The role of metallic impurities in oxide semiconductors: first-principles calculations and PAC experiments
我们报告从头比较研究的电场梯度张量（EFG）和结构弛豫引入受体（Cd）和供体（Ta）杂质时，他们取代阳离子在一系列的二元氧化物：TiO 2，SnO 2，和In 2 O 3。计算是用全势线性增广平面波方法进行的，该方法使我们能够以完全自洽的方式处理电子结构和原子弛豫。我们考虑了每个杂质的不同电荷状态，并研究了这些电荷状态对电子性质和结构弛豫的依赖性。我们的结果与来自PAC实验和以前的计算的可用数据进行了比较，使我们能够获得关于金属杂质在氧化物半导体中所起作用的新见解。从我们的结果可以清楚地看出，简单的模型不能描述所测量的EFG在氧化物中的杂质，甚至近似。
2008-04-23 cond-mat.mtrl-sci
Enhanced carrier scattering rates in dilute magnetic semiconductors with correlated impurities
在III-V族稀磁半导体（DMS）如Ga $_{1-x}$ Mn $_x$ As中，杂质位置往往是相关的，这会极大地影响这些材料的电子输运性质。在记忆函数形式主义，我们推导出了一个通用的表达式为当前的弛豫内核自旋和电荷无序介质，并计算了自旋和电荷散射率在弱无序的限制。使用一个简单的模型，磁性杂质集群，我们发现一个显着增强的电荷散射。增强是敏感的集群参数，可以通过生长后退火控制。
2006-07-07 cond-mat.mtrl-sci
Ferromagnetic spin coupling of 2p-impurities in band insulators stabilized by intersite Coulomb interaction: Nitrogen-doped MgO
对于绝缘MgO中的氮二聚体，自旋极化的$2p$ -空穴之间的铁磁耦合被揭示的计算的基础上的密度泛函理论修正的现场库仑相互作用和证实的哈伯德模型。它示出的铁磁耦合是促进由T形轨道排列的$2p$ -孔，这是在其反过来控制的intersite库仑相互作用由于$p$ -轨道的方向性。因此，我们推测，这种相互作用是一个重要的成分的铁磁性带绝缘体与$2p$掺杂剂。
2011-08-05 cond-mat.mtrl-sci
A possible model to high TC ferromagnetism in Gallium Manganese Nitrides based on resonation properties of impurities in semiconductors
在（Ga，Mn）N中观察到高TC铁磁性，除TC值外，几乎所有的结果都与（Ga，Mn）As的实验结果近似。尽管所有关于磁性的标准实验都清楚地支持这个结果，但这个值还是出乎意料地高。在简要回顾了实验结果后，本文提出并讨论了高TC铁磁性的可能性。三维玻色化方法的关键问题与安德森局域化中的问题相似。
2006-07-27 cond-mat.mtrl-sci
Spin relaxation in diluted magnetic semiconductors. GaMnAs as example
报道了在居里温度以上稀磁半导体中磁性杂质自旋弛豫的研究。研究了具有高浓度磁性杂质的系统，其中发生磁关联。发展的理论假设自旋弛豫的主要通道是移动载流子提供磁性杂质之间的间接相互作用。我们的理论模型支持的实验测量锰自旋弛豫时间的GaMnAs通过自旋翻转拉曼散射。结果表明，随着温度的升高，铁磁样品的自旋弛豫速率增大，并趋于顺磁样品的自旋弛豫速率。
2021-04-01 cond-mat.mtrl-sci
Machine-learned impurity level prediction for semiconductors: the example of Cd-based chalcogenides
预测半导体中杂质掺入的可能性及其电子能级的能力对于控制其电导率以及半导体在太阳能电池、光电二极管和光电子学中的性能至关重要。实验和计算确定杂质水平的难度和费用使得数据驱动的机器学习方法变得合适。在这项工作中，我们表明，一个密度泛函理论产生的数据集的杂质在镉基硫族化物CdTe，CdSe和CdS可以导致准确和概括的预测模型的缺陷属性。通过将任何半导体+杂质系统转换成一组数值描述符，建立了杂质形成焓和电荷跃迁能级的回归模型。这些回归模型随后可以相当准确地预测混合阴离子CdX化合物（其中X是Te、Se和S的组合）中的杂质性质，证明虽然仅在终点上训练，但它们适用于中间组合物。我们对5种硫属化合物中数百种可能的杂质的费米能级依赖的形成能进行了机器学习预测，并提出了一系列杂质，这些杂质可以改变半导体中的平衡费米能级，这是由主要的本征缺陷决定的。这些由机器学习预测的主要杂质与DFT预测相比很好，揭示了机器学习模型在快速筛选可能影响半导体光电行为的杂质方面的力量。
2019-06-05 cond-mat.mtrl-sci
Scattering times and mobility with localized impurities in topological insulator films
