Boron-doped diamond
硼掺杂金刚石在掺杂浓度的某个临界值（约2.21at%）处经历绝缘体-金属转变。在这里，我们报告了一个简单的方法，计算其体积模量，基于vacuical模型，由Varotsos和Alexopoulos，最初已建议的缺陷形成参数之间的互连固体和散装性能。在2.6at%的掺杂水平下获得的结果与实验值一致，该掺杂水平后来在0.5at%的水平下得到改善。
2017-05-18 cond-mat.mtrl-sci
Extent of stacking disorder in diamond
通过计算预测，六方金刚石显示出非凡的物理特性，包括超过立方金刚石的硬度。然而，最近的电子显微镜研究表明，所谓的六方金刚石样品实际上不是离散的材料，而是有缺陷的孪晶立方金刚石。我们现在提供了一个定量分析金刚石样品中的立方和六方堆积通过分析X射线衍射数据与DIFFaX软件包。我们在以前被称为六方金刚石的材料中发现的六方堆积的最高分数低于60%。其余的堆叠序列是立方的。我们表明，立方和六方序列交织在一个复杂的方式，天然存在的Lonsdaleite不是一个简单的相混合的立方和六方金刚石。相反，它在结构上最好描述为堆叠无序金刚石。未来的实验挑战将是制备超过60%的六方金刚石样品，并朝着迄今为止难以捉摸的“完美”六方金刚石方向发展。
2015-05-11 cond-mat.mtrl-sci
A detailed analysis of the Raman spectra in superconducting boron doped nanocrystalline diamond
利用可见光激发拉曼光谱研究了超导（Tc= 3.8K）重掺硼纳米金刚石的光散射特性。确定了带心声子线和电子连续谱的Fano型干涉。线形分析显示Fano线形具有显著的不对称性（q=-2）。拉曼散射振幅的反常波长依赖性和小的值被观察到与以前的研究一致。
2013-05-03 cond-mat.mtrl-sci
Growth rate and EBSD texture analysis of nitrogen doped diamond films
采用直流化学气相沉积（CVD）方法，通过改变气源中氮气的添加量制备了金刚石薄膜。利用高分辨电子背散射衍射（HR-EBSD）和X射线衍射（XRD）研究了氮的加入对异质外延多晶金刚石薄膜织构和晶粒形状演变的影响。分析表明，添加1.5%的N2到CH 4气流导致{110}纤维织构的强烈增强。这种现象进行了讨论的竞争性增长的选择机制。
2008-12-21 cond-mat.mtrl-sci
Optical and Electrical Characterization of Boron-Doped Diamond
采用微波等离子体化学气相沉积（MPCVD）技术在合成的（100）取向的Ib型金刚石衬底上同质外延生长了掺硼单晶金刚石薄膜。拉曼光谱显示，随着钻石的带中心光学声子模式在较低的波数区域的一些额外的频带。随着薄膜中硼含量的增加，观察到了带心光学声子模的峰形变化及其下移。原子力显微镜观察到随着硼含量的增加，薄膜的表面形貌发生了变化。四点探针电测量表明，不同的导电机制是在不同的温度区的这些半导体薄膜。
2013-01-31 cond-mat.mtrl-sci
Doubly-charged silicon vacancy center, photochromism, and Si-N complexes in co-doped diamond
我们报告的第一个实验观察到的双电荷缺陷的金刚石，SiV 2-，在硅和氮共掺杂的样品。我们测量光谱特征，我们属性的替代硅在金刚石中，并确定一个硅空位复杂的装饰与最近邻的氮，SiVN，理论计算的支持。含有硅和氮的样品被证明是严重的光致变色，由于SiV 0/-的损失和光学惰性SiV 2-的增益，占主导地位的可见光变化。
2020-02-05 cond-mat.mtrl-sci
Colossal phonon drag enhanced thermopower in lightly doped diamond
金刚石是研究最多的材料之一，因为它具有独特的电学、机械、热学和光学特性。利用完全自洽的耦合电子-声子输运从头算理论，我们揭示了另一个惊人的行为：一个巨大的阻力增强的热电势的轻掺杂金刚石。在100 K时发现热电势值约为100，000微伏/开尔文，大大超过了相关金属FeSb 2中先前测量的最高值，并且发生在更高的温度下。金刚石中巨大的热电势主要来自于在100 K附近和低于100 K的异常弱的非谐声子衰减，其通过电子-声子相互作用促进载流子和声子之间的有效动量交换。还确定了过大的热电功率因子。这项工作提供了深入的物理学的耦合电子-声子系统在固体和推进我们的理解热电输运制度的强阻力。
2022-07-18 cond-mat.mtrl-sci
Is manganese-doped diamond a ferromagnetic semiconductor?
