Vibrational Properties of Nanoscale Materials: From Nanoparticles to Nanocrystalline Materials
纳米团簇和纳米晶材料的振动态密度（VDOS）是从分子动力学模拟使用经验紧束缚势导出的。结果表明，纳米团簇内部的VDOS可以理解为相应的体相体系在毛细管压力作用下的VDOS。在纳米粒子的表面处，VDOS在低能量下表现出强烈的增强，并且显示出与在平坦的晶体表面附近发现的类似的结构。对于纳米晶材料的增加VDOS被发现在高和低的声子能量，与实验结果一致。来自晶粒中心、晶界和内表面的单个VDOS贡献表明，在纳米晶材料中，VDOS增强主要是由晶界贡献引起的，表面原子仅起次要作用。虽然毛细管压力也存在于纳米晶材料的晶粒内部，但它们对VDOS的影响与簇的情况不同，这可能是由于模式通过晶界的晶粒间耦合。
2003-08-26 cond-mat.mtrl-sci
Vibrational modes of metal nanoshells and bimetallic core-shell nanoparticles
本文从理论上研究了复合金属纳米结构如核壳结构和具有介电核的金属纳米壳结构在环境中的径向振动模谱。我们计算的频率和阻尼率的基本（呼吸）模式，这些纳米结构以及两个高阶模式。对于金属纳米壳，我们发现，呼吸模式的频率总是低于一个相同大小的固体颗粒，而阻尼是较高的，并随着壳厚度的减少而增加。我们确定了两个制度，可以表征为弱阻尼和过阻尼振动的存在下，外部介质。对于双金属粒子，我们发现频率和阻尼率的周期依赖于壳厚度与周期决定的模式数。对于这两种纳米结构，高次模的频率几乎与环境无关，而阻尼率对外界介质表现出很强的敏感性。
2008-06-05 cond-mat.mtrl-sci
Laser-Doping of Crystalline Silicon Substrates using Doped Silicon Nanoparticles
晶体硅衬底掺杂的溶液处理的硅的激光退火。对于该实验，将高度B掺杂的Si纳米颗粒（NP）的分散体沉积到本征Si上，并使用807.5nm连续激光器进行激光处理。在激光处理期间，颗粒以及表面附近的基底层被熔化，以随后在与基底相同的取向上结晶。通过二次离子质谱研究掺杂分布，发现在整个5μm的分析深度内，B的浓度恒定为2 × 10^18 cm^-3。四点探针测量表明，掺杂样品的有效电导率增加了近两个数量级。绝对掺杂深度估计在8μm到100μm之间。此外，通过使用Si NP对n型c-Si衬底进行激光掺杂来产生pn二极管。
2013-07-02 cond-mat.mtrl-sci
Si3N4 single-crystal nanowires grown from silicon micro and nanoparticles near the threshold of passive oxidation
采用一种简单、无催化剂的氧化物辅助法制备了氮化硅纳米线，并在短时间内获得了较高的产率。在对现有技术进行简要分析后，我们揭示了氧分压所起的关键作用：当氧分压略低于被动氧化的阈值时，高产率会抑制覆盖纳米线的任何二氧化硅层的形成，并且由于合成温度，可以控制纳米线尺寸。
2008-11-21 cond-mat.mtrl-sci
Inelastic neutron scattering due to acoustic vibrations confined in nanoparticles: theory and experiment
由于声波振动模式（能量低于10毫电子伏）限制在纳米粒子中的中子的非弹性散射的计算使用Zemach-Glauber形式主义。这种振动模式通常通过光散射技术（布里渊散射或低频拉曼散射）观察到。我们还报告了高分辨率的非弹性中子散射测量在松散的粉末中的TiO 2纳米粒子。使观察到这种振动的因素进行了讨论。这些包括使光谱的不均匀加宽最小化的窄的纳米颗粒尺寸分布和与纳米颗粒表面一起振荡的氢原子的存在，这增加了散射中子的数量。
2008-11-20 cond-mat.mtrl-sci
Dielectric layer dependent surface plasmon effect of metallic nanoparticles on silicon substrate
通过数值模拟研究了Si衬底上Ag纳米颗粒与入射光之间的电磁相互作用。研究发现，不同厚度的介质层的存在会导致不同的谐振波长和散射截面，从而导致光电流响应在所有波长上的偏移。这些不同的行为取决于介电层是否超出纳米颗粒近场起作用的区域，并且必须考虑几何光学效应。结果表明，对于一定尺寸的颗粒，适当的介质层厚度是理想的，以实现最佳的吸收性能。对于一定厚度的介电层，还期望适当的颗粒尺寸。这些观测结果对优化表面等离子体增强硅太阳能电池具有重要的应用价值。
2011-09-21 cond-mat.mtrl-sci
Impact of Surface Chemistry of Silicon Nanoparticles on the Structural and Electrochemical Properties of Si/Ni3.4Sn4 Com-posite Anode for Li-Ion Batteries
