Room-temperature spin injection and spin-to-charge conversion in a ferromagnetic semiconductor / topological insulator heterostructure
在室温下使用铁磁半导体的自旋注入是实现自旋功能半导体器件的构建块。然而，由于在众所周知的IV族和III-V族半导体中缺乏可靠的室温铁磁性，这是非常具有挑战性的。在这里，我们演示了室温自旋注入（Ga，Fe）Sb / BiSb异质结，其中（Ga，Fe）Sb是一个铁磁半导体（FMS）与高居里温度（TC）和BiSb是一个拓扑绝缘体（TI）的自旋泵。尽管在室温下（Ga，Fe）Sb的磁化强度非常小（45 emu/cc），但我们能够通过在具有2.5的大的反自旋霍尔角的BiSb的拓扑表面态中利用反自旋霍尔效应（ISHE）来检测来自（Ga，Fe）Sb的自旋注入。我们的研究提供了第一个演示的自旋注入以及自旋电荷转换在室温下在FMS/TI异质结构。
2021-06-10 cond-mat.mtrl-sci
Highly efficient room temperature spin injection in a metal-insulator-semiconductor light emitting diode
我们证明了CoFe/AlOx隧道自旋注入器在低温和室温下在AlGaAs/GaAs半导体异质结构中的高效自旋注入。我们使用两步氧化物沉积的无针孔的AlOx隧道势垒的制造。在倾斜Hanle效应几何结构中的电致发光的圆偏振的测量揭示注入的自旋极化在80 K下至少为24%，在室温下至少为12%。
2003-06-25 cond-mat.mtrl-sci
Metal-insulator transition induced by fluctuations of the magnetic potential in semiconductors with magnetic impurities
本文研究了含磁性杂质的半导体在降温过程中发生的金属-绝缘体相变。与通常认为的渗流过渡在不均匀介质中的波动\emph{electric}电位的电荷载流子的本地化引起的，研究的过渡与他们的本地化磁化杂质产生的波动\emph{magnetic}电位（更准确地说-在组合的波动电位）。当降低温度时，半导体中的磁性杂质的磁化强度变得更高，并且即使在电势的恒定（与温度无关）幅度下，总电势的磁性分量也增加。随着涨落幅度的增加，载流子的费米能级越来越深地下沉到态密度的增长尾部，直到它下降到逾渗能级以下。为此，总势能的波动必须达到某个临界值。在达到该值时，发生从金属导电性到激活导电性的转变（金属-绝缘体转变）。
2010-09-01 cond-mat.mtrl-sci
On the Locality of Physics in Metals, Semiconductors, and Insulators
我们提出了一个分析研究的空间衰减率$γ$的单粒子密度矩阵$ρ(\vec r,\vec r')\sim\exp(-γ|\vec r-\vec r'|)$的单粒子轨道描述的系统在任意尺寸的周期势。这种衰变反映了凝聚态系统中的电子局域性，也是O（N）密度泛函方法的关键。我们发现$γ$的行为与传统的观点相反，传统的观点认为绝缘体中的$γ\propto\sqrtΔ$和金属中的$γ\propto\sqrt{T}$，其中$Δ$是直接带隙，$T$是温度。相反，在半导体$γ\proptoΔ$和低温金属$γ\propto T$中。
1999-02-22 cond-mat.mtrl-sci
Floquet Topological Insulator in Semiconductor Quantum Wells
在碲化汞-碲化镉量子阱中提出并观察到了从传统绝缘体到具有拓扑性质的物态之间的拓扑相变。我们表明，拓扑状态可以诱导在这样的设备中，最初在平凡的阶段，通过微波频率的照射，没有关闭的间隙和交叉的相变。我们表明，准能谱表现出一对螺旋边缘状态。边缘态的速度可以通过调节微波辐射的强度来调节。我们讨论了必要的实验参数为我们的建议。这个建议为本文提出的一种新的非平衡拓扑态--Floquet拓扑绝缘体提供了一个例子和原理证明。
2010-09-07 cond-mat.mtrl-sci
Assessing the SCAN functional for deep defects and small polarons in wide-bandgap semiconductors and insulators
该研究通过与实验及杂化泛函结果对比，评估 SCAN 泛函在多种宽禁带半导体和绝缘体深层缺陷、小极化子计算中的可靠性。
2024-05-22 cond-mat.mtrl-sci
Comparative Study of Structural and Electronic Properties of Cu-based Multinary Semiconductors
我们提出了一个系统的和比较研究的铜基三元和四元半导体的结构和电子性质的第一性原理电子结构方法。Cu d电子在决定其性质中所起的重要作用是通过比较不同交换相关能泛函计算的结果来说明的。我们表明，系统的改进计算的阴离子位移可以实现通过使用海德-Scuseria-Ernzerhof（HSE 06）功能相比，Perdew-Burke-Ernzerhof（PBE）功能。准粒子能带结构，然后计算G 0 W 0近似使用优化的HSE 06功能内的晶体结构，并从PBE+U平均场的解决方案。计算的准粒子带隙及其随化学成分的系统变化与实验结果吻合得很好。我们还预测，准粒子带隙的原型半导体Cu_2ZnSnS_4在kesterite（KS）相是1.65 eV和锡（ST）相是1.40 eV。这些结果也与现有的实验值从1.45到1.6 eV的变化是一致的。
2011-06-23 cond-mat.mtrl-sci
Induced spin texture in semiconductor/topological insulator heterostructures
