Probing surface recombination velocities in semiconductors using two-photon microscopy
少数载流子寿命和表面复合速度的测定对于太阳能电池等半导体技术的发展至关重要。最近发展的双光子时间分辨显微镜允许更好地测量体和次表面界面的属性。在这里，我们分析与这种光学技术有关的扩散问题。我们的三维处理使我们能够分离的寿命（复合）从运输的影响（扩散）的光致发光强度。它还允许我们考虑发生在各种几何形状的表面复合：一个单一的平面（代表一个孤立的暴露或掩埋界面），两个平行的平面（代表两个不等价的界面），和一个球形表面（代表一个晶界的封闭表面）。我们提供充分的分析结果和缩放直接服从数据拟合，并将其应用到异质外延CdTe/ZnTe/Si上收集的实验数据。
2016-01-20 cond-mat.mtrl-sci
Luminescence quenching via deep defect states: A recombination pathway via oxygen vacancies in Ce-doped YAG
经由非辐射复合通道的发光猝灭限制了诸如磷光体和荧光体的光学材料的效率，并且因此对转换效率和器件寿命具有影响。在诸如Ce掺杂的钇铝石榴石（YAG：Ce）的材料中，淬火显示出对温度和激活剂浓度的强烈依赖性，限制了制造具有高工作温度的高强度白光发光二极管的能力。在这里，我们揭示了通过第一性原理计算的YAG：Ce，涉及氧空位，并引起热激活浓度淬灭的有效复合机制。我们证明了这种机制是活跃的关键要求是局域态与强电子-声子耦合。这些条件通常用于宽带隙材料中的本征缺陷，例如阴离子空位。因此，本研究结果与广泛的光学材料类别相关，并且一般地在热猝灭机制上发光。
2020-12-06 cond-mat.mtrl-sci
Defect-Assisted Recombination in Semiconductors and Photovoltaic Device Parameters from First Principles
Technical University of Denmark（丹麦技术大学）；S. N. Bose National Centre for Basic Sciences（S.N. 玻色基础科学国家中心）
本文提出一种基于首原理计算半导体中缺陷辅助肖克利-莱德-霍尔复合速率的方法，评估缺陷对七种新兴光伏半导体器件参数的影响，揭示传统近似方法的局限性。
2025-07-24 cond-mat.mtrl-sci
Spin diffusion in doped semiconductors
在杂质半导体中的自旋扩散行为被证明是定性不同于未掺杂（本征）的。本征半导体中的自旋包必须是多带扰动，涉及电子和空穴的不均匀分布，而在杂质半导体中，单带扰动是可能的。对于n型掺杂的半导体，由于导带中的简并电子海而导致的扩散增强，对于这些单带自旋包来说比对于电荷包来说要大得多，并且即使对于小到10^16 cm^-3的平衡掺杂，在低温下也可以超过一个数量级。在n-掺杂的铁磁和半磁半导体中，自旋包的运动被预测为比平行极化自旋包快一个数量级。这些结果对于p-杂质半导体是相反的。
1999-12-10 cond-mat.mtrl-sci
Origin of Reduced Polaron Recombination in Organic Semiconductor Devices
我们提出了一个模型来解释在最先进的体异质结太阳能电池中发现的减少的双分子复合率。当与朗之万复合相比时，实验观察到的速率低一到四个数量级，但在低温下更接近朗之万的情况。我们的模型认为，有机太阳能电池的载流子浓度梯度，形成由于电极/共混物/电极器件配置的设备。在太阳能电池的工作条件下，阴极处的电子浓度高于阳极处的电子浓度，对于空穴，反之亦然。因此，与电子和空穴浓度的局部乘积成比例的空间相关的双分子复合速率与基于提取的并且因此平均的载流子浓度的复合速率的计算相比低得多。我们还考虑了复合率的温度依赖性，这是第一次可以用我们的模型来描述。
2009-07-14 cond-mat.mtrl-sci
Metastability and anharmonicity enhance defect-assisted nonradiative recombination in low-symmetry semiconductors
本文以准一维硒化锑中的 V$_{\ m Se}$ 缺陷为基准，揭示低对称性半导体的结构亚稳性和声子非谐性会增强缺陷辅助非辐射复合，使传统缺陷容忍直觉失效。
2023-12-04 cond-mat.mtrl-sci
First-principles calculations of indirect Auger recombination in nitride semiconductors
俄歇复合是光电子器件中一种重要的非辐射载流子复合机制。微观俄歇过程可以是直接的或间接的，由额外的散射机制，如电子-声子相互作用介导。声子辅助的俄歇复合在氮化物材料中特别强，并且影响氮化物光电子器件在高功率下的效率。在这里，我们提出了一个第一性原理计算形式主义的直接和间接俄歇复合在直接带隙半导体的研究，并将其应用到氮化物材料的情况下。我们表明，直接俄歇复合是弱的氮化物，不能占实验测量。另一方面，载流子散射声子和合金无序使间接俄歇过程，可以解释所观察到的设备中的损失。我们分析了主要声子对俄歇重组率的贡献以及温度和应变对俄歇系数值的影响。由带电缺陷散射辅助的俄歇过程比声子辅助的弱得多，对于实际的缺陷密度，并且对器件性能不重要。该计算方法具有通用性，可用于其它类型光电材料俄歇系数的计算。
2015-08-10 cond-mat.mtrl-sci
