弱地依赖于样本维数。我们解释的基础上的电子结构的趋势的差异。衬底上的自旋波阻尼的影响进行了分析，采用朗道映射表示波矢分辨的斯通纳激发的谱密度。
2011-11-13 cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Photoelectron Spectroscopy Study of U-Te Thin Films: A Unified Perspective of Hybridization Effects across Compositions
Institute of Physics, Czech Academy of Sciences（捷克科学院物理研究所）；Faculty of Mathematics and Physics, Charles University（查理大学数学与物理学院）；European Commission, Joint Research Centre (JRC)（欧盟委员会联合研究中心）
本研究通过光电发射测量揭示了U-Te薄膜中杂化效应和电荷转移的系统性趋势，为重元素碲化物的电子结构研究提供了可靠方法。
2026-01-19 cond-mat.mtrl-sci
Accurate construction of transition metal pseudopotentials
我们产生了一系列的赝势来研究赝原子性质和固态结果之间的关系。我们发现，晶格常数和体积模量是相当敏感的特征值，总能量差和尾范数误差，并出现明确的相关性。这些趋势促使我们确定两个标准的准确过渡金属赝势。我们发现，保留尾范数对占位的全电子导数和保留本征值对占位的全电子导数{[Phys. Rev. B { \bf 48}，5031（1993）]}对于给出准确的体金属晶格常数和体模量都是必要的。我们还展示了如何在文献中发现的晶格常数和体积模量的结果相当宽的范围可以很容易地解释赝势效应。
2001-01-08 cond-mat.mtrl-sci
Density functional study of Ni bulk, surfaces and the adsorbate systems Ni(111)(root 3 x root 3)-Cl, and Ni(111)(2 x 2)-K
用梯度修正的密度泛函方法研究了Ni（111）（root 3 × root 3）-Cl和Ni（111）（2 × 2）-K体系的体相、低指数表面和吸附质.结果表明，基于高斯型轨道的方法是能够描述这些系统。优选的吸附位点和几何形状与实验结果吻合良好。与非磁性基底相比，在结构数据和电荷分布方面似乎没有巨大差异。最接近吸附物的镍原子的磁矩被降低，并且在氯作为吸附物的情况下观察到前几层内的磁矩的振荡。观察到的吸附物的Mulliken种群的趋势与核心水平的变化一致。
2003-09-01 cond-mat.mtrl-sci
Nature of Adsorption on TiC(111)
用密度泛函方法计算了三个第一周期原子（H，B，C，N，O，F，Al，Si，P，S和Cl）在TiC（111）表面的化学吸附.还对TiC（001）上的O、TiC（111）上的完整O（1x 1）单层以及块状TiC和清洁TiC（111）和（001）表面进行了计算。有关原子结构，能量学和电子结构的详细结果。对于原液和清洁表面，确认了先前的结果。此外，新的详细结果给出的存在下的C-C键在体和在表面上，以及在费米能级的Ti基表面共振（TiSR）和C基表面共振（CSR的）在较低的部分的表面上价带（UVB）的存在。对于吸附，给出了吸附能E_ads和松弛几何形状，显示出每个时期内以金字塔形E_ads趋势为特征的巨大变化。一个非常强的化学吸附被发现为O原子，8.8 eV/adatom。在电子结构计算的基础上，提出了化学吸附的协调耦合模型，其中两种不同类型的吸附原子-基底相互作用共同提供了强的化学吸附：（i）吸附原子-TiSR和（ii）吸附原子-CSR。该模型成功地描述了计算出的E_ads趋势的基本特征。基于Newns-Anderson模型，该模型的基本性质应使其适用于过渡金属碳化物和氮化物的一般应用，并适用于技术应用中的预测目的，如切削工具多层涂层和MAX相。
2005-11-16 cond-mat.mtrl-sci
Electronic Structure of Ta$_2$O$_5$ Polymorphs: Variation Trend of Band Gap and the Role of Oxygen Vacancies
本文结合DFT与GW近似系统研究Ta$_2$O$_5$多晶型物电子结构，揭示带隙与轨道杂化、形成能的关系及氧空位导致的带隙变化机制。
2023-11-21 cond-mat.mtrl-sci
Vibrational and dielectric properties of the bulk transition metal dichalcogenides
过渡金属二硫属化合物的电子、光伏和光学性质引起了人们的兴趣，并使其在许多技术应用中得到了应用。我们提出了一个系统的调查，他们相互联系的振动和介电性能，使用密度泛函理论和密度泛函微扰理论，研究的自旋轨道相互作用和远程e $^-$ - e $^-$相关的影响，作为我们的调查的一部分。本研究证实了自旋-轨道相互作用在这些物理性质中起着很小的作用，而色散修正的直接贡献在描述原子间力常数中是至关重要的。在这里，我们的结构和振动特性的分析，包括拉曼光谱，以及比较实验测量。展示了三种具有不同点群的材料，并展示了十五种现有六方、三方和三斜材料的数据趋势。这一总体情况将使由这些材料组成的器件能够用于新的应用。