三维拓扑绝缘体的零能隙表面态具有自旋锁定于动量的高移动狄拉克费米子。归因于不存在背散射的高迁移率在表面上存在杂质的情况下降低。特别是，我们讨论和比较散射时间的局部杂质的表面上，位于不同的表面上的相反的螺旋度耦合通过一个杂交潜力，和磁性杂质的作用之间的散射状态。磁性杂质引起额外的自旋抑制因子。翘曲带的作用和拓扑因素，可以提高整体表面流动性的影响进行检查。
2015-05-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Ferromagnetism from localized deep impurities in magnetic semiconductors
我们提出磁性半导体中的局域缺陷可以作为深杂质，并且可以用Anderson模型来描述。在这个模型中，d-轨道和p-轨道的杂化产生非RKKY间接交换机制，当局域d-电子通过导带和价带交换时。对于具有间接带隙的半导体，交换积分的非RKKY部分是反铁磁的，这抑制了铁磁性。在直接带隙的情况下，这种交换机制在一定条件下可以导致铁磁性的增强。间接交换积分比RKKY强得多，并且可以有足够长的范围。因此，出现了一类潜在的新型高温磁性半导体，其中掺杂载流子不需要介导铁磁性。这种磁性半导体的居里温度主要由局域杂质之间的相互作用决定，而不是齐纳机制。这种效应也可能导致某些具有直接带隙的磁性半导体（如GaMnAs）的居里温度异常高。
2003-11-05 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Engineered Near-Perfect Back-Scattering on Surface of Topological Insulator with Non-Magnetic Impurities
我们展示了如何在三维拓扑绝缘体的表面态中仅使用非磁性杂质来设计增强的斜散射和间隙状开口。非磁性杂质的增强斜散射作为散射势的有限尺寸效应而获得。与所产生的偏斜散射密切相关的是，在杂质周围局部出现了类似间隙的电子态密度，并被尖锐的共振所包围，在设计的杂质结构中出现了扩展的能隙。
2014-12-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Comments on All-electron self-consistent GW in the Matsubara-time domain: Implementation and benchmarks of semiconductors and insulators
Chu等人最近报告了局域密度近似（LDA）和四（4）种不同格林函数的广泛结果，以及几种半导体和绝缘体电子性质的修饰库仑（GW）近似计算[Phys. Rev. B 93，125210（2016）]。
2016-10-14 cond-mat.mtrl-sci
Atomic-scale detection of magnetic impurity interactions in bulk semiconductors
我们演示的基础上的从头计算模拟如何钝化的半导体表面可以利用研究bulklike的相互作用特性和波函数的磁性杂质在原子尺度上与传统的和自旋极化扫描隧道显微镜。通过应用我们的方法的$3d$过渡金属杂质接近H/Si $(111)$表面的情况下，我们显示示例性的，它们的波函数在Si中的扩展比在GaAs中的Mn少，从而阻碍在Si中的铁磁性。最后，我们讨论了这种方法对其他稀磁半导体的可能应用。
2018-05-15 cond-mat.mtrl-sci
Scattering of electrons by ionized impurities in semiconductors: quantum-mechanical approach to third body exclusion
本文提出了一个描述电子被电离杂质散射的有效模型，用于半导体中电子输运和散射过程的数值模拟。以GaAs（77 K和300 K）和Si（300 K）为例，计算了低场电子迁移率对半导体中施主杂质浓度的依赖关系。在将计算结果与已知的实验数据进行比较后，已确定理论与实验之间的最佳协议与应用所提出的模型实现。
2014-02-23 cond-mat.mtrl-sci physics.gen-ph
Photoelectric phenomena in structures based on high-resistivity semiconductor crystals with a thin insulator layer at the semiconductor-metal boundary
一个以前未知的效果-巨大的空间重新分布的电场强度在晶体结构的照明下-被发现和研究在高电阻率（半绝缘）半导体碲化镉晶体（金属-薄绝缘体-半导体-薄绝缘体-金属结构）的实际光敏电阻。本文对高阻半导体晶体中的光电现象提出了一个新的概念.这个概念是基于这样的想法，即在这种条件下，在照明下的载流子寿命保持不变的场的重新分布在这些现象中起着决定性的作用。的效果的性质进行了描述，晶体和绝缘体层的参数的结构的特性的依赖性解释了这种效果的表现形式，和方法来生产规定的光电特性的新设备和科学方法的结构进行检查。
2007-04-20 cond-mat.mtrl-sci
