Substrate-induced bandgap in graphene on hexagonal boron nitride
我们使用从头算密度泛函计算确定晶格匹配的六方氮化硼（h-BN）衬底上的石墨烯片的电子结构。最稳定的构型是一个碳原子位于硼原子的顶部，另一个位于BN环的中心。由此产生的两个碳位点的不等价性导致在石墨烯的狄拉克点处打开53 meV的间隙，并导致狄拉克费米子的有限质量。BN衬底上的石墨烯片的替代取向产生类似的带隙和质量。由BN表面诱导的带隙可以极大地改善石墨烯基场效应晶体管的室温夹断特性。
2007-07-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Idealizing Tauc Plot for Accurate Bandgap Determination of Semiconductor with UV-Vis: A Case Study for Cubic Boron Arsenide
针对Tauc图法因基线吸收导致半导体带隙测定误差的问题，提出先去除吸收光谱基线再构建理想化Tauc图的新方法，验证了其有效性并解决了立方砷化硼带隙值的报道差异。
2023-06-13 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Spontaneous emission of color centers at 4eV in hexagonal boron nitride under hydrostatic pressure
本文研究了液氦温度下流体静压范围达5GPa时色心在3.3-4 eV范围内的发光特性。光发射能量随压力的降低不如带隙敏感。这种与带隙偏移不同的行为是深陷阱的典型特征。有趣的是，流体静压揭示了在压力下不同变化的能级的存在（与该能量区域中的其余能级相比，发射波长的增加较小，甚至减少）。这一发现丰富了hBN中在UV中操作的色心的物理。
2019-05-20 cond-mat.mtrl-sci
Electronic structure and tunability of 2D hexagonal boron arsenide
群论和密度泛函理论的方法相结合，以获得紧凑和准确的$k\cdot p$哈密顿量，描述周围的$K$和$Γ$点的二维材料六方硼砷化物（h-BAs）的能带结构预测是一个重要的低带隙材料的电，热电和压电性能，补充了研究充分的二维材料六方氮化硼。卤化硼砷化物是一种直接带隙材料，在$K$点处具有带极值。带隙变为间接的，在受到强电场或双轴应变的$Γ$点处具有导带最小值。在甚至更高的电场强度（约0.75 V/ $Å$）或大应变（$14$ ~ 1%）下，2D六方硼砷化物变成金属。我们的$k\cdot p$模型包括了应变、电场和磁场的影响。优秀的定性和定量之间的协议密度泛函理论和$k\cdot p$预测证明了不同类型的应变和电场。
2019-05-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Phonon assisted light absorption and emission in cubic-Boron Nitride
Aix-Marseille Univ.（艾克斯-马赛大学）；CNRS（法国国家科学研究中心）；Centro S3, CNR-Istituto Nanoscienze（CNR纳米科学研究所S3中心）
研究通过第一性原理方法探讨立方氮化硼的光学性质，揭示声子辅助过程对吸收和发光谱的主要贡献，解释理论光隙与实验发光的差异。
2026-03-27 cond-mat.mtrl-sci
Radiative lifetime of free excitons in hexagonal boron nitride
使用一个新的时间分辨阴极射线发光系统，致力于紫外光谱范围内，我们提出了在室温下的hBN中的自由激子的辐射寿命的第一个估计。这是进行从一个单一的实验，同时给出连续激发下的绝对发光强度和自由激子在时域中的衰减时间。hBN中的间接激子的辐射寿命等于27 ns，这比其他间接带隙半导体中的激子的辐射寿命短得多。这是由激子复合物中电子和空穴的紧密接近以及间接激子和直接激子之间的小能量差来解释的。hBN对于间接带隙的异常高的发光效率因此被半定量地理解。
2021-07-02 cond-mat.mtrl-sci
Engineering the electronic bandgaps and band edge positions in carbon-substituted 2D boron nitride: a first-principles investigation
石墨烯的改性以在其电子光谱中打开一个强大的间隙对于其在场效应晶体管和光化学应用中的使用至关重要。受最近在制备石墨烯和氮化硼（BN）的均匀合金中的实验成功的启发，我们在这里考虑通过成分和构型修改来工程化C $_{2x}$ B $_{1-x}$ N $_{1-x}$合金的电子结构和带隙。我们从已经具有大带隙的BN端元开始，然后表明：（a）带隙原则上可以通过C $(x<0.25)$的适度取代降低到约2 eV;以及（b）C $_{2x}$ B $_{1-x}$ N $_{1-x}$的电子结构不仅可以通过组成$x$，而且可以通过BN基质中的C取代基所采用的构型来进一步调节。我们的分析，准确的筛选混合功能计算的基础上，提供了一个清晰的理解之间的相关性的带隙和聚集的C原子的水平：带隙减少最大时的C原子被最大限度地隔离，并增加与聚集的C原子由于形成的结合和反结合带与杂化的占据和空的缺陷状态。我们确定相对于真空的价带和导带边缘的位置，并讨论了2D C $_{2x}$ B $_{1-x}$ N $_{1-x}$合金在光催化应用中的潜在用途的影响。最后，我们评估这些合金的形成使用来自第一性原理的团簇膨胀模型的热力学限制。