2018-04-06 cond-mat.mtrl-sci
Energetics of Cs in Sigma3 grain boundary of 3C-SiC
采用密度泛函理论研究了3C-SiC中σ 3晶界Cs缺陷的能量学，以了解晶界在Cs扩散中的作用及其最终从三结构各向同性燃料颗粒（TRISO）中的释放. Cs在Sigma 3晶界处比在SiC块体中稳定得多，晶界处的形成能比块体中显著降低（7- 17 eV）。它被发现有甚至更低的形成能比Ag在Sigma 3晶界，而这种趋势是相反的，在体SiC中，如先前从类似的密度泛函理论计算证明。在此基础上，提出了通过晶界工程控制Cs从SiC层中释放的可能途径。
2016-04-08 cond-mat.mtrl-sci
Oxidation tuning of ferroic transitions in Gd$_2$C monolayer
本文通过第一性原理计算预测Gd₂C单层为铁磁金属，并提出表面氧化钝化策略可在铁磁、反铁磁和铁电相之间切换其铁性，同时伴随金属-绝缘体转变，且磁光克尔效应和二次谐波产生可有效监测这些相变。
2023-12-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Layer-number-dependent spin Hall effects in transition metal monocarbides $M_{2}\rm{C}$ ($M=\rm{V}, \rm{Nb}, \rm{Ta}$)
二维层状拓扑半金属中强自旋霍尔效应（SHE）的发现，由于其奇异的电子性质和在自旋电子器件中的潜在应用，引起了人们的广泛关注。本文系统地研究了层状过渡金属碳化物$M_{2}\rm{C}$（$M=\rm{V}, \rm{Nb}, \rm{Ta}$）的拓扑性质和本征SHE。结果表明，无论是体相还是单层$M_{2}\rm{C}$，都存在由费米能级附近的$d$带交叉（$E_F$）产生的受保护的节点（NP）和线（NL）. SOC的包含打破了NL和NP的简并性，有助于大的自旋霍尔电导率（SHC），对于体和单层Ta $_{2}$ C，分别高达$\sim$ 1100和$\sim$ 200 $(\hbar / e)(Ω\mathrm{cm})^{-1}$。值得注意的是，我们发现，SHC的幅度表现出显着的增强，通过增加层数。对于八层Ta $_{2}$ C，SHC的最大值可达$\sim$ 600 $(\hbar / e)(Ω\mathrm{cm})^{-1}$，与许多已报道的3D拓扑材料相当。自旋Berry曲率的分析表明，大的SHC起源于$E_F$附近的层数依赖的节线结构，其中价带和导带之间的重复交叉沿着$Γ\rm{-K}$路线产生了大量的NP。这不仅为低维SHE的实验研究提供了一个新的平台，而且为通过控制层厚实现巨SHE提供了一条有效的途径。
2023-01-04 cond-mat.mtrl-sci
3-D phononic crystals with ultra-wide band gaps
在本文中，基于梯度的拓扑优化（TO）被用来发现具有超宽归一化全角度全模式带隙的3-D声子结构。重复的3-D声子带结构评估的具有挑战性的计算任务是通过一个快速的混合变分本征值求解器和分布式图形处理单元（GPU）并行计算的组合来完成的。TO算法利用基于材料分布的方法和基于梯度的优化器。混合变分特征值问题的设计灵敏度推导出使用伴随方法，并通过高效的矢量化技术。我们提出了两种材料的简单立方（SC），体心立方（BCC），和面心立方（FCC）晶体结构的优化结果，并表明，在这些情况下，不同的初始设计收敛到单一的包含网络拓扑结构在其相应的原始细胞。优化的结果表明，大的声子体波传播的阻带可以实现在低于紧密堆积的球形配置，从而导致更轻的单位细胞。对于碳化钨-环氧树脂晶体，我们确定所有角度所有模式归一化阻带超过100%，这是大于可能只有球形夹杂物。
2017-01-25 cond-mat.mtrl-sci
DFT study of undoped and As-doped Si nanowires approaching the bulk limit
采用大尺度密度泛函理论（DFT）计算方法研究了半径为9.53 nm的纯硅纳米线和掺砷硅纳米线的电子性质.我们发现，对于未掺杂的纳米线，DFT带隙随着直径的增加而减小，并收敛到其体积值，这一趋势与实验数据一致。此外，我们发现，最接近纳米线表面的原子贡献较少的能带边缘附近的状态，当与靠近中心的原子相比，这是由于在硅-硅原子距离的差异，以及表面钝化效应。当考虑As掺杂的Si纳米线，我们表明，纳米线内的掺杂剂的位置起着重要的作用，在决定电子性能。我们表明，As掺杂在带隙中引入了低速带，但靠近导带边缘。掺杂剂位置影响该带的曲率，当掺杂剂放置得更靠近中心时，曲率减小。我们还表明，掺杂剂的位置与纳米线的不对称导致分裂的价带边缘。
2019-10-23 cond-mat.mtrl-sci
Electronic and structural properties of crystalline and amorphous (TaNbHfTiZr)C from first principles