Auger Recombination in Semiconductor Quantum Wells
本文研究了半导体量子阱异质结构中非平衡载流子俄歇复合的主要机制。它是第一次，存在三个根本不同的俄歇复合机制（i）无阈值，（ii）准阈值，和（iii）阈值类型。无阈值俄歇过程的速率仅轻微地取决于温度。准阈值俄歇过程的速率与温度呈指数关系。然而，其阈值能量基本上随量子阱宽度而变化，并且对于窄量子阱接近于零。结果表明，窄量子阱中的俄歇过程以无阈值和准阈值俄歇过程为主，而宽量子阱中的俄歇过程以阈值和准阈值过程为主。三维（3D）俄歇过程的极限情况下达到无限宽的量子阱。临界量子阱宽度的准阈值和阈值俄歇过程合并成一个单一的三维俄歇过程。还研究了量子阱中声子辅助的俄歇复合。结果表明，对于窄量子阱的声子发射的行为变得共振，这反过来又大大增加了声子辅助俄歇复合的系数。条件下，发现直接俄歇过程占主导地位的声子辅助俄歇复合在不同的温度和量子阱宽度。
1998-12-08 cond-mat.mtrl-sci
Accurate first principles detailed balance determination of Auger recombination and impact ionization rates in semiconductors
预测俄歇复合寿命在半导体中的技术上的重要问题是通过一个完全的第一原理形式主义。计算采用了基于屏蔽交换局域密度近似的全势线性缀加平面波（FLAPW）程序提供的高精度能带和波函数。少数载流子俄歇寿命由两种密切相关的方法确定：\emph{i}）在费米黄金法则内对俄歇速率的直接评估，以及\emph{ii}）在统一框架中基于结合俄歇复合及其逆过程碰撞电离的细致平衡公式的间接评估。用直接法和间接法测定的载流子寿命计算值与GaAs和InGaAs的实测值的一致性表明，对于$n$掺杂的GaAs，\emph{i}）和\emph{ii} %）之间具有很好的一致性.这证明了俄歇寿命的计算形式主义的有效性和准确性，并表明可能用于材料性能优化的新的敏感工具。
2002-08-30 cond-mat.mtrl-sci
Ferromagnetism in 2p Light Element-Doped II-oxide and III-nitride Semiconductors
本文研究了掺有102 p轻元素的Ⅱ-氧化物和Ⅲ-氮化物半导体作为潜在的稀磁半导体。基于我们的第一性原理计算，氮掺杂的ZnO，碳掺杂的ZnO，和碳掺杂的AlN被预测为铁磁性。这类DMS材料的铁磁性可以归因于类p-d交换的p-p耦合相互作用，这种相互作用是由杂质（类p t_2）和价（p）态之间相似的对称性和波函数引起的。我们还提出了一种共掺杂机制，使用铍和氮作为掺杂剂在ZnO中，以增强铁磁耦合，并增加溶解度和活性。
2007-09-13 cond-mat.mtrl-sci
Radiation efficiency of heavily doped bulk n-InP semiconductor
利用光谱和时间分辨光致发光技术研究了不同温度下重掺杂n-InP晶片中少数载流子的迁移。由于Moss-Burstein效应，样品的部分透明性使得透射发光的研究成为可能。透射发光的时间演变几乎没有表面复合的影响，但强烈影响光子回收。衰减时间的温度依赖性表明俄歇复合在室温下作为主导的非辐射过程。辐射量子效率已在不同的掺杂水平进行了评估，并在2 × 1018 cm-3，它被发现高达97%，这使得n-InP适合闪烁体应用。
2010-03-31 cond-mat.mtrl-sci
Microscopic mechanism of high-temperature ferromagnetism in Fe, Mn, and Cr-doped InSb, InAs, and GaSb magnetic semiconductors
在最近的实验中，在铁磁半导体Fe掺杂的GaSb和InSb中报道了高于室温的高居里温度Tc，而在具有相同晶体结构的一些其他半导体（包括Fe掺杂的InAs和Mn掺杂的GaSb、InSb和InAs）中观察到20 K至90 K之间的低Tc。本文采用密度泛函理论和量子Monte Carlo方法，系统地研究了Fe，Mn，Cr掺杂GaSb，InSb，InAs磁性半导体的高温铁磁性起源。在稀释杂质极限下，计算表明，杂质Fe、Mn和Cr在相同的半导体中具有相似的磁关联。我们的结果表明，在这些实验中获得的高（低）Tc主要来自高（低）杂质浓度。此外，我们的计算预测Cr掺杂的InSb，InAs和GaSb的铁磁半导体，可能具有高的Tc。结果表明，（Ga，Fe）Sb和（In，Fe）Sb的高Tc不是由于载流子诱导机制，因为Fe ~（3+）不引入载流子。
2020-10-15 cond-mat.mtrl-sci
Coulomb contribution to Shockley-Read-Hall (SRH) recombination
本文重新表述了SRH复合，引入考虑带电深缺陷与自由载流子间Coulomb吸引的模型，表明该效应显著提高载流子俘获率，使低温及低掺杂半导体中SRH复合不可忽略，且移动载流子屏蔽会减弱该效应。
2024-01-26 cond-mat.mtrl-sci
Two-dimensional bimolecular recombination in amorphous organic semiconductors
本文研究具有层状结构的非晶有机半导体中载流子的二维双分子复合。我们计算的有效复合速率常数的载流子密度的依赖性，同时考虑到典型的有机半导体的相关性质的充满活力的障碍。由此产生的复合动力学表现出非常丰富的各种行为，这取决于特定半导体的相关特性和相关的电荷密度范围。
2020-02-20 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech
