Visualizing Individual Nitrogen Dopants in Monolayer Graphene
在单层石墨烯中，生长期间的替代掺杂可用于改变其电子性质。我们使用扫描隧道显微镜（STM），拉曼光谱，X射线光谱，和第一性原理计算，以表征在铜基板上生长的单层石墨烯中的单个氮掺杂剂。将单个氮原子作为石墨掺杂剂掺入，并且每个氮原子上的一部分额外电子离域到石墨烯晶格中。氮掺杂的石墨烯的电子结构仅在氮掺杂剂的位置的几个晶格间距内被强烈地修改。这些发现表明，化学掺杂是获得具有大载流子浓度的高质量石墨烯膜的有希望的途径。
2011-08-19 cond-mat.mtrl-sci
Spin Splitting of Dopant Edge States in Magnetic Zigzag Graphene Nanoribbons
氢封端的锯齿形纳米石墨烯中的自旋有序电子态引起了磁量子现象，引发了对碳基自旋电子学的新兴趣。锯齿形石墨烯纳米带（ZGNRs），具有两个平行的锯齿形边缘沿带的主轴的石墨烯的准一维半导体条，被预测为主机沿带的边缘铁磁有序和反铁磁耦合在其宽度的本征电子边缘状态。尽管最近在自下而上合成原子精确的ZGNRs方面取得了进展，但它们独特的电子结构迄今为止一直被自旋有序边缘态的固有化学反应性所掩盖。在这里，我们提出了一个通用的技术，用于钝化的化学高度反应性的自旋极化的边缘状态，通过引入一个超晶格的替代氮掺杂剂沿边缘的ZGNR。第一性原理GW计算和扫描隧道光谱揭示了ZGNRs自旋极化铁磁有序边缘诱导的大交换场（~850特斯拉）对低位氮孤对平坦带的巨大自旋分裂。我们的研究结果直接证实了ZGNRs中预测的紧急磁序的性质，并为它们的探索和功能集成到纳米级传感和逻辑器件中提供了一个强大的平台。
2021-06-01 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Dopant-Dopant Interactions in Beryllium doped Indium Gallium Arsenide: an Ab Initio Study
采用从头算方法研究了掺铍InGaAs中掺杂剂-掺杂剂相互作用。我们考虑各种间隙和替代缺陷及其组合的缺陷形成能。我们发现，所有的替代替代相互作用可以忽略不计。另一方面，涉及间隙缺陷的相互作用是显著的。特别地，间隙Be在一个/两个BeGa替代物的存在下稳定约0.9/1.0 eV。Ga间隙也基本上由Be介电体稳定。两个Be原子可以形成亚稳态的Be-Be-Ga配合物，其离解能为0.26eV/Be。因此，在精确的Be掺杂InGaAs模型中，应考虑间隙缺陷和缺陷-缺陷相互作用。我们建议，In和Ga应被视为单独的原子，而不是像以前那样被归为一个有效的III族元素。我们确定了掺杂剂为中心的状态，这表明在有限温度下存在其他电荷状态，特别是存在Beint+1（与0 K时的Beint+2相反）。
2017-09-11 cond-mat.mtrl-sci
Competing dynamics of single phosphorus dopant in graphene with electron irradiation
材料的原子级结构变化很重要，但研究起来很有挑战性。在这里，我们展示了使用扫描透射电子显微镜（STEM）在石墨烯中操纵磷掺杂剂原子的动力学和可能性。通过第一性原理计算，探讨了各种工艺的机理，并与其它掺杂剂的机理进行了比较。这项工作为设计更精确和优化的原子工程协议铺平了道路。
2018-03-04 cond-mat.mtrl-sci physics.atom-ph
High On/Off Ratios in Bilayer Graphene Field Effect Transistors Realized by Surface Dopants
双层石墨烯显示出可通过外部电场调节的带隙的独特性质使得各种不同的器件概念具有用于电子、光电和传感器应用的新颖功能。到目前为止，基于双层石墨烯的场效应晶体管的操作需要两个单独的栅极来改变沟道的电导并产生带隙。在本文中，我们报告了一种方法，以增加在单栅双层石墨烯场效应晶体管的开/关比吸附质掺杂。石墨烯上侧上的吸附物掺杂剂建立垂直于石墨烯表面的位移场，破坏两个石墨烯层的反转对称性。低温测量表明，增加的开/关比是由迁移率间隙的开放引起的。除了场效应晶体管之外，所提出的方法还可以用于其他基于双层石墨烯的器件，如用于THz到红外辐射的光电探测器、化学传感器和更复杂的结构，如反点或超晶格，其中必须创建人工潜在景观。
2011-02-24 cond-mat.mtrl-sci
Electromechanical dopant defect interaction in acceptor doped ceria
氧缺陷的氧化铈表现出非经典的巨大的机电响应，是优于铅基电致伸缩。在这项工作中，我们报告的关键作用的受主掺杂剂，具有不同的大小和价态Mg 2+，Sc 3+，Gd 3+，和La 3+，在多晶块体氧化铈。不同的掺杂剂通过改变电空间掺杂剂缺陷相互作用来调节电致伸缩特性。当相互作用较弱时（空位结合能为0.3eV），薄膜的电致伸缩系数较高，可达10 ~（-17）m ~ 2 V ~（-2），并具有很强的时间依赖性。相比之下，我们没有观察到时间依赖性的影响时，相互作用变得很强0.6 eV。
2021-02-10 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Electronic structure of graphene functionalized with boron and nitrogen
我们提出了一个理论研究的结构和电子性质的石墨烯单层功能化与硼和氮原子取代碳原子。我们的研究是基于密度泛函理论框架下的从头计算。我们计算的功能化系统的结合能，功能化引起的形态变化，并进一步的带隙能量作为掺杂剂浓度的函数。此外，我们解决了在给定浓度下掺杂剂可能聚集的问题。我们定义的聚类参数来量化的功能化系统的B/N原子的分布上的属性的依赖性。我们发现，在石墨烯中的B/N原子的集群是积极的掺杂剂的均匀分布相比，不利的。对于大多数的结构，我们观察到一个非零的能隙，这是只有轻微的取代基原子的浓度依赖。