我们发现，半导体薄膜可以获得一个非平凡的自旋织构由于邻近效应诱导的拓扑绝缘体。该效应源于与拓扑表面态的耦合，即使绝缘体被掺杂也存在。我们提出了一种半导体/拓扑绝缘体异质结构作为一种设备，允许测量界面特性和探测未补偿样品的表面状态。我们还发现，拓扑绝缘体表面模式可以显着拓宽和移动的存在下，金属接触。
2011-08-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Crystal Field Effect Induced Topological Crystalline Insulators In Monolayer IV-VI Semiconductors
最近预测了二维（2D）拓扑晶体绝缘体（TCI）的薄膜的SnTe类的IV-VI族半导体，它可以主机金属边缘状态的镜像对称保护。随着厚度的减小，量子限制效应将增加并超过临界厚度以下的反向间隙，将TCIs变成正常的绝缘体。令人惊讶的是，基于第一性原理计算，我们证明了（001）单层IV-VI族岩盐半导体XY（X=Ge，Sn，Pb，Y= S，Se，Te）是二维TCI，在单层PbTe中基本带隙高达260 meV，为实现带隙可调的二维Dirac费米子系统提供了材料平台。这种意外的非平凡拓扑相源于单层中的强{ \it晶场效应}，其提升了$p_{x,y}$和$p_z$轨道之间的简并性，并导致阳离子$p_z$和阴离子$p_{x,y}$轨道之间的能带反转。这种晶场效应诱导的拓扑相为寻找和设计其他原子级薄的二维拓扑材料提供了一种新的策略。
2015-04-27 cond-mat.mtrl-sci
Optics of semiconductors and insulators: Role of local-field effects revised
我们表明，通过消除长波激发的短波响应（局域场效应），绝热的含时密度泛函理论（TDDFT）的半导体和绝缘体的光学可以带来与实验非常符合。这表明，Kohn-Sham（KS）密度响应函数$χ^s$和交换相关核$f^{xc}$的翼元[（$\Gv,\0v)$和$(\0v,\Gv)$，$\Gv\ne\0v$ ]分别被静态DFT和TDDFT的现有近似值大大高估，以至于零比当前理论提供的相应值更好地近似它们。因此，通过静态宏观介电常数$ε_M$固定$f^{xc}$的头部元件。我们的方法产生准确的光谱，包括弱和强束缚激子，而它的计算成本是非常低的，因为只需要头元素的KS响应矩阵和静态介电常数。
2013-08-14 cond-mat.mtrl-sci
Excited state properties of point defects in semiconductors and insulators investigated with time-dependent density functional theory
本文提出自旋守恒与自旋翻转混合TDDFT公式并实现解析力计算，在GPU和CPU上高效研究金刚石、4H-SiC和MgO中点缺陷的激发态性质，揭示激发态结构弛豫对光学吸收和发射机制的重要性。
2023-12-04 cond-mat.mtrl-sci
On the accuracy of commonly used density functional approximations in determining the elastic constants of insulators and semiconductors
我们已经进行了密度泛函计算，使用一系列的本地和半本地以及混合密度泛函近似的结构和弹性常数的18个半导体和绝缘体。我们发现，大多数近似在晶格常数方面的误差很小，约为1%，而在弹性常数和体积模量方面的误差则大得多，约为10%.此外，我们发现，在弹性常数，$c_{ij}$的误差，是更大的体积模量的误差相比。根据泛函和使用的误差估计，弹性常数和体积模量之间的误差差异可能相当大，大约是两倍。根据我们的研究，用于确定结构和弹性性质的整体性能最好的密度泛函近似是PBESol，紧随其后的是两个混合泛函PBE 0和HSE，以及AM 05泛函。
2015-05-10 cond-mat.mtrl-sci
Giant unidirectional magnetoresistance in topological insulator -- ferromagnetic semiconductor heterostructures
单向磁电阻（UMR）是铁磁/非磁双层膜中最复杂的自旋相关输运现象之一，它涉及到自旋霍尔效应（SHE）或Rashba-Edelstein效应（REE）引起的自旋注入和积累，以及铁磁界面或体内的自旋相关散射和磁振子散射。虽然近年来已经广泛地研究了金属双层中的UMR，但是其幅度小至10 $^-$ $^5$，这对于实际应用来说太小了。在这里，我们证明了一个巨大的UMR效应在异质结构的BiSb拓扑绝缘体- GaMnAs铁磁半导体。我们得到了一个大的UMR比为1.1%，并发现这个巨大的UMR是由巨磁电阻（GMR）的自旋相关散射，但由磁振子发射/吸收和强自旋无序散射的GaMnAs层。我们的研究结果为UMR的复杂物理学提供了新的见解，以及提高其在器件应用中的重要性的策略。
2019-11-01 cond-mat.mtrl-sci
Localization of electronic states in III-V semiconductor alloys: a comparative study
III-V族半导体合金的电子性质研究使用第一性原理，重点是电子态的空间局域化。我们比较本地化的能带边缘，由于在主机GaAs中的各种等价杂质，包括其对光致发光线宽和载流子迁移率的影响。在能带边缘的本地化的极端与个别元素的能力，以改变带隙和相对带对齐。此外，替代性缺陷的形成能的计算和链接到与合金的生长和成形性相关的挑战。光谱分辨的逆参与比被用来映射本地化的前瞻性GaAs基材料合金的B，N，In，Sb和Bi的1.55 $μ$ m波长的电信激光器。这种分析是补充的电子结构和讨论的影响本地化的光学增益和俄歇损耗的带展开。光致发光谱的展宽和载流子迁移率的实验数据的一致性表明，局域化特性可以作为半导体合金工程的指导方针。
2017-05-08 cond-mat.mtrl-sci
Ultrathin compound semiconductor on insulator layers for high performance nanoscale transistors