在金属间化合物基体中嵌入硅纳米颗粒是一种有前途的策略，可以生产用于锂离子（Li离子）电池的具有低电位、高电化学容量和良好循环稳定性的显著块体阳极材料。这些复合材料可以使用机械研磨大规模合成。然而，对于Si-Ni 3Sn 4复合材料，研磨也引起两种组分之间的化学反应，导致游离Sn和NiSi 2的形成，这对电极的性能是有害的。为了防止这种反应，已经对硅的表面化学进行了修改。使用涂覆有碳或氧化物的表面层的Si纳米颗粒代替纯硅。研究了涂层对Si-Ni 3Sn 4复合材料的成分、微观结构和电化学性能的影响，并与纯Si进行了比较。Si涂层强烈地减少了Si和Ni 3Sn 4之间的反应。此外，与纯硅相反，硅涂层复合材料具有板状形态，其中表面改性的硅颗粒被纳米结构的Ni 3Sn 4基基体包围，从而在电化学循环期间获得平滑的电位分布。基体的化学均匀性对于碳涂覆的硅比对于氧涂覆的硅更均匀。因此，根据表面化学性质获得不同的电化学行为，碳覆盖的硅具有更好的锂化性能，能够在至少400次循环中提供超过500 mAh/g。
2021-01-05 cond-mat.mtrl-sci
ab inito local vibrational modes of light impurities in silicon
我们已经开发了一个公式的密度泛函微扰理论的计算振动频率的分子和固体，它使用数值原子轨道作为基础设置的电子状态。从密度矩阵的一阶变化直接提取（谐波）动力学矩阵，相对于从平衡位形的无穷小原子位移。我们用这种方法研究了硅中一些与氢有关的络合物和轻杂质的振动性质。动力学矩阵的对角化提供了振动模式和频率，包括与缺陷相关的局部振动模式（LVMs）。除了测试简单的分子，结果间隙氢，氢二聚体，空位氢和自我间隙氢复合物，硼氢对，取代C，和几个O-相关的缺陷在C-Si。相对于实验的平均误差为0.60预测的LVMs是约2%，最高谐波模式非常接近，更多的非谐波模式在测量值的5-6%内。
2001-09-17 cond-mat.mtrl-sci
Vibrational behaviour of a realistic amorphous-silicon model
研究了高质量的非晶硅真实模型的振动特性。计算了纵向和横向动力学结构因子，并拟合为阻尼谐振子（DHO）函数。最佳拟合DHO的纵向动力学结构因子的宽度$Γ$与波矢量$k\lesssim0.55\textrmÅ^{-1}$的$k^{2}$近似成比例，其高于Ioffe-Regel交叉频率，该频率将传播和扩散区域分开，发生在$k=0.38\pm0.03\textrmÅ^{-1}$。利用DHO函数作为横向动力学结构因子的拟合函数（没有理论证明），给出了波矢$k\lesssim0.7\textrmÅ^{-1}$的$Γ\propto k^α$与$α\sim2.5$的依赖关系。没有证据表明$Γ\propto k^{4}$在任一极化下的行为。
2007-01-09 cond-mat.mtrl-sci
Thiolation and PEGylation of silicon carbide nanoparticle
本文通过在碳化硅纳米颗粒表面引入硫醇封端并偶联PEG分子，制备出兼具荧光特性与生物惰性的超小探针，为开发室温量子传感器生物制剂奠定基础。
2025-05-07 cond-mat.mtrl-sci
Vibrational zero point energy for H-doped Silicon
大部分的研究解决在半导体系统中的氢参数的计算，如硅，进行在零温度T=0 K和不占振动零点能（ZPE）的贡献。然而，对于诸如氢（H）的轻质原子，该参数的量值可能是不可忽略的。本文旨在阐明在分析硅中氢的行为及其对硅电子性质的影响时，考虑零点振动的重要性。为此，我们估计ZPE的不同位置和电荷状态的H在Si中。我们发现，ZPE的主要贡献是来自沿Si-H键的振动，而从其他Si原子的贡献，除了直接Si-H键发挥没有作用。它表明，会计的ZPE减少氢的形成能约0.17 eV，这意味着在低温下忽略ZPE，可以低估氢的溶解度几个数量级。相反，ZPE对Si中H的电离能的影响可以忽略不计。这些结果对于用非弹性中子散射表征Si的振动特性以及理论估算Si中H的浓度具有重要意义。
2014-06-03 cond-mat.mtrl-sci
Silicon nanostructures toxicity. An ab inito approach
硅纳米颗粒广泛应用于医学领域，迄今为止它们尚未在人类中表现出毒理学效应。为了了解确定其低毒性的物理性质，我们进行从头计算模拟硅纳米团簇，纯，p掺杂和中空结构。拓扑结构和电子性质指出，悬挂键和电子密度的数量作为基本参数，以定位活性位点和直接相关的毒性，除了硅纳米粒子的大小和表面化学。
2013-09-15 cond-mat.mtrl-sci
Molecular dynamics simulation of silicon nanoparticle crystallization during laser-induced forward transfer printing
University of Arkansas（阿肯色大学）
本研究通过分子动力学模拟揭示了LIFT印刷中硅纳米颗粒结晶过程，发现纳米限制可诱导单晶结构形成，为单晶器件制造提供理论支持。
2026-02-02 cond-mat.mtrl-sci
Phonons in a Nanoparticle Mechanically Coupled to a Substrate
