Theoretical evidence for unexpected O-rich phases at corners of MgO surfaces
现实的氧化物材料通常是半导体，特别是在高温下，并且它们的表面在结构缺陷如台阶和拐角处包含欠配位原子。利用混合密度泛函理论和从头算原子热力学，我们研究了在氧气氛下处于热力学平衡的p型掺杂MgO（100）面角缺陷处的成键、断键和载流子俘获的相互作用.我们表明，通过操纵表面原子的协调，可以大大改变，甚至扭转的顺序的稳定性还原与氧化的表面网站。
2017-06-18 cond-mat.mtrl-sci
Very strong reduction of 1/f noise by Carbon doping in epitaxial Fe/MgO(100)12ML/Fe magnetic tunnel junctions with large density of barrier defects
本研究比较碳掺杂与未掺杂的高缺陷密度外延 Fe/MgO/Fe 磁性隧道结，发现碳通过调控缺陷弛豫、界面重构和界面共振态对称性显著抑制 1/f 噪声。
2012-04-26 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Stranski-Krastanov Growth of Disordered ScNx Thin Films on MgO(100): Influence of Defect Densities on Electronic Structure and Transport Properties
本研究报道了反应溅射 ScNx 薄膜在 MgO(100) 上的 Stranski-Krastanov 生长，发现缺陷密度（N 空位和 O 间隙）导致无序及弱局域化，并影响电子结构和输运性质。
2025-08-07 cond-mat.mtrl-sci
Impact of single and double oxygen vacancies on electronic transport in Fe/MgO/Fe magnetic tunnel junctions
为了研究氧空位对自旋极化输运的影响，我们采用密度泛函理论计算了单（F心）和成对（M心）氧空位的电子和输运性质.对于FeCo电极，这些点缺陷可以产生低至0.4V的势垒高度，而不管缺陷在势垒内的空间位置以及M中心的取向如何。这些缺陷促使磁性隧道结（MTJ）的平行（P）磁性状态中的自旋向上沟道的电导强烈减小，这主要导致TMR从理想情况下的约10000 $\%$下降到更符合实验的值的数量级下降。当置于MgO势垒的中间层中时，F中心引入远离$Γ$点的额外P $\uparrow$传输。这种散射将TMR降低到145 $\%$。相比之下，M中心仅仅加宽了$Γ$周围的这种透射，从而将TMR提高到315 $\%$。旋转M中心以便部分地指向传输方向，使围绕$Γ$的传输变尖锐，进一步将TMR增加到1423 $\%$。当这些缺陷位于MTJ界面处时，传输和随后的TMR（其达到$\approx$ 4000 $\%$）表明这种结的行为与理想MTJ一样，只是具有低得多的势垒高度。因此，我们的研究结果在理论上调和了高TMR和低势垒高度的并发观察，例如金属Mg的沉积后氧化，这可以在较低的MTJ界面处产生氧空位，以及可以促进M中心超过F中心的退火。
2019-04-04 cond-mat.mtrl-sci
The Energetics and Electronic Structure of Defective and Irregular Surfaces on MgO
基于密度泛函赝势方法的从头计算方法研究了MgO表面（001）台阶、台阶、转角和反角的全弛豫结构、电子分布和电子态密度，以及这些表面特征处的F心.计算证实了较早的预测的放松结构的表面不规则性的基础上简单的相互作用模型。在表面处发现带隙的实质性变窄，对于台阶和台阶，这是由于导带底部的表面态，但是对于拐角和反向拐角，也是由于价带顶部的表面态。F-中心形成能随着氧位的配位减少而稳定降低。F心能级的能量随着其位置配位的降低而有向价带顶靠近的趋势。
1995-05-01 cond-mat.mtrl-sci mtrl-th
Accurately Determining Defect Ionization Energy in Low-Dimensional Semiconductors: Charge Corrected Jellium Model
低维半导体中缺陷电离能的确定一直是第一性原理缺陷计算中一个未解决的问题，这是因为基于Jeltron模型的常用方法在材料和真空区引入了非物理的均匀分布的电荷密度，导致了众所周知的带电缺陷形成能发散问题。本文通过考虑缺陷电离的物理过程，提出了一种基于能带边缘电荷密度代替非物理的能带边缘背景电荷密度的电荷修正方法，来处理带电缺陷。结果表明，该方法具有物理意义、定量准确、技术简单等优点，解决了缺陷电离能计算中的难题.我们提出的方法可以适用于任何尺寸的半导体。
2020-01-12 cond-mat.mtrl-sci
The optical absorption spectra of V centers in deformed MgO under pressure