2015-04-20 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph physics.comp-ph
Fingerprinting quantum emitters in hexagonal boron nitride using strain
二维范德华晶体及其异质结构提供了一个令人兴奋的替代体宽带隙半导体作为主机的单光子发射器。在不同的层状材料中，在六方氮化硼（一种层状宽带隙半导体）中观察到了明亮而坚固的基于缺陷的单光子发射体。尽管迄今为止的研究工作，在六方氮化硼中负责量子发射的深缺陷的身份仍然未知。在这项理论工作中，我证明了应变引起的发射频率的变化取决于：（i）在光激发中所涉及的缺陷态的详细性质，以及（ii）丰富的硼化学，导致硼原子之间的复杂相互作用。由于每个缺陷都对应变有不同的响应，因此它不仅可以用于调谐发射频率，还可以用于识别六方氮化硼中的量子发射体。
2020-02-12 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Gallium-Boron-Phosphide (GaBP$_2$): A New III-V Semiconductor for photovoltaics
利用机器学习（ML）方法，我们发现了一种新的III-V半导体材料，其具有用于高效光致发光的最佳带隙，其化学组成为镓-硼-磷化物（GaBP $_2$，空间群：Pna 2 $_1$）。ML预测进一步验证了最先进的从头计算密度泛函理论（DFT）模拟。注意到GaBP $_2$的化学计量的Heyd-Scuseria-Ernzerhof（HSE）带隙为1.65 eV，接近理想值（1.4-1.5 eV）以达到理论的Queisser-Shockley极限。计算的电子迁移率与硅的电子迁移率相似。与钙钛矿不同，新发现的材料具有热稳定性，动力学稳定性和机械稳定性。最重要的是，GaBP $_2$的化学成分无毒且相对地球丰富，使其成为新一代光伏材料。使用ML，我们表明，与一组最小的功能III-III-V和II-IV-V半导体的带隙可以预测到小于0.4 eV的均方根误差。我们提出了一组标度律，可用于估计新的III-III-V和II-IV-V半导体的带隙，具有三种不同的晶相，RMSE约为。0.5 EV.
2019-09-27 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
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
Twist driven deep-ultraviolet-wavelength exciton funnel effect in bilayer boron nitride
本研究结合多体微扰理论与有效哈密顿量近似，证明扭转双层六方氮化硼可形成深紫外激子量子点阵列，并通过激子漏斗效应实现强限制与相干操控。
2023-12-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Ab initio tight-binding Models for Mono- and Bilayer Hexagonal Boron Nitride (h-BN)
本文基于极大局域万尼尔函数从头算推导出单层和双层h-BN的有效紧束缚模型，通过考虑四近邻跃迁、应变拟合参数化及双中心近似推广层间跃迁，实现了对K点和M点带边及扭转体系电子结构的精确描述。
2024-09-03 cond-mat.mtrl-sci
Stability of antiphase line defects in nanometer-sized boron-nitride cones
利用第一性原理计算研究了氮化硼纳米锥片的稳定性。我们的结果表明，具有反相边界（包含B-B或N-N键的线缺陷）的锥体可以比没有反相边界的锥体更稳定。我们还发现，掺杂的反相边界与碳可以提高其稳定性，也导致在带隙中的局部状态的外观。在我们考虑的结构中，具有最小形成能的结构是具有碳改性的反相边界的圆锥，其在费米能级处呈现约0.5 eV的自旋分裂。
2004-09-20 cond-mat.mtrl-sci
Stacking and Registry Effects in Layered Materials: The Case of Hexagonal Boron Nitride
采用van der Waals修正的密度泛函理论方法研究了六方氮化硼（h-BN）的层间滑移能谱.结果表明，范德华力的主要作用是将层间固定在一个固定的距离上，而静电力则决定了最佳的堆积模式和层间滑动能。一个几乎自由滑动的路径被确定，沿着该路径获得~0.6 eV的带隙调制。我们提出了一个简单的几何模型，量化层之间的注册表匹配，并捕捉波纹h-BN层间能量景观的本质。这种现象学模型的简单性为复杂的层状结构（如碳和氮化硼纳米管）的建模开辟了道路。
2010-02-08 cond-mat.mtrl-sci
