Bulk carrier lifetime surpassing 600 us in Upgraded Metallurgical-grade Silicon multicrystalline wafers after Phosphorus Diffusion Gettering
通过替代用于常规多晶硅的纯化路线获得升级的多晶硅级（UMG）Si，并且显著降低了对环境的影响。此外，尽管原料中的纯度水平低于多晶硅，但UMG-Si已被证明具有制造高效和低成本太阳能电池的潜力。UMG-Si裸片中记录的低初始体载流子寿命可以通过适当的磷扩散吸除（PDG）工艺提高到mc-Si的水平。在这封信中，优化的PDG工艺的UMG-Si的报道，导致增加的值之间的20和250倍的原始载流子寿命和645 us以上的记录数字。
2021-12-01 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Revisiting the Mechanisms of Thermal Transport in Vacancy-Defective Silicon
本文利用维格纳输运方程研究含空位缺陷硅的热传导，发现空位不仅缩短声子寿命，还通过削弱速度算符主导热导率下降，且非谐性效应会随空位浓度增加由抑制转为增强热导率，挑战了传统声子气体图像。
2025-06-03 cond-mat.mtrl-sci
Ultra-Thin, High-Lifetime Silicon Nitride Membranes for Nanopore Sensing
薄膜对于基于纳米孔的单分子传感是非常受欢迎的，并且在\lesssim 10 nm厚度范围内，这种膜的制造变得具有挑战性，其中可以通过纳米孔传感获得过多的有用分子信息。在这项工作中，我们提出了一种可扩展的和可控的方法来制造氮化硅（SixNy）膜的有效厚度下降到1.5 nm，使用标准的硅加工和化学蚀刻，使用氢氟酸（HF）。使用受控分解方法制造纳米孔，估计孔径低至约1.8 nm，分别从dsDNA和牛血清白蛋白（BSA）蛋白产生事件> 500，000和> 1，800，000，证明了通过我们的膜制造的孔的高性能和延长的寿命。我们使用两种不同的组合物的SixNy膜制造（近化学计量和富硅SixNy），并将它们与商业膜进行比较。使用椭圆偏振法测量膜的最终厚度，并且与从本体蚀刻速率和DNA易位特性计算的值良好一致。膜层的化学计量比和密度的卢瑟福背散射光谱，而纳米孔的特征在于使用pH值电导，电导率电导和功率谱密度（PSD）图。
2023-02-21 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft physics.chem-ph
A silicon-integrated telecom photon-spin interface
长距离纠缠分发是量子技术的重要能力。实现这一目标的一个突出的实际里程碑是确定一个合适的物质-光子界面，同时拥有长的相干寿命和有效的光通信波段的光学访问。在这项工作中，除了它的姐妹出版物，我们报告的T中心，在1326 nm的电信O波段的自旋选择性光学跃迁的硅缺陷。在这里，我们表明，T中心在$^{28}$ Si提供电子和核自旋寿命分别超过毫秒和秒，以及光学寿命为0.94（1）$μ$ s和德拜-沃勒因子为0.23（1）。这项工作代表了在长寿命硅自旋、自旋纠缠电信单光子发射器和未来全球量子技术的自旋相关硅集成光子非线性之间实现相干光子互连的重要一步。
2020-06-15 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Modeling spin transport in electrostatically-gated lateral-channel silicon devices: role of interfacial spin relaxation
本文采用二维有限差分方法模拟了横向结构硅器件中自旋输运，模拟了界面边界（即暴露的顶面）和静电控制的背栅（SiO_2介质）处自旋弛豫的影响。这些与栅压相关的模拟结果与以前的实验结果进行了比较，结果表明，由于非本征效应引起的强自旋弛豫使Si/SiO_2界面自旋寿命约为1 ns，比体硅中的寿命低几个数量级，而顶面弛豫则没有实质性的作用。霍尔效应测量弹道注入的电子门控在运输通道直接产生的载流子迁移率，并表明，这种减少自旋寿命只是部分由于增强的界面动量散射诱导随机自旋翻转的艾略特效应。因此，其他外在的机制，如顺磁缺陷所造成的，也应该被考虑，以解释显着增强自旋弛豫在栅极界面上的散装值。
2011-09-08 cond-mat.mtrl-sci
The neutral silicon-vacancy center in diamond: spin polarization and lifetimes
我们证明了金刚石中的中性电荷硅空位缺陷（$\mathrm{SiV^{0}}$）的光学自旋极化，这是一种在946 nm处发射零声子线的$S=1$缺陷。自旋极化被认为是最有效的共振激发下，但在低于共振能量非零。我们测量了低温下的系综自旋相干时间$T_2>100~\mathrm{μs}$和自旋弛豫极限$T_1>25~\mathrm{s}$。在946 nm附近的光自旋态初始化允许在相同的光寻址体积内独立初始化$\mathrm{SiV^{0}}$和$\mathrm{NV^{-}}$，并且$\mathrm{SiV^{0}}$在电信下转换频带内发射到1550 nm：当与其高Debye-Waller因子相结合时，我们的初步结果表明$\mathrm{SiV^{0}}$是远程量子通信技术的有希望的候选者。
2017-05-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Electronic measurement and control of spin transport in Silicon