2013-01-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Tuning the Electronic and Optical properties of Graphene and Boron-Nitride Quantum Dots through Molecular Charge-transfer Interactions
采用自旋极化的第一性原理计算，以四氰基醌二甲烷（TCNQ）和四硫富瓦烯（TTF）为掺杂剂，通过分子电荷转移调控石墨烯（G）和氮化硼（BN）量子点（QD）的电子和光学性质.从我们的计算中，我们发现，掺杂剂和量子点之间的相互作用的性质是类似的掺杂剂和量子点的二维对应部分，即石墨烯和六方氮化硼片之间的相互作用。根据量子点的形成能和量子点与掺杂剂之间的距离，我们发现两种掺杂剂都物理吸附在量子点上。此外，我们发现，GQD强烈的相互作用与掺杂剂相比，BNQDS。有趣的是，虽然掺杂剂被物理吸附在量子点上，但它们的相互作用导致量子点的HOMO-LUMO能隙减小了一半以上。我们还观察到自旋极化HOMO-LUMO间隙在某些量子点掺杂剂复合物。Mulliken布居分析，态密度（DOS），投影DOS（pDOS）图和光学电导率计算已经进行了支持和理解上述发现背后的原因。
2013-04-03 cond-mat.mtrl-sci
Probing a divergent van Hove singularity of graphene with a Ca$_2$N support: a layered electride as a solid-state dopant
以Ca $_2$ N为代表的层状晶体是一类新型的准二维低功函数材料。使用第一性原理计算，我们已经表明，沉积在Ca $_2$ N上的石墨烯层被掺杂到$n=5\times 10^{14}$ cm $^{-2}$，其费米能级与石墨烯$π^*$带中的色散范霍夫奇点对准。对于在Ca $_2$ N上的双层石墨烯，内部石墨烯层被掺杂到相同的水平，而外部石墨烯层的掺杂要适度得多。这一发现开启了一个有趣的可能性，使用分层的晶体来探索范霍夫物理学。的功函数的变化与石墨烯层的数量，我们解释的组成材料和它们的键合的奇特的电子结构。
2017-08-03 cond-mat.mtrl-sci
Theory of dopants and defects in Co-doped TiO2 anatase
我们报告的第一性原理微观计算的形成能，电活性，和磁矩的Co掺杂剂和各种原生缺陷的TiO 2纳米晶。利用这些结果，我们用平衡热力学预测的载流子浓度，每钴的平均磁矩，和占主导地位的氧化态的Co。预测值与实验的假设下，O-穷人的生长条件。在这种情况下，大部分的Co掺杂剂占据间隙位点作为供体。这些捐助者的不完全补偿取代钴受体，然后导致n型行为，实验观察到。
2003-02-04 cond-mat.mtrl-sci
Decoding Dopant-Induced Electronic Modulation in Graphene via Region-Resolved Machine Learning of XANES
Tokyo University of Science（东京科学大学）；The University of Tokyo（东京大学）
研究利用DFT与机器学习解析掺杂对石墨烯局部电子结构的影响，发现pi*区域对预测关键电子特性具有最高信息量。
2026-03-31 cond-mat.mtrl-sci
DASP: Defect and Dopant ab-initio Simulation Package
为了自动计算半导体和绝缘体中的缺陷和掺杂剂性质，我们开发了一个软件包，缺陷和掺杂剂从头算模拟包（DASP），它由四个模块组成，用于计算：（i）元素化学势，（ii）缺陷（掺杂剂）形成能和跃迁能级，（iii）缺陷和载流子密度以及（iv）高密度缺陷的载流子动力学性质。DASP在计算使化合物半导体稳定的元素化学势时，使用材料基因组数据库快速确定竞争的第二相和计算凸包以上的能量，因此可以对多元化合物的热力学稳定性进行高通量预测。DASP调用ab-initio软件对不同结构构型和电荷态的缺陷超晶胞进行了总能量、结构弛豫和电子结构计算，在此基础上计算了缺陷的形成能和跃迁能级，并考虑了静电势取向和镜像电荷相互作用的修正。DASP可以计算不同化学势条件和不同生长/工作温度下半导体中缺陷、电子和空穴载流子的平衡密度以及费米能级。对于高密度缺陷，DASP可以计算载流子动力学性质，例如光致发光（PL）光谱、与缺陷相关的辐射和非辐射载流子捕获截面以及非平衡载流子的复合寿命。
2022-01-06 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
Tuning near-gap electronic structure, interface charge transfer and visible light response of hybrid doped graphene and Ag3PO4 composite: Dopant effects
掺杂石墨烯（GR）/半导体纳米复合材料的增强的光催化性能最近被广泛观察到，但对其背后的潜在机制的理解仍然遥不可及。作为研究掺杂效应的模型体系，我们采用第一性原理计算研究了掺杂GR/Ag 3 PO 4纳米复合材料的电子结构和光学性质，结果表明掺杂剂可以调节GR/Ag 3 PO 4（100）复合材料的带隙、近带隙电子结构和界面电荷转移.有趣的是，掺杂原子和键合到掺杂剂上的C原子由于相互作用引起的电荷重新分布而带正电荷或负电荷，因此成为掺杂剂的活性位点。掺杂可以增强可见光吸收和光生电子转移。我们认为，N原子可能是GR/Ag 3 PO 4光催化剂的最佳掺杂。该工作可以合理化现有的实验结果，N掺杂GR-半导体复合材料，并丰富了我们的理解掺杂GR基复合材料中的掺杂剂的作用，开发高性能的光催化剂。