Unambiguous identification of the indirect band nature of atomically thin hexagonal boron nitride
本研究利用深紫外光谱技术揭示了1-3层原子级薄六方氮化硼（h-BN）的间接带隙本质，纠正了单层BN为直接带隙的旧有认知，并发现4层起带边发光随层数增强，源于层间作用增强声子辅助间接跃迁及平带形成。
2024-10-16 cond-mat.mtrl-sci
Phonon-Mediated Quasiparticle Lifetime Renormalizations in Few-Layer Hexagonal Boron Nitride
本研究在惰性宽禁带半导体少层六方氮化硼（hBN）中发现声子介导的显著电子质量增强效应，该效应影响π带态寿命且与单、多声子散射一致，揭示了新型多体态，对hBN基器件有重要意义。
2023-08-26 cond-mat.mtrl-sci
Interband absorption in single layer hexagonal boron nitride
单层六方氮化硼（h-BN），俗称“白色石墨烯”，是一种很有前途的深紫外光电子器件宽带隙半导体材料。本文采用紧束缚哈密顿量计算了单层六方氮化硼的光吸收。与石墨烯相比，发现吸收是光子能量的单调递减函数，其中吸收系数与光子能量无关，并且其特征在于有效精细结构常数。
2011-09-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Efficient single photon emission from a high-purity hexagonal boron nitride crystal
在用作范德华异质结构中的构建块的各种层状材料中，六方氮化硼（hBN）由于其大的带隙（$\sim 6$ eV）而作为容纳光学活性缺陷的理想平台出现。在这里，我们研究了高纯度hBN晶体在绿色激光照射下的光学响应。通过光子相关测量，我们确定在环境条件下发射高度光稳定荧光的单个缺陷。详细的物理性质的分析揭示了辐射跃迁的高量子效率，导致具有非常高的亮度的单光子源。这些结果说明了hBN提供的广泛应用如何进一步扩展到基于光子的量子信息科学和计量学。
2016-06-13 cond-mat.mtrl-sci
Cathodoluminescence spectroscopy of monolayer hexagonal boron nitride
本研究利用自制阴极发光系统对单层六方氮化硼外延膜进行光谱分析，观察到6.04 eV特征峰，证实其直接带隙特性，为低维材料发射性质研究提供新方法。
2023-05-17 cond-mat.mtrl-sci
Photoluminescence mapping and time-domain thermo-photoluminescence for rapid imaging and measurement of thermal conductivity of boron arsenide
立方硼砷化物（BAs）由于最近实验证明的高于1000 W/mK的热导率\k{appa}而引起了更大的关注。然而，它的带隙还没有得到解决，缺乏一个简单而有效的方法来探测它的晶体质量。此外，传统的\k{appa}测量方法破坏性大、耗时长，无法满足快速筛选高\k{appa}材料的迫切需求。在我们实验建立了1.82 eV作为BAs的间接带隙并观察到室温带边光致发光后，我们开发了两种新的光学技术，可以提供快速和非破坏性的表征\k{appa}，样品制备很少：光致发光映射（PL映射）和时域热光致发光（TDTP）。PL-映射提供了几乎实时的晶体质量和毫米级晶体表面上的\k{appa}的图像;而TDTP允许我们拾取样品表面上的任何点，并使用纳秒激光脉冲测量其\k{appa}。这些新技术揭示了表观单晶不仅在\k{appa}中是不均匀的，而且还由非常不同的\k{appa}畴组成。由于PL-mapping和TDTP是基于带边PL及其对温度的依赖性，因此它们可以应用于其他半导体，从而为快速识别和开发高\k{appa}半导体材料铺平了道路。
2019-10-16 cond-mat.mtrl-sci
Electronic and optical properties of boron containing GaN alloys: The role boron atom clustering
本文采用经杂化泛函基准校验的mBJ DFT，研究B含量至7.4%的（B,Ga）N合金，揭示B原子团簇通过价带局域化、应变与极化场显著影响带隙，且团簇微结构取向作用关键。
2023-08-15 cond-mat.mtrl-sci
Framework for engineering of spin defects in hexagonal boron nitride by focused ion beams
本文针对六方氮化硼薄片中硼空位缺陷制备缺乏稳健性的问题，识别促进与抑制机制并优化聚焦离子束参数，提出适用于任意厚度的位点特异性制备框架，服务于量子传感与量子信息处理。
2023-11-10 cond-mat.mtrl-sci
Alternative Stacking Sequences in Hexagonal Boron Nitride