我们使用密度泛函理论方法来研究最近的预测，根据齐纳模型的平均场解，掺杂Mn的金刚石（自旋S=5/2）将是一个稀磁半导体，保持铁磁性以及高于室温。我们的研究结果表明这是不可能的，原因有四：（1）金刚石中的替代Mn具有低自旋S=1/2基态;（2）相对于大得多的“双空位”位置，替代位置在能量上是不利的;（3）双空位位置中的Mn是受主，但只有超深能级，因此空穴可能保持局部化;（4）计算出的邻近双空位Mn间的海森堡耦合比锗中置换Mn的海森堡耦合小两个数量级。
2003-08-14 cond-mat.mtrl-sci
Magneto-transport phenomena in p-doped diamond from first principles
利用密度泛函理论，通过线性化Boltzmann输运方程的精确解，对p型掺杂金刚石中的磁输运现象进行了第一性原理研究.在一定的温度和载流子浓度范围内，这种方法的结果与霍尔和漂移迁移率、低场和高场磁电阻以及塞贝克系数（包括声子拖曳效应）的实验数据非常一致。特别是，我们的研究结果提供了一个非常高的流动性和塞贝克系数的值的详细表征，并预测一个大的磁场驱动的塞贝克系数的增强，高达30%，在磁场的40千欧已经在室温下。
2018-08-30 cond-mat.mtrl-sci
Growth Morphology of Boron Doped Single Crystal Diamond
采用微波等离子体辅助化学气相沉积法在合成的（100）Ib型金刚石衬底上同质外延生长了掺硼单晶金刚石薄膜。用原子力显微镜观察到随着等离子体中硼浓度的增加，薄膜的表面形貌发生了变化。已经发现在硼掺杂期间使用氮改善了膜的表面形态和生长速率，但是其降低了膜的电导率。拉曼光谱表明，随着一些额外的带在较低的波数区域的区域中心光学声子模式。随着薄膜中硼含量的增加，观察到了带心光学声子模的峰形变化及其下移。然而，在工艺气体中存在氮以及乙硼烷的情况下生长的膜中观察到拉曼线的收缩和上移。
2013-11-05 cond-mat.mtrl-sci
Superstructures of Cubic and Hexagonal Diamonds Comprising a Family of Novel $sp^3$ Superhard Carbon Allotropes
提出了立方和六方金刚石（h-和c-金刚石）的超结构，其包含稳定的类金刚石$sp^3$杂化的新型碳同素异形体家族，其被称为$_n$ -碳，其中$n \geq 2$表示晶胞中的结构层的数目。传统的h-和c-钻石分别作为$n=2$和3的成员包含在该家族中。U $_n$ -碳（$n=4-6$），其在能量和热力学上比h-金刚石更稳定，并且具有显著的动力学稳定性，被示出为绝缘体，具有$5.6 \sim 5.8$ eV的间接带隙、$ 3.5 \sim 3.6$ g/cm $^3$的密度、$4.3 \sim 4.4 \times 10^{2}$ GPa的体积模量和$92.9 \sim 97.5$ GPa的维氏硬度，甚至比h-和c-金刚石更硬。模拟的X射线衍射和拉曼光谱的实验表征。碳的这些新结构将在物理学、化学、材料科学和电子物理学中产生引人注目的影响。
2013-10-19 cond-mat.mtrl-sci
Electron paramagnetic resonance of the $\mathrm{N_{2}V^{-}}$ defect in $\mathrm{^{15}N}$-doped synthetic diamond
氮是大多数天然和合成金刚石中的主要杂质，并且氮空位型（$\mathrm{N_{n}V}$）缺陷家族在我们理解这些金刚石中的缺陷动力学中是至关重要的。一个显著的差距是在含有显著浓度的电子供体的金刚石中缺乏对$\mathrm{N_{2}V}^{-}$（$\mathrm{N_{2}V}$的主要电荷状态）的阳性鉴定。在本文中，我们使用同位素富集的金刚石来识别与$^{15}\mathrm{N_{2}V}^{-}$相关的EPR谱，并使用导出的自旋哈密顿参数来识别天然同位素丰度样品中的$^{14}\mathrm{N_{2}V}^{-}$。电子波函数的$\mathrm{N_{2}V^{-}}$基态和以前缺乏识别进行了讨论。示出的$\mathrm{N_{2}V}^{-}$ EPR谱强度与H2光吸收在浓度的数量级。
2015-10-14 cond-mat.mtrl-sci
On the origin of the Raman scattering in heavily boron-doped diamond
采用硼碳同位素替代法对高压高温合成的重掺硼金刚石的振动模式进行了识别。拉曼光谱中没有一个谱带在^{10} B-取代后发生位移，而与具有天然同位素丰度的样品相比，在^{13} C-取代后观察到所有谱带向较低频率的位移。这些同位素替代实验排除了硼二聚体相关简正模的假设，并强烈支持先前研究的“500 cm^{-1}”和“1230 cm^{-1}”带以及1003 cm^{-1}和1070 cm^{-1}处的两个弱带归属于扰动金刚石晶格声子，揭示了声子态密度。在组合频率和泛音频率的二阶声子谱也被确定。提出了一种体等离子体激元相关的声子态密度谱相对于带心声子的增强机制。
2008-01-10 cond-mat.mtrl-sci
Mechanical properties of cubic boron nitride and diamond at dynamical pressure and temperature
本研究利用从头算分子动力学比较c-BN与金刚石在动态温压条件下的力学性能，发现c-BN在约220 GPa发生脆韧转变且硬度表现接近金刚石。
2023-12-12 cond-mat.mtrl-sci
