Thermodynamic investigations on the growth of CuAlO$_2$ delafossite crystals
同时进行差热分析（DTA）和热重（TG）测量与氧化铜/氧化铝混合物在不同的氧分压和坩埚由不同材料制成的气氛中进行。只有蓝宝石和铂坩埚被证明在用于CuAlO $_2$铜铁矿单晶生长的条件下是稳定的。重新测定了Al $_2$ O $_3$ -CuO-Cu三元相图及其等值线截面Cu $_2$ O-Al $_2$ O $_3$。从加入1- 2mol%氧化铝的氧化铜熔体中可以获得毫米尺寸的晶体，该晶体在保持在含有15- 21%氧的氧化气氛中的铂坩埚中是稳定的。
2017-09-20 cond-mat.mtrl-sci
Thermodynamics of carbon point defects in hexagonal boron nitride
本文采用第一性原理计算方法研究了六方氮化硼中碳缺陷的热力学性质。考虑的缺陷是碳单体，二聚体，三聚体，和较大的碳簇，以及碳与空位，反位，和取代氧的复合物。我们的计算表明，单体（$\text{C}_{\text{B}}$，$\text{C}_{\text{B}}$），二聚体，三聚体，和$\text{C}_{\text{N}}\text{O}_{\text{N}}$对是最普遍的物种在大多数生长条件下。与这些缺陷相比，较大的碳簇以及碳与空位和反位的复合物的浓度要小得多。我们的研究结果进行了讨论，鉴于在hBN的单光子发射的碳缺陷的相关性。
2021-12-30 cond-mat.mtrl-sci
Ab-initio thermodynamics of deposition growth: surface terminations of CVD titanium carbide and nitride
我们提出了一种计算方法来预测终端的生长或沉积表面的沉积条件的函数。这种表征对于理解催化和生长现象是有价值的。该方法结合从头计算密度泛函理论（DFT）计算和实验数据与速率方程描述的分压在反应室。速率方程的使用，使一个复杂的气体环境中的几个方面的完整的描述，（实验上可访问的）参数。的预测是基于与形成不同的终端表面的反应的自由能之间的比较。该方法具有内在的非平衡特性。在极限的动态平衡（具有相等的化学势在表面和气相），我们发现，该方法的预测符合标准从头算为基础的平衡热力学。我们举例说明了TiC（111）和TiN（111）的化学气相沉积（CVD）方法，并发现出现的终止可以由环境和生长速率控制。
2010-06-28 cond-mat.mtrl-sci
Ab-initio calculations of carbon and boron nitride allotropes and their structural phase transitions using periodic coupled cluster theory
我们提出了一个从头计算研究氮化硼以及碳同素异形体。它们的相对热力学稳定性和结构相变从低到高密度相的研究。压力-温度相图的计算和实验结果进行比较。计算采用量子化学波函数以及密度泛函理论。我们的研究结果表明，预测的能量差异往往取决于所采用的方法的选择显着。计算结果和实验结果之间的比较允许基准的准确性，不同层次的理论。所产生的结果表明，量子化学波函数为基础的理论允许实现系统的改进估计。我们发现，在耦合集团理论的水平上，氮化硼的低密度相和高密度相在0 K时都发生了热简并。这与最近的实验结果一致，表明立方氮化硼在环境条件下不是化学稳定的同素异形体。此外，我们采用计算结果来评估过渡概率从石墨低密度到类金刚石高密度相在一个近似的方式。我们的结论是，母石墨材料的堆叠顺序是至关重要的可能形成的亚稳纤锌矿氮化硼和六方碳金刚石也被称为lonsdaleite。
2019-02-21 cond-mat.mtrl-sci
Robust Bain distortion in the premartensite phase of platinum substituted Ni2MnGa magnetic shape memory alloy
形状记忆和磁性记忆合金（MSMA）的预马氏体相被认为是具有保留奥氏体相对称性的马氏体相的前体状态。预马氏体相的热力学稳定性及其与马氏体相的关系仍然是一个未解决的问题，即使它是理解MSMA的功能特性的关键。在这里，我们提出明确的证据宏观对称性破缺导致强大的贝恩扭曲的premartensitic相的10%Pt取代Ni2MnGa。结果表明，强Bain畸变的预马氏体（T2）相是由另一个保持类马氏体对称性的预马氏体（T1）相通过同构相变形成的。T2相最终转变为马氏体相，在进一步冷却时具有额外的贝恩畸变。我们的研究结果表明，预马氏体相不应该被认为是一个先驱状态的立方奥氏体相的对称性保留。
2017-07-25 cond-mat.mtrl-sci
Synthesis pathways to thin films of stable layered nitrides
本研究揭示了以元素气相前驱体制备热力学稳定有序层状三元氮化物薄膜的合成路径，阐明亚稳态中间相的形成机制，该方法可拓展至多类氮化物体系，为新型功能氮化物材料合成提供新思路。
2024-09-11 cond-mat.mtrl-sci