高熵材料因其力学、化学和电学性质而引起人们极大的兴趣。本文采用密度泛函理论（DFT）对（TaNbHfTiZr）C（一种碳化物型高电子显微镜）的晶相和非晶相进行了分析。我们发现，松弛的晶格体积的非晶相是较大的，而它的体积模量是较低的，比它的结晶对应。两个相都是金属的，所有过渡金属对接近费米能级的态密度（DOS）的贡献类似，其中Ti和Nb给出了成比例的最大状态贡献。我们证实，尽管其结构非常复杂，2x2x2超晶胞是足够大的可靠模拟所提出的机械和电子性能的DFT。
2022-08-04 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
A Panoramic View of MXenes via a New Design Strategy
本研究基于第一性原理密度泛函理论的高通量建模，揭示了MXenes的相多样性，并提出利用母体体相的原子配位环境作为可靠预测因子的新设计策略，使可能结构数量至少翻倍。
2025-01-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Giant two-phonon Raman scattering from nanoscale NbC precipitates in Nb
高纯度铌（Nb），在超导RF腔的制造中使用的处理方法，显示含有过量碳的微米级表面补丁。高分辨率透射电子显微镜和电子能量损失谱测量揭示了在这些地区的纳米级NbC相干沉淀物的存在。拉曼后向散射光谱在类似的表面区域表现出光谱与文献结果一致，但显着增强的双声子散射散装NbC。前所未有的强度和尖锐度的双声子信号，促使理论分析，使用密度泛函理论（DFT），声子模式在NbC的两个不同的界面模型的相干沉淀。一个模型导致整体压缩应变和从头计算的声子色散曲线的NbC均匀压缩下的比较表明，测得的两个声子峰直接链接到声子异常所产生的强电子-声子相互作用。通过DFT研究的Nb和NbC之间的扩展界面的另一个模型，给出了通过一阶拉曼测量的声学和光学模式态密度的频移的洞察。较强的双声子响应的确切起源目前尚不清楚，但它表明在应变下过渡金属碳化物中增强的电子-声子耦合的可能性，发现无论是在散装NbC夹杂物或在其与Nb金属的界面。使用点接触方法的初步隧穿研究表明，一些能隙大于预期的散装NbC。
2015-03-09 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
Fermiology and Band Structure of Oxygen-Terminated Ti3C2Tx MXene
本文通过严格薄膜制备与超高真空退火获得纯氧端基Ti3C2Tx MXene，并利用偏振同步辐射角分辨光电子能谱揭示其费米面拓扑与各向异性能带结构，为电子输运性质的能带工程及储能、透明导体和催化应用奠定基础。
2025-03-11 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Hybrid Group IV Nanophotonic Structures Incorporating Diamond Silicon-Vacancy Color Centers
我们展示了一种新的方法，用于工程IV族基于量子光子结构，含有带负电荷的硅空位（SiV $^-$）的钻石色心作为量子发射体。混合SiC/金刚石结构是通过将纳米和微米金刚石在碳化硅（3C或4 H多型体）衬底上的生长与随后使用这些金刚石晶体作为图案转移的硬掩模相结合来实现的。SiV $^-$色心在金刚石的合成过程中从分子金刚石晶种（类金刚石）引入到金刚石中，而不需要离子注入或退火。我们表明，相同的生长技术可以用于生长可控掺杂SiV $^-$的金刚石层上的高纯度散装金刚石，其中我们随后制造纳米柱阵列含有高品质的SiV $^-$中心。扫描共聚焦光致发光测量揭示了光学活性SiV $^-$线在室温和低温（5 K）从所有制造的结构，特别是，非常窄的线宽和小的不均匀加宽的SiV $^-$线从所有金刚石纳米柱阵列，这是量子计算的关键要求。在低温下（5 K），我们观察到在这些结构中的签名典型的SiV $^-$中心在散装金刚石，符合双λ。这些结果表明，高品质的色心可以被纳入纳米光子结构合成与那些在散装金刚石的性能相当，从而打开了经典和量子信息处理的应用机会。
2015-10-26 cond-mat.mtrl-sci physics.optics quant-ph
Mechanical properties of metal decorated graphyne, graphyne-BN-yne, and BN-yne sheets
本文研究了简单石墨炔（CC）、BN片类体系（BN-yne）以及石墨炔-BN片（CC-BN-yne）金属装饰体系二维结构的力学性能。利用能量-应变关系研究了材料的弹性模量和体积模量。我们介绍了基于密度泛函理论（DFT）的计算，在这方面使用的广义梯度近似（GGA）框架。结果表明，Pt修饰的CC和BN-炔的杨氏模量和体积模量非常有竞争力的值。然而，CC-BN-yne结构定义了纯结构的杨氏值的约80%和体积值的77%。还检查了Na修饰的那些，并且结果对于所有三种结构显示出相同的趋势。CC-BN-yne定义了杨氏模量或体积模量的最低值。
2016-05-26 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