采用基于密度泛函理论的第一性原理计算研究了MgO中V^{0}和V^{-}心的电子结构和光学吸收谱.结果表明，在PBE 0泛函中，具有畸变的构型在能量上是有利的。Mg空位周围的六个O原子由于畸变而不等价。应用混合泛函计算方法得到了局域在带隙中的缺陷态，这对光学性质是非常重要的。在环境条件下，在~2.5和~2.6 eV处的吸收峰分别归属于V^{0}和V^{-}中心。随着压力的增加，吸收峰出现蓝移。这一趋势与实验观察相一致。
2017-03-15 cond-mat.mtrl-sci
Fundamental Principles for Calculating Charged Defect Ionization Energies in Ultrathin Two-Dimensional Materials
二维材料中的缺陷正成为量子发射器和可扩展光电应用的突出候选者。然而，表征其行为的几个物理性质，如带电缺陷电离能，很难用传统的第一原理方法模拟，主要是因为由降维引起的弱和各向异性介电屏蔽。我们建立的基本原则，准确和有效的计算带电缺陷电离能和电子结构的二维材料。我们建议使用真空水平作为参考缺陷电荷跃迁能级（CTL），因为它给出了强大的结果不敏感的理论水平，不像常用的带边位置。此外，我们确定的分数Fock交换混合泛函准确的带隙和带边位置的二维材料通过执行广义Koopmans的条件的局域缺陷状态。我们发现所得到的Fock交换分数从本体$h$ -BN的0.2变化到单层$h$ -BN的0.4，其带隙也与实验结果和计算的GW结果吻合得很好。这些方法的组合允许可靠且有效地预测缺陷电离能（CTL与带边缘位置之间的差异）。我们用几个例子来激发和概括这些发现，包括单层到少层六方氮化硼（$h$），单层MoS $_2$和石墨烷中的不同缺陷。最后，我们发现，增加层数的$h$ -BN系统地降低缺陷电离能，主要是通过CTL向真空移动，与导带极小值几乎保持不变。
2018-12-01 cond-mat.mtrl-sci
Spin-Polarized Ground States and Ferromagnetic Order Induced by Low-Coordinated Surface Atoms and Defects in Nanoscale Magnesium Oxide
利用混合密度泛函理论研究了表面低配位原子对MgO纳米晶缺陷诱导磁性的影响。已经证明，当Mg空位被引入到立方体状MgO团簇的角部时，磁态的总能量比单重态的总能量低1-2 eV，导致自旋极化的基态。自旋密度不仅位于邻近角落Mg空位的周围O原子处，而且还沿着方向延伸到远处（1 nm或更长）的低配位表面O原子<110>。这种定向自旋离域允许远程Mg空位-Mg空位相互作用，最终导致自发的长程铁磁相互作用。
2012-08-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
An NV- center in magnesium oxide as a spin qubit for hybrid quantum technologies
本研究通过高通量第一性原理方法识别了MgO中NV-中心作为自旋量子比特，具有稳定三重态和光学性质，并讨论了减少振动耦合的策略，以促进混合量子技术应用。
2025-01-24 cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Finite-size corrections for defect-involving vertical transitions in supercell calculations
本文提出了一种用超原胞技术计算缺陷态的垂直跃迁能级的修正方法，并用10种典型材料（3C-SiC、3C-BN、GAN、MgO）中的缺陷系统地验证了该方法的有效性。在没有任何校正的情况下，在大多数情况下，对于中等尺寸的超级电池，绝对误差在1 eV左右。相反，当采用我们的校正方法时，绝对误差减小，并且在所有情况下都变得小于0.12 eV。我们的校正方案是通用的，将有广泛的应用潜力，因为它是自适应的评估各种数量在固定的几何形状，所代表的那些相关的广义Koopmans定理。
2020-01-23 cond-mat.mtrl-sci
Defect identification based on first-principles calculations for deep level transient spectroscopy
深能级瞬态谱（DLTS）被广泛用于研究半导体中的缺陷。我们证明，应非常小心地解释从DLTS提取的活化能作为电离能。我们展示了如何第一性原理计算的热力学跃迁能级，温度效应的电离能，和非辐射捕获系数可以用来准确地确定实际的活化能，可以直接与DLTS相比。我们的分析说明了与混合功能计算GAN中的两个重要缺陷，具有相似的热力学跃迁能级，并表明，从DLTS提取的激活能包括一个捕获势垒，是温度依赖性的，独特的每个缺陷，在某些情况下，大的相比，电离能。通过计算可以直接与实验进行比较的量，第一性原理计算因此在识别DLTS中检测到的缺陷的微观起源方面提供了强大的杠杆作用。
