Photoluminescence enhancement in quaternary III-nitrides alloys grown by molecular beam epitaxy with increasing Al content
该研究测量了分子束外延生长的四元III族氮化物合金的光学特性，发现Al含量提升会通过增强激子局域化提升光致发光强度，为高效发光器件有源区选材提供了依据，并推导得到In相关弯曲参数。
2024-01-30 cond-mat.mtrl-sci
All-Electron GW Quasiparticle Band Structures of Group 14 Nitride Compounds
本文采用密度泛函理论和局域密度近似，研究了尖晶石相（$γ$-M $_3$ N $_4$，M= C，Si，Ge和Sn）和$β$相（$β$ -M $_3$ N $_4$，M= Si，Ge和Sn）中的14族氮化物（M $_3$ N $_4$）.这些系统的Kohn-Sham能量首先在全势线性增广平面波的框架内计算，然后使用单发G $_0$ W $_0$计算进行校正，我们已经在Elk全势LAPW代码的修改版本中实现了该计算。已经发现尖晶石型氮化物$γ$ N $_4$（M= Si、Ge和Sn）在$Γ$点处的直接带隙。相应的GW校正的带隙与实验一致。我们还发现，GW计算与等离子体磁极近似和没有给出非常相似的结果，即使当系统包含半芯$d$电子。这些尖晶石型氮化物由于其直接和可调的带隙而成为潜在的光电应用的新型材料。
2014-04-17 cond-mat.mtrl-sci
Phonon-Mediated Quasiparticle Lifetime Renormalizations in Few-Layer Hexagonal Boron Nitride
本研究在惰性宽禁带半导体少层六方氮化硼（hBN）中发现声子介导的显著电子质量增强效应，该效应影响π带态寿命且与单、多声子散射一致，揭示了新型多体态，对hBN基器件有重要意义。
2023-08-26 cond-mat.mtrl-sci
Optoelectronic Properties and Excitons in Hybridized Boron Nitride and Graphene Hexagonal Monolayers
本文用密度泛函理论、GW和Bethe-Salpeter方程计算解释了碳-硼氮化物（CBN）杂化单分子膜的电子带隙和光吸收谱的性质。CBN的光电性能的结果从整体单层能带结构，其准粒子状态的控制由C域的大小和谎言在单独的能量为C和BN没有显着的混合在带边，证实了存在强烈的约束明亮的激子状态本地化的C域。由此产生的吸收光谱显示出两个显着的峰，其能量和相对强度随组合物在协议的实验，与大的补偿准粒子和激子修正相比，DFT计算。带隙和光吸收不受单层组合物调节，通常用于大块半导体合金，并且不能被理解为块状C和BN域的性质的叠加，如最近的实验所建议的。
2012-04-06 cond-mat.mtrl-sci
The influence of high-energy local orbitals and electron-phonon interactions on the band gaps and optical spectra of hexagonal boron nitride
本文报道了六方氮化硼（$h$-BN）的$ab$ $initio$能带图和吸收光谱，着重讨论了$GW$计算基组的完备性以及电子-声子相互作用（EPI）对它们的影响。基组的完备性是$h$ -BN光谱计算中很少讨论的问题，但在计算中发现基组的完备性对提供收敛的准粒子带隙是至关重要的。在三个不同的代码之间的比较中，我们表明，通过在基于全电子线性缀加平面波的$GW$计算中包括高能局域轨道，准粒子直接和基本间接带隙加宽了$\sim$ 0.2 eV，在$GW_0$水平上分别给出6.81 eV和6.25 eV的值。另一方面，EPI使它们在0 K时分别降低到6.62 eV和6.03 eV，在300 K时分别降低到6.60 eV和5.98 eV。对于钳位晶体结构，吸收光谱的第一个峰位于6.07 eV处，源自布里渊区中$K$周围的电子跃迁所贡献的直接激子。在Bethe-Salpeter方程中加入重整化准粒子后，激子-声子耦合使300 K时的第一个峰移到5.83 eV，低于实验值$\sim$ 6.00 eV.对于没有拟合参数的激发态的$ab$ $initio$描述，该精度是可接受的。
2020-05-24 cond-mat.mtrl-sci
Derivation of 12- and 14-band $\textbf{k}\cdot\textbf{p}$ Hamiltonians for dilute bismide and bismide-nitride semiconductors