Spin-polarized light emitting diode using metal/insulator/semiconductor structures
我们已经成功地生长了铁磁金属（Co，Fe和NiFe）/Al_2O_3/ AlGaAs异质结，具有均匀和平坦的界面。由金属/绝缘体/半导体（MIS）结构组成的发光二极管（LED）的电致发光（EL）在室温下取决于铁磁电极的磁化方向。这一事实表明，实现了从铁磁金属到半导体的自旋注入。自旋注入效率在室温下估计为1%的量级。
2002-02-22 cond-mat.mtrl-sci
Effect of co-doping of donor and acceptor impurities in the ferromagnetic semiconductor Zn1-xCrxTe studied by soft x-ray magnetic circular dichroism
我们对稀释铁磁半导体Zn $_{1-\textit{x}}$ Cr $_\textit{x}$ Te分别掺杂碘（I）或氮（N）（对应于电子或空穴掺杂）进行了X射线吸收光谱（XAS）和X射线磁性圆二色性（XMCD）研究。从XAS光谱中Cr $2p$吸收峰的形状可以得出结论，未掺杂、I掺杂和轻度N掺杂样品中的Cr离子是二价的（Cr $^{2+}$），而Cr $^{2+}$和三价的（Cr $^{3+}$）在重度N掺杂样品中共存。这一结果表明，掺杂的氮原子作为受体，但掺杂的空穴位于铬离子。在Cr $2p$吸收边处的XMCD信号的磁场依赖性中，在未掺杂、I掺杂和轻N掺杂的样品中观察到铁磁性行为，而在重N掺杂的样品中铁磁性被显著抑制，这与磁化强度测量的结果一致。
2011-03-25 cond-mat.mtrl-sci
Long-range ferromagnetic correlations between Anderson impurities in a semiconductor host
本文用量子蒙特卡罗方法研究了半导体基质中的双杂质安德森模型。我们发现，杂质自旋表现出铁磁相关的范围，可以大大增强比在半填充金属带。特别地，当费米能级位于价带顶部以上时，该范围最长，并且随着杂质束缚态被占据而减小。与光电子发射和光吸收实验的比较表明，该模型捕捉的基本电子结构的Ga_{1-x} Mn_xAs，原型稀磁半导体（DMS）。这些数值结果也可能是有用的合成DMS或稀氧化物铁磁体具有较高的居里温度。
2006-11-25 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Ferromagnetism in a Semiconductor with Mobile Carriers via Low-Level Nonmagnetic Doping
我们发现，掺杂的立方黄铁矿，这是一个抗磁性半导体，成为铁磁性时，$p$型掺杂。我们还发现，这种材料可以表现出高自旋极化隧穿和运输设备。这些结果是基于第一性原理电子结构和输运计算。这说明了使用$p$型掺杂没有磁性杂质作为获得铁磁半导体行为的策略，与自旋电子应用，需要磁有序和良好的流动性的影响。这是一种很难通过用磁性杂质掺杂半导体来实现的组合。我们表明，磷和砷可能是实现这种行为的有效掺杂剂。
2021-04-08 cond-mat.mtrl-sci
Photoemission Spectroscopy of Magnetic and Non-magnetic Impurities on the Surface of the Bi$_2$Se$_3$ Topological Insulator
拓扑绝缘体表面上的类狄拉克表面态具有手性自旋结构，该结构抑制背散射并在非磁性散射体的存在下保护这些态的相干性。相反，磁性散射体应该通过自旋翻转过程打开后向散射通道并降低状态的相干性。我们提出了角分辨光电子能谱的电子结构和散射率的研究后，吸附的各种磁性和非磁性杂质的表面上的Bi $_2$硒$_3$，一个模型拓扑绝缘体。我们揭示了一个显着的不敏感性的拓扑表面状态的非磁性和磁性杂质在低杂质浓度制度。在高掺杂区，散射通道随着六边形翘曲的出现而打开，与杂质的磁矩无关。
2012-03-12 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Field-induced water electrolysis switches an oxide semiconductor from an insulator to a metal
在这里，我们证明了水渗透的纳米多孔玻璃电开关的氧化物半导体从绝缘体到金属。我们制作的场效应晶体管结构的氧化物半导体，SrTiO 3，使用100%的水渗透的纳米多孔玻璃-非晶12 CaO * 7Al 2 O3-作为栅极绝缘体。对于正栅压，室温下SrTiO 3表面会相继发生电子积累、水电解和电化学还原，从而形成电子浓度极高（10^15-10^16 cm^-2）的薄金属层（约3 nm），表现出奇异的热电行为。
2010-11-16 cond-mat.mtrl-sci
Lieb-Mattis ferrimagnetism in diluted magnetic semiconductors