电子自旋寿命和扩散长度是定义自旋电子器件和电路中相干性尺度的输运参数。由于这些参数在半导体中比在金属中大许多数量级，半导体可能是最适合于自旋电子学的。到目前为止，自旋输运仅在直接带隙半导体或与磁性半导体组合中测量，不包括具有间接带隙的广泛非磁性半导体。在这一组中最值得注意的是硅（Si），它（除了其在电子领域的市场地位）长期以来一直被预测为自旋电子学的优良半导体，由于低自旋轨道散射和晶格反转对称性，它具有增强的寿命和扩散长度。尽管其令人兴奋的承诺，在Si中的相干自旋输运的演示仍然难以捉摸，因为大多数实验集中在磁阻器件;这些方法失败，因为普遍的阻抗失配的障碍，并被洛伦兹磁阻和霍尔效应。在这里，我们展示了导带自旋输运跨越10微米未掺杂的硅，通过使用自旋相关的弹道热电子过滤通过铁磁薄膜的自旋注入和检测。不基于磁阻，热电子自旋注入和检测避免了阻抗失配问题，并防止寄生效应的干扰。因此，干净的集电极电流显示了自旋进动的独立的磁和电控制，并证实了硅导带中的自旋相干漂移。
2007-03-01 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Coherent spin transport through a 350-micron-thick Silicon wafer
我们使用全电学方法，通过350微米厚的未掺杂单晶硅晶片垂直注入、传输和检测自旋极化电子。在不同加速电场下的垂直磁场中的自旋旋进测量显示了至少13 π旋进角的高自旋相干性。磁场的进动极值的间距被用来确定注射器到检测器的电子渡越时间。这些渡越时间值与输出磁流的变化（从面内自旋阀测量），这是成比例的最终自旋极化。拟合的结果，一个简单的指数自旋衰减模型产生的传导电子自旋寿命（T1）在60 K的硅超过500 ns的下限。
2007-09-14 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Significant reduction of lattice thermal conductivity by electron-phonon interaction in silicon with high carrier concentrations: a first-principles study
电子-声子相互作用对金属和半导体中的电子输运产生了很大的阻碍作用，但对电子-声子相互作用对声子输运的影响，特别是对半导体中声子输运的影响研究较少。我们计算的声子寿命由于散射与电子（或空穴），将它们与本征寿命由于非谐声子-声子相互作用，所有从第一性原理，并评估电子-声子相互作用对硅的晶格热导率的影响。出乎意料的是，我们发现当载流子浓度超过1 e19 cm-3时，室温下的晶格热导率显著降低（在p型硅中，在1 e21 cm-3左右降低高达45%），这是与热电材料具有很大技术相关性的范围。
2014-09-03 cond-mat.mtrl-sci
Auger-mediated radiative recombination in three-dimensional silicon/silicon-germanium nanostructures
在具有II型能带排列的半导体异质结构中，电子和空穴之间的空间分离减慢了它们的辐射复合。随着激发强度的增加，俄歇复合迅速成为占主导地位的复合通道，并产生量子阱中的载流子喷射。在这里，我们表明，在Si/SiGe三维纳米结构，这种有效的过程有利于形成的电子空穴等离子体（EHP）和/或电子空穴液滴（EHD）在薄Si屏障分离SiGe集群。与传统的、强烈的温度依赖性和缓慢的体硅中的辐射载流子复合相反，纳米厚硅层中的EHD/EHP发光几乎与温度无关，辐射寿命接近10^-8 s，仅比直接带隙III-V族半导体中的发光稍慢。
2008-09-05 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Phosphorous Diffusion Gettering of Trapping Centers in Upgraded Metallurgical-Grade Solar Silicon
实验证据表明，磷扩散吸杂（PDG）在减少捕获中心的有益影响，所观察到的电感耦合光电导（PC）衰减和寿命测量升级的光刻级硅（UMG-Si）晶片上进行。捕获物种的存在占主导地位的UMG材料（慢陷阱），这是有效地去除后，在780摄氏度进行PDG的PC衰变的长时间范围内，被检测到。尽管如此，第二捕获机制，其特征在于一个较短的时间常数，仍然支配在吸气后非常低的注入水平的响应。此外，作为处理时间的函数的PDG的有益效果进行了研究，示出少数载流子体寿命改善高达18倍，高达70我们的范围。从而为成功去除非常规硅材料的陷阱中心和提高其体寿命的吸杂策略的发展铺平了道路。
2021-04-20 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Check-probe spectroscopy of lifetime-limited emitters in bulk-grown silicon carbide
本研究引入高带宽“检查探针”方案，定量测量了体生长4H-碳化硅中V2中心的光谱扩散、电离速率及光学相干性，发现其接近寿命极限，展现了体生长材料在量子技术中的应用潜力。
2024-09-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Theoretical study of small signal modulation behavior of Fabry-Perot Germanium-on-Silicon lasers
通过建模仿真研究法布里-珀罗硅基锗激光器的小信号调制特性，分析结构参数对3dB带宽的影响，优化后预测在270.5 mA下带宽达33.94 GHz。