2018-10-12 cond-mat.mtrl-sci
Thermal Stabilization of Defect Charge States and Finite-Temperature Charge Transition Levels
Chalmers University of Technology（查尔姆斯理工大学）
本研究利用机器学习势能计算MgO、LiF和CsSnBr3中空位的温度依赖性电荷迁移水平，发现温度对电荷态稳定性有显著影响，揭示了传统静态模型的局限性。
2025-12-17 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Stability of Implanted Transition Metal Dopants in Rock-salt Oxides
假设在具有岩盐晶体结构的氧化物（例如MgO和BaO）中注入的过渡金属（TM）从晶格位置取代阳离子（在MgO的情况下为Mg）。我们发现，并不是所有的植入TM替代阳离子，但可以是稳定的间隙网站以及。用密度泛函理论研究了TM（Sc-Zn）掺杂在MgO和BaO中不同电荷态的稳定性。我们提出了一种有效的方法来计算注入金属的稳定性，让我们预测网站的偏好（间隙或替代）的掺杂剂在主机。我们发现，两个因素支配的间隙位置的偏好：i）相对离子半径和ii）相对氧亲和力的阳离子和TM掺杂剂。如果阳离子的半径比TM掺杂剂大得多，如在BaO中，TM原子总是位于间隙位置。另一方面，如果阳离子的半径与掺杂剂TM的半径相当，如在MgO的情况下，则观察到优选的缺陷位点从取代晶格Mg原子（Sc到Mn）到占据间隙位点（Fe到Zn）的转变。这种转变可以归因于TM原子从Sc到Zn的氧亲和力的变化。我们的结果也解释了Ni和Fe原子注入MgO的实验。这是我们第一次证明TM掺杂剂可以在稳定化合物的间隙位点稳定，这可能会产生奇异的性质。
2019-03-13 cond-mat.mtrl-sci
p-Type semiconducting properties in lithium-doped MgO single crystals
通过在250-673 K温度区间内的直流和交流电测量研究了Li掺杂MgO晶体在高温下氧化时电导率的显著增强。通过光吸收测量来监测由氧化产生的（[Li]^{0}）中心（各自具有捕获空穴的Li^{+}离子）的浓度。直流和交流实验都提供了一致的体电阻值。氧化MgO：Li晶体的电导率随（[Li]^{0}）心浓度的增加而线性增加。电导率被热激活，激活能为（0.70 +/- 0.01）eV，与（[Li]^{0}）含量无关。\textit{standard semiconducting}机理令人满意地解释了这些结果。自由空穴是带传导的主要贡献，因为它们被捕获在（[Li]^{0}）-受体中心处或从（[Li]^{0}）-受体中心释放。在生长态MgO：Li晶体中，由于（[Li]^{0}）中心的形成，电流随时间急剧增加。在1.3和0.7 eV之间的活化能值可能是用于产生（[Li]^{0}）中心的活化能和这些中心的电离活化能的组合。由于焦耳加热到（[Li]^{0}）中心不稳定的温度，通过施加电场可以在氧化晶体中诱导（[Li]^{0}）中心的破坏。
2002-01-28 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Identification of nickel-vacancy defect in the photocurrent spectrum of diamond by means of \emph{ab initio} calculations
有一个连续的搜索固态自旋量子比特在室温下工作，激发在红外通信带宽。最近我们引入了磁共振光电探测（PDMR）技术来读取金刚石中氮空位（NV）中心的电子自旋态，这是一种在量子信息技术中有应用前景的技术。通过测量金刚石晶体的光电离谱，发现了两个未见报道的电离阈值。在相同的样品上，我们还观察到吸收和光致发光特征，其在文献中被识别为Ni相关缺陷。我们进行了\emph{ab initio}计算的光电离截面的镍分裂空位复合物（NiV）和N-相关的缺陷在其相关的电荷状态，并拟合这些缺陷的浓度测量的光电流光谱，这导致了一个令人惊讶的实验和计算的光谱之间的匹配。这项研究能够确定两个未知的电离阈值与NiV的两个受体水平。由于NiV的激发是在红外线中，从顺磁性NiV色心检测到的光电流是设计新型电读出量子比特的一种有前途的方法。
2018-04-20 cond-mat.mtrl-sci
Spontaneous Oxygen Vacancy Ionization Enhances Water Oxidation on BiVO$_4$
本研究利用杂化密度泛函理论发现钒酸铋表面中性氧空位会自发电离，电离态氧空位可降低析氧反应热力学过电位，反应涉及过氧化物与超氧化物中间体，为理解半导体光电化学性能增强机制提供新见解。
2023-06-16 cond-mat.mtrl-sci
Is the Mg-related GaN blue luminescence deep-level an MgO surface state?