我们展示了长程亚铁磁有序的可能性，饱和磁化强度为1玻尔磁子每自旋的顺序为任意低浓度的磁性杂质在半导体中，只要杂质形成一个超结构满足条件的Lieb-Mattis定理。这种超结构的纤锌矿晶格的明确的例子，亚铁磁转变的温度估计从高温膨胀。精确的对角化研究表明，该结构的小片段在低温下表现出增强的磁响应和各向同性超顺磁性。考虑了强磁场中的量子跃迁，并讨论了立方半导体中类似的超结构。
2016-02-06 cond-mat.mtrl-sci
Inter-impurity and impurity-host magnetic correlations in semiconductors with low-density transition-metal impurities
在低掺杂绝缘相的（Ga，Mn）As的实验表明，在价带以上110 meV的杂质带的存在的证据。本文的目的是研究杂质带在决定稀磁半导体低掺杂区磁关联中的作用。为此，我们提出的Haldane-Anderson模型的过渡金属杂质在半导体主机，这是通过使用Hirsch-Fye量子蒙特卡罗（QMC）算法得到的结果。特别是，我们目前的结果杂质杂质和杂质主机磁关联在二维和三维半导体二次带色散。此外，我们利用紧束缚近似和实验确定的参数，得到了GaAs中Mn杂质的宿主能带结构和杂质-宿主杂化。当化学势位于价带顶和杂质束缚态之间时，杂质表现出最长射程的铁磁关联。我们表明，这些FM相关产生的反铁磁耦合的主机电子自旋杂质磁矩。最后，我们得到了100 meV的IBS能量，这是一致的实验值为110 meV，通过结合QMC技术与紧束缚的方法在GaAs中的Mn杂质。
2008-06-01 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Transition metal impurities in Silicon: Computational search for a semiconductor qubit
半导体为量子比特的物理实现提供了一个有前途的平台，但它们的广泛采用目前受到有限的可扩展性和/或非常低的工作温度的阻碍。从金刚石中的氮空位中心学习，我们的目标是在晶体硅中找到等效的光学活性点缺陷中心，这可能有利于它们的可扩展性和与经典器件的集成。硅中的过渡金属（TM）杂质是常见的顺磁深缺陷，但考虑广义Koopmans条件的整个3个$d$系列的综合理论研究却缺失。我们应用HSE 06（+U）方法来研究它们作为光学活性自旋量子比特的潜力，并确定了七种在硅带隙内具有光学允许的三重态-三重态跃迁的TM杂质。这些结果为硅基量子比特提供了第一步，具有更高的工作温度，用于量子传感。此外，这些点缺陷可能导致硅基量子比特和中红外自由空间通信设备中的自旋光子界面。
2022-08-19 cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Subsurface impurities and vacancies in a three-dimensional topological insulator
利用强拓扑绝缘体（TI）的三维微观晶格模型，我们研究了表面和亚表面位置的潜在杂质和空位。对于所有的杂质位置，我们发现杂质诱导的共振态的能量成正比的杂质强度的倒数，虽然所需的低能量共振态的杂质强度增加与杂质的深度。对于深入材料15层的强杂质和空位，共振峰将出现在表面能谱中的狄拉克点处及其周围，将原始狄拉克点分裂成位于偏离中心的两个节点。此外，我们还研究了深埋在体内部的空位簇，发现了单空位和多空位的零能共振态。只有完全对称的多位空位团才显示出从体隙中排出的共振态。
2012-09-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Performance engineering of semiconductor spin qubit systems
研究了一个量子计算系统的性能，量子比特由填充两个电子的耦合量子点中的磁性杂质表示。磁性杂质是由电子操纵的。主要噪声源是磁性杂质和主体纺丝浴之间的电子介导的间接耦合。作为电子介导耦合的结果，噪声特性和基本门操作所需的时间两者取决于可控系统参数，诸如量子点的尺寸和几何形状以及外部电场和磁场。我们发现磁性杂质的每相干时间的最大量子操作数随着电子自旋单重态三重态能隙的减小而增加。磁性杂质在弱耦合和大磁场下优于电子的优点将被说明。
2010-07-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Strong potential impurities on the surface of a topological insulator
拓扑绝缘体（TI）被认为是稳定的非磁性杂质散射，由于在狄拉克表面状态的抑制后向散射。我们解决了一个晶格模型的三维TI在强潜在的杂质的存在下，发现狄拉克点和低能量状态显着修改：低能量杂质共振形成，产生一个峰值的状态密度附近的狄拉克点，这是破坏和分裂成两个节点，移动偏离中心。杂质诱导的状态渗透到大部分的TI高达10层。这些研究结果表明，体状态的TI的稳定性，以及它们如何可以破坏表面的拓扑保护的重要性。
2012-03-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