使用一个$sp^{3}s^{*}$紧束缚模型，我们证明了如何观察到的强弓的带隙和自旋轨道分裂与增加铋成分在稀铋化物合金GaBi $_{x}$作为$_{1-x}$可以描述在带之间的反交叉相互作用的GaAs价带边缘的扩展状态和高度本地化的Bi相关的共振态位于GaAs价带边缘。我们推导出一个12带的$\textbf{k}\cdot\textbf{p}$哈密顿量来描述GaBi $_{x}$ As $_{1-x}$的能带结构，并表明该模型与带边附近的能带结构的全紧束缚计算以及带隙和自旋轨道分裂的实验测量结果非常吻合。基于紧束缚模型的GaBi $_{x}$ N $_{y}$ As $_{1-x-y}$，我们表明，一个很好的近似N和Bi的行为相互独立的无序GaBi $_{x}$ N $_{y}$ As $_{1-x-y}$合金，表明一个简单的描述的能带结构是可能的。本文提出了GaBi $_{x}$ N $_{y}$ As $_{1-x-y}$晶体的14带$\textbf{k}\cdot\textbf{p}$哈密顿量，它精确地再现了带边附近能带结构的全紧束缚计算的基本特征.因此，我们在这里提出的$\textbf{k}\cdot\textbf{p}$模型非常适合这些新型III-V族半导体合金的光电性能的模拟。
2013-10-29 cond-mat.mtrl-sci
Huge excitonic effects in layered hexagonal boron nitride
用全电子GW近似计算了块状六方氮化硼的准粒子能带结构，结果表明该化合物是一种间接带隙半导体。用电子-空穴双粒子格林函数的Bethe-Salpeter方程的解计算了它的光谱，结果与已有的实验数据符合得很好。对带隙内的激子结构进行了详细的分析，发现激子属于Frenkel类，并被紧紧地限制在层内。计算的激子结合能比Watanabe { \it et al}使用Wannier模型解释他们的实验结果并假设h-BN是直接带隙半导体得到的激子结合能大得多。
2005-03-16 cond-mat.mtrl-sci
Giant excitonic absorption and emission in two-dimensional group-III nitrides
本文用从头算方法系统地研究了BN、AlN、GAN和InN等类橄榄石半导体单层膜的吸收和发射。计算了考虑准粒子效应和激子效应的面内和离面光偏振态的吸收谱。根据能带结构讨论了吸收边和激子束缚随阳离子变化的化学趋势。激子结合能和局域化半径内的Keldysh模型的激子在二维解释。强激子效应是由于低维、限制效应和减少屏蔽的相互作用。我们发现激子辐射寿命范围从十分之几皮秒（BN）到十分之几纳秒（InN）在室温下，从而使二维氮化物，特别是InN，有前途的材料，用于发光二极管和高性能太阳能电池。
2019-12-21 cond-mat.mtrl-sci
Band gaps in incommensurable graphene on hexagonal boron nitride
设计出打开石墨烯带隙的方法，使电荷载流子质量有限，这对许多应用来说都是至关重要的。最近在六方氮化硼（h-BN）上使用石墨烯的实验提供了诱人的暗示，即与衬底的弱相互作用足以打开间隙，这与早期的发现相矛盾。使用多体微扰理论，我们发现，小观察到的差距是什么后，一个更大的潜在的准粒子间隙被抑制的不可逆性。这种抑制对石墨烯与衬底分离距离的小调制的敏感性表明了暴露更大的底层间隙的方法。
2014-05-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Diffusion quantum Monte Carlo and GW study of the electronic properties of monolayer and bulk hexagonal boron nitride
采用扩散量子蒙特卡罗（DMC）和多体$GW$方法计算了单层和块状六方氮化硼（hBN）的电子带隙。我们发现单层带隙是间接的。$GW$在单激发$G_0W_0$和部分自洽的$GW_0$水平上预测了小得多的准粒子能隙。相比之下，在$GW_0$计算之上求解Bethe-Salpeter方程会产生与DMC值非常一致的直接激子在$K$点处的激子结合能。振动重整化的电子带隙被发现是显着的单层和散装。考虑到振动效应，DMC高估了体相hBN的带隙，而$GW$理论低估了它。
2020-04-22 cond-mat.mtrl-sci
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
Semianalytical study of excitons and quasiparticle band gap in two-dimensional insulators
在紧束缚近似下，对二维六方氮化硼单层膜中激子的束缚能进行了理论研究。导出了带间电子-空穴传播子的自洽方程，并在长波长范围内近似为标准氢原子的薛定谔方程。结果表明，在阶梯项中加入动态屏蔽库仑相互作用对正确描述激子结合能是至关重要的。这导致了自洽的本征值问题与动态屏蔽。研究了激子能量与轨道量子数的关系。我们预言，对于固定的主量子数，具有高轨道动量的态比具有低轨道动量的态具有低能量。利用导出的公式和实验光学带隙估算了准粒子带隙。在高极化率的限制下，采用半经典方法计算了激子的结合能。的TBA参数化支持从头计算。