本研究通过低温表面光电压谱发现Mg掺杂GaN中与蓝色发光相关的深能级实为MgO表面态，而非体缺陷，并证实纯MgO粉末在无GaN时也能产生相同发光。
2024-12-10 cond-mat.mtrl-sci
Defects, band bending and ionization rings in MoS2
本文结合 STM 与 STS 研究体相 MoS2 的硫空位，指出带隙内谱学特征源于 TIBB 导致的位置与偏压依赖型施主电离，而非简单的缺陷态密度。
2023-07-18 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
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
Displacement-Field-Induced Ionization of Defect States in High-Quality hBN
National University of Singapore（新加坡国立大学）；Institute for Functional Intelligent Materials, National University of Singapore（新加坡国立大学功能智能材料研究所）；University of Manchester（曼彻斯特大学）；National Graphene Institute, University of Manchester（曼彻斯特大学国家石墨烯研究所）；University of Southampton（南安普顿大学）；National Institute for Materials Science（日本物质材料研究机构）
研究发现高质量hBN中存在缺陷态，利用封装的单层石墨烯作为电荷传感器，证实位移场可诱导hBN缺陷电离，改变vdW异质结构电子响应，对器件设计和实验解读有直接意义。
2026-10-09 cond-mat.dis-nn cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Damage accumulation induced metal-insulator transition through ion implantation of ScN thin films
PPRIME Institute, CNRS, Université de Poitiers–ENSMA（普雷米研究所，法国国家科学研究中心，普瓦捷大学-国立高等机械工程学院）；Inorganic Chemistry, Department of Chemistry - Ångström, Uppsala University（乌普萨拉大学Ångström化学系无机化学）；Thin Film Physics Division, Department of Physics, Chemistry and Biology (IFM), Linköping University（林雪平大学物理、化学和生物学学院薄膜物理分部）
通过离子注入诱导ScN薄膜损伤积累，揭示了低剂量和高剂量下不同缺陷生成机制，以及缺陷景观对金属-绝缘体转变和局域化强度的影响。
2026-02-06 cond-mat.mtrl-sci
Line and Point Defects in MoSe2 Bilayer Studied by Scanning Tunneling Microscopy and Spectroscopy
利用扫描隧道显微镜和光谱仪（STM/S）研究了分子束外延（MBE）生长的双层（BL）MoSe 2薄膜。与单层（ML）膜类似，在BL MoSe 2的顶层和底层中都观察到反转畴边界（DB）缺陷的网络，并且通常可以看到它们在空间上相关，使得一个在另一个的顶部。在底层也有孤立的，在顶层没有同伴，并通过缺陷态的量子隧穿通过MoSe 2 ML的势垒的STM/S检测。比较BL MoSe_2和ML膜的DB态，发现了一些共同的特点，同时也发现了一些差异。缺陷态的量子限制。在BL MoSe 2的点缺陷也观察到STM/S，其中由尖端诱导的电场的施主缺陷的电离被证明。这些结果是巨大的根本利益，以及实际意义的器件制成的MoSe 2的双金属层。
2015-06-15 cond-mat.mtrl-sci
Defect-controlled electrical and optical properties of CrN thin films: experiment and first-principles study
Institute of Physics of the Czech Academy of Sciences（捷克科学院物理研究所）；IT4Innovations, VSB - Technical University of Ostrava（俄斯特拉发理工大学IT4创新中心）；Department of Condensed Matter Physics, Faculty of Mathematics and Physics, Charles University（查理大学数学与物理学院凝聚态物理系）