The influence of impurities on the charge carrier mobility of small molecule organic semiconductors
基于小分子和聚合物的无定形有机半导体用于许多应用，最突出的是有机发光二极管（OLED）和有机太阳能电池。杂质和电荷陷阱普遍存在于大多数目前可用的有机半导体中，并限制电荷传输，从而限制器件效率。这些陷阱的微观原因以及化学性质目前还不清楚。使用多尺度模型，我们描述了杂质对小分子非晶有机半导体的态密度和电荷输运的影响。我们利用该模型定量描述了水分子和水氧复合物对电子和空穴迁移率的影响。这些物种被视为影响的状态密度的形状，并作为明确的电荷陷阱内的能隙。我们的结果表明，在广泛使用的材料中，由分子氧引入的陷阱态可以足够深以限制电子迁移率。
2020-11-08 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft physics.chem-ph
Defect correlations, metal-insulator transition, and magnetic order in ferromagnetic semiconductors
稀释的铁磁III-V族半导体通常表现出高度的补偿。补偿与任一符号的带电缺陷的可比密度的存在有关。这自然导致在生长和退火期间缺陷位置之间的强相关性的发展。我们表明，这些相关性需要了解实验观察到的运输和磁性，以及持久性的能隙掺杂磁性离子。
2002-09-03 cond-mat.mtrl-sci
Fully parameter-free calculation of optical spectra for insulators, semiconductors and metals from a simple polarization functional
本文提出了一种完全无参数的密度泛函方法，用于精确描述绝缘体、半导体和金属的光吸收谱。我们表明，这可以实现在时间依赖的电流密度泛函理论使用一个简单的动态极化功能。我们从支配光谱的物理原理推导出这个泛函。我们的方法是真正的预测，因为没有使用一个单一的参数。特别是，我们不使用一个\textit{ad-hoc}材料相关的加宽参数，比较理论与实验通常所做的。我们的方法在数值上是有效的，成本等于随机相位近似内的计算。
2015-06-10 cond-mat.mtrl-sci
Impurity scattering on the surface of topological insulator thin films
研究了局部非磁性和磁性杂质嵌入拓扑绝缘体薄膜表面态的电子结构。利用实空间格林函数的$T$ -矩阵展开，我们导出了局域电子态密度和相应的自旋分辨密度。我们表明，杂质的影响可以通过在表面层之间施加电场来调节。这些新出现的磁性态在磁性拓扑绝缘体的铁磁机制及其输运性质中具有重要的作用。在磁性杂质的情况下，我们已经分类的可能情况下，不同的自旋方向的杂质，以及自旋方向的电子态的自旋分辨密度计算和相关的自旋磁化率的系统。
2017-02-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Room-temperature spin injection and spin-to-charge conversion in a ferromagnetic semiconductor / topological insulator heterostructure
在室温下使用铁磁半导体的自旋注入是实现自旋功能半导体器件的构建块。然而，由于在众所周知的IV族和III-V族半导体中缺乏可靠的室温铁磁性，这是非常具有挑战性的。在这里，我们演示了室温自旋注入（Ga，Fe）Sb / BiSb异质结，其中（Ga，Fe）Sb是一个铁磁半导体（FMS）与高居里温度（TC）和BiSb是一个拓扑绝缘体（TI）的自旋泵。尽管在室温下（Ga，Fe）Sb的磁化强度非常小（45 emu/cc），但我们能够通过在具有2.5的大的反自旋霍尔角的BiSb的拓扑表面态中利用反自旋霍尔效应（ISHE）来检测来自（Ga，Fe）Sb的自旋注入。我们的研究提供了第一个演示的自旋注入以及自旋电荷转换在室温下在FMS/TI异质结构。
2021-06-10 cond-mat.mtrl-sci
Electronic States and Magnetism of Mn Impurities and Dimers in Narrow-Gap and Wide-Gap III-V Semiconductors
本文系统地研究了窄禁带和宽禁带$III$ - $V$半导体中单个$Mn$杂质和二聚体的电子态和磁性。已经发现，在单个$Mn$杂质的基态下，当$p$-$d$杂化$V_{pd}$大并且空穴能级$E_{v}$和杂质能级$E_{d}$都接近中间带隙时，$Mn$-$As(N)$复合物是反铁磁（AFM）耦合;或者当$V_{pd}$小并且$E_{v}$和$E_d$都在价带深处时，是非常弱的铁磁（FM）耦合。在$Mn$二聚体的情况下，$Mn$自旋是AFM耦合的半填充或充满$p$轨道;相反，Mn自旋是双交换的FM耦合的任何$p$ -轨道远离半填充。我们认为，稀释的$III$ - $V$半导体中的FM有序是由强的{ \it p-d}杂化双交换机制引起的.