在层状二维材料中，连续片材的相对取向，即堆叠顺序，对于材料的电子、热和机械性能至关重要。通常，不同的堆叠序列具有相当的内聚能，导致替代的稳定晶体结构。在这里，我们从理论和实验上探讨不同的堆叠顺序在范德华键合材料六方氮化硼（h-BN）。我们研究的总能量，电子带隙，和介电响应张量为五个不同的高对称性堆积序列的散装和双层形式的h-BN。两个序列，通常假设的AA'序列和相对未知的（对于h-BN）AB（Bernal）序列，被预测具有很低的能量。我们提出了一种可扩展的改进的化学气相沉积方法，其产生几乎纯的AB堆叠的h-BN的大薄片;这种新材料补充了通常可用的AA堆叠的h-BN。
2018-10-11 cond-mat.mtrl-sci
Charge transition levels of quantum emitters in hexagonal boron nitride
层状材料中的量子发射体在纳米光子学中具有很好的应用前景。在这里，我们提出了一种基于电荷转移到石墨烯的技术，用于测量宽带隙2D材料中荧光缺陷的电荷跃迁能级（$\rm E_t$），并将其应用于六方氮化硼（hBN）中的量子发射体。我们的研究结果将有助于识别hBN中量子发射体的原子结构，以及实际应用，因为$\rm E_t$确定缺陷电荷状态，并在光动力学中起着关键作用。
2019-06-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Interface Structure and Electronic Properties in Cubic Boron Nitride - Diamond Heterostructures
本研究通过密度泛函理论揭示了立方氮化硼-金刚石异质界面的稳定性、导电类型及可调带排列，为高功率电子器件设计提供了理论指导。
2025-10-16 cond-mat.mtrl-sci
Electron Paramagnetic Resonance signature of point defects in neutron irradiated hexagonal Boron Nitride
六方氮化硼（h-BN）由于其大的禁带宽度而成为研究荧光缺陷的一种有吸引力的范德华材料。在这项工作中，我们证明了增强的粉红色由于中子照射，并进行电子顺磁共振（EPR）测量。新的点缺陷被暂时指定为双占据的氮空位（S = 1）和零场分裂（D = 1.2 GHz）。这些缺陷与宽的可见光吸收带和近红外光致发光带相关，分别以~ 490 nm和820 nm为中心。EPR信号强度受到在600至800°C之间的温度范围内的热处理的强烈影响，其中辐射诱导的粉红色也丢失。我们的研究结果是重要的理解点缺陷的h-BN及其部署的量子和集成的光子应用。
2018-10-08 cond-mat.mtrl-sci
Interacting donor-acceptor pairs as the origin of coupled spin-optical signals in hexagonal boron nitride
Beijing Computational Science Research Center（北京计算科学研究中心）；School of Physics and Astronomy, Beijing Normal University（北京师范大学物理学院）
研究揭示了六方氮化硼中耦合自旋-光学信号的微观起源，表明供体-受体对的相互作用而非孤立缺陷是关键因素，并提出了设计宽禁带半导体中自旋活性量子发射体的原则。
2026-05-20 cond-mat.mtrl-sci
Inverse Structural Design of Graphene/Boron Nitride Hybrids by Regressional GAN
具有所需性质的材料的逆向设计目前是费力的，并且严重依赖于研究人员通过试错过程的直觉。由于组成元素及其结构配置而产生的大量组合空间太过庞大，即使通过高吞吐量计算也无法全部搜索。在本文中，我们展示了一种新型的回归生成对抗网络（RGAN），用于代表性二维材料石墨烯和氮化硼（BN）混合物的逆向设计。所提出的RGAN的一个显著新颖性在于，它将监督和回归卷积神经网络（CNN）与传统的无监督GAN相结合，从而克服了传统GANs中的常见技术障碍，即不能生成与给定的连续定量标签相关联的数据。所提出的RGAN能够自主地生成具有任何给定带隙的石墨烯/BN混合物。此外，所产生的结构表现出高保真度，产生的带隙在所需的带隙的~ 10%MAEF内，通过密度泛函理论（DFT）计算交叉验证。通过主成分分析（PCA）和改进的局部线性嵌入（MLLE）方法对回归量编码的潜在特征的进一步分析表明，生成器已经成功地生成了遵循真实结构的统计分布的结构。这意味着RGAN在识别隐藏在高维数据中的物理规则的可能性。这种新的逆向设计方法将加快其他二维材料及其他材料的发现和开发。
2019-08-21 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph physics.comp-ph
Doping-limitations of cubic boron nitride: effects of unintentional defects on shallow doping