本研究通过实验与第一性原理计算，系统探究了沉积参数对CrN薄膜结构、电学和光学性质的影响，发现缺陷工程可有效调控其导电类型和光学响应。
2026-09-30 cond-mat.mtrl-sci
First Principles Study of Intrinsic and Extrinsic Point Defects in Monolayer WSe2
我们提出了单层（ML）WSe 2中本征和非本征点缺陷的详细第一性原理密度泛函理论研究。在本征点缺陷中，Se空位（Sevac）具有最低的形成能（不考虑可以通过退火去除的Se吸附原子）。具有下一个最小形成能量（至少大1 eV）的缺陷是SeW（Se在反位缺陷中取代W原子）、Wvac（W空位）和2Sevac（Se双空位）。所有这些本征缺陷都具有非自旋极化的间隙态。石墨衬底的存在下，不改变这些缺陷的形成能显着。对于非本征点缺陷，我们重点研究了O、O2、H、H2和C与WSe2及其本征点缺陷的相互作用。理想WSe 2中的优选结合位点是原子O、H和C的间隙位点。这些间隙缺陷没有间隙状态。本征缺陷的带隙态通过与O、O2、H、H2和C的相互作用而改变。特别是，通过与O和O2的相互作用，完全去除了Sevac和2Sevac的带隙态。这与O相关缺陷的稳定性显著大于H和C相关缺陷的稳定性相一致。O的优选结合位点是Sevac，而H的优选结合位点是SeW。键合到SeW的H导致自旋极化的间隙状态，这可能是有用的自旋电子学应用的缺陷工程。计算了这些缺陷的电荷跃迁能级和电离能。间隙位的H是有效的施主，而所有其他缺陷都是孤立的WSe 2 ML中的深施主或受主。
2019-01-16 cond-mat.mtrl-sci
Influence of Rhenium Concentration on Charge Doping and Defect Formation in MoS2
研究铼浓度对MoS2单层中电荷掺杂和缺陷形成的影响，发现高浓度铼导致聚集，降低掺杂效率并产生缺陷态，影响激子复合。
2024-01-03 cond-mat.mtrl-sci
Characterization and formation of NV centers in 3C, 4H and 6H SiC: an \emph{ab initio} study
近年来，固体中的荧光顺磁缺陷已成为量子信息处理的一个有吸引力的系统。主要的竞争者之一是具有可见光发射的金刚石中的带负电荷的氮空位缺陷，但在技术成熟的宿主中的替代解决方案是该领域许多应用的直接追求。最近已经发现，作为具有晶片级技术的标准半导体的碳化硅（SiC）的各种多型体可以承载氮空位缺陷（NV），其可以是具有近红外区域中的发射的替代量子位候选者。然而，人们对这种缺陷的了解比钻石中的缺陷少得多。多型体内的不等价位点和多型体变体提供NV缺陷家族。然而，有一个不足的知识，这些配置的磁光特性。在这里，我们进行密度泛函理论计算，以表征的NV缺陷的许多形式在最常见的多型体的SiC，包括3C，4H和6H，我们也提供了新的实验数据在4H SiC。我们的计算介导的SiC多型体中的单个NV量子位的识别。此外，我们还讨论了SiC中NV缺陷的形成过程，给出了SiC中NV缺陷的详细电离能，揭示了SiC中NV缺陷电离的临界光学激发能。我们的计算揭示了用理想的纺丝浴在SiC中产生NV缺陷的挑战。
2017-08-11 cond-mat.mtrl-sci
Anharmonic Lattice Relaxation during Non-radiative Carrier Capture
点缺陷的晶格振动对于理解半导体中的非辐射电子和空穴捕获是必不可少的，因为它们支配包括持久光电导性和Shockley-Read-Hall复合率在内的性质。虽然谐波近似足以描述具有小晶格弛豫的缺陷，但对于大晶格弛豫的情况，它很可能被击穿。我们描述了一个第一性原理的程序，占非谐波载波捕获，并将其应用到重要的情况下的\textit{DX}中心在GaAs。这是一个调和近似完全失效的系统。我们的治疗的非谐莫尔斯势准确地描述了所观察到的电子捕获势垒，预测在低温下的量子隧穿的情况下，和一个高的空穴捕获率，是独立的温度。该模型还解释了组成不变的电子发射势垒的起源。这些结果突出了一个重要的缺点，用于描述点缺陷电离，伴随着大晶格弛豫，电荷转移发生远离平衡配置的标准方法。
2019-04-02 cond-mat.mtrl-sci
Particle-Particle Random Phase Approximation for Predicting Correlated Excited States of Point Defects