2015-10-28 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Properties of single-layer graphene doped by nitrogen with different concentrations
石墨烯具有独特的磁性和电子学性质，在纳米电子学和自旋电子学领域有着广阔的应用前景。采用Heyd-Scuseria-Ernzerhof 06（HSE 06）杂化泛函方法，利用自旋极化的从头算密度泛函理论，研究了半金属单层石墨烯中氮取代掺杂的性质.我们发现，从我们的计算，引入氮掺杂可能会打破能量简并相对于自旋（自旋对称性破缺）在某些掺杂浓度与适当的掺杂剂配置。自旋对称性破缺会引起自旋极化效应，从而引起石墨烯的磁响应。本文系统地分析了氮原子掺杂浓度和掺杂构型对石墨烯的磁矩和带隙的影响。
2013-04-28 cond-mat.mtrl-sci
Spectroscopic Studies of the Physical Origin of Environmental Aging Effects on Doped Graphene
通过拉曼光谱、X-射线和紫外光电子能谱学、扫描电子显微镜、红外光谱和电输运测量研究了掺杂石墨烯的环境老化效应，并将其作为有机掺杂物质、湿度和与掺杂剂相邻的石墨烯层数的函数。研究发现，较高的湿度和结构缺陷会导致掺杂石墨烯的降解速度加快。光谱数据的详细分析表明，老化效应的物理起源与H2O分子与吸湿性有机掺杂剂的持续反应有关，这导致形成过量的化学键，掺杂的石墨烯载流子密度降低，以及石墨烯晶界损伤的扩散。这些环境老化效应进一步显示出通过添加石墨烯层显著减轻。
2016-05-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Interlayer coupling enhancement in graphene/hexagonal boron nitride heterostructures by intercalated defects and vacancies
在二维原子晶体中，六方氮化硼（hBN）是制备异质结构的最引人注目的材料之一，具有独特的性质。我们进行第一性原理计算，以确定插入的金属原子和空位是否可以介导界面耦合和影响石墨烯/hBN异质结构的结构和电子性质。金属杂质原子（Li、K、Cr、Mn、Co和Cu）作为石墨烯和hBN片之间的非本征缺陷产生掺杂$n$的石墨烯。我们还考虑了本征空位缺陷，并发现hBN中的硼单空位作为石墨烯的磁性掺杂剂，而hBN中的氮单空位作为石墨烯的磁性掺杂剂。相比之下，hBN中最小的三角形空位缺陷不太可能导致石墨烯的电子输运发生显著变化。我们的研究结果表明，hBN层与一些空位或金属杂质增强层间耦合的石墨烯/hBN异质结构相对于电荷掺杂和电子散射。
2014-04-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Dopant-defect interactions and their impact on local crystal stoichiometry studies in Mg-doped GaN via atom probe tomography
在这项工作中，掺杂缺陷的相互作用相关的自补偿p型GAN的原子探针层析成像进行了研究。离子分布的3D可视化显示了球形富镁团簇的形成以及Mg掺杂剂向MOCVD生长的GAN：Mg中位错的偏析。与自补偿相关的杂质，如氧和氢，被识别并检测到邻近富镁位错。研究了缺陷区域周围的晶体化学计量，以了解缺陷如何作为陷阱并影响掺杂剂扩散。发现N：Ga的非化学计量区域邻近富镁位错，并与一些富镁团簇重叠，表明潜在的陷阱。在N：Ga的变化不成比例的Mg含量，这表明的微观特征（集群和位错）与当地化学不同的相互作用。还演示了通过人工制品的失效来定义APT实验的质量的技术。富镁的缺陷和变化的N：Ga被认为是独立的工件相关的蒸发场在APT。
2021-02-15 cond-mat.mtrl-sci
Single-atom spectroscopy of phosphorus dopants implanted into graphene
现代半导体技术成功背后的关键之一是硅的离子注入，这使得其电子特性可以定制。出于类似的目的，在生长期间和使用生长后方法都将杂原子引入碳纳米材料中。然而，由于样品的性质，确定杂原子是否已按预期并入晶格中具有挑战性，迄今为止直接观察仅限于N和B掺杂剂以及附带的Si杂质。此外，由于需要非常低的离子能量和原子级清洁的表面，这些材料的离子注入更具挑战性。在这里，我们提供了第一个原子分辨率成像和电子能量损失谱（EELS）的证据，磷原子纳入石墨烯晶格的低能离子辐照。测得的P的单原子EELS光谱图的L-边缘响应显示出良好的协议与从头算光谱模拟，最终确定在一个屈曲的替代配置的P。我们的研究结果证明了磷作为$sp^2$键合碳结构中的晶格掺杂剂的可行性，并为进一步的研究提供了明确无误的指纹。
2016-10-11 cond-mat.mtrl-sci
Engineering Electrochromism in Ni-Deficient NiO through Defect, Dopant, and Strain Coupling
th Belgrade Gymnasium（贝尔格莱德第五中学）；University of Belgrade – Faculty of Physical Chemistry（贝尔格莱德大学物理化学学院）；Serbian Academy of Sciences and Arts（塞尔维亚科学与艺术院）；Luleå University of Technology（吕勒奥理工大学）
研究通过缺陷、掺杂和应变耦合调控镍缺氧化镍的电色效应，揭示掺杂类型、缺陷稳定性和应变对电色行为的影响。