Growth, characterization, and thermodynamics of III-nitride semiconductors
III族氮化物合金是宽带隙半导体，在诸如发光二极管和激光二极管的光电子器件中具有广泛的应用。铟氮化镓发光二极管在过去的十年中已经成功地生产出来。但是由于铟在合金中的引入，主要是由于相分离，限制了绿色发光器件的发展。这个困难可以通过研究这些合金的生长和热力学来解决。热力学相稳定性和压力-温度-成分相图的知识对于理解各种生长技术的边界条件是重要的。本文采用三元合金体系的规则溶液模型对氮化铟氮化镓的相分离进行了研究。吉布斯混合自由能的图表产生的温度范围内。双节线和旋节线分解曲线显示了合金在平衡状态下的稳定区和不稳定区。
2022-06-02 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Application-Driven Synthesis and Characterization of Hexagonal Boron Nitride on Metal and Carbon Nanotube Substrates
在二维材料中，h-BN是独一无二的，具有大的带隙（~6 eV）和高的热导率（>400 W/m/K），在电绝缘体中仅次于金刚石。迄今为止，大多数电子研究都依赖于从大块晶体剥离的h-BN;然而，对于可扩展的应用，该材料必须通过化学气相沉积（CVD）等方法合成。在这里，我们展示了单晶铂和碳纳米管（CNT）衬底上通过CVD合成的单层和少层h-BN，还比较了这些薄膜与沉积在更常用的多晶Pt和Cu生长衬底上的h-BN。在单晶Pt上生长的h-BN膜具有较低的表面粗糙度，并且比来自多晶Pt箔的膜在空间上更均匀，并且我们的电化学转移工艺允许这些昂贵的箔被重复使用而没有可测量的退化。此外，我们证明单层h-BN作为一种保护层，3.33 $\unicode{x212B}$屏障保护二硫化钼在高温下免受损害，并讨论了其他应用程序，利用保形h-BN沉积在各种基板上，在这项工作中展示。
2020-11-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Atomic defects and dopants in ternary Z-phase transition-metal nitrides CrMN with M=V, Nb, Ta investigated with density functional theory
采用密度泛函理论研究了三元Z-相变金属氮化物CrMN（M=V，Nb，Ta）中的原子缺陷和掺杂。各种缺陷形成能的原生点缺陷和替代原子的其他金属元素，丰富的钢，以及进行评估。研究了其对热力学环境的依赖性，即生长Z相沉淀物的化学条件，并比较了不同的生长情况。所获得的结果可能有助于相关的实验原子尺度的分析结果，通过原子探针断层扫描或透射电子显微镜，从二元过渡金属氮化物的Z相的形成过程的理论建模。
2017-10-06 cond-mat.mtrl-sci
Mechanics properties of Mono-layer Hexagonal Boron Nitride: Ab initio study
介绍了一种利用从头算密度泛函理论对单层h-BN弹性性质进行连续描述的方法。通过将弹性应变能量密度展开为泰勒级数，在五阶项之后截断应变，来表示弹性响应的这种严格的连续描述。我们得到了14个非零的独立的弹性常数，直到十阶张量。我们预测的压力依赖的二阶弹性模量。这种连续体制剂是适合纳入有限元法。
2011-07-07 cond-mat.mtrl-sci
The Phase Diagram and Hardness of Carbon Nitrides
新型超硬材料，特别是那些具有优异的热稳定性和化学稳定性的材料，需要取代金刚石。氮化碳（C-N）可能具有这些特性，甚至被认为比金刚石更硬，是极好的候选材料。在这里，我们报告了三个新的超硬和热稳定的氮化碳相。在系统的结构演化搜索的基础上，我们报道了0-300 GPa下C-N系统的完整相图，并分析了最硬的亚稳结构。令人惊讶的是，我们发现，在零压力下，早先提出的石墨-C_3N_4结构（P-6m_2）是动态不稳定的，基于均三嗪单元和均七嗪单元的结构的最低能量形式具有相似的拓扑结构，属于同一空间群。
2015-06-26 cond-mat.mtrl-sci
Bulk and film synthesis pathways to ternary magnesium tungsten nitrides
本文通过快速热退火调和块体与薄膜合成差异，在Mg-W-N体系中发现了三种新相，并揭示了岩盐到rocksaline多晶型转变及其伴随的金属-半导体转变。
2023-06-04 cond-mat.mtrl-sci
Accessible Chemical Space for Metal Nitride Perovskites
本文通过多层级计算筛选3660种ABN₃组成，预测了12种稳定的金属氮化物钙钛矿，其具有显著电极化和低切换电场，有望用于铁电存储器。
2023-04-11 cond-mat.mtrl-sci
Amorphous Boron Nitride: Ab initio Study of its vibrational properties