立方氮化硼（cBN）是一种超宽带隙、超硬材料，具有极温、极压应用的潜力。使用cBN的pn结的原理验证在近三十年前就已被证明。然而，到目前为止，仍然存在两个未解决的挑战，阻止其在技术中的实际应用：（i）难以生产高质量的cBN膜，以及（ii）难以可控地对其基质进行n掺杂和p掺杂。在这项理论工作中，我们研究了掺杂限制的原因，这是实现基于cBN的电子学的一个尖锐问题。特别是，我们发现，不同的无意中存在的本征和非本征缺陷作为补偿缺陷和/或引入陷阱状态。反过来，这些缺陷及其复合物的存在会影响浅掺杂剂[硅和铍]的掺入以及电子结构特性，这些浅掺杂剂是有意引入到n型和p型掺杂cBN中的。我们的掺杂限制的分析提供了一个路径，找到可控的n-和p-掺杂cBN的解决方案。
2021-07-09 cond-mat.mtrl-sci
Energetics and kinetics of vacancies in monolayer graphene boron nitride heterostructures
石墨烯和氮化硼（GPBN）异质结构提供了一种可行的方法来实现可调的带隙，在石墨烯基纳米电子和光电子器件中有着新的机会。在本研究中，我们研究了单层GPBN异质结构中空位与石墨烯/h-BN界面之间的相互作用。利用第一性原理计算研究了单层GPBN异质结构中单空位和双空位的能量学和动力学。界面被证明是空位偏析的优先位置。同时，空位的动力学被发现在界面处被显著地修改，证明了最小能量路径（MEP）和相关的迁移势垒计算。讨论了界面键合构型、能态和极化对空位形成和扩散的影响。此外，我们还证明了识别不同空位的扩散前因子的差异对于准确确定空位扩散系数是重要的。我们的研究结果为GPBN异质结构中空位的建模提供了必要的数据，并为基于GPBN的器件设计中的缺陷，界面和量子域的精确工程提供了重要的见解。
2015-03-09 cond-mat.mtrl-sci
Platinum-absorbed Defective 2D Monolayer Boron Nitride: A Promising Electrocatalyst for O2 Reduction Reaction
通过计算设计含氮硼双空位的二维单层氮化硼并吸附单个Pt原子，形成单原子催化剂，其具有1.30 eV带隙，经DFT-D计算表明对氧还原反应遵循4电子路径且具有高选择性和显著催化活性。
2024-04-19 cond-mat.mtrl-sci
2D Nitride Ordered Alloys: A Novel Class of Ultra-Wide Bandgap Semiconductors
本文通过从头算研究 BxM1-xN（M=Al、Ga）二维有序氮化物合金，揭示原子褶皱稳定结构并产生反铁电基态，为新型 UWBG 半导体提供依据。
2024-05-14 cond-mat.mtrl-sci
Towards the growth of single-crystal boron nitride monolayer on Cu
原子层状六方氮化硼（hBN）具有良好的稳定性、平坦的表面和大的禁带宽度，是最好的二维绝缘体，在电子学、光电子学和光电子学等领域具有广阔的应用前景。生长高质量大hBN单晶的能力是这些应用的核心，但迄今为止，单晶2D BN的尺寸还不到一毫米。本文报道了在低对称性Cu（110）“邻位面”上首次外延生长10 × 10 cm ~ 2 hBN单晶单层。的生长动力学，单向对齐和无缝拼接的hBN域明确说明使用厘米到原子尺度的表征技术。这项工作的发现有望显著推动基于2D材料的器件的大规模应用，并为广泛的非中心对称2D材料的外延生长铺平道路。
2018-11-16 cond-mat.mtrl-sci
Quantum Emission from Defects in Single Crystal Hexagonal Boron Nitride
块体六方氮化硼（hBN）是一种高度非线性的天然双曲材料，在现代纳米光子学应用中吸引了主要关注。然而，迄今为止还没有报道其在光谱的可见部分中的光学性质和由散装hBN托管的量子发射器的研究。在这项工作中，我们研究了在红色光谱范围内使用亚带隙光激发的hBN晶体的发射特性。在室温下观察到缺陷的量子发射，并详细描述了其特征。我们的研究结果推进了hBN在量子纳米光子学技术中的应用，并增强了我们对其光学性质的基本理解。
2016-03-07 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
High thermal conductivity of high-quality monolayer boron nitride and its thermal expansion
热管理变得越来越重要，特别是在小型化的现代设备中，因此探索具有电绝缘和良好机械性能的高导热材料具有重要意义。在这里，我们报告说，高品质的单层氮化硼（BN）在室温下的热导率（\k{appa}）为751 W/mK。虽然小于石墨烯，但该值大于立方氮化硼（cBN），仅次于金刚石和最近发现的立方硼砷化物（BAs）。如果考虑密度，单层BN在所有半导体和绝缘体中具有第二大的每单位重量的\k{appa}，仅次于金刚石。原子级薄BN的\k{appa}随厚度增加而减小。我们的大规模分子动力学模拟使用Green-Kubo形式准确地再现了这一趋势，和密度泛函理论（DFT）计算揭示了主要的散射机制。在300-400 K的单层到三层BN的热膨胀系数（TEC）也进行了实验测量，结果是原子从头算DFT计算在更宽的温度范围内。由于其宽带隙、高导热性、出色的强度、良好的柔性以及优异的热稳定性和化学稳定性，原子级薄BN是散热应用的强有力候选者，特别是在下一代柔性电子器件中。