2026-04-03 cond-mat.mtrl-sci
Learning and Controlling Silicon Dopant Transitions in Graphene using Scanning Transmission Electron Microscopy
Université de Montréal（蒙特利尔大学）；Mila（米拉研究所）；McGill University（麦吉尔大学）；Reliant AI（Reliant人工智能公司）；Google DeepMind（谷歌DeepMind）；University of Tennessee, Knoxville（田纳西大学诺克斯维尔分校）；Oak Ridge National Laboratory（橡树岭国家实验室）
本文提出一种基于STEM数据和神经网络预测硅原子跃迁概率的机器学习方法，并利用学习到的动力学引导单个硅原子在石墨烯晶格中移动到指定目标位置。
2023-11-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cs.LG
Dopants, Defects and Magnetism in Epitaxial CoxTi1-xO2-x Anatase
我们表明，室温铁磁性的外延Co掺杂的TiO 2纳米晶是由电子介导的交换相互作用，而不是由金属Co簇。Co（II）取代晶格中的Ti（VI）并产生不贡献载流子的氧空位。自由电子起源于在生长过程中由于氧缺乏而产生的氧空位。
2002-08-15 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Defect Engineering: Graphene Gets Designer Defects
一个扩展的一维缺陷，有可能作为一个导电线已被嵌入在另一个完美的石墨烯片。
2010-09-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Electrochemically Top Gated Graphene: Monitoring Dopants by Raman Scattering
我们证明了电化学顶栅石墨烯通过使用固体聚合物电解质。这允许达到比标准背栅高得多的电子和空穴掺杂。原位拉曼测量监测掺杂。对于电子和空穴掺杂，G峰变硬并且变尖，而2D峰示出对空穴和电子的不同响应。它的位置增加空穴掺杂，而它软化的高电子掺杂。G峰位置的变化是$Γ$非绝热Kohn异常的特征。另一方面，对于可见光激发，2D峰位置的变化由电荷转移决定。G峰和2D峰的强度比显示出对掺杂的强烈依赖性，使其成为监测电荷的敏感参数。
2007-09-08 cond-mat.mtrl-sci
The role of lattice thermal conductivity suppression by dopants from a holistic perspective
本文提出将掺杂剂与基体视为整体的新方法，通过直接计算缺陷体系的声子色散及相互作用来研究晶格热导率抑制机制，并以MxNb1-xFeSb为例验证了其有效性。
2024-06-29 cond-mat.mtrl-sci
Intrinsic Half-Metallicity in Modified Graphene Nanoribbons
采用基于密度泛函理论的第一性原理计算，研究了准一维锯齿形石墨烯纳米带（ZGNRs）在硼和氮的化学掺杂下的等电子性.掺杂浓度的逐渐增加使系统最终形成锯齿形氮化硼纳米带（ZBNNRs）。我们的研究表明，对于所有的掺杂浓度的系统稳定在反铁磁基态。掺杂浓度和掺杂剂位置调节纳米带的电子结构，表现出半导体和半金属行为作为对外部电场的响应。有趣的是，我们的研究结果表明，ZBNNRs与终止聚并苯单元表现出半金属性，无论带的宽度，以及所施加的电场，打开了一个巨大的可能性自旋电子器件的应用。
2009-02-11 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Uncovering the atomic structure of substitutional platinum dopants in MoS$_2$ with single-sideband ptychography
本研究利用单边带叠层成像技术，在低电子剂量下可靠识别MoS2中取代型Pt掺杂剂及硫空位缺陷的原子结构，克服了HAADF-STEM的局限，为二维材料原子尺度工程提供了新途径。
2025-05-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Defect chemistry of Eu dopants in NaI scintillators studied by atomically resolved force microscopy
激活剂杂质及其在基质晶格中的分布在闪烁现象中起着关键作用。在这里，结合横截面非接触原子力显微镜（nc-AFM），X射线光电子能谱学（XPS）和密度泛函理论（DFT）被用来研究Eu 2+掺杂剂的分布在NaI闪烁体激活的3%的EuI 2。两种类型的沉淀结构被发现：第一，针状EuI 2沉淀与层状结构可能是负责散射的闪烁光。在具有良好闪烁性能的透明晶体中，发现了具有立方晶体结构且尺寸小于4 nm的沉淀物。在所有研究样品中检测到令人惊讶的低浓度点缺陷。在退火时，Eu向表面偏析，这导致形成具有EuI 2组合物和明显的单向莫尔图案的有序六方覆盖层。
2019-07-30 cond-mat.mtrl-sci
Electron-Beam Manipulation of Silicon Dopants in Graphene