氮化硼（BN）是一种结构通用的绝缘体，因为它可以在几种具有有趣的机械和电气性能的晶体结构中找到，使这种材料对技术应用具有吸引力。为了改善非晶相（a-BN）的特性，一些研究小组进行了非晶相（a-BN）的实验和模拟研究，主要集中在电学和结构性能、压力诱导相变和氢化a-BN等方面。在这项工作中，两个非晶结构的计算产生和研究使用从头算分子动力学上的216个原子的超级电池具有两种不同的密度，2.04和2.80克厘米$^{-3}$。遵循我们的欠熔淬火方法，因为它已被证明可以为无序材料及其性能提供良好的结构。报道了这两个样品的拓扑结构、振动态密度和一些热力学性质，并与已有的实验结果进行了比较。一些计算结果也被重新审视。
2022-03-07 cond-mat.mtrl-sci
Electronic, optical, vibrational and thermodynamic properties of phaBN structure: a first principles study
2015年，一种新的二维（2D）碳同素异形体，称为phagraphene，被理论上提出。基于这种结构，我们在这里提出了一种新的氮化硼结构称为phaBN。它由三种类型的环组成：五边形，六边形和七边形。我们采用密度泛函理论（DFT）框架下的第一性原理计算研究了phaBN的电子、光学、振动和热力学性质。我们的计算显示，phaBN具有2.739 eV的能隙，这几乎是六方氮化硼（h-BN）的能隙的一半，因此是半导体材料。通过光学、振动和热力学性质，可以分别观察到吸收区间、结构的稳定性及其形成过程。
2020-12-01 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Thermodynamic and Kinetic Tests for Low-Pressure Metal-Flux Growth of Diamond, with an Extension to Cubic Boron Nitride
Institute for Basic Science (IBS)（基础科学研究院）；UNIST（蔚山科学技术院）
该研究探讨金刚石低压金属助熔剂生长的热力学与动力学条件，提出同位素分辨测试方法并拓展至立方氮化硼，为相关实验及模拟提供量化标准。
2026-08-25 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Thermodynamic and electronic properties of ReN$_2$ polymorphs at high-pressure
高压力合成的氮化物ReN全氮化物$_2$的晶体结构不寻常的过渡金属二氮化物和高值的硬度和体积模量吸引了显着的注意力，这个系统。我们研究了ReN $_2$的P2 $_1$ /c相的热力学和电子学性质，并将它们与文献中提出的其他两种多型相C2/m和P4/mbm相进行了比较。我们在零温度下的生成焓的计算表明，前一阶段是最稳定的三个压力p=170 GPa，其次是稳定的P4/mbm相在较高的压力。理论预测证实了金刚石对顶砧细胞合成的P4/$_2$在$\approx$ 175 GPa。在p=100 GPa的准谐近似下，考虑有限温度的影响，我们证明了P2 $_1$ /c相至少在1000 K时具有最低的形成自由能。我们的分析的压力依赖性的电子结构的x-nitride的pernitride显示存在两个电子拓扑转变约18 GPa，当费米表面改变其拓扑结构，由于一个新的电子口袋的外观在高对称性Y $_2$点的布里渊区，而颈部的中断发生稍微偏离$Γ$ -A线。
2021-09-20 cond-mat.mtrl-sci
Liquid-Metal-Enabled Synthesis of Aluminum-Containing III-Nitrides by Plasma-Assisted Molecular Beam Epitaxy
针对富铝氮化物薄膜结晶质量差、p型掺杂难的问题，提出液态金属赋能的等离子体辅助分子束外延法，实现了高结晶质量、高掺杂的含铝氮化物薄膜生长，为高性能光电器件提供支撑。
2016-02-03 cond-mat.mtrl-sci
Sulfur doping effects on the electronic and geometric structures of graphitic carbon nitride photocatalyst: insights from first principles
本文介绍了硫掺杂对石墨碳氮化物（g-C3 N4）电子结构和几何结构影响的第一性原理研究结果。利用从头算热力学方法结合动力学分析，揭示了S掺杂的有利构型。通过对掺杂和未掺杂体系的价电荷密度的分析，我们发现，S部分地向体系贡献了px-和py-电子，同时还向S pz-态反馈了一些电子。为了得到激发电子态的精确描述，我们用GW方法计算了体系的电子结构。计算得到的g-C3 N4的带隙宽度为2.7 eV，与实验结果一致。我们发现，S掺杂导致显着缩小的差距。此外，在掺杂时，刚好在间隙上方的电子状态被占据，这使得材料成为导体。分析的投影局域态密度提供了深入了解的机制，这种戏剧性的变化，在电子结构的g-C3 N4的S掺杂。基于我们的研究结果，我们提出了一个可能的解释S掺杂对g-C3 N4的光催化性能的影响在实验中观察到的。