Optical centers in cubic boron nitride and diamond: remarkable similarities
Central European Institute of Technology, Brno University of Technology（中欧技术研究所，布尔诺理工大学）；Jilin Diamond Technology Research & Development（吉林金刚石技术研发有限公司）
通过对比同立方压力机生长的立方氮化硼与金刚石的光吸收和发光，发现二者光学中心谱学特征相似，初步归属了立方氮化硼中多种光学中心的缺陷起源。
2026-08-05 cond-mat.mtrl-sci
Large Microwave Inductance of Granular Boron-Doped Diamond Superconducting Films
掺硼金刚石颗粒薄膜具有超导电性，其最佳临界温度为Tc = 7.2K。在这里，我们报告的测量复杂的表面阻抗的掺硼金刚石薄膜在微波频率范围内使用的谐振技术。实验测得的电感值与从材料的正常状态薄层电阻获得的估计值吻合良好。磁穿透深度的温度依赖性是一致的，一个完全带隙的s波超导体。掺硼金刚石薄膜应该在需要高动力学电感的地方找到应用，例如微波动力学电感探测器和量子阻抗器件。
2021-06-16 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
Two semiconducting three-dimensional all-sp2 carbon allotropes
利用第一性原理方法研究了两种三维全sp2碳同素异形体sp2-金刚石和sp2-石墨的能量稳定性、动力学稳定性和电子性质。1992年，Michael O 'Keeffe预测了石墨的存在（Phys. Rev. Lett.，68，15，1992.）空间群为Pn-3 m（224），而空间群为Fd-3 m（227）的sp2-金刚石未见报道。结果表明，sp2-金刚石结构比K4-碳和T-碳结构更稳定，sp2-石墨结构比超硬M-碳、W-碳和Z-碳结构更稳定，振动性质计算表明两种结构都是动力学稳定的。有趣的是，sp2-金刚石和石墨都表现为半导体，这与以前提出的全sp2碳同素异形体相反。sp2-金刚石是直接带隙为1.66 eV的半导体，而石墨是间接带隙为2.89 eV的半导体。sp2-金刚石和石墨的低密度和完全的sp2构型在储氢、光催化剂和分子筛等方面具有潜在的应用前景。
2012-06-30 cond-mat.mtrl-sci
Highly Boron-Doped Graphite and Diamond Synthesized From Adamantane and Ortho-Carborane under High Pressure
这项工作证明了使用金刚烷碳硼烷混合物作为前体生产具有高度硼掺杂的石墨和金刚石的高压方法的有效性。在8GPa和$1700 ^{o}C$下，石墨由金刚烷$C_{10}H_{16}$获得，而硼掺杂金刚石（2 × 2.5at.%）的微晶由金刚石（2 × 2.5at.%）获得。由金刚烷和邻碳硼烷$C_{2}B_{10}H_{12}$（原子比B：C = 5：95）的混合物合成。这一结果有力地说明了硼在高压合成金刚石中的催化活性。在低于7GPa的压力下，只有石墨由金刚烷和碳硼烷混合物合成。石墨化在相当低的温度（低于$1400 ^{o}C$）下开始，并且温度的增加同时增加硼含量和石墨晶格的质量。对材料结构的深入研究使我们能够假设在高硼浓度（> 1at.%）下，替代硼原子在石墨层中周期性地且彼此等距地分布。理论论证和模型从头计算证实了这一假设，并解释了实验观察到的硼浓度。
2021-08-10 cond-mat.mtrl-sci
Electron-Phonon Coupling in Boron-Doped Diamond Superconductor
采用密度泛函超原胞方法研究了掺硼金刚石的电子结构、晶格动力学和电子-声子耦合。结果表明，掺硼金刚石是一种声子介导的超导体，这与以前用虚晶近似计算得出的理论结论相一致。我们表明，光学声子模式，包括B振动起着重要的作用，在电子-声子耦合。与前人的理论结果不同，我们用库仑赝势μ*= 0.10计算了掺硼2.78%的金刚石的电子-声子耦合常数为0.39，超导转变温度Tc为4.4K，与实验结果符合得很好。
2004-10-07 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
Shift of Fermi level by substitutional impurity-atom doping in diamond and cubic- and hexagonal-boron nitrides
采用KKR（Korringa-Kohn-Rostoker）方法计算了金刚石、立方氮化硼（cBN）和六方氮化硼（hBN）的态密度和能带图，研究了杂质原子掺杂低于10at.%时费米能级的移动.对于金刚石，掺杂剂原子为B和N，对于cBN，掺杂剂原子为Be、Si和C，对于hBN，掺杂剂原子为Be和C。发现在下列七种情况下费米能级位于价带最大值或导带最小值：（i）B浓度为0.3at.%在B掺杂的金刚石中，（ii）N浓度为0.4原子%，在N掺杂金刚石中，（iii）Be取代B的浓度为0.9at.%在cBN中，（iv）Si取代B的浓度为0.3原子%，在cBN中，（v）C取代B的浓度为0.3原子%，在cBN中，（vi）C取代N的浓度为0.9原子%，在cBN中，和（vii）Be取代B的浓度为~ 2at.%在hBN中。这些值中的每一个都指示用于载流子到金属转变的临界掺杂剂浓度。在掺硼金刚石中，它是在低温下发生超导性的一种量度。