2004-11-24 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Highly efficient room temperature spin injection in a metal-insulator-semiconductor light emitting diode
我们证明了CoFe/AlOx隧道自旋注入器在低温和室温下在AlGaAs/GaAs半导体异质结构中的高效自旋注入。我们使用两步氧化物沉积的无针孔的AlOx隧道势垒的制造。在倾斜Hanle效应几何结构中的电致发光的圆偏振的测量揭示注入的自旋极化在80 K下至少为24%，在室温下至少为12%。
2003-06-25 cond-mat.mtrl-sci
On the Locality of Physics in Metals, Semiconductors, and Insulators
我们提出了一个分析研究的空间衰减率$γ$的单粒子密度矩阵$ρ(\vec r,\vec r')\sim\exp(-γ|\vec r-\vec r'|)$的单粒子轨道描述的系统在任意尺寸的周期势。这种衰变反映了凝聚态系统中的电子局域性，也是O（N）密度泛函方法的关键。我们发现$γ$的行为与传统的观点相反，传统的观点认为绝缘体中的$γ\propto\sqrtΔ$和金属中的$γ\propto\sqrt{T}$，其中$Δ$是直接带隙，$T$是温度。相反，在半导体$γ\proptoΔ$和低温金属$γ\propto T$中。
1999-02-22 cond-mat.mtrl-sci
Quasi-Two Dimensional Diluted Magnetic Semiconductors with Arbitrary Carrier Degeneracy
在广义平均场论的框架下，定义了二维稀磁半导体铁磁态产生的条件和铁磁态的特征。假定磁性杂质的RKKY相互作用。考虑了它们的空间无序排列和载流子简并度的温度变化。
2006-08-29 cond-mat.mtrl-sci
Dilute magnetic semiconductor and half metal behaviors in 3d transition-metal doped black and blue phosphorenes: a first-principles study
我们提出了第一性原理密度泛函计算的结构，电子和磁性的替代三维过渡金属（TM）杂质在二维黑色和蓝色的磷烯。我们发现，这种替代杂质的磁性可以理解的一个简单的模型的基础上的洪德规则。掺杂Ti、V、Cr、Mn、Fe、Ni等杂质的黑色磷光体表现出稀磁半导体（DMS）性质，而掺杂Sc、Co等杂质的黑色磷光体则表现出强磁半导体性质。另一方面，掺杂V、Cr、Mn和Fe的TM掺杂的蓝色磷光体显示出DMS性质，掺杂Ti和Ni的显示出半金属性质，而掺杂Sc和Co的系统显示出半金属性质。根据TM和磷原子杂化电子态的占据情况，我们确定了两种不同的区域：（i）对于Sc和Co掺杂的黑色和蓝色磷光体，成键态完全空或被填充，导致非磁性;（ii）对于Ti-、V-、Cr-、Mn-、Fe-和Ni-掺杂的黑色和蓝色磷光体，非键d态被部分占据，从而产生大的和局部的自旋力矩。这些结果为稀磁半导体和半金属在自旋电子器件中的潜在应用提供了一条新的途径。
2015-09-26 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Magnetic properties of 3d-impurities substituted in GaAs
本文用第一性原理电子结构计算方法计算了GaAs中3d杂质（Cr-Ni）的磁性。我们提出了一个新的模型来解释III-V族稀磁半导体的铁磁长程有序。的铁磁性的起源示出是由于离域的自旋补偿作为悬挂键电子。除了定量预测的磁矩，我们的模型提供了一个理解的半金属，和临界温度的杂质浓度的提高。
2001-10-19 cond-mat.mtrl-sci
Floquet Topological Insulator in Semiconductor Quantum Wells
在碲化汞-碲化镉量子阱中提出并观察到了从传统绝缘体到具有拓扑性质的物态之间的拓扑相变。我们表明，拓扑状态可以诱导在这样的设备中，最初在平凡的阶段，通过微波频率的照射，没有关闭的间隙和交叉的相变。我们表明，准能谱表现出一对螺旋边缘状态。边缘态的速度可以通过调节微波辐射的强度来调节。我们讨论了必要的实验参数为我们的建议。这个建议为本文提出的一种新的非平衡拓扑态--Floquet拓扑绝缘体提供了一个例子和原理证明。
2010-09-07 cond-mat.mtrl-sci
Assessing the SCAN functional for deep defects and small polarons in wide-bandgap semiconductors and insulators
该研究通过与实验及杂化泛函结果对比，评估 SCAN 泛函在多种宽禁带半导体和绝缘体深层缺陷、小极化子计算中的可靠性。
2024-05-22 cond-mat.mtrl-sci
Crystal Field Effect Induced Topological Crystalline Insulators In Monolayer IV-VI Semiconductors
最近预测了二维（2D）拓扑晶体绝缘体（TCI）的薄膜的SnTe类的IV-VI族半导体，它可以主机金属边缘状态的镜像对称保护。随着厚度的减小，量子限制效应将增加并超过临界厚度以下的反向间隙，将TCIs变成正常的绝缘体。令人惊讶的是，基于第一性原理计算，我们证明了（001）单层IV-VI族岩盐半导体XY（X=Ge，Sn，Pb，Y= S，Se，Te）是二维TCI，在单层PbTe中基本带隙高达260 meV，为实现带隙可调的二维Dirac费米子系统提供了材料平台。这种意外的非平凡拓扑相源于单层中的强{ \it晶场效应}，其提升了$p_{x,y}$和$p_z$轨道之间的简并性，并导致阳离子$p_z$和阴离子$p_{x,y}$轨道之间的能带反转。这种晶场效应诱导的拓扑相为寻找和设计其他原子级薄的二维拓扑材料提供了一种新的策略。