2012-09-26 cond-mat.mtrl-sci
Effect of Al doping on phase formation and thermal stability of iron nitride thin films
本文系统地研究了Al掺杂对氮化铁（Fe-N）薄膜相形成的影响。具有不同Al浓度（Al=0、2、3、6和12 at.%）的Fe-N薄膜使用DC磁控溅射通过在0至100%之间改变氮分压来沉积。利用X射线衍射和极化中子反射率研究了薄膜的结构和磁性。观察到在最低掺杂水平（2at.%）下，的Al），与未掺杂的样品相比，在较低的氮分压下形成富氮的非磁性Fe-N相。有趣的是，我们观察到当Al掺杂增加超过3at.%时，与未掺杂的样品相比，在较高的氮分压下出现富氮的非磁性Fe-N相。并对薄膜的热稳定性进行了研究。在10%氮分压下沉积的非掺杂Fe-N薄膜具有较差的热稳定性。Al掺杂2at.%而对于3、6和12 at.%，Al掺杂时，显示出显著的改善。用Fe-N和Al-N热力学解释了所得结果。
2015-05-20 cond-mat.mtrl-sci
Hyperhoneycomb boron nitride with anisotropic mechanical, electronic and optical properties
氮化硼结构具有优异的热稳定性和化学稳定性。基于最新的理论计算，我们提出了一种具有三维超蜂窝结构的宽禁带半导体BN晶体（Hp-BN），它是机械和化学稳定的。计算结果表明，与立方氮化硼相比，Hp-BN具有更高的体积模量和更小的能隙。此外，由于独特的成键结构，Hp-BN具有各向异性的电子和光学性质。Hp-BN晶体在紫外区有很强的吸收，但在可见光和红外区具有很高的透光性，这表明Hp-BN晶体在电子和光学器件方面具有潜在的应用前景。
2017-10-17 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Exploration of Hexagonal, Layered Carbides and Nitrides as Ultra-High Temperature Ceramics
针对六方层状碳化物/氮化物的结构等问题，本研究通过高通量DFT识别出67种热稳定性优异的新材料，结合机器学习预测熔点发现5种超2500K的候选，扩展了高温陶瓷的化学与结构范围。
2025-08-25 cond-mat.mtrl-sci
Polymorphism of Bulk Boron Nitride
氮化硼（BN）是一种具有出色技术前景的材料，因为它具有出色的热化学稳定性、结构、电子和导热性能以及极高的硬度。然而，其最常见的多晶型物（类金刚石立方和类石墨六方）的相对热力学稳定性尚未得到满意的解决，因为在高温和高压下形成BN相的动力学因素（实验），以及竞争结合，静电和多体分散力在BN凝聚力（理论）中发挥了至关重要的作用。这种缺乏理解阻碍了潜在技术应用的发展，并挑战了基础科学的边界。在这里，我们使用高层次的第一性原理理论，正确地再现所有重要的电子相互作用（绝热连接波动耗散定理在随机相位近似），以前所未有的精度估计BN多晶型之间的能量差异，从而克服了精度障碍，阻碍了以前的理论研究。我们表明，基态相BN是立方和经常观察到的六方晶型变得熵稳定的立方温度略高于环境条件（$T_{\rm c \to h} = 335 \pm 30$ K）。我们还揭示了一个低对称性的单斜相，这是非常具有竞争力的其他低能量的多晶型物，这可以解释实验观察到的“压缩h-BN”相的起源。因此，我们的理论研究结果应刺激新的实验工作，在散装BN以及促进使用高层次的理论在建模技术相关的范德华材料。
2018-12-11 cond-mat.mtrl-sci
Thermodynamic aspects of materials' hardness: prediction of novel superhard high-pressure phases
在目前的工作中，我们已经提出了一种方法，可以很容易地估计已知的或假设的固相的吉布斯原子化能的元素和相应的共价半径的数据的硬度和体积模量。研究表明，化合物的硬度和体积模量与其热力学和结构性质密切相关。所提出的方法可以用于大量的化合物与各种类型的化学键和结构;此外，硬度的温度依赖性可以计算，已执行的金刚石和立方氮化硼。最近合成的超硬类金刚石BC 5证明了这种方法的正确性。据预测，可以在高压和高温下合成的B2 O3、类金刚石硼、BCx和COx的假设形式应该具有极高的硬度。
2011-02-04 cond-mat.mtrl-sci
CBVB-nH complexes as prevalent defects in metal-organic vapor-phase epitaxy-grown hexagonal boron nitride
Warsaw University of Technology（华沙理工大学）；Center for Physical Sciences and Technology (FTMC)（物理与工程技术中心）
研究通过从头计算探讨了CBVB-nH复合物的热力学稳定性及光学性质，揭示其在氮气富集条件下形成机制，并解释了1.90 eV和2.24 eV发射峰的起源。