本研究将 ppRPA 应用于粒子-粒子通道以预测点缺陷相关激发态，结合 B3LYP 泛函实现高精度（误差多小于 0.1 eV），并开发自然跃迁轨道方案揭示缺陷态多参考特性，确立了 ppRPA 为低成本准确方法。
2024-06-26 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph physics.comp-ph
P-type behavior of CrN thin films by control of point defects
本文报道了在Ar/N2混合气体中，用反应磁控溅射法在c面蓝宝石、MgO（100）和LaAlO 3（100）衬底上生长非化学计量比CrN 1 +d薄膜的实验和理论研究结果。随着氮浓度从48 at. %至52%。%。对于所有基材，组成变化遵循类似的趋势，其中通过增加气流比中N2的百分比，N/Cr比从约0.7增加到1.06-1.10。由于化学计量的变化，晶格参数和塞贝克系数随着CrN 1 +d中N的增加而增加;特别是，塞贝克值系数从CrN0.97的-50 uV.K-1转变为CrN1.1的+75 uV.K-1。密度泛函理论计算表明，Cr空位可以解释塞贝克系数的变化，因为它们将价带中的费米能级向下推，而N2哑铃形式的N间隙缺陷需要解释晶格参数的增加。计算包括两种类型的缺陷，其中有一个强烈的倾向结合在一起，揭示了轻微的增加，晶格参数和同时形成的价带中的空穴。为了解释实验趋势，我们认为，Cr空位和N2哑铃，可能在组合配置，是存在于薄膜中。我们证明了控制CrN的半导体行为的可能性，从n型到p型的固有缺陷，开放的可能性，将这种化合物集成在能量收集热电器件。
2022-02-21 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Surface coupling of NV centers over nanoscale lengths
本研究针对金刚石浅NV-色心因表面耦合退相干的问题，通过计算不同表面取向与终端下亚表面NV-色心的准粒子态，明确了稳定NV-色心的最小埋深理论极限，为量子传感器设计提供指导。
2025-05-16 cond-mat.mtrl-sci
First-principles and semiempirical calculations for F centers in KNbO3
采用线性Muffin-tin轨道方法结合密度泛函理论（局域近似）和基于Hartree-Fock理论的中间忽略微分重叠（INDO）半经验方法，研究了立方和正交铁电KNbO $_3$晶体中的$F$心（O空位双电子）.对39个原子的超原胞的计算表明，即使在缺陷的基态，两个电子也有相当大的离域性。它们的波函数在最靠近O空位的两个Nb原子和附近的其他原子上延伸。因此，KNbO $_3$中的$F$中心类似于部分共价的SiO $_2$晶体中的电子缺陷（所谓的$E^{\prime}_1$中心），而不是像MgO和碱金属卤化物的离子晶体中的通常的$F$中心。通过分析电子密度分布证实了这种共价性。吸收能的计算通过INDO方法使用$Δ$自洽场计划后，周围的$F$中心的原子松弛。对于正交相的三个吸收带计算位于2.72 eV，3.04 eV，和3.11 eV。第一个是接近电子辐照下观察到的。对于立方相，在高温下稳定，高于708 K，只有两个带，在2.73 eV和2.97 eV，预计。
1997-08-25 cond-mat.mtrl-sci
Charge dynamics in near-surface, variable-density ensembles of nitrogen-vacancy centers in diamond
虽然表面浅氮空位（NV）中心的自旋特性已被广泛审查的主题，相当少的注意力一直致力于研究金刚石表面附近的NV电荷转换的动力学。使用多色共聚焦显微镜，在这里，我们表明，近表面点缺陷所产生的高密度离子注入显着增加的电离和重组率相比，在散装金刚石的浅NVs。此外，我们发现，这些速率线性增长，而不是二次方与激光强度，表明单光子过程，使NV状态混合与其他缺陷状态。伴随着这些发现，我们观察到NV电离和复合在黑暗中，可能是电荷转移到邻近的陷阱的结果。尽管改变的电荷动力学，我们表明，一个可以压印的，持久的图案的充电初始化，近表面的NV在大面积上，一种能力，可以利用电化学生物传感或光学存储数字数据集与子衍射分辨率。
2018-06-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Lead monoxide $α$-PbO: electronic properties and point defect formation