Precipitation of amorphous ferromagnetic semiconductor phase in epitaxially grown Mn-doped Ge thin films
研究了外延生长的Mn掺杂Ge薄膜的铁磁性起源。采用低温分子束外延技术成功地生长了Mn掺杂的Ge薄膜，且没有析出Mn 5Ge 3等铁磁Ge-Mn金属间化合物。磁性圆二色性测量表明，外延生长的Mn掺杂Ge薄膜具有明显的铁磁行为，但在临界点处观察到的塞曼分裂不是由s，p-d交换作用引起的。高分辨率透射电子显微镜和能量色散X-射线光谱分析表明，无Mn单晶Ge基质中具有高Mn含量的非晶Ge 1-xMnx簇的相分离。由于非晶Ge_（1-x）Mn_x是一种均匀的铁磁半导体，因此非晶Ge_（1-x）Mn_x团簇的析出是外延生长Mn掺杂Ge薄膜铁磁半导体行为的起源。
2005-11-15 cond-mat.mtrl-sci
Thermoelectric properties of doped small molecule organic semiconductor films
研究了有机小分子掺杂薄膜的热电性能。各种主机和掺杂剂，为n型和p型掺杂，进行了比较。C $_{60}$ n-掺杂Cr $_2$（hpp）$_4$或o-MeO-DMBI-I被发现是最有前途的材料系统，在T $_\text{M}$ = 40°C时最大ZT $_\text{M}$ = 0.069，假设由于基于声子的热传输而具有与掺杂无关的热导率。该值是采用掺杂聚合物PEDOT：PSS的优化器件所报告的当前记录的16%。
2014-01-07 cond-mat.mtrl-sci
Bimolecular theory of non-radiative recombination in semiconductors with disorder
原来的Shockley-Read-Hall复合统计扩展到包括本地化激发的重组。复合被视为一个双分子的过程，而不是激子的单分子复合。重点放在两个不同的渠道之间的相互作用的辐射复合（浅局域态与扩展状态）介导的光生载流子的捕获由非辐射中心。一组给定的参数的数值解的结果是补充的近似解析表达式的热猝灭的光致发光强度在非简并半导体中导出的低泵浦强度的限制。一个流行的双指数经验函数拟合的光致发光强度的热猝灭的优点是严格审查。
2019-04-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Nonlinear charge transport in bipolar semiconductors due to electron heating
已知当强电场施加到半导体样品时，电流电压特性偏离线性响应。在这封信中，我们提出了一个新的观点，在半导体的非线性与电子温度依赖于复合率。载流子的加热打破了产生和复合之间的平衡，引起非平衡载流子浓度和非线性。
2016-02-10 cond-mat.mtrl-sci
Plasmonic Doped Semiconductor Nanocrystals: Properties, Fabrication, Applications and Perspectives
简并杂质半导体纳米晶体由于其在近红外波段的可调谐局域表面等离子体共振（LSPR）而受到人们的关注。在载流子密度为1021 cm^-3的材料中，高掺杂水平会导致掺杂水平的简并和近红外光谱中强烈的等离子体吸收。与贵金属相比，简并杂质半导体NC中较低的载流子密度使得能够在宽光谱范围内进行LSPR调谐，因为即使载流子密度的微小变化也会强烈影响LSPR的光谱位置。我们专注于铜硫族化物NC和杂质掺杂的金属氧化物NC作为贵金属的最研究的替代品。我们揭示了在空位掺杂铜硫属化物NCs中LSPR调谐的结构变化，并提供了杂质掺杂金属氧化物NCs的LSPR改性的根本不同机制的图片。本文综述了等离子体简并掺杂纳米粒子的光学特性，着重介绍了各种光学测量方法和光学模拟方法。这些发现合并在一个详尽的部分，新的和令人兴奋的应用程序的基础上的特殊特性，等离子体半导体NC带来的。
2017-01-21 cond-mat.mtrl-sci
Nitrogen defects and ferromagnetism of Cr-doped AlN diluted magnetic semiconductor from first principles
报道了用各种方法制备的Cr掺杂AlN稀磁半导体的居里温度高达900 K，这对于自旋电子学应用是令人兴奋的。据认为，N缺陷在实现良好样品的高温铁磁性方面起着重要作用。基于这些实验进展，我们采用全势密度泛函理论和超原胞方法研究了N缺陷对含N空位（VN）的（Al，Cr）N铁磁性的影响。计算结果与实验观察和实际掺铬AlN样品及其合成的事实相一致。我们的第一性原理研究结果对于阐明铁磁性的形成机制和开发高性能的掺铬AlN稀磁半导体材料具有重要意义。
2008-10-28 cond-mat.mtrl-sci
Model of the electrochemical conversion of an undoped organic semiconductor film to a doped conductor film
我们开发了一个描述有机半导体（具体地说，发光电化学电池中的活性物质）从未掺杂的非导电状态到掺杂的导电状态的电化学转化的模型。该模型同时考虑了电子载流子的迁移率和扩散以及掺杂导电区的能斯特方程。结果表明，该模型可以准确地描述实验观察到的发光电化学电池中的掺杂前沿进展。
2009-09-16 cond-mat.mtrl-sci