使用扫描探针显微镜直接操纵材料中的单个原子是纳米技术的一项开创性成就。在成像分辨率和样品稳定性方面的最新进展使扫描透射电子显微镜成为共价键合材料单原子操作的一种有前途的选择。使用原子聚焦电子束的开创性实验已经证明了硅原子在石墨烯晶格内的少数位置上的定向运动。在这里，我们实现了更大程度的控制，使我们能够沿着延伸的路径精确地移动硅杂质，循环单个六边形，或者在两个石墨烯子晶格之间来回移动。即使是手动操作，我们的操作速度也已经可以与任何原子级精确技术的最新水平相媲美。我们进一步探索电子能量对操纵速率的影响，通过改进的理论模型考虑到杂质附近原子的振动，并实现反馈来实时检测操纵事件。除了对其结构和性质进行原子级工程设计外，石墨烯还为改进定量模型的准确性和开发自动化操作提供了一个极好的平台。
2018-06-25 cond-mat.mtrl-sci
Point defects and dopants of boron arsenide from first-principles calculations: donor compensation and doping asymmetry
我们应用混合密度泛函理论计算，以确定形成能量和热力学电荷跃迁水平的原生点缺陷，常见的杂质，和浅掺杂的BA。我们发现硼相关的缺陷如V_B、B_As、B_i-V_B复合物和反位对是主要的本征缺陷。由于V_B和B_As的受主型特性，期望天然BA呈现p型导电。在我们探索的常见杂质中，我们发现C替代缺陷和H杂质具有相对较低的形成能，并且可能贡献自由空穴。令人惊讶地发现间隙氢在中性电荷状态下也是稳定的。Be_B、Si_As和Ge_As是优良的浅受主，它们具有低的电离能（< 0.03 eV），其它点缺陷的补偿作用可以忽略不计。另一方面，诸如Se_As、Te_As、Si_B和Ge_B的施主具有相对大的电离能（~0.15 eV），并且可能被诸如B_As和V_B以及C_As、H_i和H_B的原生缺陷钝化。空穴和电子掺杂的不对称性源于导带由于其硼轨道特性而具有的重有效质量，以及补偿施主的硼相关本征缺陷。
2018-09-24 cond-mat.mtrl-sci
Intrinsic Oxygen Vacancy and Extrinsic Aluminium Dopant Interplay: A Route to the Restoration of Defective TiO$_2$
采用密度泛函理论（DFT）和原位库仑相互作用修正的DFT+U方法，对Al掺杂的TiO体相$_2$和TiO（101）表面进行了计算.特别注意的是整个掺杂TiO $_2$晶格中的氧空位的迁移率，作为一种手段，通过它可以发生三价掺杂剂的电荷补偿。Al掺杂的TiO $_2$电极在染料敏化太阳能电池的效果被解释为这种迁移率和电荷补偿的结果。发现一个Al 3+取代一个Ti 4+的替代缺陷引入价带空穴，而发现本征氧空位在带隙中引入态。将这些替代缺陷中的两个与氧空位耦合导致放热缺陷形成，其保持电荷中性。已经进行了微推弹性带计算来研究氧空位扩散在（101）表面中形成的这些聚集缺陷，所得到的势能面表明具有小扩散势垒的能量增益。通过在缺陷表面上吸附四氢喹啉C2-1发色团，研究了在TiO $_2$电极中铝掺杂对染料敏化太阳能电池效率的影响。吸附在群集的外在Al 3+和内在的氧空位缺陷被发现的行为，如果吸附在一个干净的表面上，与空位状态不存在，而吸附在氧空位上的结果在一个下移的染料本地化的状态内的带隙和缺陷状态下存在的导带边缘。因此，铝掺杂充当用于通过氧空位扩散“清洁”TiO $_2$的良性掺杂剂。
2014-03-21 cond-mat.mtrl-sci
Long-range interactions between substitutional nitrogen dopants in graphene: electronic properties calculations
石墨烯作为一种真正的二维晶体，具有特殊的性质。特别地，石墨烯中的点状缺陷可能具有长范围的影响。这种特殊性的问题的有效性，使用一个超级细胞的几何形状，试图探索一个孤立的缺陷的属性。尽管如此，这种方法经常用于从头计算电子结构计算。这种方法如何收敛于超级原胞的大小通常不会解决，原因很明显，就是要将计算负载保持在可承受的水平。本论文研究了石墨烯的取代氮掺杂问题。DFT计算已经进行了9x9和10x10的超级细胞。虽然这些计算对应的N浓度相差约10%，发现缺陷上和周围的局部态密度显着依赖于超晶胞的大小。拟合DFT结果的紧束缚哈密顿量使得有可能探索的替代N原子的随机分布的影响，在有限浓度的情况下，并接近孤立的杂质的情况下，当浓度为零。紧束缚哈密顿量被用来计算孤立的N原子周围的石墨烯的STM图像。还计算了掺杂有0.5%浓度氮的石墨烯的STM图像。结果进行了讨论，在最近的实验数据和计算的结论扩展到其他点缺陷的石墨烯。
2012-07-19 cond-mat.mtrl-sci
First-principles computational study of defect clustering in solid solutions of ThO$_{2}$ with trivalent oxides
用电子密度泛函理论（DFT）研究了萤石型ThO $_{2}$与三价阳离子（Sc，In，Y，Nd，La）氧化物固溶体中的混合和缺陷有序的热力学.通过DFT计算的晶格代数技术枚举的结构，我们确定了最低能量的模式，为四个单独的掺杂剂浓度的缺陷集群。最稳定的结构的特征在于氧亚晶格上最近邻空位之间的排斥相互作用。相对于组成氧化物的形成的结晶度对于所考虑的所有掺杂剂都是正的，并且显示出随着三价掺杂剂的尺寸和电负性的减小而在量值上减小的趋势。由于La掺杂剂的小的正形成势和低的氧空位结合能，预测La $_{2}$ O $_{3}$ -ThO $_{2}$固溶体相对于所考虑的其它异价掺杂剂具有相对高的离子电导率。我们的研究结果进行了比较，为更广泛的研究ZrO $_{2}$和CeO $_{2}$萤石结构的三价阳离子的固溶体。
2010-09-09 cond-mat.mtrl-sci
Non-hexagonal-ring defects and structures induced by strain in graphene and in functionalized graphene