2022-07-18 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Comment: "Electrical injection and detection of spin accumulation in silicon at 500 K with magnetic metal / silicon dioxide contacts" [Nature Commun. 2:245 doi:10.1038/ncomms125 (2011)]
在最近的一篇出版物中，我们使用三端几何结构中的铁磁金属/ SiO2隧道势垒接触，在高达500 K的温度下演示了n型硅中的电自旋注入和检测（Nature Commun. 2：245 doi：10.1038/ncomms125（2011））。在将我们测量的自旋电压信号与理论预测的值进行比较时，我们遵循Tran等人的分析（Phys. Rev. Lett. 102，036601（2009）），并且无意中传播了其中发现的错误。正如他们在最近的勘误表（arXiv：0810.4770v2）中所指出的，对于自旋扩散长度LSD远小于接触宽度或沟道厚度（我们的实验情况）的样品，自旋电阻面积乘积的正确表达式由乘积{gamma}^2 {rho} LSD给出，其中{gamma}是隧穿自旋极化，{rho}是半导体输运沟道的电阻率。通过这种校正，我们测量的自旋电压比理论预测的要大得多，而不是像我们所说的那样很好地一致。我们强调，我们的论文的基本结论是相同的-系统的电子自旋寿命随着电子密度的增加而减少，这表明自旋积累在Si沟道中，而不是在界面态中。我们进一步表明，所测量的自旋寿命基本上是独立的隧道势垒材料（SiO2，Al 2 O3，MgO）或所使用的磁性金属（Fe，CoFe，NiFe），表明明确的相关性所测量的自旋寿命与Si的字符，并与隧道势垒/界面或磁性金属的相关性不大。
2011-10-07 cond-mat.mtrl-sci
Non-ohmic spin transport in n-type doped silicon
利用面内自旋阀和垂直磁场测量方法研究了自旋极化电子在n型掺杂硅中的注入和输运过程。跨输运层施加的电压用于改变由导带弯曲引起的限制电势，并控制漂移和扩散之间的主导输运机制。通过在该器件中使用Monte-Carlo方案建模传输，我们模拟了所观察到的自旋极化和Hanle特征，表明通过施加电压可以将短Si传输层的平均渡越时间控制在4个数量级以上。因此，这种建模允许推断的电子自旋寿命长，尽管过境长度短。
2008-08-11 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Accelerated Lifetime Testing and Analysis of Delta-doped Silicon Test Structures
随着晶体管功能缩小到2 nm节点以上，研究和设计原子尺度效应变得至关重要。能够将传统CMOS与能够以原子精度创建高度掺杂磷层的2D图案的新原子级制造路线相结合，对数字电子的未来具有影响。这项工作建立了这种掺杂层的加速寿命测试，表明这些材料在高电流（>3.0 MA/cm 2）和300 $^{\circ}$ C下存活超过70天，并且仍然是导电的。掺杂层与传统金属层（如铝和铜）中的失效相比很好，在传统金属层中，在这些温度和电流密度下的平均失效时间将在数小时内发生。它还确定了这些材料比金属特征更稳定，为它们与操作CMOS的集成铺平了道路。
2022-02-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Intrinsic Origin of Negative Fixed Charge in Wet Oxidation for Silicon Carbide
基于第一性原理计算，我们证明了SiO $_2$中类碳酸根结构的形成可能是SiC热氧化过程中负固定电荷的内在来源.我们发现负固定电荷的两个可能来源是O孤对电子态和SiO $_2$中带负电荷的CO $_3$离子。这种CO $_3$离子能够由于SiO $_2$中存在残留的C原子（其预期从SiC和SiO $_2$之间的界面发射）以及在湿氧化期间掺入H原子而形成。
2012-04-25 cond-mat.mtrl-sci
Unraveling the significance of Raman modes, Gruneisen parameters and phonon lifetimes in the hexagonal allotropes of Silicon and Germanium compounds
Birla Institute of Technology and Science Pilani Hyderabad Campus（比拉理工学院皮拉尼海得拉巴校区）
本文利用meta-GGA泛函研究了硅和锗六方同素异形体的电子结构和振动特性，分析了声子寿命、声子散射率及声子谱的非谐性影响，旨在提升热电、光伏和光电设备的应用效能。
2026-04-19 cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Coherent storage of photoexcited triplet states using 29Si nuclear spins in silicon
脉冲电子顺磁共振光谱的光激发，亚稳态三重态的氧空位中心在硅中揭示了ms = \pm 1子能级的寿命从ms =0状态的显着不同。我们利用这种显着的差异，在地面单重态的衰变率，以实现近100%的三重态内的电子自旋极化。我们进一步证明了转移的三重态电子自旋的相干态，并从一个超精细耦合，最近邻29 Si核自旋。我们测量了该操作中使用的29 Si核自旋的相干时间，发现它不受三重态电子自旋存在的影响，并且等于通过核磁共振测量的体值。