2025-10-15 cond-mat.mtrl-sci
Thermodynamically Informed Priors for Uncertainty Propagation in First-Principles Statistical Mechanics
该研究提出将零开尔文基态知识纳入贝叶斯先验，以解决先验选择问题，实现第一性原理热力学研究的不确定性量化与传播，并通过FCC氮化锆系统相图构建验证了框架有效性。
2024-08-12 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech
Selective incorporation of antimony into gallium nitride
本文通过第一性原理计算揭示 Sb 在 GaN 中可同时以阴离子和阳离子形式掺入，并阐明其对光学与拉曼光谱的影响，为调控生长条件设计可见光发射器和光催化材料提供依据。
2024-09-18 cond-mat.mtrl-sci
A DFT Study on the Mechanical, Electronic, Thermodynamic, and Optical Properties of GaN and AlN Counterparts of Biphenylene Network
本研究通过DFT计算，揭示了BPN-GaN和BPN-AlN的电子、力学、热力学及光学性质，其中BPN-AlN稳定且带隙3.2 eV，两者具有紫外收集潜力。
2023-10-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Exploring N-rich phases in LixNy clusters for hydrogen storage at nano-scale
在第一性原理密度泛函理论的框架下，采用级联遗传算法和从头算原子热力学方法对LixNy团簇的Meta稳定性进行了研究.我们发现，混合XC-功能是必不可少的，以解决这个问题，作为一个本地/半本地功能根本无法预测的定性预测。最重要的是，我们发现，虽然在散装氮化锂，富锂相，即Li 3 N，是稳定的化学计量比，在小LixNy集群富N相是更稳定的热力学平衡。这些富氮团簇分别在低温（<300 K）和中高温（> 600 K）下具有良好的吸附和脱附能力，是一种很有前途的储氢材料。
2015-06-24 cond-mat.mtrl-sci
A Landau-Devonshire Analysis of Strain Effects on Ferroelectric Al1-xScxN
我们提出了一个热力学分析最近发现的氮化物铁电材料使用经典的Landau-Devonshire方法。采用自由能量密度函数计算了六方晶Al_（1-x）Sc_xN的电致伸缩和介电刚度系数，并根据介电刚度关系计算了一级相变。分析结果表明，在这些新型纤锌矿铁电体中，能垒的应变敏感性比自发极化的应变敏感性大一个数量级，但与经典的钙钛矿铁电体相比，两者对应变的敏感性都较低。这些分析结果解释了实验报道的矫顽场对Al 1-xScxN薄膜中弹性应变/应力的敏感性，并将通过相场模拟和相关方法进行进一步的热力学分析。
2022-05-05 cond-mat.mtrl-sci
Metric-driven search for structurally stable inorganic compounds
我们报告一个简单的“度量”的结构和动态（正定声子结构）稳定的无机化合物的鉴定。该度量考虑了使用第一性原理密度泛函理论计算的晶体化合物中局部子结构内的电荷不平衡。为了验证，我们选择了碳基氮化物，因为它提供了大量的结构稳定和不稳定相。我们展示了如何当地的结构信息相关的Wyckoff对称性唯一识别四个新的碳氮化物相。该度量预测了4（C）$:$ 3（N）化学计量的三个新的结构稳定相，即，C $_{4}$ N $_{3}$，这是进一步证实了直接声子计算。结构稳定相也满足热力学稳定性和机械稳定性标准。新相具有非凡的机械性能，类似于金刚石，并显示绝缘带隙范围从最佳的，1.45 eV（最佳）到5.5 eV（大间隙）。详细讨论了Pm（1）-C $_{4}$ N $_{3}$的结构、电子和光学性质，表明其在光电技术和光伏技术中可能的应用。该方法设计了一种度量，可用于预测任何具有三维键合网络的材料的稳定性。该度量还能够预测其他氮化物多晶型物的结构稳定性，具有100 $\%$的准确度。我们相信，拟议的“度量”将加速搜索未知的和未开发的无机化合物的快速过滤动态稳定相没有昂贵的密度泛函理论计算。
2020-11-17 cond-mat.mtrl-sci
The role of disorder in the synthesis of metastable zinc zirconium nitrides