我们执行{ \textit从头计算}的应变诱导形成的非六方环缺陷的石墨烯，石墨烷（平面CH），和石墨烯酚（平面COH）。我们发现，最简单的这种拓扑缺陷，斯通-威尔士缺陷，作为种子的应变诱导的解离和倍增的拓扑缺陷。通过应用非均匀变形的石墨烯，graphane和graphenol与最初的小浓度的五边形和七边形环，我们得到了几个新的稳定的结构，拥有，在同一时间，大浓度的非六边形环（从四倍到十一倍）和小的形成能。
2012-03-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Effect of layer number and layer stacking registry on the formation and quantification of defects in graphene
石墨烯样品中缺陷的正确定量对于基础研究和应用研究都是至关重要的。拉曼光谱代表了用于识别石墨烯中缺陷的最广泛使用的工具。然而，尽管其极其重要的拉曼特征和多层石墨烯样品中的缺陷量之间的关系尚未得到实验验证。在这项研究中，我们有意制造缺陷的单层石墨烯，乱层双层石墨烯和Bernal堆叠的双层石墨烯的氧等离子体。通过同位素标记，我们的研究揭示了等离子体处理对具有不同堆叠顺序的双层石墨烯中的各个层的影响的实质性差异。此外，拉曼光谱证据散射的声子在底层的缺陷在顶层的Bernal堆叠的样品，这通常会导致高估的缺陷的数量多达两倍。
2021-07-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Exploring the defect landscape and dopability of chalcogenide perovskite BaZrS3
本文通过第一性原理计算系统研究了 BaZrS3 的本征缺陷和掺杂剂，揭示其本征 n 型导电及难以实现 p 型掺杂的原因，并构建缺陷数据集以支持机器学习预测与筛选。
2025-04-07 cond-mat.mtrl-sci
Sodium storage via single epoxy group on graphene - The role of surface doping
由于其独特的物理和化学性质，石墨烯被认为是一种有前途的能量转换和存储应用材料。在石墨烯上/中引入官能团和掺杂剂是调节其性质的有用策略。为了充分利用其潜力，需要对其与这些应用的重要物种的相互作用进行原子级理解。我们提出了一个DFT研究的钠原子与环氧石墨烯的相互作用，并分析这种相互作用是如何影响掺杂硼和氮。我们展示了掺杂剂如何与含氧基团结合，改变石墨烯对Na的反应性。掺杂剂充当环氧基团的吸引子，当与未掺杂的环氧-石墨烯的情况相比时，增强了钠在掺杂的氧官能化石墨烯上的吸附。此外，通过考虑Na与掺杂的环氧-石墨烯的相互作用的热力学，已经得出结论，这种材料是Na存储应用的良好候选者。因此，我们认为，掺杂碳材料的控制氧化可能导致可充电钠离子电池的先进阳极材料的发展。
2018-01-25 cond-mat.mtrl-sci
Theoretical Study of Defects in Cu$_3$SbSe$_4$: Search for Optimum Dopants for Enhancing Thermoelectric Properties
Cu $_3$ SbSe $_4$由于在300 K及更高温度下的高热电势（$>400\ μ$ V/K）而成为一种很有前途的热电材料。虽然它有一个简单的晶体结构，从锌铌结构，以前的工作表明，带隙形成的物理是相当微妙的，由于积极的孤对（5 $s^2$）的Sb和非本地交换这些和硒5 $p$电子之间的相互作用的重要性。由于对于任何应用的半导体理解的缺陷的性质是必不可少的，我们讨论了几个点缺陷的Cu $_3$ SbSe $_4$，包括空位和替换的每个组件的系统研究的结果。利用密度泛函理论的第一性原理计算表明，在各种可能的掺杂剂中，$p$型掺杂可以通过用包括Sn、Ge、Pb和Ti的$IV$族元素取代Sb来实现，而$n$型掺杂可以通过用Mg、Zn取代Cu来实现。在Se位点掺杂似乎相当困难。电子结构计算还表明在名义上纯的Cu $_3$ SbSe $_4$中看到的$p$型行为最有可能是由于Cu空位而不是Se空位。
2014-09-16 cond-mat.mtrl-sci
Electron-beam Introduction of Heteroatomic Pt-Si Structures in Graphene
在像差校正的扫描透射电子显微镜中，电子束操纵单个掺杂剂原子是一种新兴的定向原子运动和原子-原子组装的方法。到目前为止，掺杂剂物质仅限于在离子半径方面与碳紧密匹配的原子，并且能够与石墨烯晶格中的碳原子形成强共价键。到目前为止，仅针对Si证明了原位掺杂剂插入石墨烯晶格中，Si作为该材料中的污染物普遍存在。在这里，我们实现了在原位操作的Pt原子和它们的插入到石墨烯主机矩阵使用电子束沉积的Pt在石墨烯作为主机系统。我们进一步证明了Pt原子的稳定机制，通过形成附着在石墨烯表面的Si稳定的Pt杂原子簇来实现。这项研究为电子束组装方法的普遍性提供了证据，为通过直接组装探索团簇化学开辟了一条途径。
2022-03-17 cond-mat.mtrl-sci
Electronic Structures of Graphene Layers on Metal Foil: Effect of Point Defects
在这里，我们报告了一种简便的方法来产生一个高密度的点缺陷在金属箔上的石墨烯，并显示点缺陷如何影响石墨烯层的电子结构。我们的扫描隧道显微镜（STM）的测量，辅以第一性原理计算，揭示了点缺陷的结果在两个谷间和谷内的石墨烯散射。由于散射的增强，缺陷附近区域的费米速度降低。此外，我们的分析进一步指出，周期性点缺陷可以通过引入显著的带隙来定制石墨烯的电子特性，这为全石墨烯电子学开辟了一条道路。