2011-11-05 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Dislocation-induced structural and luminescence degradation in InAs quantum dot emitters on silicon
本文通过时间分辨阴极荧光等手段，系统揭示了硅基 InAs 量子点中位错对载流子寿命、发光均匀性及生长形貌的多重退化机制，为硅光子集成光源开发提供关键依据。
2023-01-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Dielectric response of laser-excited silicon
利用含时密度泛函理论（TDDFT）模拟了高强度激光脉冲辐照下晶体硅的介电响应。通过求解含时的Kohn-Sham方程，将抽运场和探测场作为外场，数值模拟了抽运-探测测量。正如预期的那样，激发的硅在其响应中显示出粒子-空穴等离子体的特征。我们比较计算的响应与热模型和一个简单的Drude模型。热模型只需要一个静态的DFT计算来制备电子激发的物质，并同意相当不错的TDDFT相同的粒子空穴密度。具有两个拟合参数（电子有效质量和碰撞时间）的Drude模型在较低的激发能下也显示出相当的一致性;拟合的有效质量与载流子带色散一致。提取的德鲁德寿命范围从6 fs在弱泵浦场到低得多的值在高领域。然而，我们发现，德鲁德模型并没有得到一个很好的适合在最高领域的虚介电函数。比较热模型与Drude，我们发现提取的寿命是在相同的范围内，1-13 fs取决于温度。这些短的德鲁德寿命表明，强阻尼是可能的TDDFT，尽管没有电子散射。TDDFT响应与其他模型之间的一个显著差异在于，对探测脉冲的响应取决于泵浦脉冲的偏振。我们还发现，介电函数的虚部可以是负的，特别是对于平行极化的泵浦场和探测场。
2013-03-13 cond-mat.mtrl-sci
Ab initio lattice dynamical studies of silicon clathrate frameworks and their negative thermal expansion
用从头算密度泛函方法研究了7种硅笼形骨架结构（骨架I、II、IV、V、VII、VIII和H）的热力学和晶格动力学性质.本文利用准谐近似方法，并将其应用于等时位移关联函数，研究了负热膨胀（NTE）现象。所研究的笼形框架的热性能，不包括第七框架，类似于那些的晶体硅金刚石结构。发现笼形骨架VII具有高达300 K的反常NTE温度范围，这适合于进一步研究NTE机理。位移关联函数的研究表明，在NTE中，原子的均方位移和均方相对位移的体积导数的行为类似于振动熵体积导数，从而热膨胀系数作为温度的函数。所有研究的笼形框架，不包括VII框架，具有声子带隙或在框架V的情况下甚至两个。
2014-01-06 cond-mat.mtrl-sci
Electron spin coherence exceeding seconds in high purity silicon
硅无疑是最有希望用于自旋信息处理器件的半导体材料之一。其高度先进的制造技术促进了从单个器件到大规模处理器的过渡，并且没有磁性核的同位素纯化的$^{28}$ Si形式的可用性克服了许多其他材料中自旋退相干的主要来源。然而，固态电子自旋的相干寿命通常比孤立的高真空系统（如捕获离子）低几个数量级。在这里，我们研究电子自旋相干的捐助者在非常纯的$^{28}$硅材料，与残留的$^{29}$硅浓度小于50 ppm和捐助者的密度为$10^{14-15}$每厘米$^3$。我们阐明了三个独立的机制，自旋退相干，在不同的温度下活跃，并提取相干寿命$T_2$长达2秒。在这种情况下，我们发现电子自旋是敏感的相互作用与其他施主电子自旋分离约200 nm。为了抑制这种相互作用，我们施加了磁场梯度，并在1.8 K下获得了10秒的外推电子自旋$T_2$。这些相干寿命在固态中没有几个数量级的同行，与高真空量子比特相当，使硅中施主的电子自旋成为量子计算机或超导量子比特等系统的量子存储器的理想组件。
2011-05-19 cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Modulation Doping of Silicon using Aluminium-induced Acceptor States in Silicon Dioxide
硅的所有电子、光电或光伏应用都依赖于通过掺杂杂质原子来控制多数载流子。纳米硅在基础研究（量子点，纳米线）中无处不在，但也在微电子工业的未来技术节点中接近。通常，硅纳米体积，无论其预期目的如何，由于基本物理原理（例如外扩散、小数统计、量子或介电限制）而遭受阻碍常规掺杂的效应。在类比调制掺杂的概念，最初发明的III-V族半导体，我们证明了异质结构调制掺杂方法的硅。我们的方法利用了二氧化硅中铝原子的特定受主态，在相邻的硅中产生空穴作为多数载流子。通过将掺杂剂从硅重新定位到二氧化硅，避免了Si纳米级掺杂问题。此外，铝诱导的受主态的概念，钝化孔选择性隧道接触所需的高效率photophilics的提出和证实的第一载流子寿命测量。
2016-12-10 cond-mat.mtrl-sci
Novel Two-Dimensional Silicon Dioxide with in-plane Negative Poisson's Ratio
二氧化硅或硅石，通常以各种块状结晶和无定形形式存在，最近发现具有二维结构。在这项工作中，我们使用从头计算和进化算法，揭示了三个新的二维二氧化硅结构，其热，动力学和机械稳定性与许多典型的块体二氧化硅进行了比较。特别是，我们发现，所有这三个2D二氧化硅具有较大的面内负泊松比，其中最大的一个是penta-graphene的两倍和borophenes的三倍。负泊松比的产生是由于晶格对称性和硅氧四面体对称性的相互作用。平板二氧化硅也是一种绝缘的2D材料，在报道的2D结构中具有最高的电子带隙（> 7 eV）。这些具有面内负泊松比和最宽带隙的奇异二维二氧化硅有望在纳米力学和纳米电子学中具有巨大的潜在应用。