Enhanced Bimolecular Recombination of Charge Carriers in Amorphous Organic Semiconductors: Overcoming the Langevin Limit
本文研究了非晶态有机半导体中双分子载流子复合的一种特殊的能量无序，即电子和空穴的能级在给定的输运位置上随着某些无序控制参数的变化而同向移动（平行无序）。这种特殊类型的无序可以在其中能量无序的主要部分由构象无序提供的材料中找到。与最近研究的静电无序的情况相反，构象无序，如果空间相关，导致的重组速率常数的增加，变得大于相应的朗之万速率常数。可能，具有占主导地位的构象无序的有机半导体代表第一类复合速率常数可以克服朗之万极限的无定形有机半导体。
2020-02-20 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci
First principles investigation of transition-metal doped group-IV semiconductors: R${_x}$Y$_{1-x}$ (R=Cr, Mn, Fe; Y=Si, Ge)
用第一性原理计算研究了过渡金属掺杂的第四族半导体R-$_{x}$-Y $_{1-x}$（R=Cr，Mn，Fe; Y=Si，Ge）.结果表明，在Cr掺杂的Ge和Si中，反铁磁（AFM）有序比铁磁（FM）有序在能量上更有利，其$x$分别为$x$ =0.03125和0.0625.在6.25%Fe掺杂的Ge中，FM相互作用在所有R-R距离范围内都占主导地位，而对于3.125%Fe掺杂的Ge和3.125%和6.25%Fe掺杂的Si，仅在短R-R范围内存在FM态。在Mn掺杂的情况下，类RKKY机制似乎适合于Ge基质，而对于Mn掺杂的Si，短程AFM相互作用与长程FM相互作用竞争。这些稀磁半导体中磁序的不同起源使得稀磁半导体铁磁性的微观机制更加复杂和引人注目。
2006-03-29 cond-mat.mtrl-sci
Effect of traps on the current impulse from X-ray induced conductivity in wide-gap semiconductors
本文提出了一个计算宽禁带半导体中X射线感生电导的电流脉冲的理论模型，其中含有不同类型的陷阱和复合中心。研究了具有欧姆接触的半导体对单X射线光子的吸收。确定了陷阱和复合中心的主要参数对电流脉冲的形状和幅度的影响。
2014-12-10 cond-mat.mtrl-sci
Carbon-doped ZnO: A New Class of Room Temperature Dilute Magnetic Semiconductor
我们报道了碳掺杂ZnO的磁性。我们基于密度泛函理论的第一性原理计算预测，碳取代ZnO中的氧导致每个碳的磁矩为1.78 $μ_B$。理论预测得到了实验证实。用脉冲激光沉积法制备的不同碳浓度的掺碳ZnO薄膜具有铁磁性，居里温度高于400 K，基于薄膜中碳化物含量（$1.5 - 3.0 μ_B$/碳）测量的磁矩与理论预测一致。磁性是由于Zn离子和掺杂的C原子之间的成键耦合。磁电阻和反常霍尔效应的研究表明，掺杂薄膜是具有本征铁磁性的$n$型半导体。碳掺杂ZnO是一种很有前途的室温稀磁半导体，我们的工作为非金属掺杂制备稀磁半导体提供了可能。
2006-10-31 cond-mat.mtrl-sci
Bimolecular Recombination of Charge Carriers in Polar Amorphous Organic Semiconductors: Effect of Spatial Correlation of the Random Energy Landscape
我们提出了一个简单的模型的双分子载流子复合在极性非晶有机半导体中的主要部分的充满活力的障碍是由永久偶极子提供，并表明，复合速率常数可以远小于相应的朗之万速率常数。非晶偶极材料中随机能量场的长程空间相关性是导致速率常数大幅度降低的原因，在没有空间相关性的情况下，即使是强无序也不会改变Langevin速率常数。我们的研究表明，双分子复合的显著抑制可以发生在均匀的非晶有机半导体中，而不需要材料的大尺度不均匀性。
2020-02-20 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci
Composite excitonic states in doped semiconductors
提出了一个杂质半导体中复合激子态的理论模型。多体之间的相互作用的光激发的电子-空穴对和电子气被集成到一个计算易处理的少体问题，通过变分法求解。由于ML-MoSe $_2$和ML-WSe $_2$的导带性质不同，本文重点研究了它们的电子掺杂。在这两种情况下，复合材料的核心是一个紧密结合的三电子（两个电子和价带空穴），周围是一个耗尽电子的区域。ML-WSe $_2$中的复合物还包括具有不同量子数的卫星电子。该理论是通用的，可以应用于具有各种能带特性的半导体，允许计算它们的激子态并量化与费米海的相互作用。
2022-02-20 cond-mat.mtrl-sci
Self-compensation in manganese-doped ferromagnetic semiconductors
本文提出了Mn掺杂铁磁半导体中的间隙Mn理论。利用密度泛函理论，我们表明，在非平衡条件下的生长，间隙锰很容易形成一个简单的低能量吸附途径的表面附近。在GaAs中，孤立的间隙Mn是电子供体，每个补偿两个替代Mn受体。在一个杂质带模型，部分补偿促进铁磁秩序低于金属-绝缘体过渡，最高的居里温度发生0.5个孔每置换锰。
2002-09-13 cond-mat.mtrl-sci