2018-03-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Delocalization of Quasiparticle Moiré States in Twisted Bilayer hBN
研究扭曲双层hBN中准粒子莫尔态的离域化，发现大扭曲体系中非局域长程相互作用无法用局部堆叠描述，带隙变化呈现多个随扭曲角变化的最小值，中等角度下带边QP杂化受抑制，最大体系中两个局部最小值简并。
2024-06-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Quasiparticle states of hexagonal BN: A van der Waals density functional study
Chalmers University of Technology（查尔姆斯理工大学）
本文通过KI-CX方法研究六边形氮化硼的准粒子态，发现其在能量描述和与GW研究的一致性方面有所改进。
2025-11-21 cond-mat.mtrl-sci
Ab initio calculation of phonon polaritons in silicon carbide and boron nitride
利用光子准粒子控制电磁能远低于衍射极限的能力是纳米光子学的一个定义范例。在这一领域的一个重要的最新发展是测量和操纵极有限的声子极化激元模式的极性介质，如碳化硅和六方氮化硼，铺平了道路的纳米光子学和极端的光-物质相互作用在中红外太赫兹频率范围。为了进一步推进这一有前途的领域，预测最近发现的和尚未合成的极化激元材料的光学响应是非常有趣的。在这里，我们发展了一个统一的框架，量子线性响应理论的基础上计算空间非局域介电函数的极性晶格在任意尺寸。在三维块状材料的情况下，我们的计算的空间局部限制再现极性晶格的介电响应的标准结果。使用这个框架，我们提供了从头计算的介电常数的重要散装极性的碳化硅和六方氮化硼，如与实验吻合良好。从从头算理论，我们能够开发一个微观的理解，声子模式有助于每个组件的介电函数，以及预测功能的介电函数是一个结果，弱TO声子。这种形式主义还确定了量子非局域效应可以校正声子极化激元色散的机制，这与最近将电磁场限制在1~nm尺度的原子尺度实验非常相关。最后，我们的工作指向的第一性原理描述的界面声子，声子强耦合，和手征声子的声子极化激元的性质的影响。
2018-08-31 cond-mat.mtrl-sci physics.optics quant-ph
BInGaN alloys nearly lattice-matched to GaN for high-power high-efficiency visible LEDs
基于InGaN的可见光LED在固态照明和显示器方面有商业应用，但晶格失配限制了可以在GAN上生长的具有高结晶质量的InGaN量子阱的厚度。由于对于给定的电流密度，较窄的阱在较高的载流子密度下工作，因此它们增加了损耗到俄歇复合的载流子的分数并且降低了效率。将较小的III族元素硼掺入InGaN合金中是消除晶格失配并实现具有厚有源区的高功率、高效率可见光LED的有希望的方法。在这项工作中，我们应用预测计算的基础上的混合密度泛函理论的BInGaN合金的热力学，结构和电子性质的调查。我们的研究结果表明，BInGaN合金与B：In的比例为2：3是更好的晶格匹配GAN相比，InGaN和，铟分数小于0.2，近晶格匹配。与Vegard定律的偏差表现为相对于组成的面内晶格常数的弯曲。我们的热力学计算表明，硼在InGaN中的溶解度高于纯GAN。在保持B：In比率恒定的同时改变Ga摩尔分数使得能够在1.75-3.39 eV范围内调节（直接）带隙，其覆盖整个可见光谱。空穴强烈地局限于非键合N 2 p态，这是由硼原子附近的局部键平面化引起的。我们的研究结果表明，BInGaN合金是很有前途的制作氮化物异质结与厚有源区的高功率，高效率的LED。
2019-02-07 cond-mat.mtrl-sci
Band gap renormalization and indirect optical absorption in MgSiN$_2$ at finite temperature
采用第一性原理计算研究了温度对宽带隙三元氮化物MgSiN $_2$电子能带结构和光吸收性质的影响。我们发现，电子-声子耦合导致的间接间隙的MgSiN $_2$，这是必不可少的理解这种材料的光电性能的相当大的减少。在考虑带隙重整化的情况下，用准粒子GW 0方法计算的MgSiN $_2$的带隙与最近的实验结果符合得很好.预测的声子辅助的间接光学吸收光谱表明，随着温度的升高，吸收开始经历了红移。我们的工作为了解MgSiN $_2$的带隙性质提供了有益的见解，并有助于其在紫外光电子器件中的应用。
2021-12-14 cond-mat.mtrl-sci
Hole mobility of strained GaN from first principles
氮化物半导体普遍存在于诸如LED和蓝光光盘的光电子器件中。GAN在电力电子中进一步采用的主要限制是其低空穴迁移率。为了解决这一问题，我们采用从头算玻尔兹曼输运理论研究了纤锌矿GAN的声子限制迁移率，包括所有的电子-声子散射过程、自旋-轨道耦合和多体准粒子能带结构.我们表明，流动性主要由声学变形势散射，我们预测，空穴流动性可以显着增加，通过解除上述轻，重空穴分裂空穴状态。这可以通过经由应变或经由通过超快红外光脉冲相干激发A $_1$光学声子来反转晶体场分裂的符号来实现。