在过去的几年里，电子器件固有的缩放限制已经推动了高载流子迁移率半导体作为Si替代物的探索，以进一步提高器件性能。特别地，结合III-V族半导体的高迁移率和Si技术的成熟的低成本处理，已经积极地研究了异质集成在Si衬底上的化合物半导体。然而，这种整合带来了重大挑战。传统上，已经探索了在Si上异质外延生长复杂多层膜。除了复杂性，高缺陷密度和结漏电流的方法提出的限制。出于这一挑战，在这里，我们利用外延转移方法的集成层的单晶InAs的Si/SiO2衬底。作为与绝缘体上硅（SOI）技术14类似的技术，我们使用缩写"XOI"来表示我们的复合绝缘体上半导体平台。通过实验和模拟，探讨了InAs XOI晶体管的电学特性，阐明了量子限制在InAs XOI层输运特性中的关键作用。重要的是，高品质的InAs/电介质界面是通过使用一种新的热生长的界面InAsOx层（~1 nm厚）。在VDS = 0.5V时，器件的通断电流比大于10，000，亚阈值摆幅为107-150 mV/decade，沟道长度约为0.5 μ m，峰值电流密度约为1.6 mS/μ m。
2011-08-04 cond-mat.mtrl-sci
Orbital design of topological insulators from two-dimensional semiconductors
二维（2D）材料最近引起了人们的广泛关注，因为它们表现出各种不同的固有性质/功能，然而，它们通常是不可互换的。有趣的是，在这里，我们提出了一种通用的方法来转换二维半导体，这是充分丰富的，二维拓扑绝缘体（TI），这是不太可用的，通过选择性原子吸附和应变工程。该方法是强调的轨道设计原则，涉及到引入一个外在的s-轨道状态到本征的sp-带的2D半导体，从而诱导的TI相的s-p带反转，所示的紧束缚模型分析。值得注意的是，基于第一性原理计算，我们应用这种方法来转换的半导体单层CuS和CuTe到TI通过吸附Na和K分别与适当的s-能级能量，和CuSe到TI通过吸附Na和K的混合物与调谐的s-能级能量或通过吸附Na或K的应变CuSe与调谐的p-能级价带边缘。我们的研究结果打开了一扇新的大门，通过预测性材料设计发现TI，超越了找到预先存在的2D TI。
2019-04-27 cond-mat.mtrl-sci
CHIPS-TB: Evaluating Tight-Binding Models For Metals, Semiconductors, and Insulators
National Institute of Standard and Technology（国家标准与技术研究院）；University of Maryland（马里兰大学）；The Johns Hopkins University（约翰斯·霍普金斯大学）
CHIPS-TB通过评估多种紧束缚模型，为半导体设计提供更准确的材料性质预测和比较工具。
2025-11-25 cond-mat.mtrl-sci
Adiabatic transformation as a search tool for new topological insulators: distorted ternary Li$_2$AgSb-class semiconductors and related compounds
我们表明，基于第一性原理的绝热延拓方法是一个非常强大和有效的工具，用于构建拓扑相图和定位非平凡的拓扑绝缘体材料。使用这种技术，我们预测，三元金属间化合物系列锂$_2M'X$，其中$M'$ =铜，银，金，或镉，和$X$ =锑，铋，或锡，主机的数量拓扑绝缘体具有显着的功能变体和可调谐性。我们还预测，一些III-V族半金属化合物是拓扑非平凡的。我们构建了一个拓扑相图中的原子的原子序数的参数空间中的Li $_2M'X$化合物，这将大量的拓扑材料中提出的这项工作，以及在一个单一的统一的拓扑框架内的早期研究。我们的研究结果表明绝热延拓的有效性作为一个有用的工具，探索拓扑非平凡的合金系统，并确定新的拓扑绝缘体，即使在底层的晶格不具有反转对称性，和基于宇称分析的方法是不可行的。
2013-03-09 cond-mat.mtrl-sci
Electron correlation in semiconductors and insulators via symbolic regression
Oden Institute for Computational Engineering and Sciences, The University of Texas at Austin（德克萨斯大学奥斯汀分校奥登计算工程与科学研究所）；Department of Physics, The University of Texas at Austin（德克萨斯大学奥斯汀分校物理系）
该研究用符号回归构建了可近似GW自能的解析函数，实现了复杂材料的低成本GW计算，验证了其在多类材料上的精度，确立了符号回归构建多体电子结构模型的可行性。
2026-08-13 cond-mat.mtrl-sci
Prediction of weak topological insulators in layered semiconductors
我们报道了在蜂窝晶格中通过从头计算发现的弱拓扑绝缘体。我们提出了一个结构，奇数层的原始单位细胞作为一个先决条件，形成弱拓扑绝缘体。在这里，单层KHgSb是最合适的候选者，其大的体积能隙为0.24 eV。它的侧面承载金属表面态，形成两个各向异性的狄拉克锥。虽然均匀分层结构的堆叠导致平凡的绝缘体，但如果晶体中存在额外的单层作为堆垛层错，则该结构可以容纳具有大的体隙的量子自旋霍尔层。所报道的蜂窝状化合物可以作为原型，以帮助发现新的弱拓扑绝缘体在层状小间隙半导体。
2012-06-20 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Effect of electron-electron interaction near the metal-insulator transition in doped semiconductors studied within the local density approximation