2015-04-27 cond-mat.mtrl-sci
Induced spin texture in semiconductor/topological insulator heterostructures
我们发现，半导体薄膜可以获得一个非平凡的自旋织构由于邻近效应诱导的拓扑绝缘体。该效应源于与拓扑表面态的耦合，即使绝缘体被掺杂也存在。我们提出了一种半导体/拓扑绝缘体异质结构作为一种设备，允许测量界面特性和探测未补偿样品的表面状态。我们还发现，拓扑绝缘体表面模式可以显着拓宽和移动的存在下，金属接触。
2011-08-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Temperature Induced Spin Density Wave in Magnetic Doped Topological Insulators
研究了掺杂等电子磁性杂质的拓扑绝缘体的磁性。结果表明，在零温度下，杂质是铁磁有序的，但当温度升高时，拓扑绝缘体在系统达到顺磁相之前经历了一级相变到自旋密度波相.这一阶段的起源是拓扑绝缘体自旋磁化率对动量的非平凡依赖。我们分析了发生在拓扑绝缘体表面的非均匀磁相位与狄拉克电子系统的耦合。
2012-07-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Ordering of magnetic impurities and tunable electronic properties of topological insulators
研究了随机分布在拓扑绝缘体表面的磁性吸附原子的集体行为。由于表面上的自旋-动量锁定，两个吸附原子自旋的RKKY型相互作用依赖于连接它们的矢量的方向，因此吸附原子系综的相互作用受到抑制。我们发现，在低温下的挫折RKKY相互作用产生两个阶段：一个有序的铁磁相与自旋指向垂直于表面，和一个无序的自旋玻璃状相。这两个相分离的量子相变驱动的磁交换各向异性。铁磁有序通过有限温度相变发生。有序相自发地打破时间反演对称性，将表面态驱动成带隙态，这表现出反常的量子霍尔效应，并提供了宇称反常的实现。我们发现，磁有序的潜在的散射抑制。我们的工作表明，磁性杂质的控制沉积提供了一种方法来修改拓扑绝缘体的电子性质。
2010-10-04 cond-mat.dis-nn cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Impurity-Semiconductor Band Hybridization Effects on the Critical Temperature of Diluted Magnetic Semiconductors
本文用蒙特卡罗模拟和相干势近似（CPA）方法研究了稀磁半导体的临界温度。在我们的模型中，磁性离子通过反铁磁交换作用$J$和静电作用$W$与载流子耦合.有效杂质势$J-W$控制磁性杂质和掺杂剂上的空穴电荷之间的杂化。我们发现，临界温度实质上取决于磁杂质上的空穴电荷。CPA的临界温度总是低于在蒙特卡罗模拟中获得的，尽管模拟结果中的所有趋势都在CPA计算中再现。最后，我们预测口袋的存在相分离的不稳定性接近载流子的带边。
2002-03-20 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci
Prediction of weak topological insulators in layered semiconductors
我们报道了在蜂窝晶格中通过从头计算发现的弱拓扑绝缘体。我们提出了一个结构，奇数层的原始单位细胞作为一个先决条件，形成弱拓扑绝缘体。在这里，单层KHgSb是最合适的候选者，其大的体积能隙为0.24 eV。它的侧面承载金属表面态，形成两个各向异性的狄拉克锥。虽然均匀分层结构的堆叠导致平凡的绝缘体，但如果晶体中存在额外的单层作为堆垛层错，则该结构可以容纳具有大的体隙的量子自旋霍尔层。所报道的蜂窝状化合物可以作为原型，以帮助发现新的弱拓扑绝缘体在层状小间隙半导体。
2012-06-20 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Effect of electron-electron interaction near the metal-insulator transition in doped semiconductors studied within the local density approximation
本文对杂质半导体模型中的安德森局域化进行了数值分析。该模型采用局域密度近似下的密度泛函理论，考虑了施主杂质的随机空间分布引起的无序，并考虑了载流子之间的电子-电子相互作用.初步结果表明，该模型表现出金属-绝缘体转变。
2012-04-06 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci
Double Fe-impurity charge state in the topological insulator Bi$_2$Se$_3$
用扫描隧道显微镜研究了Fe的单个杂质对拓扑绝缘体Bi $_2$ Se $_3$电子性质的影响。显微镜针尖用于远程充电/放电Fe杂质。充电过程中示出依赖于杂质的位置，在附近的其他Fe杂质的存在下，以及晶体的整体掺杂水平的晶体学单元格。我们提出了一个定性的解释所观察到的现象在尖端引起的局部带弯曲。我们的观察表明，在考虑拓扑绝缘体中电子对无序的散射时，必须考虑特定的杂质邻域和费米能级相对于狄拉克点和体能带的位置.