2014-12-10 cond-mat.mtrl-sci
Toward catalyst-mediated growth of diamond and cubic boron nitride wires
Institute for Basic Science (IBS)（韩国基础科学研究所）；UNIST（蔚山科学技术院）
针对金刚石和立方氮化硼线状晶体缺乏可重复催化剂介导生长方法的问题，提出VLS和VSS路线，通过切换起始材料、沉积催化剂等策略，探索金刚石-金属接触以促进四面体键合，实现单晶或多晶线状生长。
2026-10-27 cond-mat.mtrl-sci
Fabrication and Investigation of Nitrogen doped Ultra-Nano-Crystalline Diamond Hall-bar Devices
使用微波辅助等离子体化学气相沉积（CVD），将氮掺杂的超纳米晶体金刚石（N-UNCD）层沉积在非导电金刚石层的顶部上，所述非导电金刚石层本身位于硅晶片上。然后，使用光刻和干法蚀刻技术将该结构成形为各种尺寸的霍尔条器件。在不同温度下，使用无冷冻剂稀释制冷机的设备的电性能进行了研究。
2013-03-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Phonon- and defect-limited electron and hole mobility of diamond and cubic boron nitride: a critical comparison
金刚石和立方氮化硼（cBN）是两种最有前途的超宽带隙（UWBG）半导体材料，在大功率高频电子器件中有着广泛的应用前景。然而，尽管对这些材料中的载流子输运进行了广泛的研究，但它们报道的载流子迁移率存在很大的差异。在这项工作中，我们调查的声子和掺杂剂有限的电子和空穴迁移率的cBN和金刚石原子第一性原理计算，以了解其基本上限载流子输运。我们的研究结果表明，虽然声子限制的电子迁移率cBN和金刚石之间是可比的，空穴迁移率是显着较低的cBN由于其较重的空穴有效质量。此外，尽管晶格散射在低掺杂下主导迁移率，但由于高掺杂剂电离能，中性杂质散射在较高掺杂剂浓度下成为主导散射机制。我们的分析提供了关键的见解，并揭示了金刚石和cBN的载流子迁移率作为掺杂和温度的函数在高功率电子器件中的应用的固有上限。
2021-08-09 cond-mat.mtrl-sci
A report on the magnetic order of transition-metal $δ$-doped cubic ZnO
本文报道了过渡金属（Ti，V，Cr，Mn，Fe，Co，Ni）$δ$掺杂ZnO的性质的初步研究结果。采用\emph{ab-initio}电子结构计算方法，研究了ZnO的立方岩盐和锌盐结构的磁序。基态磁序强烈依赖于过渡金属原子。
2013-09-25 cond-mat.mtrl-sci
Magnetism in Transition metal doped Cubic SiC
本文采用第一性原理密度泛函理论对过渡金属掺杂SiC进行了研究。我们考虑了立方SiC与3d过渡金属作为替代杂质的Si和C位分别。掺杂Cr、Mn的立方SiC表现出铁磁性，而掺杂Sc、Ti、V和Co的立方SiC表现出磁性能的位置依赖性。其余的杂质被发现是非磁性的。
2011-11-25 cond-mat.mtrl-sci
Silicon-vacancy color centers in phosphorus-doped diamond
掺杂磷（n型）金刚石中色心的受控产生可以促进量子光子器件的电子集成，例如在电注入时操作的单光子源。硅空位（SiV）色心是很有前途的候选者，但迄今为止，在磷掺杂金刚石单光子发射的条件还没有调查。在这项研究中，我们创建SiV色心在金刚石样品中具有不同的磷浓度，并显示由于掺杂，氮杂质和离子注入诱导的缺陷的荧光背景可以显着抑制。在低注量硅离子注入下，在掺磷金刚石中获得了单光子发射体。
2019-12-19 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph quant-ph
Dimensionality and design of isotropic interactions that stabilize honeycomb, square, simple cubic, and diamond lattices
我们使用统计力学和计算机模拟的逆方法来研究是否各向同性的相互作用，旨在稳定一个给定的二维（2D）晶格也将有利于一个类似的三维（3D）结构，反之亦然。具体来说，我们确定的三维有序晶格有利于各向同性潜力优化，表现出稳定的二维蜂窝（或正方形）周期性结构，以及二维有序结构有利于各向同性相互作用，旨在稳定三维金刚石（或简单立方）晶格。我们发现一个显着的“可转移性”的各向同性电位设计，以稳定类似的形态在2D和3D，无论确切的相互作用形式，我们讨论了这种跨维行为的基础。我们的研究结果表明，发现驱动组装成某些感兴趣的3D周期性结构的相互作用可以通过针对类似的2D晶格的计算密集型优化来辅助。
2014-08-28 cond-mat.mtrl-sci
Signature of high Tc around 25K in higher quality heavily boron-doped diamond