本文对杂质半导体模型中的安德森局域化进行了数值分析。该模型采用局域密度近似下的密度泛函理论，考虑了施主杂质的随机空间分布引起的无序，并考虑了载流子之间的电子-电子相互作用.初步结果表明，该模型表现出金属-绝缘体转变。
2012-04-06 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci
Bipolar charge-carrier injection in semiconductor/insulator/conductor heterostructures: self-consistent consideration
建立了半导体/绝缘体/导体系统中双极载流子注入和输运过程的自洽模型，该模型在描述注入过程时考虑了空间电荷效应。注入的电荷载流子的量强烈地由接触处出现的能量势垒决定，但同时由注入的电荷载流子产生的静电势修改该注入势垒本身的高度。在我们的模型中，通过假设整个系统的电位移和电化学电势的连续性来获得自洽性。系统的成分被适当地考虑到通过它们各自的态密度分布。从我们的模型产生的后果进行了讨论的基础上的氧化铟锡/有机半导体/导体结构。计算了通过电极和有机层的载流子和电场的分布。的复合和电流-电压特性进行了分析，不同的注入势垒的高度和不同的复合率值，并与测得的电流-电压依赖性的氧化铟锡/聚（苯撑乙烯）/钙结构进行比较。不同注入势垒和复合率的复合效率的电压依赖性揭示了器件性能的最佳条件。
2008-11-26 cond-mat.mtrl-sci
Metal-insulator transition in three-dimensional semiconductors
我们使用随机间隙模型来描述三维半导体中由于掺杂引起的金属-绝缘体转变，并找到了一个传统的相变，其中有效散射率是序参量。自发对称性破缺导致金属行为，而绝缘状态的特征在于不存在自发对称性破缺。对于临界指数等于1的平均电导率，过渡是连续的。远离临界点的指数大约为0.6，这可以解释通过远离临界点而从1到0.5的指数交叉的实验观察。
2013-03-10 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci
$Ψ=0$ at a sharp semiconductor/insulator interface. Is this correct?
利用考虑界面真实结构的包络波函数的广义边界条件，研究了嵌入绝缘体基质中的半导体量子点的空穴谱。在价带顶部的界面能级对空穴谱有重要影响。结果发现，通常应用的边界条件，其中的包络波函数的所有组件消失在界面处，可以使用只有在没有接近带边的界面水平。
1999-09-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
NiCl3 Monolayer: Dirac Spin-Gapless Semiconductor and Chern Insulator
量子反常霍尔（QAH）效应的实际应用的最大障碍是缺乏合适的具有大的非平凡带隙、室温磁有序和高载流子迁移率的QAH材料（Chern绝缘体）。本文采用第一性原理计算研究了氯化镍（NiCl 3）单层膜的特性。NiCl_3单层膜是一类新型的Dirac材料，具有Dirac自旋无隙半导体性质和高温铁磁性（~ 400 K）。考虑到自旋-轨道耦合，NiCl 3单层成为一个本征绝缘体，具有~24 meV的大的非平凡带隙，对应于高达~ 280 K的工作温度，在该温度下可以观察到量子反常霍尔效应。计算出的大的非平凡的间隙，高居里温度和单自旋狄拉克态在此报告的NiCl 3单层导致我们提出，这种材料给一个很大的承诺，为潜在的实现近室温QAH效应和潜在的应用自旋电子学。最后但并非最不重要的是，狄拉克费米子的费米速度约为4 × 105 m/s，表明在NiCl 3单层中具有非常高的迁移率。
2016-10-03 cond-mat.mtrl-sci
Correlated defects, metal-insulator transition, and magnetic order in ferromagnetic semiconductors
从理论上研究了无序对铁磁III-V族半导体，特别是（Ga，Mn）As中输运和磁化强度的影响。我们表明，库仑引起的缺陷位置的相关性是至关重要的这些高度补偿材料的运输和磁性。我们采用蒙特卡罗模拟来获得相关的缺陷分布。精确对角化给出了合理的结果的价带空穴的光谱和金属-绝缘体的过渡，只有相关的障碍。最后，我们表明，平均场磁化强度也依赖于关键的缺陷相关性。
2002-09-06 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci
Insulator to Semiconductor Transition in Graphene Quantum Dots
由于边缘效应和量子限制效应，零维石墨烯量子点（GQD）表现出有趣的物理和化学性质。当GQD边缘的碳原子数多于基面的碳原子数时，GQD具有更高的活性。室温XRD图谱证实了GQD的形成。紫外-可见光谱证实GQD在可见光区显示出光学吸收。随着激发波长的增加，光致发光谱中的发射峰发生红移。动态光散射（DLS）分析表明，发现颗粒的平均尺寸为65 nm。在300 ~ 500 K温度范围内研究了GQDs的频率依赖的电输运性质。最有趣的是，首次观察到GQD在400 K附近的绝缘体到半导体的转变。通过详细的介电分析讨论了GQD的转变机制。讨论了插层水对电导率随温度变化的影响。介电弛豫机制解释的介电常数，电导率和阻抗形式主义的框架。频率依赖的交流电导率谱遵循Jonscher普适幂律。采用Cole-Cole模型研究了样品的介电弛豫机制。
2019-05-10 cond-mat.mtrl-sci
Field-Induced Insulator to Semimetal Transition and Field Electron Emission of Nanorods of Semiconductors of Wide Energy Band Gaps
从理论上可以发现宽能带隙半导体纳米棒的场致发射效应。如果纳米棒具有包含大量局域态的薄表面层，则纳米棒的一部分可以在平行于其轴的方向的足够高的场下表现出绝缘体到半金属的转变，使得场发射发生在金属样尖端的顶点处。以碳化硅纳米棒为例，研究了其场发射特性，结果与实验结果定性一致。