2019-03-26 cond-mat.mtrl-sci
Dislocations and Grain Boundaries in Two-Dimensional Boron Nitride
一种新的位错结构--正方形-八边形对（4| 8）是通过第一性原理计算在二维氮化硼（h-BN）中发现的。它的能量低于相应的五边形-七边形对（5| 7），其中含有不利的同质元素键。根据位错的结构，研究了BN中的晶界。根据晶粒的倾斜角度，GB可以是极性的（富B或富N），由5| 7s，或单极，由4个组成|8先令极性GB携带净电荷，在富B时为正，在富N时为负。与石墨烯中通常阻碍电子传输的GB相比，极性GB与完美BN相比具有更小的带隙，这可能表明有趣的电子和光学应用。
2012-07-31 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Deep-potential enabled multiscale simulation of gallium nitride devices on boron arsenide cooling substrates
本文利用机器学习深度势能对BAs-GaN异质结构进行多尺度模拟，揭示其265 MW m⁻²K⁻¹的超高界面热导及晶粒尺寸与边界热阻的竞争关系，为高效散热电子器件设计提供新途径。
2024-01-24 cond-mat.mtrl-sci
On the Electronic Structure of a Recently Synthesized Graphene-like BCN Monolayer from bis-BN Cyclohexane: A DFT Study
自石墨烯兴起以来，氮化硼单分子膜由于与石墨烯结构相似而得到了深入的研究。以bis-BN环己烷（B2 N2 C2 H12）为前体分子，合成了六方结构的类石墨烯硼-碳-氮（h-BCN）单层膜。在此，我们研究了这种新型的BCN材料的电子和结构特性，在存在单原子（硼，碳，氮）的空缺，通过采用密度泛函理论计算。这些空位赋予的结构的稳定性进行了验证，从内聚能计算。结果表明，碳原子空位的存在会使晶格发生强烈的畸变，导致晶格平面性的破坏和键的重构。单原子空位诱导了平坦的带隙中间态的出现。一个显着程度的电荷本地化发生在这些缺陷附近。观察到仅在硼空位情况下的自发磁化，其磁偶极矩约为0.87 μ B。我们的计算预测的直接电子带隙值约为1.14 eV，这是在很好的协议与实验。重要的是，该带隙值介于无带隙石墨烯和绝缘h-BN之间。
2020-11-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Self-compensation by silicon $DX$ centers in ultrawide-bandgap nitrides
US Naval Research Laboratory（美国海军研究实验室）
研究揭示硅在宽禁带氮化物中通过捕获电子实现自补偿，限制自由电子浓度，影响掺杂激活效率。
2026-04-10 cond-mat.mtrl-sci
Defects in hexagonal boron nitride for quantum technologies
本文为展望类研究，梳理了二维宽带隙材料六方氮化硼（hBN）中室温可光学寻址的单光子发射原子缺陷的研究进展与挑战，指出其为环境条件下的原子级薄量子器件及量子技术发展提供了新方向。
2025-10-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Valleytronics and negative differential resistance in cubic boron nitride: a first-principles study
本研究通过第一性原理计算探究立方氮化硼的高场输运特性，发现其140K以下存在源于光学声子散射率能量依赖性的负微分电阻，且谷间散射时间可媲美金刚石，揭示其在谷电子器件与转移电子器件中的应用潜力。
2024-08-15 cond-mat.mtrl-sci
Color Centers in Cubic Boron Nitride
Linköping University（林雪平大学）；Eötvös Loránd University（罗兰大学）
研究立方氮化硼色心，用密度泛函理论计算生成大规模点缺陷数据集，筛选含s或p元素的点缺陷复合物，经存储、过滤后用混合泛函对有潜力的缺陷精确计算，评估其适用于量子技术的程度。
2026-07-07 cond-mat.mtrl-sci
Interlayer Transport through a Graphene / Rotated-Boron-Nitride / Graphene Heterostructure
通过石墨烯/六方氮化硼（h-BN）/石墨烯异质结构的层间电子输运强烈地受到h-BN相对于石墨烯层的取向差角$θ$的影响，其中不同的物理机制在不同的角度、费米能级和偏置状态下控制输运。使用两种不同的模型，紧束缚，非平衡格林函数模型和有效的连续介质模型，分析了不同的机制和它们产生的签名的电阻和电流，从两个不同的模型产生的定性特征比较好。在大角度范围（$θ> 4^\circ$）中，在石墨烯的$K$点处由电子看到的有效h-BN带隙的变化导致电阻随着角度单调增加几个数量级，在$θ= 30^\circ$处达到最大值。它不会影响呈现负微分电阻的器件的峰谷电流比。在小角区（$θ< 4^\circ$），Umklapp过程开辟了新的电导通道，在电阻与费米能级的关系图中表现为非单调特征，可以作为这种效应的实验特征。对于小角度和高偏压，Umklapp过程引起的两个新的电流峰的直接隧穿峰的两侧。