金刚石具有突出的物理特性：已知最硬的材料，宽的带隙，最高的导热性和非常高的德拜温度。2004年，Ekimov等人发现重掺硼（B掺杂）金刚石在4K左右成为超导体。本课题组成功地控制了硼的浓度，用化学气相沉积法制备了超导金刚石薄膜。通过CVD方法，我们发现当硼浓度（nB）超过3.0 × 10^20 cm^-3的金属-绝缘体转变浓度时，超导性出现，并且随着nB的增加，其Tczero增加到7.4 K。我们还阐明了在价带形成的空穴是导致超导性的金属态的原因。计算结果表明，空穴掺杂到价带诱导强烈的吸引相互作用和快速增加的Tc随着硼浓度的增加。根据计算，如果置换掺杂的硼可以周期性地排列或无序度降低，则可以通过最小百分比掺杂实现约100 K的Tc。在这项工作中，我们已经成功地观察到零电阻率高于10 K和在25.2 K的电阻率降低在重B掺杂的金刚石膜的发病。然而，有效载流子浓度与具有较低Tc的超导金刚石相似。我们发现，该载体具有较长的平均自由程和寿命比以前报道的，这表明，这种最高的Tc金刚石具有更好的结晶度相比，其他超导金刚石薄膜。此外，磁化率在高质量金刚石中显示出高于20 K的小转变，表明高于20 K的超导性的特征。这些结果强烈地表明，较重的载流子掺杂的无缺陷的金刚石晶体可以产生高Tc金刚石。
2014-11-28 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
Origin of Superconductivity in Boron-doped Diamond
利用硼掺杂金刚石的电子和振动性质与MgB 2的相似性，研究了最近报道的掺硼金刚石在T_c= 4K时的超导电性。由C-C键拉伸模式产生的空穴态的变形势比驱动其高Tc的MgB 2中的相应量大60%，导致非常大的电子-声子矩阵元素。计算得到的耦合强度λ~ 0.5导致T_c在5-10 K范围内，并使声子耦合成为可能的机制。较高的掺杂应该会使T_c有所增加，但主要是三维性对态密度的影响使掺杂金刚石的T_c不能接近MgB_2。
2004-10-14 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
Current-induced nanogap formation and graphitization in boron-doped diamond films
采用强电流退火技术在掺硼纳米金刚石薄膜中制备纳米间隙和金刚石/石墨混合结构。使用反馈控制的电流退火程序产生低至1 nm的纳米尺寸的间隙。纳米间隙的特征在于使用扫描电子显微镜和电子传输测量。高温下产生的结构变化，实现电流退火过程中的焦耳加热，其特征在于使用拉曼光谱。在最大热积累点处观察到金刚石/石墨杂化结构的形成。
2012-12-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Nanostructures made from superconducting boron doped diamond
我们报道了由硼掺杂的超导金刚石制成的纳米结构的输运性质。从纳米晶超导掺硼金刚石薄膜，化学气相沉积生长，我们图案的电子束光刻设备的尺寸在纳米范围内。我们表明，即使是这样的小设备，材料的超导性能得到很好的保护：对于宽度小于$100\, nm$的导线，我们测量临界温度在开尔文范围和临界场在特斯拉范围。
2010-03-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
Structural and thermodynamic stability of hexagonal-diamond $\text{Si}_{1 - x - y}\,\text{Ge}_{x}\,\text{B}_{y}$ alloys
本研究通过密度泛函理论模拟探究硼掺杂六方金刚石结构硅锗合金的结构与热力学稳定性，发现其符合三元Vegard定律、硼在六方相更稳定且超掺杂热力学可行性更高，为IV族半导体超导研究提供新平台。
2025-07-31 cond-mat.mtrl-sci
Three-dimensional MgB$_{2}$-type superconductivity in hole-doped diamond
我们证实，最近发现的超导性低于4 K的3%的硼掺杂的金刚石是由电子-声子耦合的相同类型的MgB $_2$，虽然在3维计算。空穴在带中心的顶部，简并的$σ$键合价带强烈耦合到光学键伸缩模式。从2维到3维的增加降低了对$T_{c}$至关重要的模式软化，在$_{2}.$中达到40 K。即使金刚石具有与MgBPDMATHABMR相同的\emph{bare}耦合常数（可以用10%掺杂实现），$T_{c}$也将仅为25 K。Si（Ge）中高于1 K的超导性需要空穴掺杂超过5%（10%）。
2004-11-30 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
Intervalence Plasmons in Boron-Doped Diamond
该研究首次在掺硼金刚石中发现价带间等离激元，通过谱学实验和第一性原理计算证实其存在与金属性特征，为掺杂半导体诱导类等离激元行为提供了新机制，也为金刚石在量子信息领域的应用拓展了方向。
2024-12-11 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Magnetism in Mn delta-doped cubic GaN: density-functional theory studies
用密度泛函理论计算了12.5%和25%Mn δ掺杂立方GAN的磁性。结果表明，单层δ掺杂和半δ掺杂结构表现出较强的基态半金属铁磁性（HMF），双层δ掺杂结构表现出较强的基态反铁磁性（AFM），自旋翻转能为479.0 meV.δ掺杂结构显示出增强的二维磁性。我们讨论了起源的HMF使用一个简单的晶体场模型。最后，我们讨论了基于Mn掺杂GAN的反铁磁/铁磁异质结。