在材料科学中，通常认为由密度泛函理论预测的基态晶体结构是最容易合成的多晶型物。三元氮化物材料，具有许多可能的亚稳多晶型物，提供了丰富的材料空间来研究什么影响热力学稳定性和多晶型物的可合成性。例如，理论上预测ZnZrN 2在零开尔文下具有不寻常的层状“wurtsalt”基态晶体结构，具有引人注目的光电性质，但尚不清楚这种结构是否可以在实际合成条件下通过实验实现。在这里，我们使用组合溅射法合成了数百个ZnxZr 1-xNy薄膜样品，并发现亚稳态岩盐衍生或氮化硼衍生的结构，而不是预测的wurtsalt结构。使用统计多晶型取样器的方法，它表明，虽然岩盐是最不稳定的多晶型在零开尔文，它成为最稳定的多晶型在高有效温度下类似于那些使用这种溅射沉积方法，从而证实了实验结果。额外的计算表明，这种不稳定的wurtsalt多晶型物是由于构型熵和热效应，振动的贡献可以忽略不计。具体而言，岩盐和氮化硼衍生的结构成为最稳定的多晶型物中存在的障碍，因为更高的容忍度的阳离子交叉取代和非化学计量比wurtsalt结构。这种对无序耐受性在竞争多晶型物合成中的作用的理解可以使可合成的晶体结构及其可实现的材料性质的更准确的预测成为可能。
2022-03-12 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci
Structure and optical properties of polymeric carbon nitrides from atomistic simulations
详细了解聚合氮化碳（PCN）材料的结构和物理性质是至关重要的，以获得未来的材料优化策略，更理想的光学性能和更多的光催化活性物质。然而，在合成的PCN中发现的广泛的结构基序使依赖于定义良好的模型的原子模拟复杂化。执行混合DFT研究，我们系统地研究形成能量的趋势和光学性质的PCN作为一个功能的维度，从分子低聚物的周期性片模型堆叠晶体。考虑到振动焓和熵贡献的热化学计算预测，包括瓜串结构，聚（庚嗪酰亚胺）和g-C3 N4基序的结构基序的混合物在典型的合成条件下是稳定的。横向压缩以及堆叠的程度可以减小带隙，而材料的面外压缩增加稳定性和光学带隙。这项工作的关键结果是，已经小域的强凝聚PCN计算产生良好的光学性能。这一结果调和了相互矛盾的文献报道，该文献报道表明，与实验相比，化学上有利的甜瓜基序具有太大的带隙，而g-C3 N4结构，其带隙计算与实验更好地一致，与测量的PCNs的化学组成不一致。最后，我们假设了一个新的计算模型的氮化碳材料，包括最重要的结构图案，并显示了约的带隙。2.9 EV.
2022-08-04 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Vacancy-Induced Boron Nitride Monolayers as Multifunctional Materials for Metal Ion Batteries and Hydrogen Storage Applications
本研究通过DFT、AIMD和热力学分析，发现硼空位氮化硼单层作为锂钠钾离子电池负极具有高比容量和低扩散势垒，同时金属功能化后展现出优异的储氢能力。
2024-07-18 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Transition-Metal Nitride Halide Dielectrics for Transition-Metal Dichalcogenide Transistors
采用第一性原理计算，研究了HfNBr，HfNCl，TiNBr，TiNCl，ZrNBr和ZrNCl六种过渡金属氮化物卤化物（TMNHs）作为过渡金属二硫属化物（TMD）沟道晶体管的潜在范德华（vdW）势垒.我们计算了它们的剥离能和体声子能，发现这六种TMNH都是可剥离的，并且是热力学稳定的。我们计算的光学和静态介电常数在平面内和平面外的方向为单层和散装TMNHs。在单层中，面外静态介电常数范围从5.04（ZrNCl）到6.03（ZrNBr），而面内介电常数范围从13.18（HfNBr）到74.52（TiNCl）。我们发现TMNHs的带隙范围从1.53 eV（TiNBr）到3.36 eV（HfNCl），而亲和力范围从4.01 eV（HfNBr）到5.60 eV（TiNCl）。最后，我们估计的电介质漏电流密度的晶体管与六个TMNH单层沟道TMD（MoS 2，MoSe 2，MoTe 2，WS 2，和WSe 2）。对于p-MOS TMD沟道晶体管，与单层六方氮化硼（hBN）（一种众所周知的vdW电介质）相比，30种组合中的19种具有较小的漏电流。预测了以HfNCl为栅介质的p-MOS WS 2晶体管的最小单层漏电流为2.14*10- 9A/cm ~ 2。HfNBr、HfNCl、ZrNBr和ZrNCl也被预测在某些p-MOS TMD晶体管中产生小的漏电流。
2022-04-10 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Phase compositions of Si oxynitride: A comprehensive thermodynamic modeling study
V. Lashkaryov Institute of Semiconductor Physics, National Academy of Sciences of Ukraine（乌克兰国家科学院瓦·拉什卡拉诺夫半导体物理研究所）；Educational Scientific Institute of High Technologies, Taras Shevchenko National University of Kyiv（基辅塔拉斯舍甫琴科国立大学高等技术教育科学研究所）；National Technical University of Ukraine “Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute”（乌克兰国立技术大学“伊戈尔·西科尔斯基基辅理工学院）