用第一性原理计算研究了由单晶$α$ -PbO片晶网络组成的多晶氧化铅的电子性质以及$α$ -PbO晶格中本征点缺陷的形成. $α$ -PbO晶格由耦合层组成，这些耦合层之间的相互作用太低而不能产生高效率的层间电荷转移。实际上，$α$ -PbO的多晶性质导致形成如此高浓度的晶格缺陷，使得与缺陷相关的导电性成为层间电荷转变中的主导因素。结果表明，O空位的形成能较低，在零电荷态时，O空位被两个电子占据，O空位倾向于将电子贡献给Pb空位，导致O空位和Pb空位电离，O空位在带隙中引入局域态，影响电荷输运. O空位在价带上方1.03 eV处形成缺陷态，其可充当电子的深陷阱，而Pb空位形成位于价带上方仅0.1 eV处的空穴的浅陷阱。实验发现ITO/PbO/Au结构中暗电流衰减的原因是O空位的电荷脱陷。
2012-12-14 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Optical excitations in organic molecules, clusters and defects studied by first-principles Green's function methods
光谱和光学性质的纳米系统和点缺陷的格林函数方法的框架内进行了讨论。我们使用的方法的基础上评估的自能在所谓的GW近似和解决的Bethe-Salpeter方程的空间中的单粒子跃迁。没有使用在大多数先前GW计算中使用的等离子体极模型或数值能量积分。也避免了介电函数的傅里叶变换。这种方法适用于苯，萘，钝化硅簇（含有一百多个原子），和F中心的LiCl。在后者中，激子效应和$1s \to 2p$缺陷线被确定在能量分辨介电函数。我们还比较了通过求解Bethe-Salpeter方程和使用含时密度泛函理论在局部绝热近似下获得的光谱。从这个比较中，我们得出结论，这两种方法给出了类似的预测苯和萘中的光激发，但它们不同的小硅团簇的光谱。随着团簇尺寸的增加，这两种方法都预测在光学和近紫外范围内的光吸收的截面非常低。对于较大的团簇，计算的截面显示出作为光子频率的函数的缓慢增加。计算了分子和团簇的电离势和电子亲合势。
2006-05-10 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Structural Stability and Defect Energetics of ZnO from Diffusion Quantum Monte Carlo
我们采用多体从头扩散量子蒙特卡罗（DMC）方法研究了Zn和ZnO晶体在压力下的热力学行为，以及ZnO中氧空位、锌间隙原子和氢杂质的热力学行为。我们表明，DMC是一种准确和实用的方法，可用于表征材料的多个属性是具有挑战性的密度泛函理论近似。DMC同意与实验测量到0.3 eV内，包括ZnO的带隙，O和Zn的电离势，和O $_2$，ZnO二聚体，和纤锌矿ZnO的原子化能。DMC预测氧空位作为深施主，在富氧条件下形成能为5.0（2）eV，热力学跃迁能级位于距离价带最大值1.8和2.5 eV之间。我们的DMC的结果表明，在ZnO中的锌间隙和氢杂质的浓度应该是低的n型，锌和H-丰富的条件下，因为这些缺陷在这些条件下的形成能超过1.4 eV。DMC和混合泛函的比较表明，这些DFT近似可以被参数化，以产生一个一般正确的定性描述ZnO。然而，在ZnO中的缺陷与DMC和混合功能评估的形成能可以相差超过0.5 eV。
2015-04-30 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
First-principles design of main-group dimer defects in ZnO as candidate quantum defects
Sungkyunkwan University（成均馆大学）；Ajou University（亚洲大学）；University of Wisconsin-Madison（威斯康星大学麦迪逊分校）
该研究通过杂化密度泛函理论设计ZnO中的主族施主-受主二聚体缺陷，发现(Si_Zn-B_O)^+等缺陷具备可见光跃迁、亚微秒辐射寿命等特性，有望作为光活性自旋缺陷候选。
2026-08-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Color centers in NaCl by hybrid functionals
本文采用混合密度泛函方法计算了NaCl中Cl空位的电子结构和跃迁能（包括热力学和光学跃迁）。PBE 0混合泛函通过非局域精确交换恢复了半局域泛函从带隙问题中继承的被低估的跃迁能量，调整其量以再现实验带隙。混合泛函也给出了一个更好的帐户所产生的减少自相互作用的缺陷系统的晶格弛豫。另一方面，由于对局域缺陷的电离能和带边位置的描述不准确，混合泛函不能实现与实验垂直跃迁能的定量一致。
2010-09-13 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