2009-01-19 cond-mat.mtrl-sci
Multifrequency Nanoscale Impedance Microscopy (m-NIM): A novel approach towards detection of selective and subtle modifications on the surface of polycrystalline boron-doped diamond electrodes
在本文中，我们描述了纳米阻抗显微镜（NIM）的修改，即结合接触模式原子力显微镜与局部阻抗测量。假设的方法是基于多频电压扰动的应用，而不是标准的逐频分析，其中包括提供更省时和准确的测定所得的阻抗谱与高空间分辨率。基于阻抗谱分析与适当的等效电路，它是可能的映射表面电阻和接触电容。以多晶重掺硼金刚石（BDD）电极为研究对象。最近的研究表明，这种电极暴露于氧化环境中可能会导致终止类型的修改，因此它是描述BDD的电学和电化学性质的关键因素。我们已经成功地应用了多频NIM，这使我们能够证明，终止类型的修改是选择性的，并发生在具有特定的晶体取向的晶粒上的不同倾向。此外，我们的方法能够检测甚至微妙的亚微观表面异质性，创建作为各种氧化处理的结果，并将它们与晶界处硼的局部分布相关的表面异质性区分开来。
2018-11-14 cond-mat.mtrl-sci
From diamond to BC8 to simple cubic and back: kinetic pathways to post-diamond carbon phases from metadynamics
Comenius University（布拉迪斯拉发康斯坦丁神学家大学）；University of South Florida（南佛罗里达大学）
利用元动力学和机器学习势，揭示了立方和六方金刚石在1.5 TPa以上转变为后金刚石碳相的原子机制，并确定了BC8和简单立方相的形成条件及可能的实验回收路径。
2025-08-30 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech
Metastable Carbon at Extreme Conditions
极端条件下的碳是深入科学探究的焦点，因为它对于惯性约束聚变实验的应用和理解富碳系外行星的内部结构非常重要。在最近的动态压缩实验中发现了金刚石在超高压下的极端亚稳性。这项工作解决了一个重要的问题，其他竞争性亚稳碳相的存在，可能会观察到在冲击实验。发现金刚石多型体，具有混合的立方和六方金刚石堆叠平面的碳晶体，是在100和1，000GPa之间的压力下与立方金刚石在能量上竞争的唯一亚稳碳晶体相。高于1 TPa，没有亚稳相被发现是有力的竞争与结晶稳定的BC 8和简单的立方相。低焓金刚石多型体的存在表明，它们可能是冲击波加载金刚石时出现的碳亚稳相的候选者。
2022-11-18 cond-mat.mtrl-sci
Optical properties of boron-doped diamond
本文报道了用热灯丝化学气相沉积法生长的纯金刚石薄膜和掺硼金刚石薄膜的光学反射率研究。研究表明，硼掺杂后，在靠近价带顶部的位置形成了一个杂质带。根据实验观察，绘出了硼掺杂后电子结构演变的示意图。研究还表明，硼掺杂引起了晶格局域畸变，在掺杂样品中激活了位于1330 cm $^{-1}$处的红外禁戒声子模。电导谱中该模式的反共振特性证明了电子与该声子模式之间的强耦合。
2005-11-24 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
Optical and Acoustic Phonons in Turbostratic and Cubic Boron Nitride Thin Films on Diamond Substrates
该研究通过拉曼、布里渊-曼德尔斯塔姆光谱及HRTEM，表征金刚石衬底上t-BN与c-BN薄膜的声子特性，发现布里渊-曼德尔斯塔姆光谱可区分c-BN的体纵与表面声学声子，为超宽禁带器件热管理提供参考。
2023-07-21 cond-mat.mtrl-sci
Thermal Diffusion Boron Doping of Single-Crystal Diamond
单晶金刚石（SCD）具有最佳的整体电子和热性能，是极宽禁带材料，有望在未来彻底改变电力电子和射频电子。然而，将SCD转变为有用的半导体需要克服掺杂挑战，因为传统的替代掺杂技术，例如热扩散和离子注入，不容易应用于SCD。在这里，我们报告了一个简单的和容易获得的掺杂策略，证明在SCD中的电激活，取代掺杂，而不诱导石墨化转变或晶格损伤，可以很容易地实现与热扩散在相对较低的温度下，通过使用重掺杂的硅纳米膜作为一个独特的掺杂剂携带介质。原子模拟阐明了空位交换硼掺杂机制，发生在Si和金刚石之间的键合界面。我们进一步展示了选择性掺杂的高压二极管和半波整流器电路使用这样的掺杂SCD。我们的新掺杂策略为未来的高压功率转换系统和其他新型金刚石基电子器件使用SCD建立了一条可达的道路。这种新的掺杂机制可能在其他宽带隙半导体中找到关键用途。
2016-03-03 cond-mat.mtrl-sci
Silicon-based high-temperature diamondlike ferromagnetic with self-organized superlattice distribution of manganese impurity