2017-12-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Highly tunable magnetic coupling in ultrathin topological insulator films due to impurity resonances
我们从理论上研究了磁性杂质之间的交换相互作用，考虑到低能量的杂质产生的拓扑绝缘体薄膜。我们发现局域感生杂质共振强烈影响磁矩之间的交换相互作用。特别是，我们发现一个非共线的对齐是更有利的比共线的铁磁对齐时，杂质状态被忽略，只考虑原始的拓扑绝缘体能带结构。此外，我们表明，通过施加一个电场垂直于薄膜，交换相互作用可以大大增强。这为通过电场实现高度可调的磁性开辟了可能性。
2020-03-11 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Metal-insulator transition in three-dimensional semiconductors
我们使用随机间隙模型来描述三维半导体中由于掺杂引起的金属-绝缘体转变，并找到了一个传统的相变，其中有效散射率是序参量。自发对称性破缺导致金属行为，而绝缘状态的特征在于不存在自发对称性破缺。对于临界指数等于1的平均电导率，过渡是连续的。远离临界点的指数大约为0.6，这可以解释通过远离临界点而从1到0.5的指数交叉的实验观察。
2013-03-10 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci
$Ψ=0$ at a sharp semiconductor/insulator interface. Is this correct?
利用考虑界面真实结构的包络波函数的广义边界条件，研究了嵌入绝缘体基质中的半导体量子点的空穴谱。在价带顶部的界面能级对空穴谱有重要影响。结果发现，通常应用的边界条件，其中的包络波函数的所有组件消失在界面处，可以使用只有在没有接近带边的界面水平。
1999-09-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Correlated defects, metal-insulator transition, and magnetic order in ferromagnetic semiconductors
从理论上研究了无序对铁磁III-V族半导体，特别是（Ga，Mn）As中输运和磁化强度的影响。我们表明，库仑引起的缺陷位置的相关性是至关重要的这些高度补偿材料的运输和磁性。我们采用蒙特卡罗模拟来获得相关的缺陷分布。精确对角化给出了合理的结果的价带空穴的光谱和金属-绝缘体的过渡，只有相关的障碍。最后，我们表明，平均场磁化强度也依赖于关键的缺陷相关性。
2002-09-06 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci
Field-Induced Insulator to Semimetal Transition and Field Electron Emission of Nanorods of Semiconductors of Wide Energy Band Gaps
从理论上可以发现宽能带隙半导体纳米棒的场致发射效应。如果纳米棒具有包含大量局域态的薄表面层，则纳米棒的一部分可以在平行于其轴的方向的足够高的场下表现出绝缘体到半金属的转变，使得场发射发生在金属样尖端的顶点处。以碳化硅纳米棒为例，研究了其场发射特性，结果与实验结果定性一致。
2005-11-17 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Metal-insulator transition in films of doped semiconductor nanocrystals
为了充分发挥半导体薄膜作为低成本电子材料的潜力，需要更好地了解使其导电性金属化所需的掺杂剂的量。在体半导体中，金属-绝缘体转变时的电子临界浓度由莫特判据描述。在这里，我们从理论上推导出的临界浓度$n_c$的重掺杂的纳米晶体的膜缺乏配体在其表面和彼此直接接触。在相应的实验中，我们研究了掺磷无配体硅纳米晶体薄膜的导电机制。在我们的样品中实现的最大的电子浓度，这是预测的$n_c$的一半，我们发现，跳跃电子的本地化长度是接近纳米晶体直径的三倍，表明该膜接近金属-绝缘体转变。
2016-06-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Interfacial thermal conductance across metal-insulator/semiconductor interfaces due to surface states
我们指出，有效的通道的界面热导，Kapitza电阻的倒数，金属-绝缘体/半导体界面是由电子-声子相互作用介导的表面状态允许在一个薄的区域附近的界面。我们的详细计算表明，Pb/Pt/Al/Au-金刚石界面的界面热导率在这些金属中仅略有不同，并且很好地再现了Stoner等人[Phys. Rev. Lett. 68，1563（1992）]和最近由Hohensee等人[Nature Commun. 6，6578（2015）]。
2016-02-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Effect of bulk charged impurities on the bulk and surface transport in three-dimensional topological insulators
在三维拓扑绝缘体（TI）中，杂质半导体的物理学与超相对论狄拉克费米子的物理学实际上并排存在。这种不寻常的配对为研究无序和电子传输之间的相互作用创造了一个新的场所。在这个迷你审查中，我们专注于三维分布的带电杂质，是无处不在的TI所造成的混乱，我们概述了它对TI的体和表面运输的影响。我们提出了自洽的库仑屏蔽理论在体和在表面上，讨论在每种情况下的无序势的大小，并提出结果的导电性。在散装，带隙导致热激活运输，我们展示了如何无序导致小于预期的活化能，让位于VRH在低温下。我们证实了这种增强的导电性与数值模拟，也使我们能够探索不同程度的杂质补偿。对于TI具有无隙狄拉克模式的表面，我们提出了一种无序和屏蔽深层杂质的理论，并计算了相应的零温电导率。我们还评论增长的障碍潜力，因为一个移动到散装从表面的TI。最后，我们讨论了如何在狄拉克点的间隙的存在下，介绍了一些源的时间反演对称性破缺，影响在表面和间隙的中间态密度的无序势。
2013-06-16 cond-mat.dis-nn cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