2005-11-17 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Transition state redox during dynamical processes in semiconductors and insulators
本研究指出半导体和绝缘体非氧化还原动力学过程中过渡态可发生电荷态变化，提出纳入该效应的方法，解释其对激活势垒及 Fermi 能级依赖的影响。
2017-12-05 cond-mat.mtrl-sci
PyCDT: A Python toolkit for modeling point defects in semiconductors and insulators
点缺陷对技术应用中使用的半导体和绝缘体材料的性能有很大的影响，从微电子到能量转换和存储。主要缺陷类型的性质、它们如何随加工条件变化以及它们对材料性能的影响是决定材料在特定应用中的性能的核心方面。然而，这些信息很难直接从实验测量中获得。因此，基于电子密度泛函理论（DFT）的计算方法在点缺陷性质的计算中得到了广泛的应用。在这里，我们开发了Python Charged Defect Toolkit（PyCDT），以加快使用广泛使用的DFT软件进行缺陷计算的设置和后处理。PyCDT具有用户友好的命令行界面，并提供与Materials Project数据库的直接接口。这允许为任何感兴趣的材料设置许多带电缺陷计算，以及后处理和应用最先进的静电校正项。我们的论文作为PyCDT的文档，并演示了其在应用程序中的使用，以及研究的GaAs化合物半导体。我们预计，PyCDT代码将是有用的，作为一个框架进行充电点缺陷属性的容易再现的计算，它将提供一个基础，自动化，高通量的计算。
2017-06-07 cond-mat.mtrl-sci
Structure-driven intercalated architecture of septuple-atomic-layer $MA_2Z_4$ family with diverse properties from semiconductor to topological insulator to Ising superconductor
受七原子层MnBi $_2$ Te $_4$在结构上可以看作是双原子层MnTe嵌入五原子层Bi $_2$ Te $_3$的组合的事实的启发，我们提出了一种构造12个七原子层的$α_i$ -和$β_i$ - $MA_2Z_4$单层家族的一般方法（\emph{i} = 1至6）通过将MoS $_2$ -型$MZ$ $_2$单层插入InSe-型A $_2$ Z $_2$单层中。除了再现实验合成的$α_1$ $_2$ N $_4$、$α_1$ $_2$ N $_4$和$β_5$ $_2$ Te $_4$单层材料之外，还预测了另外66种在价电子数（VEC）上跨越宽范围的性质的结晶和动态稳定的$MA_2Z_4$。具有32或34 VEC规则的$MA_2Z_4$大多数是具有直接或间接带隙的半导体，然而，具有33 VEC的通常是金属、半金属铁磁性或无自旋带隙半导体，取决于未成对电子是否被自旋极化。此外，我们还提出了用于自旋谷极化的$α_2$ $_2$ PPDMATHABMN，用于Ising超导体的$α_1$ $_2$ NPDMATHABMN和用于拓扑绝缘体的$β_2$ $_2$ Se $_4$.
2020-08-07 cond-mat.mtrl-sci
Metal-insulator transition in films of doped semiconductor nanocrystals
为了充分发挥半导体薄膜作为低成本电子材料的潜力，需要更好地了解使其导电性金属化所需的掺杂剂的量。在体半导体中，金属-绝缘体转变时的电子临界浓度由莫特判据描述。在这里，我们从理论上推导出的临界浓度$n_c$的重掺杂的纳米晶体的膜缺乏配体在其表面和彼此直接接触。在相应的实验中，我们研究了掺磷无配体硅纳米晶体薄膜的导电机制。在我们的样品中实现的最大的电子浓度，这是预测的$n_c$的一半，我们发现，跳跃电子的本地化长度是接近纳米晶体直径的三倍，表明该膜接近金属-绝缘体转变。
2016-06-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Interfacial thermal conductance across metal-insulator/semiconductor interfaces due to surface states
我们指出，有效的通道的界面热导，Kapitza电阻的倒数，金属-绝缘体/半导体界面是由电子-声子相互作用介导的表面状态允许在一个薄的区域附近的界面。我们的详细计算表明，Pb/Pt/Al/Au-金刚石界面的界面热导率在这些金属中仅略有不同，并且很好地再现了Stoner等人[Phys. Rev. Lett. 68，1563（1992）]和最近由Hohensee等人[Nature Commun. 6，6578（2015）]。
2016-02-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Anti-doping in Insulators and Semiconductors having Intermediate Bands with Trapped Carriers
电子（空穴）的普通掺杂通常意味着费米能级向导带（价带）移动，并且自由载流子的电导率增加。然而，最近，在不同的材料中零星地记录了一些奇特的掺杂特性，而没有注意到机制：观察到电子掺杂导致最低未占用带的一部分合并到价带中，导致电导率降低。我们称之为“反掺杂”的这种行为在稀土镍氧化物SmNiO3，钴氧化物SrCoO2.5，锂离子电池材料甚至是具有金属空位的MgO中都可以看到。我们描述了反兴奋剂的物理起源，以及它的逆问题，“设计原则”，将使智能搜索的材料。我们发现，电子反掺杂是预期在材料中预先存在的陷阱空穴，并通过电子掺杂这种“空穴极化子”的湮灭所造成的。这可能提供一种非传统的控制电导率的方法。