Semiconductor to metal transition for Ni doped CdO thin films
在本研究中，电阻率与温度的测量已经进行了溶胶-凝胶法制备的纯和Ni掺杂的CdO（NDO）薄膜。纯CdO薄膜在整个温度范围内的负电阻温度系数（TCR）半导化行为主要归因于载流子浓度依赖的热激活机制。通过晶界、离子杂质、声子散射和载流子激活的综合作用，阐明了NDO薄膜的半导体-金属转变过程。
2019-04-26 cond-mat.mtrl-sci
Heavily Doped Semiconductor Nanocrystal Quantum Dots
杂质原子对半导体的掺杂使其在微电子和光电子学中得到了广泛的技术应用。对于胶体半导体纳米晶体，一种新兴的材料家族，其尺寸，成分和形状控制提供了广泛可调的光学和电子特性，掺杂已被证明是难以捉摸的。这既源于如何引入单一杂质的合成挑战，也源于对强量子限制下的重掺杂极限缺乏基本理解。我们开发了一种方法来掺杂半导体纳米晶体与金属杂质提供控制的带隙和费米能量。结合光学测量，扫描隧道光谱和理论揭示了一个有限的杂质带和带尾的出现。掺杂的成功控制及其理解提供了n-和p-杂质半导体纳米晶体，其极大地增强了这种材料在太阳能电池、薄膜晶体管和光电子器件中的潜在应用。
2021-05-23 cond-mat.mtrl-sci
Contribution of photogenerated charge carriers to photothermal effect in optically opaque semiconductor samples
Faculty of Philosophy, University of East Sarajevo（东萨拉热窝大学哲学系）；Faculty of Physics, University of Belgrade（贝尔格莱德大学物理系）；Vinca Institute of Nuclear Sciences—National Institute of the Republic of Serbia, University of Belgrade（塞尔维亚共和国国家研究所文查核科学研究所，贝尔格莱德大学）
本文建立理论模型，分析光生载流子扩散与复合对不透明半导体光热响应的影响，发现即使表面复合为零且寿命短，载流子热贡献仍存在，为光热实验设计和电子特性表征提供指导。
2026-09-15 cond-mat.mtrl-sci
Magnetic oxide semiconductors
磁性氧化物半导体，即掺杂有过渡金属元素的氧化物半导体，是高居里温度铁磁半导体的候选者之一，其对于在室温下实现半导体自旋电子学是重要的。本文综述了近年来各种磁性氧化物半导体材料的研究进展。从评价铁磁性的可行性的观点出发，研究了磁化强度、磁光效应和磁输运（如反常霍尔效应）。讨论了Co掺杂TiO2和过渡金属掺杂ZnO的铁磁性。
2005-04-07 cond-mat.mtrl-sci
New p- and n-type ferromagnetic semiconductors: Cr-doped BaZn2As2
采用密度泛函理论和量子蒙特卡罗模拟相结合的方法，我们发现了一种新的铁磁半导体：Cr掺杂的BaZn_2As_2。由于基质BaZn_2As_2的禁带宽度为0.2eV，Cr杂质的3d轨道的不同杂化，在价带顶和导带底都诱导出杂质束缚态。Cr杂质之间的长程铁磁耦合是通过p型和n型载流子获得的。
2016-10-12 cond-mat.mtrl-sci
Carrier Emission and Capture Competition mediated A(n)BC Recombination Model in Semiconductors with Multi-Level Defects
本研究针对多能级缺陷半导体载流子复合问题，揭示载流子俘获与发射竞争导致复合速率与过剩载流子密度非线性相关，提出A(n)BC模型并验证忽略发射会引发8个数量级以上的速率低估。
2025-02-24 cond-mat.mtrl-sci
Using x-ray diffraction to identify precipitates in transition metal doped semiconductors
在过去的十年中，人们经常在掺杂过渡金属的半导体杂质半导体中观察到室温铁磁性，这类半导体被称为稀磁半导体（DMS）。目前，人们正致力于研究所观察到的铁磁性是来源于载体介导的磁性杂质、铁磁性沉淀物还是旋节线分解。在本文中，我们已经相关的结构和磁性的过渡金属掺杂的ZnO，TiO 2和Si，离子注入制备。结晶沉淀物，即，过渡金属（Co，Ni）和Mn-硅化物纳米晶体负责磁性。另外，由于它们相对于主体的取向性质，这些纳米晶体在某些情况下不能通过常规的X射线衍射（XRD）检测到。这种性质导致了使用XRD来排除DMS材料中的磁性沉淀物的缺陷。
2013-01-01 cond-mat.mtrl-sci
Modeling recombination processe in RE doped Up-Conversion nanocrystals
上转换纳米晶体（UCNCs）是一类将低能激发转换为高能发射的新型非线性光学材料。合成技术的最新进展使得能够控制尺寸，形状，发射色纯度以及光学调谐[1]。这些UCNCs的特征在于高的表面积与体积比，允许有趣的属性，如水溶性和生物功能性。UCNCs通常由掺杂有Ln^{3+}离子的无机基质组成。已知最有效的基质是用于测试我们的模型的基质，即共掺杂Er^{3+}作为受体/激活剂和Yb^{3 +}作为供体/敏化剂的NaGdF_4纳米晶体。在这项工作中，我们介绍了所需的理论背景，以了解在这些系统中发生的离子-离子相互作用的性质，以及RE离子的4f跃迁特性的细节。在第二章中，我们提出了我们的模型，通过一个系统的速率方程对应于一个自定义的能量图。然后，我们展示了我们的模拟产生适合的时间分辨光致发光（TRPL）数据。最后，我们构建了一个改进的模型，旨在涵盖所有的过程，似乎参与了研究的样品的发光，我们提出了这种方法的成就。