2013-04-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Native defects, hydrogen impurities, and metal dopants in CeO$_2$
本研究通过杂化密度泛函计算，揭示了CeO2中本征缺陷、氢杂质及金属掺杂的行为，阐明了电子极化子与氧空位的主导作用及掺杂对导电性的影响。
2025-08-29 cond-mat.mtrl-sci
Noisy defects in a doped Mott insulator
对主体材料中单个掺杂剂原子的作用的详细理解对于半导体工业中的持续小型化至关重要，因为电子的局部充电和捕获可以完全改变器件的行为。类似地，由于掺杂剂可以将莫特绝缘体转变为高温超导体，因此它们在原子尺度上的电子行为非常令人感兴趣。由于传统的扫描隧道显微镜的时间分辨率有限，在这些系统中的大多数原子尺度的研究集中在掺杂剂对电子结构的时间平均效应。在这里，通过使用原子尺度的散粒噪声测量在掺杂的莫特绝缘体Bi $_{2}$ Sr $_{2}$ CaCu $_{2}$ O $_{8+x}$，我们可视化亚纳米尺寸的对象，其中显着的动态导致增强的隧穿电流噪声至少一个数量级。从位置，电流和能量的依赖性，我们认为，这些缺陷是氧掺杂剂原子，在以前的扫描探针的研究，其局部环境导致电荷动态，强烈影响隧道机制中未考虑。这些掺杂剂的非常规行为开辟了在原子尺度上动态控制掺杂的可能性，使得能够直接可视化局部充电对例如高T $_{\text{c}}$超导性的影响。
2018-09-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Midgap states and band gap modification in defective graphene/h-BN heterostructures
采用从头算和模型计算相结合的方法研究了石墨烯和六方氮化硼（h-BN）构成的范德华异质结构中缺陷的作用。尽管层之间的弱范德华相互作用，但存在于h-BN中的缺陷，例如碳杂质和反位缺陷，揭示了与石墨烯p $_{\rm z}$态的杂化，导致中间带隙态的形成。诱导的中间带隙状态修改石墨烯的输运性质，并可以通过一个简单有效的紧束缚模型再现。与碳缺陷相反，发现氧缺陷不与石墨烯的低能态强烈杂交。相反，氧极大地改变了石墨烯的带隙，石墨烯在h-BN晶格上以相称的堆叠出现。
2016-11-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Boron-doped graphene -- DFT study of the role of dopant concentration and oxidation on sodium and aluminium storage applications
本文利用DFT计算研究硼掺杂浓度和氧化对石墨烯反应活性、电导率及钠/铝存储性能的影响，发现硼掺杂和氧化可将钠存储容量提高至4倍。
2023-07-06 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph physics.comp-ph
Making Consistent Contacts to Graphene: Effect of Architecture and Growth Induced Defects
研究了接触结构、石墨烯缺陷密度和金属-半导体功函数差对金属-石墨烯接触电阻率的影响。发现在石墨烯底部具有金属的架构产生比石墨烯顶部的金属低4倍且最一致的折射率。发现石墨烯膜中的生长缺陷进一步将电阻率降低2倍。使用方法和所用金属的组合，使用钯作为接触金属，石墨烯的接触电阻率已经降低了10倍至1200 ± 250欧姆-μ m。虽然改进的一致性是由于金属能够接触底部架构上的金属中的未污染的石墨烯，但是在具有相同金属的有缺陷的石墨烯上观察到的较低的接触电阻率归因于沟道中量子传输模式的数量增加。
2016-01-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
The graphene/n-Ge(110) interface: structure, doping, and electronic properties
石墨烯在半导体技术中的应用需要对石墨烯-半导体界面有精确的了解。在我们的工作中，石墨烯/ $n$（110）界面的结构和电子性质的本地（nm）和宏观（从$μ\mathrm{m}$到mm）尺度上的研究通过不同的微观和光谱表面科学技术的组合，伴随着密度泛函理论计算。独立式石墨烯的电子结构在该系统中保持几乎完全完整，只有适度的$n$掺杂表明石墨烯和Ge衬底之间的弱相互作用。关于石墨烯生长的优化，发现衬底温度是决定石墨烯层在Ge（110）衬底上从原子碳源生长期间的取向的关键因素。此外，我们的结果表明，在掺杂的半导体材料（$n$ -Ge）上的石墨烯的制备程序导致掺杂剂在石墨烯和Ge（110）之间的界面处的有效分离。此外，它表明，这些掺杂原子可能会在石墨烯/Ge界面形成规则的结构，并诱导石墨烯的掺杂。我们的研究结果有助于理解石墨烯-半导体界面的界面性质以及掺杂剂对石墨烯电子结构的影响。
2018-01-02 cond-mat.mtrl-sci
A comparative study of density functional and density functional tight binding calculations of defects in graphene
密度泛函紧束缚方法（DFTB）非常适合于研究石墨烯基体系中的点缺陷和线缺陷。在简要回顾使用DFTB在这方面，我们提出了一个比较研究的缺陷结构，能量和动力学之间的DFTB的结果使用DFTB+代码，密度泛函结果使用局部高斯轨道代码，AIMPRO。DFTB精确地再现了一系列点缺陷结构的结构和能量，例如石墨烯中的空位和Stone-Wales缺陷，以及各种未官能化和羟基化的石墨烯片边缘。迁移障碍的空缺和斯通-威尔士缺陷形成障碍准确地再现使用轻推弹性带的方法。最后，我们探讨了使用DFTB的动态缺陷模拟的潜力，作为一个例子，在石墨烯的电子辐照损伤。