孤立的纳米级固体的振动模式的离散性质显着修改其低能量电子和声子动力学从大块晶体。然而，纳米晶体通常耦合-即使只有微弱的-到由其他纳米晶体，支持矩阵，或固体衬底组成的环境，这种环境相互作用将修改在低频的振动特性。在本文中，我们研究了绝缘球形纳米粒子的振动模式的修改所造成的弱{ \it机械}耦合到一个半无限衬底。体衬底的声子充当谐振子的浴，并且与该储层的耦合移动并加宽纳米颗粒的模式。通过求解声子传播子的Dyson方程得到了纳米粒子的振动态密度，我们发现环境相互作用在低频下尤其重要。作为一个探针的修改的声子谱，我们考虑非辐射能量弛豫的本地化的电子杂质态的纳米粒子，与实验的良好协议。
2002-02-19 cond-mat.mes-hall 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
Vibrational properties of amorphous silicon from tight-binding O(N) calculation
在紧束缚方法的框架下，我们提出了一个O（N）算法来研究非晶硅的振动性质。的动力学矩阵元素已在谐波近似利用短程性质的密度矩阵计算的振动态密度，然后从标准的O（$N^4$）算法获得相同的比较数值评估。为了说明的目的，1000个原子的模型进行了研究，使用参与数计算的振动本征态的局域化特性。
2002-01-16 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci
Hyperpolarized Long-T1 Silicon Nanoparticles for Magnetic Resonance Imaging
硅纳米粒子作为一种潜在的超极化，靶向MRI成像剂的实验研究。发现各种Si纳米颗粒在室温下的核T_1时间非常长（10^2至10^4 s）-与核-壳扩散模型的预测大致一致-允许它们在实际时间尺度上进行运输，管理和成像而不会显着损失极化。我们还报告了Si纳米颗粒的表面功能化，与其他生物靶向纳米颗粒系统中使用的方法相当。
2009-02-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Vibrational surface EELS probes confined Fuchs-Kliewer modes
最近，两份报告已经证明了惊人的可能性，探测振动激发纳米粒子的空间分辨率远小于相应的自由空间声子波长使用电子能量损失谱（EELS）。虽然Lagos等人证明了EELS信号在纳米颗粒上的强烈空间和光谱调制，但Krivanek等人没有。在这里，我们表明，不同的EELS实验之间的差异，以及它们之间的关系，光学近场和远场光学实验可以理解通过引入受限的明亮和黑暗的Fuchs-Kliewer模式的概念，其状态密度探测EELS。这种简洁的形式主义是广泛使用的局部表面等离子体振子形式主义的振动对应物;它可以直接预测或解释局部表面等离子体振子已知的现象，如与环境相关的能量转移或相关表面电荷密度的3D映射的可能性。
2017-07-28 cond-mat.mtrl-sci
Synthesis of Long-T1 Silicon Nanoparticles for Hyperpolarized 29Si Magnetic Resonance Imaging
我们描述了用于超极化磁共振成像（MRI）试剂的非晶和晶体硅纳米粒子的合成、材料表征和动态核极化（DNP）。通过硅化钠（Na4Si4）和四氯化硅（SiCl4）之间的复分解反应合成的颗粒，并用各种钝化配体进行表面官能化。该合成方案产生直径约10 nm的颗粒，具有长的尺寸调整的29Si自旋晶格弛豫（T1）时间（> 600 s），其在通过低温DNP超极化后被保留。
2013-05-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
From nanoparticles to nanocrystalline bulk: Field assisted sintering of silicon nanoparticles
纳米晶体块体材料对于许多应用是期望的，因为它们结合了机械强度和特定的电子传输性质。我们自下而上的方法从定制的纳米颗粒开始。压实和热处理是至关重要的，但通常最后阶段烧结伴随着快速晶粒生长，这破坏了纳米结晶。对于导电纳米颗粒，场激活烧结技术克服了这个问题。尽管有固结，但仍保持了小粒度。然而，具有高度实际影响的基本原则尚未得到充分阐明。在这个结合实验和理论的工作，我们展示了如何在烧结过程中发展的微观结构相关的电流通过粉末使用高掺杂的硅纳米粒子作为模型系统的渗流路径。可以获得纳米晶块体材料和均匀的微观结构。为此，不仅需要由于压实而产生电流路径，而且需要由于焦耳加热而产生衰变。在微米尺度上观察到的密度波动归因于模拟粉末网络的比热分布。
2011-01-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
First-principles study of the stability of bimetallic PdPt nanoparticles under a finite temperature