2016-06-16 cond-mat.mtrl-sci
Dispersive diffusion controlled distance dependent recombination in amorphous semiconductors
非晶半导体的光致发光在长时间内按照幂律$t^{-delta}$衰减。光致发光受电子的色散输运控制。后者通常由在飞行时间实验中观察到的瞬态电流的功率$alpha$表征。孪晶复合通过辐射隧穿发生，辐射隧穿具有距离依赖性。在本文中，我们制定的方法来计算反应速率和生存概率的情况下，执行色散扩散与远程反应。该方法适用于获得色散扩散下的隧穿复合率。观察关系$delta = alpha/2 + 1$的理论条件得到的理论复合率进行了比较，观察到的光致发光衰减的动力学在整个时间范围内测量。
2005-11-29 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech
Encounter-Limited Charge Carrier Recombination in Phase Separated Organic Semiconductor Blends
采用动力学蒙特卡罗（KMC）模拟方法研究了有机半导体共混物中相分离对载流子限幅载流子复合的影响。使用模型体异质结的形态，对域的大小和载流子迁移率的复合率的依赖进行了量化。统一的竞争模型和模拟结果，我们表明，迁移率的复合率的依赖性可以描述使用的功率平均值的电子和空穴迁移率与域尺寸依赖的指数。此外，对于典型的有机光伏器件的域尺寸，我们发现相分离降低复合率小于一个数量级相比，朗之万模型和迁移率的依赖性可以近似的几何平均值。
2015-03-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
A Primary Exploration to Quasi-Two-Dimensional Rare-Earth Ferromagnetic Particles: Holmium-Doped MoS2 Sheet as Room-Temperature Magnetic Semiconductor
近年来，具有强磁性的二维材料和纳米粒子在纳米自旋电子学的基础物理研究中也引起了人们极大的兴趣。更重要的是，具有高居里温度的室温磁性半导体材料对于开发下一代自旋电子和量子计算器件至关重要。在这里，我们开发了一个理论模型的基础上的密度泛函理论计算和Ruderman-Kittel-Kasuya-Yoshida理论预测的二维磁性材料的热稳定性。与其他稀土（镝（Dy）和铒（Er））和3d（铜（Cu））杂质相比，掺钬（Ho掺杂）的单层1H-MoS 2被认为是具有强大磁性的有前途的半导体。在杂化HSE 06泛函水平上的计算预测居里温度远高于室温。Ho掺杂的MoS 2片具有完全自旋极化的价带和导带，这是柔性自旋电子应用的先决条件。
2018-03-22 cond-mat.mtrl-sci
Spin-Dependent Capture Mechanism for Magnetic Field Effects on Interface Recombination Current in Semiconductor Devices
本文提出一种基于Shockley-Read-Hall理论扩展的自旋依赖俘获机制，解释半导体器件界面复合电流中的磁场效应，为EDMR和NZFMR技术提供理论支撑。
2023-11-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Ferromagnetism in magnetically doped III-V semiconductors
讨论了半磁III-V族材料铁磁性的起源。无论样品是否简并，由带隙内磁性杂质能级到价带的虚电子激发引起的间接交换相互作用都可以解释GaAs（Mn）的铁磁性。铁磁团簇的形成和相变的逾渗图很好地描述了所有可用的实验数据，并允许预测纤锌矿（Ga，In，Al）N外延层的转变温度的Mn成分依赖性。
2001-01-25 cond-mat.mtrl-sci
Tuning the Magnetic and Electronic Properties of Monolayer VI3 by 3d Transition Metal Doping: A First-Principles Study
具有强磁性的二维材料在自旋电子学中有着广阔的应用前景，引起了人们极大的关注。最近，本征铁磁三碘化钒（VI 3）已被实验合成。为了提高其自旋电子学性能，我们对VI 3进行了间隙掺杂，并用第一性原理计算研究了VI 3和3d过渡金属（TM）掺杂的VI 3单层膜的几何结构、形成能、电子性质和磁性.在八种过渡金属（Sc-、Ti-、V-、Cr-、Mn-、Fe-、Co-和Ni-）掺杂的VI 3材料中，其中四种（Ti-、V-、Mn-和Ni-掺杂的VI 3）显示出在费米能附近具有全自旋极化的稳健磁性。我们的研究表明，Ti掺杂的VI 3导致半金属半导体特性（HMS），而V掺杂的VI 3和Ni掺杂的VI 3导致半半导体特性（HSC）。令人惊讶的是，Mn掺杂的VI 3表现出不寻常的双极磁性半导体性质（BMS）。这种强铁磁性和100%自旋极化与半金属、半导体或双极半导体性质的独特组合使得3d TM掺杂的VI 3成为下一代半导体自旋电子应用的潜在候选者。这些自旋极化材料将是非常有用的自旋电流产生和其他自旋电子应用。