为了证明激光等离子体掺杂锰硅稀磁半导体薄膜的类金刚石晶体结构，我们推广了前人的结果。
2012-10-04 cond-mat.mtrl-sci
Theoretical Investigation of Yield-Enhancing Equilibrium Negatively Ionized Tin-Vacancy Center Preparation Pathways in N-Doped Diamond
本文使用DFT理论探究了N掺杂金刚石中由替位型氮（N$_\ ext{C}$）供电子形成Sn$V^-$色心的平衡路径与产率，为提升带电色心产率以应用于光电子和量子信息领域提供了实验指导。
2025-04-07 cond-mat.mtrl-sci
Phase Transition Mechanism of Hexagonal Graphite to Hexagonal and Cubic Diamond: Ab-initio Simulation
我们采用从头算分子动力学模拟研究了高压下六方石墨（HG）到六方金刚石（HD）或立方金刚石（CD）的相变机理。从HG到HD的过渡被发现迅速发生在非常小的时间为0.2 ps，与大的合作位移的所有原子。我们观察到HG中原子的交替层分别以相反的方向滑动（1/3，1/6，0）和（-1/3，-1/6，0），沿着pm[2，1，0]方向约为0.7 μ m，同时垂直于a-b平面折叠约pm 0.25 μ m。从HG到CD的转变发生在更复杂的合作位移中。在这种情况下，六个连续的HG层分别沿着[0，1，0]、[-1，-1，0]和[1，0，0]成对地滑动1/3，同时如上所述起皱。我们还进行了计算的声子谱在HG在高压下，揭示软声子模式，可能有助于相变涉及的滑动和起皱的HG层。发现零点振动能和振动熵在使HG稳定到更高的压力（>10 GPa）和温度（<6 GPa）方面具有重要作用。
2021-02-22 cond-mat.mtrl-sci
Shift of Fermi level by substitutional impurity-atom doping in diamond and cubic- and hexagonal-boron nitrides II. Generalized Gradient Approximation
继第一篇论文（arXiv 1406.6204 v5）之后，我们使用KKR（Korringa-Kohn-Rostoker）方案，使用局域密度近似（LDA），确定了金刚石、立方氮化硼（cBN）和六方氮化硼（hBN）的费米能级处于价带最大值（VBM）或导带最小值（CBM）时的杂质原子浓度。本文用广义梯度近似代替LDA计算交换关联。金刚石的杂质原子是B和N，cBN的杂质原子是Be、Si和C，hBN的杂质原子是Be;在第一篇论文中，这些杂质原子通过增加杂质原子浓度而形成简并态。当费米能级位于VBM或CBM时，杂质原子浓度如下：（i）B浓度为0.27at.%在B掺杂的金刚石中，（ii）N浓度为0.25原子%在N掺杂金刚石中，（iii）Be取代B的浓度为0.88at.%在cBN中，（iv）Si取代B的浓度为0.06at.%在cBN中，（v）C取代B的浓度为0.07原子%，在cBN中，（vi）C取代N的浓度为0.88原子%，在cBN中，以及（vii）Be取代B的浓度为1.80原子%在hBN中。（iv）和（v）的值明显小于论文I中的相应值，但这归因于本文中使用的输入参数，因此得出的结论是，计算的浓度对所使用的GGA不敏感。
2014-12-21 cond-mat.mtrl-sci
Equation of State, Stability, Anisotropy and Nonlinear Elasticity of Diamond-Cubic (ZB) Silicon by Phonon Imaging at High Pressure
金刚石砧盒中的实验声子成像被证明是一个足够的工具，以提取完整的一套弹性常数的单晶硅的ZB $\rightarrow β-$ Sn转变（10 GPa）。与通常所承认的相反，我们证明了应变能量密度的发展不能停止，对于硅，在包含三阶弹性常数的条款。非线性弹性，各向异性和压力引起的力学稳定性的立方硅结构的程度，从而重新审视和研究更详细。
2010-07-16 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Impurity impact ionization avalanche in p-type diamond
研究了高掺硼化学气相沉积金刚石薄膜在不同温度和高电场条件下的电导率。电流-电压特性已被测量使用脉冲技术，以减少热效应。实验结果表明，p型金刚石在室温下存在深杂质碰撞电离雪崩。
2012-10-03 cond-mat.mtrl-sci
Observation of conduction electron spin resonance in boron doped diamond
我们在掺硼（6400 ppm）超导金刚石（Tc = 3.8K）中观察到传导电子的电子自旋共振。我们清楚地确定了传导电子自旋共振（CESR）的基准：几乎与温度无关的ESR信号强度及其幅度，这与通过泡利自旋磁化率从态密度预期的结果吻合得很好。CESR谱线宽度随温度的增加而增加，这可以在自旋弛豫的Elliott-Yafet理论的框架下理解。使用经验Elliott-Yafet关系，在g因子、CESR线宽和电阻率之间观察到异常且尚未解释的关系。
2013-05-10 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Theory of electric, magnetic, and toroidal polarizations in crystalline solids with applications to hexagonal lonsdaleite and cubic diamond