2018-01-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Spin mediated enhanced negative magnetoresistance in Ni80Fe20 and p-silicon bilayer
在这项工作中，我们提出了一个实验研究自旋介导的增强负磁电阻在Ni_（80）Fe_（20）（50 nm）/p-Si（350 nm）双层。电阻测量显示，对于3 T的面外施加的磁场，双层样品的电阻降低约2.5%，而氧化物样品上的Ni 80 Fe 20（50 nm）的电阻降低1.3%。在Ni_（80）Fe_（20）薄膜中，负磁电阻效应归因于各向异性磁电阻效应。我们认为自旋霍尔效应引起的自旋极化是双层膜中观察到的负磁电阻增强的根本原因。硅具有弱的自旋轨道耦合，因此自旋霍尔磁阻测量是不可行的。我们用V2ω和V3ω作为磁场和磁场在垂直于电流方向上的角旋转的函数来解释自旋霍尔效应。磁场的角旋转对V2ω和V3ω都表现出正弦行为，这归因于自旋-霍尔效应介导的自旋极化引起的自旋-声子相互作用。我们认为自旋极化导致空穴-声子散射的减少，从而导致负磁电阻的增强。
2017-01-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Spin accumulation detection of FMR driven spin pumping in silicon-based metal-oxide-semiconductor heterostructures
使用自旋霍尔效应及其逆效应来电检测和操纵经由铁磁共振（FMR）驱动的自旋泵浦产生的动态自旋电流，使得能够研究这些动态注入的电流穿过各种各样的铁磁材料。然而，虽然这种方法已被证明是探索自旋泵浦过程的宝贵诊断方法，但它需要强的自旋-轨道耦合，因此基本上限制了可用于检测器/通道材料（主要是Pt、W和Ta）的材料基础。在这里，我们报告FMR驱动的自旋泵到一个弱的自旋轨道通道通过测量的自旋积累电压在Si基金属氧化物半导体（MOS）异质结构。这种替代的实验方法，使调查的动态自旋泵在广泛的一类材料具有弱的自旋轨道耦合和长的自旋寿命，同时提供额外的信息，通过Hanle为基础的测量的有效自旋寿命的相位演化的注入自旋系综。
2013-11-05 cond-mat.mtrl-sci
Dielectric response of laser-excited silicon at finite electron temperature
采用绝热含时密度泛函理论（TDDFT）计算了处于电子热平衡状态的激发态晶体硅的介电响应，模拟了强激光脉冲辐照下的介电响应。介电函数的实部的特征在于由于激发的电子-空穴对在低频下的强负行为。该响应与模拟激光脉冲照射后立即在非平衡相中的电子激发的数值泵浦-探测计算吻合得相当好。与以电子有效质量和碰撞时间为拟合参数的Drude模型进行了比较。我们发现，提取的有效质量的范围为0.22-0.36和寿命的范围为1-14 fs取决于温度。短的Drude寿命表明，强阻尼是可能的绝热TDDFT，尽管没有明确的电子-电子碰撞。
2014-10-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Excitation and recombination dynamics of vacancy-related spin centers in silicon carbide
我们利用电子辐照的方法在高质量的外延碳化硅层中产生与硅空位有关的缺陷。通过控制辐照通量，缺陷浓度在几个数量级上变化。我们建立了这些缺陷的光泵浦的激发分布，并评估了770 nm的最佳激发波长。我们还测量了室温下的光致发光动力学，发现一个单指数衰减的特征寿命为6.1 ns。积分的光致发光强度依赖于线性的激发功率密度高达20千瓦/厘米$^2$，表明这些缺陷的相对较小的吸收截面。
2014-04-01 cond-mat.mtrl-sci
Photo-induced charge state dynamics of the neutral and negatively charged silicon vacancy centers in room-temperature diamond
本研究利用多色共聚焦显微镜和密度泛函理论，揭示了室温金刚石中硅空位中心的光致电荷态转换动力学，发现SiV0到SiV-的转换遵循单光子线性过程，而SiV-到SiV2-的转换涉及氮原子辅助的电子隧穿。
2024-03-16 cond-mat.mtrl-sci
Mechanisms of arsenic clustering in silicon
提出并分析了砷在硅中的团簇模型。该模型的主要特点是假设带负电荷的砷络合物在聚类过程中发挥主导作用。为了证实这一假设，电子密度和浓度的杂质原子纳入集群计算的总砷浓度的函数。一些带负电荷的团簇结合一个点缺陷和一个或多个砷原子进行了研究。结果表明，对于带双负电荷的团簇或含有多个砷原子的团簇，电子密度随总砷浓度的增加先达到最大值，然后单调缓慢地减小。对于含两个砷原子的双负电荷团簇，计算的电子密度与实验数据符合得很好。与实验结果的一致性证实了两个砷原子参与团簇形成的结论。在所有现有的模型中，通过形成双负电荷团簇，包括两个砷原子的集群模型给出了最好的拟合实验数据，可以用于模拟高浓度砷扩散。
2006-11-21 cond-mat.mtrl-sci
Magnetic-field dependence of spin-phonon relaxation and dephasing due to g-factor fluctuations from first principles
本研究利用实时第一性原理密度矩阵动力学模拟 Hahn 回波，预测了 T1、T2 和 T2* 自旋寿命，揭示了 g 因子涨落（尤其是非对角分量）在简单低自旋轨道耦合材料中导致自旋寿命非平凡磁场依赖性的关键作用。