2021-09-25 cond-mat.mtrl-sci
Gate modulation of the long-range magnetic order in a vanadium-doped WSe2 semiconductor
我们证明了栅极的可调谐性的长程磁性顺序在p型V掺杂的WSe 2单层使用从头计算。我们发现，在一个低的V掺杂浓度的限制，长程铁磁有序增强通过增加空穴密度。相反，短程反铁磁秩序表现在高电子密度的p型V掺杂浓度的充分补偿。空穴介导的长程磁交换为~70 meV，因此强烈表明室温下V掺杂的WSe 2具有铁磁性。我们的研究结果在V掺杂的WSe 2的电荷和自旋序之间的强耦合提供了足够的空间，多功能的门可调自旋电子学。
2020-01-20 cond-mat.mtrl-sci
Heavily Fe-doped n-type ferromagnetic semiconductor (In,Fe)Sb with high Curie temperature and large magnetic anisotropy
采用低温分子束外延方法生长了重掺Fe的n型铁磁半导体（In 1-x，Fex）Sb（x = 20 - 35%）薄膜，研究了其高温铁磁性和大的磁各向异性。当x = 20 - 35%时，（In 1-x，Fex）Sb薄膜保持了锌-铁磁晶体和具有单相铁磁性的能带结构。（In 1-x，Fex）Sb的居里温度（TC）在x = 35%时达到390 K，显著高于室温，是迄今为止报道的III-V族铁磁半导体的最高值。此外，x = 35%的（In 1-x，Fex）Sb薄膜具有较大的矫顽力（HC = 160 Oe）和剩磁（Mr/MS = 71%）。我们的研究结果表明，n型铁磁半导体（In 1-x，Fex）Sb是非常有前途的自旋电子器件在室温下运行。
2019-01-07 cond-mat.mtrl-sci
Pinned Magnetic Impurity Levels in Doped Quantum Dots
光谱数据表明，在杂质半导体纳米结构中的杂质D/A能级被能量钉扎，导致D/A结合能随着量子限制的增加而变化。利用磁性圆二色性光谱测量了胶体ZnSe量子点中Co ~（2+）离子的施主结合能随量子限域的变化，并结合从头算密度泛函理论计算进行了分析.由此产生的量子点中的钉扎杂质水平的实验演示对于涉及杂质半导体纳米结构中的杂质-载流子相互作用的物理现象具有深远的影响，包括在新兴的半导体自旋电子学领域中，其中磁性掺杂剂-载流子交换相互作用定义了稀磁半导体的功能相关特性。
2006-08-31 cond-mat.mtrl-sci
Structural, electronic, and magnetic properties of a ferromegnetic semiconductor: Co-doped TiO$_2$ rutile
Co掺杂TiO $_2$金红石具有室温铁磁性。我们的$ab$ $initio$密度泛函理论研究表明，取代Co离子纳入TiO $_2$金红石倾向于集群，然后相邻的间隙位成为积极有利于Co驻留。这表明，在确定多晶（Ti，Co）O $_2$金红石中Co的局部环境时，仅含有置换式Co的Co掺杂金红石不是合适的参考体系统。间隙原子Co处于低自旋态，破坏了周围置换原子Co的自旋极化，从而降低了杂质原子的平均磁矩。
2003-06-15 cond-mat.mtrl-sci
Spinodal nanodecomposition in magnetically doped semiconductors
本文综述了磁杂质半导体等自旋电子材料中三维和二维晶体生长条件下亚稳纳米分解的计算材料设计、实验实现和控制方法的最新进展。纳米分解的计算描述，通过结合第一性原理计算与动力学蒙特卡罗模拟，讨论了广泛的电子显微镜，同步辐射，扫描探针，以及离子束方法，其已经被用于使双节和旋节纳米分解可视化（化学相分离）以及纳米沉淀在具有超过溶解度极限的过渡金属（TM）杂质浓度的一系列半导体化合物中，晶体学相分离（结晶相分离）是一种有效的方法。的生长条件，共掺杂的浅杂质，动力学障碍，和表面反应在控制磁性阳离子的聚集的作用被突出。根据理论模拟和实验结果，富TM区域以纳米点（{ \em dairiseki}相）或纳米柱（{ \em konbu}相）的形式出现在主体半导体中。特别注意的是Mn掺杂的第三组砷化物和锑化物，TM掺杂的第三组氮化物，Mn和Fe掺杂的Ge，和Cr掺杂的第二组硫属化物，其中铁磁特性持续到室温以上与纳米分解的存在相关，并占这些化合物的应用相关的磁光和磁输运性质。最后指出，亚稳纳米分解可以被看作是一类新的自底向上的方法纳米纤维。
2015-12-22 cond-mat.mtrl-sci
Dispersive photoluminescence decay by geminate recombination in amorphous semiconductors
非晶半导体的光致发光在长时间内的衰减符合幂律$t^{-delta}$。通常观察到长时间的光致发光的幂律衰减，但最近的实验表明，该指数，$delta sim 1.2-1.3$，是小于1.5的预测值从成对复合模型假设正常扩散。在飞行时间实验中观察到的瞬态电流是高度分散的，其特征在于无序参数$alpha$小于1。孪晶复合率受载流子的色散输运影响。在本文中，我们推导出简单的关系，$delta = 1+ alpha/2 $。计算的a-Si：H光致发光的衰减指数和衰减幅度与实验结果一致。
2005-04-04 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech
Is manganese-doped diamond a ferromagnetic semiconductor?