为了理解振动熵和构型熵对核壳和固溶体纳米粒子稳定性的影响，我们采用（PdPt）201模型，从理论上研究了PdPt纳米粒子的过剩能. 2 nm的量子点。振动能和熵项对核壳和固溶体纳米颗粒的总能量都有贡献。构型熵项仅针对固溶体纳米颗粒定义。虽然振动能和熵项的绝对值远大于构型熵项，但由于不同原子构型间的差异很小，它们的贡献仅限于以过剩自由能的形式存在。第一性原理计算证实了构型熵对自由能的贡献。在基于过剩能量的核壳和固溶体金属纳米粒子稳定性评价中，构型熵项是主要因素。
2020-07-13 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Theory of Electron-Phonon Dynamics in Insulating Nanoparticles
我们讨论了丰富的振动动力学的纳米尺度的半导体和绝缘晶体探测本地化的电子杂质状态，重点是纳米粒子，只有弱耦合到他们的环境。两个主要制度的电子-声子动力学的区别，振动模式加宽机制的简要调查。最近的工作与环境的机械相互作用的影响进行了讨论。
2001-07-11 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Reversible nanopore sealing and in situ iron oxide nanoparticle synthesis on thin silicon nitride membranes
Goeppert LLC（Goeppert公司）；University of Pennsylvania（宾夕法尼亚大学）
该研究通过化学反应在硅氮化物纳米孔内原位合成铁氧化物粒子，实现了纳米孔的可逆密封与恢复，为生物传感、等离子体和光子学应用提供了新型纳米粒子-纳米孔芯片技术。
2025-12-01 cond-mat.mtrl-sci
Localization properties of vibrational modes in $a$-Si3N4
本文用第一性原理研究了非晶氮化硅（$a$ -Si $_3$ N $_4$）中振动模的局域化性质。我们的研究进一步证实，在氮化硅的红外光谱中，在$\sim$ 471 cm $^{-1}$处的峰的振动模式主要由垂直于由三个Si最近邻定义的平面的方向上的氮运动组成。在$\sim$ 700 cm $^{-1}$以上，N-Si键的面内拉伸变得主要。特别地，在825 cm $^{-1}$处的红外峰下的振动模式由N-Si键拉伸运动产生。如果N-N同极键存在，我们表明，N-N键拉伸发生以上$\sim$ 1100厘米$^{-1}$。此外，我们还通过计算振动模的逆参与比（IPR）和相商，研究了振动模的局域化特性。从这一分析中，我们推断，模式以上600 cm $^{-1}$显示出逐步增加的本地化程度和光学行为，特别是超过1000 cm $^{-1}$。在大约650 cm $^{-1}$处，考虑到相当大的IPR值，并且基于对NSi $_3$单元的硅呼吸式运动的投影分析，我们认为振动模式可能涉及相邻SiN $_4$四面体的相关运动。
2018-09-05 cond-mat.mtrl-sci
Pulsed laser deposition of the doped lanthanum vanadate nanoparticles on glass and silicon substrates
首次采用脉冲激光沉积法在玻璃和硅衬底上成功地生长了钒酸镧纳米颗粒薄膜。膜的形态和厚度取决于基底的类型和脉冲的数量。膜的厚度为27至220 nm，由最大20 nm的非常小的颗粒形成，也可以包含尺寸为40至60 nm的单个纳米颗粒，有时还包含纳米颗粒的团聚体。对样品的光谱特性进行了研究和讨论。在硅衬底上沉积的钒酸盐薄膜导致在可见光范围内的光致变色性能的出现。所研究的薄膜的发光光谱由铕离子的f-f跃迁引起的窄线组成。对于玻璃衬底上的样品，玻璃发射的宽带也贡献于光谱。被认为是最佳的实验条件，允许获得有前途的应用程序作为发光转换器的薄膜。
2020-10-28 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Dynamics of Bulk vs. Nanoscale WS_2: Local Strain and Charging Effects
我们测量了块体和纳米WS $_2$的红外振动性质，以研究这些新材料的结构-性能关系。除了局部应变的破磁效应之外，纳米颗粒曲率还改变了块体材料的局部充电环境。对\emph{xy}极化的E $_{1u}$振动模式进行电荷分析，我们发现层状2 H材料和无机类富勒烯（IF）纳米颗粒之间的层内电荷差约为1.5：1。这种有效电荷差异可能会影响纳米级金属二硫属化物的固态润滑性能。
2006-01-05 cond-mat.mtrl-sci
Temperature dependent vibrational spectra in non-crystalline materials: application to hydrogenated amorphous silicon
基于从头算分子动力学、改进的信号处理技术和计算机可视化技术，提出了一种新的无参数非晶态材料结构、动力学和电子性质的模拟方法。该方法已被广泛测试，通过调查氢和硅动力学在氢化非晶硅（a-Si：H）。通过比较理论和实验的振动光谱，我们演示了如何将振动特性与结构稳定性，成键和氢扩散。我们提取的微观特征，不能通过其他技术，即氢迁移和相关的键切换，悬挂键钝化，低氢活化能，和a-Si：H稳定性一般，我们表明，通过分析的测试案例，我们的方法提供了一个严格和现实的描述非晶材料。我们还表明，这种方法提供了访问非晶硅的其他重要的宏观特性的可能性，并可用于模拟所有方面的a-Si：H动力学，包括有害的Staebler-Wronski效应。