2019-02-03 cond-mat.mtrl-sci
Comparative Study of Semiconductors for Terahertz Generation by Nonlinear Optical Process: An Overview
本研究探讨了不同类型的半导体晶体，包括评估几个物理特性和相关参数，包括折射率，多光子吸收系数，电光系数，非线性系数，相位倾斜角和优值，并绘制它们进行比较，以寻找可能成为太赫兹（THz）替代有效源的选项由于对高效能源的需求日益增加，对锌系半导体晶体（ZnTe、ZnSe、GaP、GaAs和CdTe）以及新引入的元素半导体（硒和碲）进行了研究。在本研究中，我们的目的是结合文献回顾，收集有关这里介绍的半导体材料的光学性质以及理论计算的散射数据。一些缺失的数据，这是从以前的研究或文献中无法获得的，将在这里计算和建模的基础上的介电函数和上述半导体的固有特性。研究发现，在较高的泵浦波长下，硒晶体将成为最有前途的太赫兹产生源，因为它的性能与本研究中评估的其他材料相比。这些新推出的具有不同泵浦条件的半导体可以导致对前所未有的效率的乐观看法。
2023-03-09 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Plasmons in semiconductor and topological insulator wires with large dielectric constant
已知沿半径为$a$的细线延伸的等离子体激元的色散规律实际上是线性的。我们表明，在一个线的介电常数$κ$远大于其环境$κ_e$，这样的色散规律交叉到一个无色散的三维类法律时，等离子体激元波长变得短于长度$(a/2) \sqrt{(κ/κ_e)\ln(κ/2κ_e)}$的电场线从线退出到环境。这种情况发生在普通的半导体线和三维拓扑绝缘体线中。
2022-05-31 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Unusual gas sensor response and semiconductor-to-insulator transition in WO3-x nanostructures : The role of oxygen vacancy
本研究通过热丝化学气相沉积法制备含大量氧空位的花瓣状和薄片状WO3-x纳米结构，发现其室温下对NH3和NO2有响应且响应随温度/气体类型变化，还存在半导体-绝缘体转变，揭示了氧空位的关键作用。
2025-04-15 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Chern Insulator in magnetic-doped two-dimensional semiconductors
University of Maine（缅因大学）
通过强自旋轨道耦合诱导非平凡能带，实现非零陈数，验证了掺杂态在价带边诱导能带翻转，为量子反常霍尔效应提供了新平台。
2026-03-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Structural phase transition in monolayer gold(I) telluride: From a room-temperature topologicalinsulator to an auxetic semiconductor
半导体和拓扑绝缘体之间的结构相变在纳米电子学中有着丰富的应用，但在二维（2D）材料中却很少发现。在这项工作中，通过结合从头计算和进化结构搜索，我们研究了两个稳定的二维形式的金（I）碲化物（Au $_{2}$ Te）的正方形对称，记为s（I）-和s（II）-金$_{2}$ Te。s（II）-Au $_{2}$ Te是全局最小结构，是室温拓扑绝缘体。s（I）-Au $_{2}$ Te是一种具有高载流子迁移率和不寻常的面内负泊松比的直接带隙半导体。s（I）和s（II）相都具有超低的杨氏模量，这意味着高柔性。通过施加小的拉伸应变，s（II）-Au $_{2}$ Te可以转变为s（I）-Au $_{2}$ Te。因此，从室温拓扑绝缘体到拉胀半导体的结构相变被发现在二维形式的Au $_{2}$ Te，这使得相变电子器件的潜在应用。此外，我们还借助声子谱和群论分析阐明了相变的机制。
2020-12-17 cond-mat.mtrl-sci
Epitaxial growth of large-gap quantum spin Hall insulator on semiconductor surface
在常规半导体表面上形成拓扑量子相是一个具有科学和技术意义的问题。本文基于第一性原理计算，在Si（111）表面上外延生长了二维拓扑绝缘体，即量子自旋霍尔（QSH）态.我们发现，Si（111）表面功能化与1/3单层卤素原子[Si（111）-sqrt（3）x sqrt（3）-X（X=Cl，Br，I）]呈现三角超结构，提供了一个理想的模板重金属，如Bi，自组装成一个六方晶格具有高的动力学和热力学稳定性的外延生长。最值得注意的是，Bi覆盖层是“原子”键合到下面的Si衬底，但“电子”去耦，表现出隔离的QSH状态，能隙大至0.8 eV。这一令人惊讶的现象源于一个有趣的衬底轨道过滤效应，它严格选择费米能级周围的轨道组成，导致不同的拓扑相。特别地，衬底轨道过滤效应将原本拓扑平凡的独立Bi晶格转换成非平凡相;而Au晶格则相反。基本的物理机制是普遍适用的，开辟了一个新的和令人兴奋的途径探索大间隙拓扑表面/界面状态。
2014-11-19 cond-mat.mtrl-sci
Effects of self-consistent extended Hubbard interactions and spin-orbit couplings on energy bands of semiconductors and topological insulators
本文扩展了赝杂化泛函方法以实现针对非共线自旋态的自洽扩展Hubbard泛函，能同等处理局域与非局域库仑相互作用，高效可靠地计算强自旋轨道耦合半导体和拓扑绝缘体的能带，精度优于FR-GWA且计算成本低。