2025-03-06 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Room-temperature quantum oscillations of static magnetic susceptibility of silicon-carbide epitaxial layers grown on a silicon substrate by the method of the coordinated substitution of atoms
本研究测量分析了原子协调置换法制备的硅衬底碳化硅外延薄膜磁化率，发现室温弱磁场下存在磁化率磁滞与Aharonov-Bohm量子振荡，源于载流子在负U偶极微缺陷上的单、双粒子干涉。
2023-07-28 cond-mat.mtrl-sci
Characteristics of room temperature bipolar photoconductance in 150 GHz probe transients obtained from normal and irradiated silicon illuminated by 532 nm laser
在p-型非简并（中等掺杂浓度）硅晶片中观察到一个负扭结的过剩电导率时，出现在暗电导电压的完全正衰减后，由一个非常窄的脉冲532 nm激光激发。大部分的硅样品是原始的，其中3个分别用γ，质子和氯离子束辐照。使用时间分辨毫米波电导率仪（TRmmWC）检查这些瞬态，射频（RF）电压响应（激光截止后）始终显示正峰值，标称衰减至零，随后为负扭结。这种负光电导（NPC）扭结在正光电导（PPC）完全衰减后立即发展，通常持续约36 us。我们提出了一些数据，从一组正常的（原始掺杂硅）晶片和γ-和离子束照射的硅（与母原始样品响应比较）的一般特性，以建立可能的新的链接，可能使估计引入硅中的缺陷参数。
2021-09-27 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Nuclear Spin Dynamics of Ionized Phosphorus Donors in Silicon
我们展示了在天然硅中的电离磷供体的核自旋的相干控制和电读出。通过将脉冲照明与相干电子自旋操纵相结合，我们选择性地根据其核自旋状态来选择性地掺杂施主，利用通过Si/SiO2界面处的自旋对的自旋依赖的复合过程。电离施主的核自旋相干时间为18 ms，比中性施主状态长两个数量级，使电离施主成为量子存储器的潜在资源。所提出的实验技术允许电离供体核自旋的光谱，增加电检测的电子核双共振的灵敏度超过两个数量级，并提供实验访问的平行电子自旋对的寿命。
2012-01-16 cond-mat.mtrl-sci
Effect of the magnetic domain structure in the ferromagnetic contact on spin accumulation in silicon
我们发现外延CoFe接触中的磁畴结构对Si中的自旋积累信号有显著的影响。通过在CoFe接触中引入由Si沟道中的横向自旋输运引起的畴壁，可以看到自旋累积信号的明显降低。CoFe接触中的畴壁在很大程度上影响自旋信号的自旋寿命和偏置电流依赖性。这些结果表明，不考虑接触中的畴结构的自旋相关性质的估计导致不可忽略的误差在三端Hanle效应测量。
2012-10-02 cond-mat.mtrl-sci
Quantifying Capacity Loss due to Solid-Electrolyte-Interphase Layer Formation on Silicon Negative Electrodes in Lithium-ion Batteries
由于在初始锂化过程中形成固体电解质界面（SEI）层，硅电极的每单位表面积的电荷损失被量化，并且构成该层的物质被鉴定。使用Si薄膜电极制成的纽扣电池经受恒电流和恒电位锂化和脱锂循环的组合，以准确测量SEI层形成所损失的容量。虽然非晶薄膜的平面几何形状允许精确计算表面积，但通过使Si膜的厚度最小化来防止由破裂产生额外的表面。用X射线光电子能谱学分析循环的电极以表征SEI层的组成。发现从硬币电池实验测量的由于SEI形成引起的电荷损失与具有平面几何形状的Si（100）晶体的初始锂化期间的第一循环容量损失良好一致。在这项工作中提出的方法，预计将提供一个有用的实用工具，电池材料开发商在估计预期的容量损失，由于第一次循环SEI层的形成，并在选择一个适当的粒度分布，平衡机械完整性和第一次循环容量损失的大体积膨胀电极的锂离子电池。
2012-05-24 cond-mat.mtrl-sci
Carrier and Spin Coherent Dynamics in Strained Germanium-Tin Semiconductor on Silicon
锗锡是一种具有优良光子性能的材料。在这里，我们展示了光学初始化和读出自旋在这个有趣的IV族半导体合金和报告塞曼分裂水平之间的自旋量子拍下的外部磁场。我们的光学实验揭示了强大的自旋取向在很宽的温度范围内和持久的自旋寿命，在室温下接近ns政权。除了非辐射复合途径的重要见解，我们的研究结果揭示了丰富的自旋物理在传统的硅衬底上直接生长的新型外延结构。这为IV族半导体工具箱与先进的自旋电子学和光子学能力的协同富集引入了一条可行的路线。
2017-10-16 cond-mat.mtrl-sci
Auger recombination and carrier multiplication in embedded silicon and germanium nanocrystals
在三维实空间网格中，采用经验赝势波函数，精确计算了宽禁带中Si和Ge纳米晶的俄歇复合寿命和载流子倍增寿命.我们的结果支持最近的实验数据提供了新的预测。我们提取简单的俄歇常数有效的NC。我们表明，硅和锗纳米碳可以受益于光伏效率的提高，通过CM由于以下事实，即在超过两倍的带隙能量的光激发下，电子获得狮子的份额从总过剩能量，并可以导致CM。我们预测，CM变得特别有效的热电子与CM阈值以上约1 eV的过剩能量。