2016-09-06 cond-mat.mtrl-sci
Quantum Emitters in Rhombohedral Boron Nitride
本研究发现新兴宽带隙范德华材料菱方氮化硼（rBN）中存在可光学寻址的自旋缺陷与单光子发射体，经位点特异性制备并与六方氮化硼对比后，结合计算模型阐明了B中心SPE的原子结构，确立其为兼具非线性光学与量子发射特性的集成光子学新平台。
2025-02-21 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Basic Physical Properties of Cubic Boron Arsenide
立方砷化硼（BAs）是一种新兴的半导体材料，具有创纪录的1300 W/mK的高热导率。然而，BA的许多基本性质仍然未经实验探索。在这里，第一次，我们报告了系统的实验测量的重要物理性质的BA，包括带隙，光学折射率，刚度，弹性模量，剪切模量，泊松比，热膨胀系数，和热容。特别地，使用光吸收和法布里-珀罗干涉来测量室温下1.82 eV的光学带隙和3.29（657 nm）的折射率。基于超快光泵浦探测光谱的皮超声波方法被用来测量326 GPa的高弹性模量，这是硅的两倍。此外，温度相关的X射线衍射被用来测量线性热膨胀系数为3.85 x10 ^-6/K;这个值非常接近原型半导体，如GAN，这强调了BA用于冷却高功率和高频电子器件的前景。我们还进行了从头算理论计算，并观察到良好的协议之间的实验和理论结果。重要的是，这项工作的目的是建立一个数据库（表I）的基本物理性质的BA与期望，这种半导体将激发广泛的研究和应用在电子，光子学和力学。
2019-11-25 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Fermi Level Modulation of Boron Nitride Nanosheets by Vacancy Driven Compressive Strain
研究了氮化硼纳米片（BNNS）中压应变引起的功函数调制。BNNS薄膜在30 keV金束辐照下产生压应变。在辐照之前，通过拉曼光谱、紫外-可见光谱表征BNNS，其中使用Tauc图计算了由商业hBN粉末化学合成的BNNS的带隙，并且还使用利用BNNS的拉曼峰的半峰全宽（FWHM）的经验关系量化了薄膜上的层数。还拍摄了扫描电子显微镜（SEM）图像，其中原始BNNS样品中的层状结构可见，并且见证了BNNS样品上不规则点的辐照诱导变化。使用X射线衍射（XRD）表征BNNS样品，其中描绘了对应于（002）平面的峰以及向更高角度的峰偏移，这表明BNNS中的压缩应变也是可见的。最后，使用SRIM-2013 MC模拟讨论了Au辐照BNNS形成压应变的可能解释。我们已经解释了空位在材料中引起应变，从而降低功函数（WF）。利用扫描开尔文探针显微镜（SKPM）对BNNS表面的功函数进行了测量，发现WF随离子注入剂量的增加而降低。利用功函数值计算了应变值，结果与XRD结果定性一致。
2021-01-04 cond-mat.mtrl-sci
Engineering and localization of quantum emitters in large hexagonal boron nitride layers
六方氮化硼（hBN）是一种宽带隙的范德华材料，最近已成为量子光子学实验的有前途的平台。在这项工作中，我们研究的形成和本地化的窄带量子发射体在大薄片（高达几十微米宽）的hBN。发射极可以通过电子辐照或高温退火在生长态hBN中被激活，并且发射极形成概率可以通过对生长态材料的离子注入或聚焦激光辐照来增加。有趣的是，我们发现发射体总是位于薄片的边缘，这与3D材料中的大多数发光点缺陷不同。我们的研究结果构成了在纳米光子学应用中部署hBN的路线图上的重要一步。
2016-08-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Observation of Topological Nodal-Ring Phonons in Monolayer Hexagonal Boron Nitride
本研究利用高分辨率电子能量损失谱在单层六方氮化硼中实验观测到两个受镜面对称性保护的拓扑节线声子，将二维拓扑声子从石墨烯拓展至宽带隙绝缘体，为声子器件应用奠定基础。
2025-02-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Quantum light in curved low dimensional hexagonal boron nitride systems