2024-06-17 cond-mat.mtrl-sci
Higher-order topological insulator in cubic semiconductor quantum wells
在广泛可获得的材料中寻找奇异的新拓扑物质态，并掌握其制造过程，是当前拓扑物理学的主要挑战之一。在这里，我们预测高阶拓扑绝缘体状态的量子阱的基础上最常见的半导体材料。通过对体哈密顿量和边界哈密顿量的连续推导，我们从理论上证明了在具有双带反转的量子阱中由于立方对称性而存在拓扑角态。我们发现，角态的出现并不完全取决于结晶取向的会议边缘，但也对量子阱的生长方向。我们的理论结果大大扩展了基于金刚石或锌层结构的IV、II-VI和III-V族半导体拓扑量子阱的应用潜力。
2021-10-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Self-consistent $GW$+Extended Dynamical Mean Field Theory for semiconductors and insulators
University of Fribourg（弗里堡大学）；University of Geneva（日内瓦大学）
该研究结合$GW$与EDMFT构建自洽$GW$+EDMFT方法，实现对半导体和带绝缘体的准确描述，拓展了其适用范围至弱关联系统，凸显局域顶点修正的重要性。
2026-07-30 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Probing hole-induced ferromagnetic exchange in magnetic semiconductors by inelastic neutron scattering
用非弹性中子散射研究了Zn $_{1-x}$ Mn $_x$ Te中空穴掺杂对最近邻Mn对交换耦合的影响。确定在存在和不存在空穴的情况下NN交换能$ΔJ_1$的差异。得到的值$ΔJ_1$是在良好的协议与齐纳/RKKY模型的预测，即使在绝缘体侧的金属-绝缘体转变。
2003-06-07 cond-mat.mtrl-sci
All-electron self-consistent GW in the Matsubara-time domain: implementation and benchmarks of semiconductors and insulators
GW近似是改进在密度泛函理论内计算的电子结构预测的众所周知的方法。在这项工作中，我们已经实现了一个计算效率高的GW方法，计算中心属性的松原时域内使用的修改版本的麋鹿，全电位线性增强平面波（FP-LAPW）包。连续极点展开（CPE），最近提出的解析连续方法，已被纳入和广泛使用的帕德近似。全晶体对称性已被用于计算加速。我们已经将我们的方法应用于18个充分研究的半导体/绝缘体，这些半导体/绝缘体覆盖了在单发G 0 W 0，部分自洽GW 0和完全自洽GW（scGW）水平下计算的各种带隙。我们的计算结果表明，G 0 W 0导致的带隙，以及同意与实验的情况下，简单的s-p电子系统，而scGW是必要的，以改善在3-d电子系统的带隙。此外，GW 0几乎总是预测比scGW更大的带隙值，这可能是由于对屏蔽效应的实质性低估。CPE方法和Pade近似导致类似的带隙，除了钛酸锶的大多数系统，建议进一步调查到后者的近似是必要的强关联系统。我们计算的带隙作为重要的基准松原时间GW方法的准确性。
2016-02-06 cond-mat.mtrl-sci
Giant Apparent Flexoelectricity in Semiconductors Driven by Insulator-to-metal Transition
本研究利用广义Bloch定理发现高应变梯度引发的绝缘体-金属转变使弯曲的Si和Ge薄膜产生巨表观挠曲电效应，揭示了电子转移极化新机制。
2023-09-07 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Comparative study of the electronic structures of the In and Sn/In2O3 (111) interfaces
用角分辨光电子能谱研究了透明半导体In_2 O_3表面沉积金属铟和锡后的电子结构。通过在In_2 O_3（111）单晶上沉积金属铟，我们探测到有效质量为（0.38 ± 0.05）m ~ 0的类自由电子带的形成。在低覆盖率下，金属In使In_2 O_3的费米能级向更高的能量移动，并且在金属/半导体界面处形成新的电子态。这种二维特征的状态（2D电子气）完全负责In 2 O3（111）在表面区域处的导电，并且具有带色散，其不对应于先前在该材料中发现的表面累积层。尽管In和Sn的电子性质相似，但Sn覆盖率观察到更大的向下带，这并不伴随着表面态的出现。
2015-10-28 cond-mat.mtrl-sci
Carbon Kagome lattice and orbital frustration-induced metal-insulator transition for optoelectronics
基于第一性原理计算，提出了一种由四配位碳原子组成的三维元素碳Kagome晶格（CKL）。尽管在三角环中存在60°键角，被广泛认为是能量上不利的，但发现CKL显示出与C60相当的异常稳定性。该系统使我们能够研究三角形挫折对现实固体的电子性质的影响，它展示了从石墨烯到可见蓝色区域的直接带隙半导体的金属-绝缘体过渡。通过最小化s-p轨道杂化（这是碳的固有性质），不仅带边态变为几乎纯阻挫p态，而且能带结构在性质上不同于任何已知的体元素半导体。例如，光学性质类似于直接带隙半导体GAN和ZnO的光学性质，而有效质量与Si的有效质量相当或更小。
2015-10-19 cond-mat.mtrl-sci
High temperature ferrimagnetic semiconductors by spin-dependent doping in high temperature antiferromagnets
提出利用铁磁衬底的有效磁场实现反铁磁材料中的自旋依赖掺杂，从而获得高居里温度（>300 K）的亚铁磁性半导体，并通过DFT计算在LaFeO₃等材料中验证了该方法。