我们使用密度泛函理论方法来研究最近的预测，根据齐纳模型的平均场解，掺杂Mn的金刚石（自旋S=5/2）将是一个稀磁半导体，保持铁磁性以及高于室温。我们的研究结果表明这是不可能的，原因有四：（1）金刚石中的替代Mn具有低自旋S=1/2基态;（2）相对于大得多的“双空位”位置，替代位置在能量上是不利的;（3）双空位位置中的Mn是受主，但只有超深能级，因此空穴可能保持局部化;（4）计算出的邻近双空位Mn间的海森堡耦合比锗中置换Mn的海森堡耦合小两个数量级。
2003-08-14 cond-mat.mtrl-sci
Effect of co-doping of donor and acceptor impurities in the ferromagnetic semiconductor Zn1-xCrxTe studied by soft x-ray magnetic circular dichroism
我们对稀释铁磁半导体Zn $_{1-\textit{x}}$ Cr $_\textit{x}$ Te分别掺杂碘（I）或氮（N）（对应于电子或空穴掺杂）进行了X射线吸收光谱（XAS）和X射线磁性圆二色性（XMCD）研究。从XAS光谱中Cr $2p$吸收峰的形状可以得出结论，未掺杂、I掺杂和轻度N掺杂样品中的Cr离子是二价的（Cr $^{2+}$），而Cr $^{2+}$和三价的（Cr $^{3+}$）在重度N掺杂样品中共存。这一结果表明，掺杂的氮原子作为受体，但掺杂的空穴位于铬离子。在Cr $2p$吸收边处的XMCD信号的磁场依赖性中，在未掺杂、I掺杂和轻N掺杂的样品中观察到铁磁性行为，而在重N掺杂的样品中铁磁性被显著抑制，这与磁化强度测量的结果一致。
2011-03-25 cond-mat.mtrl-sci
Localization landscape theory of disorder in semiconductors. III. Application to carrier transport and recombination in light emitting diodes
在经典的半导体输运漂移-扩散模型中引入了一种新的方法，通过局域化景观理论来解释量子无序效应。在无序系统中，量子限制和量子隧穿极大地改变了影响异质结垂直输运的能垒。此外，它们导致通过多个2D量子阱的无序能量的2D景观中的最小能量的路径的重复传输。该模型解决了载流子动力学与量子效应自洽，并提供了一个计算更快的求解器相比，薛定谔方程的分辨率。该理论还提供了一个很好的近似的状态密度的无序系统在整个范围内的能量需要考虑在室温下的运输。通过对具有组成材料波动的全氮化物基发光二极管（LED）结构的3-D模拟建模的电流-电压特性与高质量蓝光LED的实验行为密切匹配。该模型还允许精细的量子效应的载流子输运通过这种复杂的异质结构的分析。最后给出了不同量子阱中载流子布居和复合的详细情况。
2017-04-18 cond-mat.mtrl-sci
Bound Magnetic Polaron Interactions in Insulating Doped Diluted Magnetic Semiconductors
绝缘掺杂稀磁半导体（DMS）的磁行为的特征在于称为束缚磁极化子的大集体自旋的相互作用。这些材料的磁化率的实验测量表明，极化子-极化子相互作用是铁磁的，与反铁磁载流子-载流子相互作用相反，反铁磁载流子-载流子相互作用是半导体的特征。为了解释这种行为，已经开发了一个模型，其中极化子通过标准的直接载流子-载流子交换相互作用（由于虚载流子跳跃）和间接载流子-离子-载流子交换相互作用（由于极化子与间隙区域中的磁性离子的相互作用）相互作用。使用变分法，模型参数的最佳值被确定为温度的函数。在感兴趣的温度下，描述极化子-极化子相互作用的参数被发现几乎是温度无关的。对于这些常数参数的合理值，我们发现间接铁磁相互作用可以主导直接反铁磁相互作用，并导致极化子对齐。这一结果支持了绝缘掺杂DMS铁磁性的实验证据。
2001-11-26 cond-mat.mtrl-sci
Muon probes of temperature-dependent charge carrier kinetics in semiconductors
我们已经应用了光激发μ子自旋光谱技术（光- $μ$ SR）的本征锗的目标是开发一种新的方法来表征在广泛的半导体过剩载流子动力学。μ子自旋弛豫速率可以是过剩载流子密度的唯一度量，并用于研究载流子动力学。所得到的载流子寿命谱可以用一个简单的扩散方程来模拟，以确定体复合寿命和载流子迁移率。对这些参数随温度变化的研究可以揭示复合和扩散机制。
2019-06-18 cond-mat.mtrl-sci
Magnetic-cations doped into a Double Perovskite Semiconductor
本文报道了两种基于磁性离子掺杂的双钙钛矿氧化物Sr_2Ga_（1-x）Cr_xSbO_6（0.1 < x < 0.4）和Sr_2Ga_（1-x）Fe_xSbO_6（0.1 < x < 0.4）的固溶体。所有的组合物结晶在相同的空间群（I4/m）作为其未掺杂的母相Sr 2GaSbO 6，与三价磁性阳离子Cr 3+或Fe 3+部分取代非磁性Ga 3+在一个B-阳离子网站。Cr和Fe掺杂相显示出掺杂剂磁矩之间的主要反铁磁耦合，并表现出随着取代度的增加而减小的带隙。
2021-11-23 cond-mat.mtrl-sci