低维宽带隙半导体利用亚带隙激发为量子光学开辟了一个新的领域。在该领域中，已经报道了六方氮化硼（h-BN）承载单量子发射体（QE），将QE密度与周长联系起来。此外，过渡金属二硫属化物（TMDC）中的曲率/周长已经证明在QE形成中起关键作用。我们研究了一种曲率丰富的BN系统-准一维BN纳米管（BNNTs）通过无催化剂的方法制备。我们发现，未经处理的BNNT是一个丰富的来源稳定的QE和分析其发射功能下降到单个纳米管，比较分散/悬浮的材料。结合高空间分辨率的扫描电子显微镜，我们分类和针点发射源的规模小于20 nm，给我们一个一对一的验证发射源的尺寸小于激光激发波长，阐明纳米天线效应。出现了两种发射源：混合/包封BNNT。通过人工弯曲h-BN薄片，观察到类似的QE光谱特征。还证明了在商业产品和弯曲区域中使用的溶剂对排放的影响。BNNT中QE的“开箱即用”可用性，没有加工污染，是解开其原子特征的里程碑。这些发现为QE的精密工程开辟了可能性，将h-BN置于TMDC QE的类似“保护伞”下，并提供了一个模型，用于解释使用电子/离子辐照和化学蚀刻的QE空间定位/形成。
2017-11-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Attachment of colloidal nanoparticles to boron nitride nanotubes
将纳米颗粒非共价地连接到一维系统如氮化硼纳米管以形成复合材料具有强烈的兴趣。这些材料的组合可能用于催化，太阳能电池或水分解。此外，可以在这样的系统中研究组分之间的电荷转移的基本方面。我们报告的合成和表征的纳米复合材料的基础上，半导体纳米粒子直接和非共价连接到氮化硼纳米管。氮化硼纳米管被简单地整合到相应的纳米颗粒的胶体合成中。用PbSe，CdSe和ZnO纳米颗粒覆盖了从近红外到紫外范围的宽范围的半导体带隙。实现了具有这些半导体纳米颗粒的氮化硼纳米管的高表面覆盖率，同时发现具有金属纳米颗粒的类似原位方法不会导致适当的附着。此外，所有调查的纳米粒子的潜在的附着机制的可能的模型。为了强调氮化硼纳米管作为半导体纳米颗粒的支撑材料提供的新的可能性，我们研究了BN-CdSe复合材料的荧光。与附着在碳纳米管上的CdSe纳米颗粒相反，附着在氮化硼纳米管上的颗粒保持荧光，其中荧光被淬灭。通过我们的多功能方法，我们扩展了BN-纳米颗粒复合材料的库，这些复合材料为广泛应用的碳纳米管-纳米颗粒复合材料提供了一种有趣的、电子非相互作用的补充。
2017-01-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
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
Substrate-dependent electrical transport in individual single-walled carbon nanotubes grown across SiO$_2$ and hexagonal boron nitride
Department of Applied Physics, The University of Osaka（大阪大学应用物理系）
通过在同一碳纳米管内直接比较SiO₂和hBN上的沟道，发现hBN衬底能提高碳纳米管的载流子迁移率，而本征小带隙不受影响。
2026-07-02 cond-mat.mtrl-sci
Chemical Vapor Deposition Growth of Boron-Carbon-Nitrogen layers from Methylamine Borane Thermolysis Products
本文研究了以甲胺硼烷（MeAB）为单源前驱体，采用化学气相沉积法生长B-C-N多层膜。MeAB的合成和表征，特别注意其热分解产物的分析，这是B-C-N生长的气态前体。样品已经生长在铜箔上，并转移到不同的衬底上，用于其形态，结构，化学，电子和光学表征。这些表征的结果表明h-BN和石墨烯样（Gr）结构域的分离。然而，在所获得的纳米层中，分别存在B和N与C在Gr边界处的相互作用以及C在h-BN边缘处的相互作用。特别地，在Gr/h-BN边界处以及以Gr域的N掺杂的形式存在显著的C-N键。各层中B：C：N的总含量接近1：3：1.5。仔细分析所获得的B-C-N层的光学带隙的测定，讨论和比较与以前的开创性的作品与类似的组合物的样品。
2019-02-20 cond-mat.mtrl-sci
Deep Learning Bandgaps of Topologically Doped Graphene
通过精确掺杂来操纵材料特性提供了大量可调现象以供探索。近年来的研究表明，在原子和纳米尺度上，掺杂剂的拓扑状态对它们的性质起着决定性的作用。然而，由于拓扑状态的难以置信的大小，这种确定在很大程度上是未知的。在这里，我们提出了一个开发深度学习算法的案例研究，以预测具有任意掺杂剂拓扑结构的硼-氮对掺杂石墨烯的带隙。为卷积神经元网络（CNN）开发了一种能够将结构与带隙相关联的材料描述符系统。通过从头计算计算和相应的结构计算出的带隙作为输入数据集被馈送到训练VGG 16卷积网络、残差卷积网络和级联卷积网络。然后，这些训练的CNN被用来预测具有各种掺杂剂拓扑结构的掺杂石墨烯的带隙。所有这些都提供了很高的预测精度，显示平方的相关系数（R2）的> 90%和均方根误差为~ 0.1 eV的预测带隙。它们比一种浅层机器学习方法-支持向量机预测的结果要好得多。通过利用从较小系统生成的数据来进一步执行迁移学习，以改善对大型系统的预测。这项工作的成功为未来拓扑掺杂石墨烯和其他2D材料的研究提供了基石。此外，鉴于材料中拓扑结构的普遍存在，这项工作将激发人们对将深度学习算法应用于跨越原子、纳米、介观和宏观尺度的材料拓扑设计的广泛兴趣。
2018-09-28 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