2007-11-06 cond-mat.dis-nn 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
Vibrational properties of epitaxial graphene buffer layer on silicon carbide
本文通过第一性原理计算研究碳化硅上外延石墨烯缓冲层的振动性质，发现其声子呈准色散且热振动离域于衬底，为热电应用提供新前景。
2025-06-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Quantum hot carrier spectra in plasmonic catalysis
Beijing Computational Science Research Center（北京计算科学研究中心）；Nankai University（南开大学）；Donostia International Physics Center（多诺西亚国际物理中心）；Imperial College London（伦敦帝国理工学院）
本文通过原子级模拟揭示等离激元催化中热载流子的量子化分布随纳米颗粒尺寸减小而增强，提升氧的振动激发与解离效率，为选择性控制和非热能量转换提供新途径。
2026-09-09 cond-mat.mtrl-sci
Vibrational Spectra of Defects in Silicon: An Orbital Radii Approach
本文提出了一种计算半导体缺陷伸缩模振动频率的唯象方法。根据第一性原理赝势轨道半径和元素的主量子数定义了一个新的量子尺度。建立了桑德森电负性与量子尺度之间的普遍线性关系。接下来，我们证明了硅网络中氢和氯的伸缩模振动频率与量子尺度成线性关系。预测和识别周围的Si-H和Si-Cl的缺陷环境是可能的。对多孔硅中振动模的归属进行了严格的研究。我们讨论了我们提出的标度的背景下，一般的Mendeleveyan标度，并提出了理由。我们相信，我们的方法可以有益地扩展到其他半导体的振动光谱。
1996-03-08 atom-ph chem-ph cond-mat.mtrl-sci
The connection between elastic scattering cross sections and acoustic vibrations of an embedded nanoparticle
研究了任意波入射到固体中的纳米颗粒上的问题。声学振动频率被示出为对应于复频率平面中的散射截面的极点。即使入射波是非平面波，极点的位置也是不变的。将无限矩阵近似为围绕纳米颗粒的非常大的壳的第二种方法提供了预测模式频率的替代方式。给出了振动的波函数。
2004-10-20 cond-mat.mtrl-sci
Spectroscopy of vibrational modes in metal nanoshells
我们研究了具有介电核的金属纳米颗粒的振动模式的光谱。振动模式由激光激发后发生的粒子晶格的快速加热激发，并且可以通过泵浦-探测光谱作为瞬态光谱的相干振荡来监测。在纳米壳中，两个金属表面的存在导致与固体颗粒相比基本上不同的声振动能谱。我们计算了纳米壳振动模的能谱和阻尼。基本呼吸模式的振子强度比固体纳米颗粒中的振子强度大。同时，在非常薄的纳米壳中，基模由于瞬时能量转移到周围介质而过阻尼。
2006-08-16 cond-mat.mes-hall 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
Amorphization-Mediated Si-I to Si-V Phase Transition and Reversible Amorphous-Si-V Phase Memory in Silicon Nanoparticles
Texas A&M University（德克萨斯农工大学）
本研究通过分子动力学模拟揭示了 10 nm 硅纳米颗粒在三轴压缩下由应力三轴度驱动的两步 Si-I 到 Si-V 相变路径，并发现卸载后非晶-Si-V 间的可逆转变，证明了纳米尺度相存储效应。
2026-10-05 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Temperature-dependent vibrational EELS simulations with nuclear quantum effects
Uppsala University（乌普萨拉大学）
本文提出TRPMD-TACAW方法，用于模拟低温振动EELS，揭示核量子效应在硅中振动光子峰强度中的重要性，为低温EELS定量分析提供理论依据。
2026-03-21 cond-mat.mtrl-sci
Plasmonic-enhanced photoluminescence in porous silicon with pore-embedded gold nanoparticles fabricated by direct reduction of chloroauric acid