2008-04-16 cond-mat.mtrl-sci
Negative-U properties for substitutional Au in Si
采用基于密度泛函理论的电子结构计算方法，对体硅中孤立的替代型金杂质进行了详细的研究。缺陷系统被发现是一个非自旋极化的负U中心，从而提供了一个简单的解决方案，长期以来的争论在硅中金的电子顺磁共振信号。有一个很好的协议（0.03 eV内）之间的良好建立的实验供体和受体的水平和预测的稳定的电荷态跃迁水平，允许明确的分配的两个实验水平的（1+/1-）和（1-/3-）过渡，分别与以前持有的假设系统。
2014-03-25 cond-mat.mtrl-sci
Silicon surface with giant spin-splitting
我们在Si（111）晶片上用Bi三聚体吸附层在半导体衬底上诱导了一个巨大的Rashba型自旋分裂。面内反转对称性被破坏，使得面内电势梯度引起具有约140 meV的Rashba能量的巨大自旋分裂，这比先前报道的任何半导体异质结构的自旋分裂大一个数量级以上。电子态的分离大于它们的寿命展宽，这已经用角分辨光电子能谱直接观察到。实验结果得到了相对论第一性原理计算的证实。我们设想的基本现象，以及为半导体为基础的技术的重要影响。
2009-05-06 cond-mat.mtrl-sci
Failure mechanisms of single-crystal silicon electrodes in lithium-ion batteries
长期耐久性是限制锂离子电池（LIB）在重型应用和其他需要延长寿命的应用中广泛使用的主要障碍。作为电池性能退化和失效的根本原因之一，电极失效机制仍然未知。在这里，我们揭示了单晶硅电极在延长锂化/脱锂循环的基本断裂机制，使用电化学测试，微观结构表征，断裂力学和有限元分析。各向异性的锂侵入导致垂直于电极表面的裂纹萌生，随后通过电极厚度生长。锂化/未锂化硅界面的低断裂能为裂纹偏转提供了弱的微观结构路径，解释了重复循环后观察到的裂纹图案和分层。基于这种物理理解，我们展示了电解质添加剂如何修复电极裂纹，并从表面化学，电化学和材料科学的角度提供了增强未来LIB抗断裂性的策略。
2016-06-18 cond-mat.mtrl-sci
Spin-dependent recombination involving oxygen-vacancy complexes in silicon
用连续波和脉冲电探测磁共振研究了$γ$辐照的$n$型直拉硅中自旋相关的弛豫和复合过程。两个过程涉及的SL 1中心，中性激发三重态的氧空位复合物，可以被分开的不同的动力学。其中一个过程是激发态SL 1弛豫到氧空位复合物的基态，另一个过程是$^{31}$ P施主和SL 1中心之间形成紧密对的电荷转移，如电检测的电子双共振所示。对于这两个过程中，复合动力学研究与脉冲EDMR技术。我们证明了真正的零场CW和脉冲EDMR自旋1系统的可行性，并使用此来测量SL 1的不同自旋状态的寿命也在消失的外部磁场。
2014-02-26 cond-mat.mtrl-sci
Narrow magneto-optical transitions in Erbium implanted silicon carbide-on-insulator
University of New South Wales（新南威尔士大学）；RMIT University（皇家墨尔本理工大学）；The University of Melbourne（墨尔本大学）
研究展示铒掺杂硅碳化物基板具有窄磁光跃迁，通过高分辨率共振光谱和低温光谱空洞燃烧技术，揭示了亚兆赫均质线宽，并识别出最佳稳定发射体的两个晶格位，确立了该平台作为芯片级量子网络的稳健可扩展平台。
2025-11-01 cond-mat.mtrl-sci
Buffer-less Gallium Nitride High Electron Mobility Heterostructures on Silicon
University of Cambridge（剑桥大学）；Swansea University（斯旺西大学）；University of Bristol（布里斯托大学）；Cardiff University（卡迪夫大学）
无缓冲层的氮化镓异质结构在硅基上直接生长，实现了低热阻和高迁移率的二维电子气，为高性能HEMTs提供了新方案。
2024-07-12 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Accurate estimation of interfacial thermal conductance between silicon and diamond enabled by a machine learning interatomic potential
Imam Khomeini International University（伊玛目霍梅尼国际大学）；Institut Lumière Matière, Université Claude Bernard Lyon 1-CNRS, Université de Lyon（光物质研究所，里昂第一大学-CNRS，里昂大学）；Chair of Computational Science and Simulation Technology, Institute of Photonics, Department of Mathematics and Physics, Leibniz Universität Hannover（莱布尼茨汉诺威大学计算科学与仿真技术教席、光子学研究所、数学与物理系）；School of Energy Science and Engineering, Harbin Institute of Technology（哈尔滨工业大学能源学院）