本研究通过热力学建模，系统分析了非晶SiOxNy薄膜的相组成随化学计量和制备温度的变化，构建了相图并揭示了相态转变机制，为定制薄膜性能提供了理论依据。
2026-09-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Diffusion Monte Carlo Study on Relative Stabilities of Boron Nitride Polymorphs
虽然氮化硼（BN）是广泛用于工程和科学目的的众所周知的化合物，但其多晶型物的相稳定性（其最基本的性质之一）仍处于争论之中。BN多晶型物（如六方晶系和锌-立方晶系）的基态的从头计算确定是困难的，因为难以捉摸的范德华相互作用在一些多晶型物中起着决定性作用，使得定量预测极具挑战性。因此，尽管进行了多项理论研究，但主要由于相互矛盾的报告，尚未就基态达成共识。在这项研究中，我们采用了一个国家的最先进的从头计算框架-固定节点扩散蒙特卡罗（FNDMC），四个众所周知的BN多晶型，即六方，菱面体，纤锌矿，和锌-立方氮化硼。我们的FNDMC计算表明，hBN是在0 K以及在300 K的四种多晶型物中最稳定的。这一结果与Corrigan~{ \it et al.}的实验数据一致。福永所得结论与耦合聚类等高阶方法所得结果一致。我们证明，FNDMC是一个强大的方法来解决表现出各种形式的债券的多晶型。它还提供了有价值的信息，如可靠的参考能量，当可靠的实验数据丢失或难以访问。我们的研究结果将促进FNDMC在其他范德华材料中的应用。
2021-11-24 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
High pressure computational search of trivalent lanthanide di-nitrides
过渡金属氮化物由于其独特的性质和应用前景，引起了科学界的广泛关注。本文重点研究了二氮化钇（YN $_{2}$）及其在压力下的形成和结构转变。我们采用了一个固定的组成USPEX搜索，以找到最稳定的多晶型。我们选择钇作为镧系元素的替代物，因为它只有$+3$氧化态，与大多数过渡金属相反。然后，我们计算这些结构的热力学和动力学稳定性相比，分解反应，我们发现，该化合物经历了两个结构转变，后者显示形成N $_{4}$链。对氮键合性质的进一步研究表明，在氮形成二聚体的前两种结构中，键长介于单键和双键之间，这使得很难合理化YN $_{2}$的适当氧化态构型。在形成N $_{4}$链的后一种结构中，键长显著增加，直到可以证明为单键的值。最后，我们还研究了所发现结构的电子结构和动力学稳定性。
2020-12-17 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph physics.comp-ph
Synthesis of a mixed-valent tin nitride and considerations of its possible crystal structures
理论结构预测方法和高通量计算技术的最新进展正在革命性地发现化学稳定的无机材料。亚稳材料代表了一个新的前沿研究，因为即使是简单的二元非基态化合物的共同元素可能等待发现。然而，存在与非平衡薄膜合成和晶体结构预测相关的重大研究挑战，例如实验样品中的小应变晶体和基于能量最小化的理论算法。在这里，我们报告的实验合成和表征，以及理论第一性原理计算的先前未报道的混合价二元锡氮化物。薄膜实验表明，这种新型材料是N-缺乏SnN与锡在混合的II/IV价态和一个小的低对称性的单位电池。理论计算表明，最有可能的晶体结构具有与扭曲的铜铁矿（SG 166），这是近0.1 eV/原子以上的基态SnN多晶型物的空间群2（SG 2）。这种观察是合理的SnN扭曲的铜铁矿的化学相关的Sn 3 N4尖晶石化合物，这提供了一个新的科学洞察的原因，生长的亚稳材料的多晶型物的结构相似性。除了报告简单的二元SnN化合物的发现，本文还说明了一种可能的方法，将各种先进的表征技术与第一原理性质计算方法相结合，以阐明以前未报道的亚稳材料的最可能的晶体结构。
2016-01-18 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Engineering the electronic bandgaps and band edge positions in carbon-substituted 2D boron nitride: a first-principles investigation