本研究通过在多孔硅光子结构内直接还原氯金酸合成金纳米颗粒，利用等离子体近场增强实现了多孔硅光致发光六倍提升，主要贡献在于解决了金纳米颗粒尺寸和位置控制难题，并展示了其在发光器件和传感器中的应用潜力。
2023-11-11 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
On-demand Plasmon Nanoparticle-Embedded Laser-Induced Periodic Surface Structures (LIPSSs) on Silicon for Optical Nanosensing
超短激光脉冲允许将电磁能量传递到物质，引起其局部加热，其可用于通过烧蚀/蒸发去除材料和驱动界面化学反应。在这里，我们表明，这两个提到的过程可以同时结合在功能化溶液中的Si晶片的直接激光纳米纹理，以产生实际相关的金属-半导体表面纳米形态。这种独特的混合形态代表了具有低至70 nm的极短周期的深亚波长Si LIPSS，其高纵横比纳米颗粒负载有可控量的等离子体纳米颗粒，所述等离子体纳米颗粒由前体贵金属盐的$via$激光诱导分解形成。此外，利用热局部化驱动还原过程来产生局部装饰有不同的等离子体活性纳米颗粒的表面形貌。装载有可控量的贵金属纳米颗粒的光吸收深亚波长Si LIPSS代表了用于等离子体相关应用（例如光学纳米传感）的有吸引力的结构，其中传播光波与高度局部化的电磁"热点“的有效耦合是强制性要求。为了支持这一说法，我们证明了这种混合形态的适用性，基于荧光的检测纳摩尔浓度的汞阳离子在溶液中。
2022-05-11 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Optical properties of silicon nanoparticles in the presence of water: A first principles theoretical analysis
我们研究了水（一种极性溶剂）对具有氧钝化的原型硅团簇的光吸收的影响。我们通过评估三个因素的贡献来处理这个复杂的问题：化学反应性;热平衡和介电屏蔽。我们发现，硅烷酮（Si = O）官能团是不化学稳定的水的存在下，并排除这作为一个来源的显着的红移在水环境中的吸收。利用第一性原理分子动力学模拟研究了300 K下含氧硅团簇与水分子的溶剂化反应。我们发现一个系统的0.7 eV的红移在这个集群的吸收带隙，我们归因于热应变的分子结构。令人惊讶的是，我们没有发现可观察到的溶剂的屏蔽影响，与极性溶剂中类似大小的有机分子观察到的一致的蓝移相反。预测的红移预计将显着较小的较大的硅量子点实验产生的，保证其真空光学性能，即使在水环境中保存。
2004-04-06 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Slow Voltage Relaxation of Silicon Nanoparticles with a Chemo-Mechanical Core-Shell Model
本文提出化学-力学核壳模型，将硅纳米颗粒视为被固态电解质界面覆盖的核壳结构，用壳层粘弹塑性行为解释硅负极在循环和弛豫期间的电压滞后及对数型电压弛豫，并优于经验Plett模型。
2024-08-02 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph physics.chem-ph
Suspension of Nanoparticles in SU-8 and Characterization of Nanocomposite Properties
将金纳米球、单壁碳纳米管（SWNT）和金刚石物理结合到负性光刻胶SU-8中。将混合物旋涂到硅或铝涂覆的硅晶片上。将ASTM标准D 638拉伸试样在材料中光刻图案化，然后使用Microchem'Omnicoat或阳极金属溶解工艺从基材上剥离。SU-8的残余应力、弹性模量和粘度。SU-8/SWNT纳米复合材料的电阻率测量也进行了研究。我们发现SU-8试样的有效模量和粘度随着金刚烷和单壁碳纳米管的加入而降低。此外，SU-8/SWNT纳米复合材料显示电阻率随应变增加而变化，表明1重量% SU-8/SWNT纳米复合材料的应变计因子为约2-4。
2007-08-14 cond-mat.mtrl-sci
Systematic study of amorphous 2D graphene, silicene and silicon carbide: Investigation of structural, electronic, optical and vibrational properties
本研究通过分子动力学和第一性原理计算系统分析了非晶石墨烯、硅烯和碳化硅的结构、电子、光学及热学性质，发现其光学红移、等离激元峰在紫外区且热导率较低，为局部功能器件提供新思路。
2023-05-14 cond-mat.mtrl-sci
Metallization of the β-SiC(100) 3\times2 Surface: a DFT Investigation
本文用密度泛函理论（DFT）研究了不同氢化程度的β重构碳化硅（001）（3x 2）表面的电子结构和振动动力学。这些结果是用具有广义梯度交换关联函数的密度泛函理论得到的。计算表明，金属化可以通过占据第二硅层的氢原子来实现。第二硅层位置上的氢占据的进一步增加导致该金属化的损失。对于前一种情况，金属化发生，我们发现了一个新的振动模式在1870 cm-1，这是不同于模式与氢原子上的第一层。此外，我们发现氢原子从第二硅层移动到第三硅层的扩散势垒为258 meV。