针对硅-金刚石界面热管理需求，提出用基于DFT训练的机器学习原子间势计算界面热导，经NEMD模拟验证其结果比传统半经验势更贴合实验，还揭示了声子模式贡献与势函数差异的机制，可提升复杂材料热输运模拟的精度与效率。
2024-07-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Electronic structure of the neutral silicon-vacancy center in diamond
金刚石中的中性电荷硅空位是量子技术的一个有前途的系统，它结合了高效率，宽带光学自旋极化与长自旋寿命（T2 ~ 1 ms，4 K）和高达90%的光发射到其946 nm的零声子线。然而，人们对SiV 0的电子结构知之甚少，这使得进一步的开发变得困难。在单轴应力下进行SiV 0的光致发光光谱，我们发现先前单个3A 1u状态的激发电子结构是不正确的，而是识别耦合的3Eu -3A 2u系统，其较低的状态在零应力下具有禁止的光发射，因此有效地降低了缺陷的总发射：我们提出了采用有限应变形成自旋光子界面的基础的解决方案。同位素富集明确指定与缺陷相关的976 nm跃迁为硅原子的局部模式。
2018-04-24 cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Physics-based modeling of cyclic and calendar aging of LIBs with Si-Gr composite anodes
German Aerospace Center (DLR)（德国航空航天中心）；Helmholtz Institute Ulm (HIU)（乌尔姆亥姆霍兹研究所）；Ulm University（乌尔姆大学）；Technical University of Munich（慕尼黑工业大学）
本文提出基于物理的模型，研究LIBs在不同充放电协议和存储条件下的老化机制，区分SEI生长与硅基材料失效机制，为电池优化提供理论支持。
2026-04-29 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph physics.chem-ph
Electron-phonon processes of the silicon-vacancy centre in diamond
研究了金刚石中带负电荷的硅空位（$\mathrm{SiV}^-$）中心的基态和激发态的声子诱导电子动力学。测量了4-350 K温度范围内的光学跃迁线宽、跃迁波长和激发态寿命。利用时间分辨荧光技术测量了它们的基态轨道弛豫速率。建立了$\mathrm{SiV}^-$中心激发态和基态热展宽的微观模型。一个涉及单声子跃迁的振动过程被发现，以确定在低温下的基态和激发态的轨道弛豫率。我们讨论了我们的研究结果在基态量子位态的相干性的影响，并提出了方法来延长相干时间的$\mathrm{SiV}^-$量子位。
2014-11-11 cond-mat.mtrl-sci physics.optics quant-ph
\emph{Ab initio} spin-strain coupling parameters of divacancy qubits in silicon carbide
立方碳化硅是将缺陷量子比特集成到用于量子信息和传感应用的已建立的晶片级器件架构中的极好平台，其中双空位量子比特（类似于金刚石中的带负电荷的氮空位（NV）中心）具有有利的相干性质。通过密度泛函理论计算，我们证明了3C SiC中的双空位具有优良的自旋-应力耦合参数和应力敏感性，适用于纳米级、量子增强的光子、光电子和光机械器件。
2018-05-12 cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Ab initio study of the volume dependence of dynamical and thermodynamical properties of silicon
基于硅在20 K到120 K之间的负热膨胀效应，我们首先对原子间的力常数、TA（X）和TA（L）模的声子频率以及相应的模Gruneisen参数与体积的关系进行了从头算研究.分析了相邻壳的影响。考虑到次近邻的相互作用，导出了TA（X）和TA（L）模的声子频率和相应的模Gruneisen参数的解析公式。我们还分析了各种热力学性质（比热，体积模量，热膨胀）的体积和压力依赖性，并指出这些属性的声学分支的负模式Gruneisen参数的效果。最后，我们提出的演化的均方原子位移和原子温度因子的温度为不同的体积，其中的异常效应更大。
1995-09-07 cond-mat.mtrl-sci mtrl-th
Purcell enhancement of a single silicon carbide color center with coherent spin control
碳化硅最近已被开发为光学可寻址自旋缺陷的平台。特别地，在4 H多型体中的中性双空位显示光学可寻址的自旋-1基态和近红外光学发射。在这里，我们提出了一个单一的中性双空位耦合到一个光子晶体腔的Purcell增强。我们利用纳米光刻技术和掺杂剂选择性光电化学蚀刻的组合来产生品质因数超过5000的悬浮腔。随后耦合到一个单一的双空位导致的Purcell因子约50，这表现为增加的光致发光到零声子线和缩短的激发态寿命。此外，我们测量腔纳米结构内的双空位基态自旋的相干控制，并通过动态解耦证明扩展的相干性。这种自旋腔系统代表了使用碳化硅的可扩展长距离纠缠协议的进步，该协议需要来自空间分离的单个量子位的不可区分光子的干涉。
2020-02-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci quant-ph