石墨烯的改性以在其电子光谱中打开一个强大的间隙对于其在场效应晶体管和光化学应用中的使用至关重要。受最近在制备石墨烯和氮化硼（BN）的均匀合金中的实验成功的启发，我们在这里考虑通过成分和构型修改来工程化C $_{2x}$ B $_{1-x}$ N $_{1-x}$合金的电子结构和带隙。我们从已经具有大带隙的BN端元开始，然后表明：（a）带隙原则上可以通过C $(x<0.25)$的适度取代降低到约2 eV;以及（b）C $_{2x}$ B $_{1-x}$ N $_{1-x}$的电子结构不仅可以通过组成$x$，而且可以通过BN基质中的C取代基所采用的构型来进一步调节。我们的分析，准确的筛选混合功能计算的基础上，提供了一个清晰的理解之间的相关性的带隙和聚集的C原子的水平：带隙减少最大时的C原子被最大限度地隔离，并增加与聚集的C原子由于形成的结合和反结合带与杂化的占据和空的缺陷状态。我们确定相对于真空的价带和导带边缘的位置，并讨论了2D C $_{2x}$ B $_{1-x}$ N $_{1-x}$合金在光催化应用中的潜在用途的影响。最后，我们评估这些合金的形成使用来自第一性原理的团簇膨胀模型的热力学限制。
2015-04-20 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph physics.comp-ph
Developing a valence force field model for wurtzite semiconductors by exploiting similarities with [111]-oriented zinc blende systems: The case of wurtzite boron nitride, III-N materials and (B,In,Ga)N alloys
Tyndall National Institute（丁达尔国家研究所）；University College Cork（科克大学）
本文提出了一种用于纤锌矿半导体的价力场模型，利用纤锌矿与[111]取向锌_blende结构的相似性，通过解析表达式和最小化程序构建模型，准确重现了纤锌矿III-N材料、BN及(B,In,Ga)N合金的性质。
2025-12-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Ground-States for Metals from Converged Coupled Cluster Calculations
本文提出用耦合簇理论达到金属基态能量热力学极限的新方案，通过将长程关联限制在低能激发，计算铝和铂(111)表面能并验证了该方法对金属材料模拟的有效性。
2024-10-30 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Adsorption of Phosgene Gas on Pristine and Noble Metal-Doped B12N12 Nanocages: Insights from Density Functional Theory
University of Dhaka（达卡大学）
本研究通过密度泛函理论计算发现，铂掺杂B12N12纳米笼能显著增强光气吸附并实现室温可逆检测，是最有效的策略。
2026-09-21 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
The Fe-N system: crystal structure prediction, phase stability, and mechanical properties
本研究结合变组分演化算法与第一性原理计算，识别出50种稳定/亚稳Fe-N化合物，系统研究其力学性能，为优化设计定制力学性能的Fe-N合金提供见解。
2024-11-26 cond-mat.mtrl-sci
Simulations of submonolayer Xe on Pt$(111)$: the case for a chaotic low temperature phase
分子动力学模拟的结构和热力学性质的亚单层氙吸附在$(111)$表面的铂的温度高达（显然是初始的）三相点和超越。虽然在表面平面中的原子的运动被处理与一个标准的二维分子动力学模拟，该模型考虑了热激发的量子态与表面正常的动力学，试图描述的表观平滑的温度增加的温度。我们研究的重要性，这种热平滑的几个观察到的和建议的低温结构的相对稳定性。结构因子的计算进行了比较，试图确定该系统的低温结构的实验结果。这些计算提供了强有力的证据表明，在非常低的温度下，吸附在Pt $(111)$衬底上的氙单层的畴壁结构具有类似混沌的性质，表现出长寿命的亚稳态与钉扎畴壁，这些壁具有狭窄的宽度和不规则的形状。这一结果与关于该系统的标准认识相反，即该系统的非常低的温度相是条纹状的无公度相。我们提出的情况下，进一步的实验研究这个和类似的系统作为可能的例子，在两个维度的混乱的低温阶段。
2018-05-11 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech
Computational insights into phase equilibria between wide-gap semiconductors and contact materials
本研究通过第一性原理热力学计算，系统探究β-Ga₂O₃、GeO₂、GaN三种宽禁带半导体与47种单质金属、4种n型透明导电氧化物的界面相稳定性，给出稳定接触材料及生长条件指导。
2023-12-18 cond-mat.mtrl-sci