2011-08-30 cond-mat.mtrl-sci
Deep UV laser induced periodic surface structures on silicon formed by self-organization of nanoparticles
我们研究了在深紫外区（波长= 193 nm，脉冲宽度= 20 ns）用p偏振准分子激光脉冲激发时在硅上形成的激光诱导周期性表面结构（LIPSS或波纹）。对于脉冲数N = 100或更高，观察到具有接近激光波长的周期的明显波纹，并且波纹周期随着入射角而增加。虽然这些结果似乎是定性与标准的Sipe理论一致，我们观察到一个根本不同的波纹形成机制和波纹形态。在低脉冲数下，在硅表面观察到尺寸为几十纳米的孤立纳米颗粒，然后随着脉冲数的增加，这些纳米颗粒开始在2D中聚集并自组织形成具有非常浅的调制深度的波纹。采用最近开发的等离子体模型的基础上的表面等离子体极化激元在粗糙表面上的传播，我们表现出良好的定量协议的波纹周期与入射角的演变。最后，我们表明，暴露于较低的激光能量密度的表面区域的特征微米和纳米孔，这引起了显着的光致发光（PL）发射在可见光谱区，而不是基于纳米颗粒的波纹不显示PL。
2020-10-27 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph physics.optics
Visualizing phonon edge states on molybdenum disulphide
本研究通过分子动力学模拟揭示二硫化钼纳米颗粒边缘增强的原子振动源于低能声子边缘态，并开发了基于等变神经网络势的工作流程，实现有限DFT计算向更大系统的准确外推。
2025-09-10 cond-mat.mtrl-sci
Longitudinal versus transverse spheroidal vibrational modes of an elastic sphere
对自由弹性球的椭球振动模式的分析表明，它们可以定性地分为两类：主要是纵向的和主要是横向的。这不是一个明显的区别。然而，这两种模式之间存在着相对鲜明的对比。主横模具有小的发散，并且具有几乎在功能上独立于纵向声速的频率。分析纳米颗粒中受限声学声子的非弹性光散射强度需要理解不同球形模式之间的这种定性区别。此外，还纠正了人们对球模的一些误解。
2005-11-22 cond-mat.mtrl-sci
Insights into nanoparticle shape transformation by energetic ions using atomistic simulations
嵌入介电基质中的金属纳米颗粒的形状影响复合材料的光学性质。快速重离子辐照可以在嵌入无定形二氧化硅中的金和其他金属中诱导可控的形状转变，其中颗粒沿着离子束的方向伸长。这种转变的细节还没有完全弄清楚，但它可能与单个离子碰撞引起的纳米级相变有关。这一现象已被再现使用原子模拟，虽然时间尺度的限制和缺乏准确的原子间模型内的金属-二氧化硅界面导致不可避免地严重简化。我们提高了现实主义的模拟与金和二氧化硅之间的表面粘附力的准确模型，并通过模拟在矩阵之间的影响的过程。具有正确粘附力的模拟表明，即使在二氧化硅固化后，纳米颗粒也可以在熔融状态下以纵横比生长。此外，我们证明了矩阵的积极作用：没有明确的建模过程之间的矩阵的影响，伸长率是有限的，并没有达到显着的纵横比在实验中看到。这些结果显着提高了快速重离子辐照下的嵌入式纳米粒子的发展过程的理论理解。这些知识提出了离子束技术作为一种精确的工具，用于各种光学应用的嵌入式纳米结构的成形。
2022-04-21 cond-mat.mtrl-sci
Phonon Spectrum in a Nanoparticle Mechanically Coupled to a Substrate
我们计算的振动态密度的绝缘纳米粒子，是在弱机械接触的半无限基板。这项工作的动机是由杨等人最近的一项实验，其中测量了掺杂Eu的Y2O3纳米颗粒的低能声子态密度。基于声子传播子的常规准粒子极近似，本文给出的初步结果与实验符合得很好。
2001-06-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Acoustic modes in metallic nanoparticles: atomistic versus elasticity modeling
线弹性理论的有效性，在纳米尺度上检查通过调查的银和金纳米粒子的振动特性，其直径范围从约1.5至4 nm。通过比较弹性理论和基于嵌入原子方法的原子模拟计算的振动模式，我们首先表明，在弹性计算中刚度张量的各向异性是必不可少的，以确保弹性和原子模型之间的良好协议。其次，我们说明了减少的振动模式的数量，由于原子的数量减少时，减少纳米粒子的大小。最后，我们展示了故障的振动模式的频谱标度，并将其归因于表面效应。根据材料和所考虑的振动模式，给出了一些临界尺寸。
2009-07-03 cond-mat.mtrl-sci
Structural, electronic and optical properties of tetrahedral $Si_xGe_{47-x}:H_{60}$ nanocrystals: A Density Functional study