2012-07-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Spin-half paramagnetism in graphene induced by point defects
使用磁化测量，我们表明，在石墨烯的点缺陷-氟吸附原子和辐照缺陷（空位）-进行磁矩与自旋1/2。这两种类型的缺陷导致显着的顺磁性，但没有磁有序可以检测到液氦温度。诱导顺磁性主导了石墨烯的低温磁性，尽管我们可以实现的最大响应被限制在每大约1000个碳原子一个时刻。这种限制可以通过吸附原子的聚集来解释，并且对于空位的情况，通过失去石墨烯的结构稳定性来解释。
2012-01-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Defect-mediated spin relaxation and dephasing in graphene
开发石墨烯用于未来器件的主要动机是其对量子自旋电子学的承诺。超精细和自旋轨道相互作用预计在单层石墨烯中可以忽略不计。另一方面，自旋输运实验表明，石墨烯的自旋弛豫比预期快了几个数量级。我们提出了一种量子干涉测量，解开石墨烯中的磁性和非磁性退相干的来源。磁缺陷被证明是自旋弛豫的主要原因，而自旋轨道相互作用是不可检测的小。
2012-11-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Lattice thermal conductivity of graphene with conventionally isotopic defects
研究了有限尺寸掺杂石墨烯片的热导率，重点研究了取代原子质量对热导率的影响。它表明，石墨烯掺杂的相对较重的原子的小浓度的结果在一个不成比例的令人印象深刻的下降晶格热导率。
2012-09-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Defect-induced magnetism and Yu-Shiba-Rusinov states in twisted bilayer graphene
原子缺陷对石墨烯系统的低能性质有显著影响。通过第一性原理计算和紧束缚模型，我们提供的证据表明，化学杂质修改扭曲双层石墨烯的正常和超导状态。一个单一的氢原子连接到双层表面产生一个三点交叉，而自掺杂和三倍的破缺是由一个空位。这两种类型的缺陷导致时间反转击穿和局部磁矩的产生。氢诱导磁性也被发现存在于魔角石墨烯超晶格中出现超导性的掺杂水平。结果表明，超导有序和缺陷诱导磁性的共存在魔角扭曲双层石墨烯中产生了带隙Yu-Shiba-Rusinov激发。
2019-06-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Role of defects and geometry in the strength of polycrystalline graphene
固体中的缺陷通常限制材料的机械性能。然而，最近的测量报告说，石墨烯的非常高的强度几乎保留了晶界的存在。我们澄清在这项工作中，晶格缺陷的晶界和扭曲的几何形状，从而诱导定义的机械性能，其特征在于在特定的加载条件下。原子模拟和理论分析表明，拉伸试验测量面内强度，这是由缺陷引起的应力积累，而纳米压痕探针的压头尖端下的局部强度，并承担额外的几何效应从翘曲。这些发现阐明了石墨烯在实际载荷条件下的失效机制，并评估了上述技术在量化石墨烯强度方面的可行性，并表明低维材料的机械性能可以通过植入缺陷和它们导致的几何变形来调节。
2014-02-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Structure and Electronic States of a Graphene Double Vacancy with an Embedded Si Dopant
硅代表石墨烯中常见的本征杂质，通常分别与单碳空位或双碳空位中的三个或四个碳相邻物键合。我们采用密度泛函理论（DFT）研究了后一种缺陷（Si-C $_4$）对石墨烯结构和电子性质的影响。已经进行了基于分子模型和周期性边界条件的计算。二碳空位由芘（芘-2C）构成，然后扩展为环芘-2C。这些情况下的结构表征表明，基态是轻微的非平面，与键合碳从平面位移高达$\pm$ 0.2埃。通过将缺陷嵌入石墨烯的10 $\times$ 8超晶胞中来确认这种非平面结构，导致比先前考虑的平面结构低0.22 eV的能量。自然键轨道（NBO）分析表明非平面结构的硅原子上的sp $^3$杂化和平面结构的sp $^2$ d杂化。原子分辨电子能量损失谱（EELS）和相应的光谱模拟提供了一个混合的图片：一个平坦的结构提供了一个稍微好一点的整体光谱匹配，但一个小的观察到的前峰只存在于波纹模拟。考虑到两个等效波纹构象之间的能量势垒很小，这两种结构都可以在几秒钟的实验时间尺度上作为叠加存在。
2017-11-20 cond-mat.mtrl-sci
Effect of Ultrahigh Stiffness of Defective Graphene from Atomistic Point of View
在低维材料中，宏观固体中点缺陷影响下的机械刚度退化的众所周知的效应可以有争议地逆转。使用原子模拟，我们在这里表明，单层石墨烯薄膜可以充分硬化的单空位缺陷在一个微小的浓度。我们的结果与最近的实验数据吻合良好，并表明机械刚度增加的效果主要来自于特定的键分布在周围的单空位缺陷区域。我们表明，这种不寻常的机械响应是存在特定单空位的特征，而其他类型的点缺陷，如双空位，555-777和Stone-Wales缺陷，导致石墨烯机械刚度的普通退化。
2015-08-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