利用群论系统研究晶体固体中的电、磁和环多极序，识别出五类在能带结构中具有独特特征的极化物质，并开发了多极密度指标的一般形式理论，为分类和扩展复杂材料中的多极序理解提供了通用框架。
2023-04-05 cond-mat.mtrl-sci
Electronic structures of B-2p and C-2p of boron-doped diamond film by soft X-ray absorption and emission spectroscopy
对金属（~1at%B，B-金刚石）和半导体（~0.1at%B，N，BN-金刚石）掺杂金刚石薄膜进行了B-K和C-K边附近的X射线吸收（XAS）和发射（XES）谱研究。B-K XAS和XES谱都显示出金属的偏态密度（PDOS），费米能级为185.3eV，与不同的电学性质相比，没有明显的硼浓度依赖性。在B金刚石的C-K XAS谱中，在费米能级附近观察到明显的硼杂质态。费米能级E_V与未掺杂金刚石的价带顶能级E_V基本相同，为283.9 eV。BN-金刚石的C-K XAS显示了B诱导的浅能级和N诱导的深宽能级作为带隙态，其中浅能级与由电导率随温度的变化估算的激活能（Ea =0.37 eV）吻合较好，即直接观察到了杂质诱导金属化的C-2 p PDOS的变化。这种金刚石的电学性质主要归因于费米能级附近C-2 p的电子结构。所观察到的XES光谱与DVX-α簇计算进行了比较。DVX-α结果支持在XAS和XES谱中观察到的B-2 p和C-2 p之间的强杂化，并且表明金刚石中的少量硼（<1at%）占据替代位点而不是间隙位点。
2004-07-16 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
Spectral Emission Properties of a Nitrogen-doped Diamond(001) Photocathode: Hot Electron Transport and Transverse Momentum Filtering
本文研究了氮掺杂金刚石(001)光电阴极的光谱发射特性，发现MTE和QE的非单调异常趋势可由导带结构、电子-声子耦合及热电子输运解释，并揭示了横向动量过滤效应。
2022-12-23 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Detonation-induced transformation of graphite to hexagonal diamond
利用同步辐射X射线衍射技术研究了爆轰冲击条件下高取向热解石墨（HOPG）的结构演化。我们观察到形成的六角金刚石（lonsdaleite）在压力超过50 GPa，在定性协议与最近的气枪实验。第一性原理密度泛函计算表明，在单轴压缩下，向六方金刚石转变的能垒低于立方金刚石。最后，在高达>70 GPa时没有观察到立方金刚石形成的迹象。
2020-07-22 cond-mat.mtrl-sci
Phase Behavior of Materials with Isotropic Interactions Designed by Inverse Strategies to Favor Diamond and Simple Cubic Lattice Ground States
我们使用分子模拟来构建两种最近引入的模型材料的平衡相图，这两种模型材料具有各向同性的软排斥对相互作用，其设计分别有利于金刚石和简单立方晶格基态，在广泛的密度范围内[Jain等人，软物质9 14（2013）]。我们采用自由能为基础的蒙特卡罗模拟技术，精确地跟踪晶体间和流体-晶体共存曲线。我们发现，这两种模型材料都显示出丰富的多晶型相行为，其特征在于对应于目标基态结构的稳定晶体，以及各种其他晶体（例如，六方和体心立方）相和多重入熔融转变。
2013-09-04 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
The stability of a crystal with diamond structure for patchy particles with tetrahedral symmetry
模型各向异性粒子的相图与四个有吸引力的补丁在四面体的安排已计算在两个不同的值的范围内的潜力，与调查的条件下，可以形成金刚石晶体的目的。我们发现，金刚石相是从来没有稳定的，为我们的长期潜力。在低温和低压下，流体冻结成体心立方固体，该体心立方固体可以被视为两个互穿的金刚石晶格，在两个子晶格之间具有弱相互作用。在压缩时，取向有序的面心立方晶体变得比体心立方晶体更稳定，并且在较高温度下，塑性面心立方相通过由于取向无序而增加的熵而稳定。一个类似的相图被发现为较短的范围内的潜力，但在低温和低压下，我们也发现了一个区域，在该区域的金刚石相的体心立方相的青睐。相对于体心立方固体，金刚石结构的较高振动熵解释了为什么即使后一相的焓较低，它也是稳定的。对从晶种开始的金刚石结构的生长进行了一些初步研究。尽管金刚石相在长程模型中永远不会稳定，但流体与体心立方晶体之间以及流体与金刚石晶体之间的界面的直接共存模拟表明，在足够低的压力下，在这两种情况下，固体都很可能生长成金刚石晶体，尽管存在一些缺陷。这些结果突出了动力学效应在片状颗粒系统中金刚石晶体形成中的重要性。
2010-05-28 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