2019-08-06 cond-mat.mtrl-sci
Giant spin-splitting and gap renormalization driven by trions in single-layer WS$_2$/h-BN heterostructures
在二维（2D）半导体过渡金属二硫属化物（TMD）中，新的电子现象如可调谐带隙和强束缚激子和三重子出现于强多体效应，超出自旋-轨道耦合和晶格自旋诱导的自旋和谷自由度。将单层（SL）TMD与范德华异质结构中的其他2D材料相结合，提供了一种通过这些多体效应控制电子特性的有趣方法。在这里，我们采用微聚焦角分辨光电子能谱（microARPES）和原位表面掺杂来操纵六方氮化硼（WS $_2$ /h-BN）上的SL WS $_2$的电子结构。电子掺杂后，我们观察到SL WS $_2$价带（VB）自旋轨道从430 meV分裂到660 meV的一个意想不到的巨大重整化，以及至少325 meV的带隙减小，这归因于三电子准粒子的形成.这些研究结果表明，电子，自旋电子和激子性能是广泛的调谐在二维TMD/h-BN异质结构，因为这些是密切相关的准粒子动力学的材料。
2018-01-31 cond-mat.mtrl-sci
Combining GW calculations with exact-exchange density-functional theory: An analysis of valence-band photoemission for compound semiconductors
我们报告的准粒子能量计算的电子能带结构所测量的价带光电发射选定的II-VI族化合物和III族氮化物。采用量子阱微扰方法，对密度泛函理论（DFT）中虚构的、无相互作用的Kohn-Sham电子基态进行微扰，系统地研究了Zn掺杂GAN、ZnO、ZnS和CdS的电子结构.特别强调的是把阳离子半芯d-电子，明确包括在我们的赝势方法的价电子所发挥的作用进行分析。与大多数以前的GW的研究，这是几乎exlusively基于局域密度近似（LDA）的基态计算，我们结合GW与精确交换DFT计算的优化有效势方法（OEPx）。这是一种更复杂和计算成本更高的方法。然而，我们表明，应用OEPx的方法导致改进的描述的d-电子杂化相比，LDA。此外，我们发现，它是必不可少的使用OEPx赝势，以处理核价交换一致。我们基于OEPx的准粒子价带结构与现有的光电发射数据相比，LDA的基础上的良好的协议。因此，我们得出结论，对于这些材料，OEPx构成了后续GW计算的更好起点。
2005-02-16 cond-mat.mtrl-sci
Composition dependent $\mathbf{k}\cdot\mathbf{p}$ band parameters for wurtzite (Al,Ga)N alloys from density functional theory
本文通过密度泛函理论计算，系统提取了(Al,Ga)N合金全成分范围的k·p带参数，发现其显著偏离线性插值，需引入成分依赖弯曲参数，并指出晶体场劈裂能的非线性影响能带排序及光偏振特性。
2025-05-26 cond-mat.mtrl-sci
Experimental determination of the valence band offsets of $ZnGeN_2$ and $ZnGe_{0.94}Ga_{0.12}N_2$ with $GaN$
在$ZnGeN_2/GaN$异质界面处具有近似$1.4 eV$价带偏移的预测的II型交错能带对准启发了用于高性能光电子学中的应用的新颖的基于能带工程的$III-N/ZnGeN_2$异质结构的器件设计。我们报告金属有机化学气相沉积生长的$(ZnGe)_{1-x}Ga_{2x}N_2$，$x = 0$和$0.06$，和$GaN$使用X射线光电子能谱之间的价带偏移的测定。发现$ZnGeN_2$的价带位于$GaN$的$1.45-1.65 eV$之上。这一结果与第一性原理密度泛函理论计算的势分布和准粒子自洽GW计算的带边态相对于势的预测值吻合得很好。对于$(ZnGe)_{0.94}Ga_{0.12}N_2$，测定值为$1.29 eV$，$~10-20\%$低于$ZnGeN_2$。$ZnGeN_2$和$GaN$之间的大带偏移的实验测定提供了有前途的替代解决方案，以解决纯III族氮化物基结构和器件所面临的挑战。
2021-02-04 cond-mat.mtrl-sci
Design of high-mobility p-type GaN via the piezomobility tensor
本研究引入压电迁移率张量，通过求解ab initio玻尔兹曼输运方程并结合电子-声子散射与GW修正，系统分析了应变对GaN空穴迁移率的影响，发现三种最佳应变构型可显著提升室温空穴迁移率，为高迁移率p型GaN材料设计提供了理论框架。
2025-08-08 cond-mat.mtrl-sci