通过密度泛函理论（DFT）计算，研究了混合SiGe：H量子点的结构、内聚、电子和光学性质，并对具有代表性的$Si_xGe_{47-x}:H_{60}$形式的中等尺寸纳米颗粒进行了研究。计算是在Becke，Lee，Parr和Yang的混合非局域交换相关泛函（B3 LYP）框架下进行的。除了基态的DFT/B3 LYP值外，我们还基于含时DFT（TDDFT/B3 LYP）计算得到了自旋和对称性允许的最低电子跃迁的可靠结果。结果表明，光学带隙不仅取决于硅、锗和氢的相对浓度，还取决于硅和锗壳层相对于晶体表面的相对位置。这对于允许可能的电子和光学间隙工程的结构、内聚和电子性质也是如此。此外，它被发现的情况下，与纯Ge或Si核的纳米粒子，光学性能主要是由纳米粒子的Ge部分，而硅似乎作为钝化剂。
2007-10-01 cond-mat.mtrl-sci
Ab-initio calculation of the vibrational modes of SiH4, H2SiO, Si10H16, and Si10H14O
我们研究了氢化和氧化硅纳米晶SiH_4（silan）、H_2SiO（silanon）、Si_（10）H_（16）和Si_（10）H_（14）O的简正模。小集群（SiH4和H2SiO）已被用于收敛性测试和他们的键长和频率进行了比较与实验和理论参考数据。对于大团簇（Si 10H 16和Si 10H 14 O），我们已经研究了振动态密度，我们已经确定了氧相关的光谱特征。振动模式也进行了分析，相对于位移模式。计算已进行内的密度泛函和密度泛函微扰理论使用局域密度近似。
2007-08-24 cond-mat.mtrl-sci
Electron and Light Induced Stimulated Raman Spectroscopy for Nanoscale Molecular Mapping
我们提出并理论分析了一种新的振动光谱，称为电子和光诱导受激拉曼（ELISR）散射，结合了高空间分辨率的电子显微镜与分子的表面增强拉曼光谱的灵敏度。利用ELISR，等离子体纳米粒子的电子束激发在衍射受限的泵浦激光器的存在下被用作光谱宽带但空间受限的斯托克斯光束。为了表征这种技术，我们开发了一个数值模型，并进行全场电磁模拟，以研究两种不同的纳米粒子的几何形状，纳米棒和纳米球，涂有拉曼活性材料。我们的研究结果表明，显着的（$10^6$ - $10^7$）受激拉曼增强，实现了双电子和光激发这些纳米粒子的几何形状。重要的是，电子显微镜的这种振动光谱的空间分辨率仅由纳米颗粒的几何形状和等离子体振子模式体积决定。我们的研究结果突出了ELISR的承诺，同时高分辨率电子显微镜与亚衍射限制拉曼光谱，补充超分辨率显微镜，相关光和电子显微镜，振动电子能量损失光谱的进展。
2020-03-20 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Experimentally Constrained Molecular Relaxation: The case of hydrogenated amorphous silicon
我们已经将我们的实验约束分子弛豫技术（P. Biswas { \it et al}，Phys. Rev. B { \bf 71} 54204（2005））扩展到氢化非晶硅：构建了具有7.4%氢的540原子模型和具有22%氢的611原子模型。从一个随机构型出发，利用物理相关约束、{ \it ab initio}相互作用和实验静态结构因子，我们构建了氢化非晶硅的真实模型。我们的模型证实了存在一个高频局域带的振动态密度由于Si-H振动，已观察到在最近的振动瞬态光栅测量等离子体增强化学气相沉积薄膜的氢化非晶硅。
2007-09-10 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci
Vibrational modes of negatively charged silicon-vacancy centers in diamond from ab initio calculations
金刚石中的硅空位（SiV）中心是一种光致发光（PL）中心，其特征零声子线能量为1.681 eV，可作为固态单光子源，并可能作为量子比特。大部分发光强度出现在零声子线中;然而，大约30%的强度出现在声子边带中。由于声子在该系统的运行中起着至关重要的作用，因此详细了解SiV中心的振动特性是非常重要的。为此，我们进行了密度泛函理论计算稀SiV中心嵌入缺陷的大小为几千个原子的超晶胞。我们发现存在两个非常明显的准局域振动模式（共振）与$A_{2u}$和$E_u$对称性，分别对应于沿着和垂直于缺陷对称轴的Si原子的振动。这些模式的同位素位移解释了实验SiV PL谱中突出振动特征的同位素位移。此外，计算表明，相对于基态，$A_{2u}$模的振动频率在激发态时增加了约30%，而$E_u$模的振动频率增加了约5%.这些变化解释了实验观察到的零声子线能量的同位素位移。我们还强调了从有限大小的超级原胞计算中提取振动共振的同位素位移可能存在的危险，并提出了一种正确做到这一点的方法。
2021-07-30 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph quant-ph