2023-10-13 cond-mat.mtrl-sci
Insulator-to-Metal Transition and Isotropic Gigantic Magnetoresistance in Layered Magnetic Semiconductors
本研究提出一种通过磁场实现电子传导极强调制的策略，发现层状反铁磁半导体GdPS支持场驱动的绝缘体-金属转变，并表现出对磁场取向不敏感的各向同性巨负磁阻，为超快高效自旋电子器件提供了新材料体系。
2024-07-03 cond-mat.mtrl-sci
Coherent Epitaxial Semiconductor-Ferromagnetic Insulator InAs/EuS Interfaces: Band Alignment and Magnetic Structure
混合超导体-铁磁绝缘体异质结构由于其可调谐的电子输运、自维持的杂散场和局部邻近的磁交换而引起人们的兴趣。在这项工作中，我们提出了晶格匹配的半导体-铁磁绝缘体InAs/EuS异质结的混合外延，并分析了原子尺度的结构，以及它们的电子和磁性特性。发现InAs/EuS界面处的费米能级接近于InAs导带和EuS的带隙，从而保持了半导体性质。中子和X射线反射率的测量表明，铁磁成分主要是本地化的EuS薄膜与抑制的EuS层中最接近的InAs的Eu力矩。在相邻的InAs层的诱导矩没有检测到，虽然我们的从头计算表明在InAs层的小交换场。这项工作向实现高质量的半导体-铁磁绝缘体混合体迈出了一步，这是在没有外部磁场的情况下开发各种量子和自旋电子学应用的关键要求。
2019-08-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Terahertz conductivity of localized photoinduced carriers in Mott insulator YTiO$_{3}$ at low excitation density, contrasted with metallic nature in band semiconductor Si
我们使用激光二极管（1.47 eV）和飞秒脉冲激光（1.55 eV）对莫特绝缘体YTiO $_{3}$和能带半导体Si进行了光泵太赫兹探针测量。这两种样品具有较长的能量弛豫时间（1.5 ms的YTiO $_{3}$和15 $μ$ s的Si），因此，它是可能的，以提取太赫兹复合电导率的光生载流子平衡。我们观察到高度对比的行为- Drude导电性在Si和局域导电性可能服从Jonscher法律在YTiO $_{3}$。YTiO $_{3}$中载流子浓度最高层的载流子数估计为0.015/Ti位。测定了YTiO $_{3}$的各向异性电导率。我们的研究表明，局域载流子可能在莫特绝缘体中光致金属相的早期形成中起重要作用。此外，本研究也显示出转移矩阵法对于空间不均匀载子分布的样品的光学常数的提取是有效的。
2007-08-30 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Three-Dimensional Topological Insulators in I-III-VI$_2$ and II-IV-V$_2$ Chalcopyrite Semiconductors
最近发现的具有奇异金属表面态的拓扑绝缘体引起了凝聚态物理和材料科学领域的极大兴趣。当表面态受到磁性和超导性的影响时，许多壮观的量子现象已经被预测，这可能为自旋电子学和量子计算的技术应用开辟新的机会。为了实现这一目标，材料实现的拓扑绝缘体具有所需的物理性能是至关重要的。基于第一性原理计算，我们发现大量的组成为I-III-VI $_2$和II-IV-V $_2$的三元黄铜矿化合物在其自然状态下可以实现拓扑绝缘相.黄铜矿的晶体结构来源于常用的锌-黄铜矿结构，其中许多与重要的主流半导体具有密切的晶格匹配，这对于顺利集成到当前的半导体技术中至关重要。黄铜矿半导体的多样的光学、电学和结构特性，特别是它们具有室温铁磁性的能力，使它们成为新型自旋电子器件的有吸引力的候选者。
2010-07-31 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph quant-ph
A comparative study of the structural, elastic, thermophysical, and optoelectronic properties of CaZn$_2$X$_2$ (X = N, P, As) semiconductors via ab-initio approach
本文用密度泛函理论计算了三元半导体CaZn $_2$ X $_2$（X = N，P，As）的结构、弹性、晶格动力学、热物理和光电性质.所得到的晶格参数与实验值和其他理论结果吻合得很好。这些弹性常数满足机械稳定性准则。此外，许多热物理参数的这些化合物，包括德拜温度，平均声速，熔化温度，热容，晶格热导率等的弹性常数和模量的综合分析表明，CaZn $_2$ X $_2$化合物具有较好的可加工性，相对较高的维氏硬度和相对较低的德拜温度。首次研究了CaZn $_2$ P $_2$和CaZn $_2$ As $_2$的声子色散曲线和声子态密度。从声子色散曲线可以看出，体相CaZn $_2$ X $_2$（X = N，P，As）化合物是动态稳定的.通过能带结构和电子态能量密度研究了其电子性质。电子能带结构表明，CaZn $_2$ N $_2$和CaZn $_2$ As $_2$具有直接带隙，而化合物CaZn $_2$ P $_2$具有间接带隙.研究了CaZn $_2$ X $_2$（X = N，P，As）化合物的成键特性。与能量相关的光学参数与电子态的能量密度特征有很好的对应关系。我们对这些半导体材料的反射率、吸收系数、折射率、介电函数、电导率和损耗函数进行了深入的讨论。对CaZn $_2$ X $_2$（X = N，P，As）的光吸收光谱、反射光谱和折射率的研究表明，该化合物有望用于光电子器件…
2022-10-31 cond-mat.mtrl-sci
