Theoretical investigation of electronic, optical and thermoelectric properties of tellurium doped barium titanate (BTO) through modified Becke Johnson exchange potential
采用基于密度泛函理论和玻尔兹曼输运理论的第一性原理计算方法，在WIEN 2K和BoltzTraP模拟程序中对Te掺杂BaTiO 3的稳定性、电子结构、光学和热电性质进行了研究。本研究采用LDA + TB-mBJ电位进行。计算了每种掺杂结构的形成能，以考察合成的稳定性和可行性。将Te掺杂到BaTiO 3中有效地降低了电子带隙，并且可以通过改变掺杂剂的量来控制带隙降低的水平。因此，提高了对可见光的吸收能力。我们的研究结果表明，所有的掺杂结构是显着的吸收性和生产性的光学吸收，超过105 cm-1的可见光范围内。此外，BaTiO 3在零频率下的介电常数比Te掺杂的BTO小：8.3%，而光学能隙通过增加Te浓度从3.692 eV减小到1.619 eV。然后，光学电导率和Urbach的参数进行了预测。的传输特性进行评估作为温度的函数。研究发现，随着材料的Seebeck系数和品质因数的增加，材料的电导率显著提高。我们的理论结果可用于热电和可见光光电器件的应用。
2022-02-15 cond-mat.mtrl-sci
Synthesis of Homogeneous Manganese-Doped Titanium Oxide Nanotubes from Titanate Precursors
我们报道了一种新的合成方法，可以在很宽的浓度范围内均匀地掺杂锰元素钛白纳米管。以水热法制备的涡旋型三钛酸盐（H2 Ti 3 O 7）纳米管为前驱体，研究了纳米管的结构和性能。通过离子交换法引入Mn ~（2+），得到Mn（x）H（2-x）Ti（3）O（7）。在随后的热处理中，它们转变为Mn（y）Ti（1-y）O（2），其中y=x/（3+x）。利用电子自旋共振（ESR）技术研究了Mn ~（2+）离子在前驱体和最终产物中的存在状态和局部环境。结果发现，Mn 2+离子占据两个位置：第一个具有几乎完美的立方对称性，而另一个是在一个强烈扭曲的八面体网站。两个Mn ~（2+）位置的比例与掺杂水平无关，在Mn（x）H（2-x）Ti（3）O（7）中为15：85，在Mn（y）Ti（1-y）O（2）中为5：95。SQUID磁强计没有显示在均匀Mn 2+掺杂的纳米管的长程磁序。
2013-05-21 cond-mat.mtrl-sci
Tuning the Magnetic and Electronic Properties of Strontium Titanate by Carbon Doping
采用第一性原理计算和广义梯度近似（GGA）及GGA+U方法研究了不同碳掺杂结构的钛酸锶的磁性和电子性质.研究结果表明，碳掺杂SrTiO 3的结构稳定性、电子性质和磁性强烈依赖于碳掺杂之间的距离。在GGA和GGA+U计算中，当碳掺杂剂是最近邻时，掺杂结构是稳定的，并具有双掺杂的特征，这可以归因于随着C-C距离变小，伴随着更强的C-C杂化和更弱的C-Ti杂化的C-C二聚体对的形成。随着C-C距离的增加，在GGA计算中，C掺杂的SrTiO 3从n型半金属变为铁磁/反铁磁半金属和反铁磁/铁磁半导体，而使用GGA+U方法，它从半金属半导体变为铁磁半金属和反铁磁半导体。我们的工作表明，定制的C掺杂SrTiO 3的磁性和电子性能的可能性，这可能会提供一些指导，以扩大钛酸锶作为磁性或光电材料的应用。
2020-12-20 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
Synthesis and Characterization of Strontium Doped Barium Titanates using Neutron Diffraction Technique
在本研究中，结构的变化，由于逐步掺杂的Sr在钛酸钡进行了研究，通过X射线和中子粉末衍射技术。采用PVA蒸发法合成了Ba_（1-x）Sr_xTiO_3（x=0.0，0.5和1.0）样品，并通过X射线衍射实验证实了样品的纯度。之后，进行了中子衍射实验和衍射数据分析的Rietveld最小二乘数据精修方法使用计算机程序RIETAN-2000和FullProf，以确定各种晶体结构参数。阳离子和阴离子的位置坐标也确定从数据细化的方法，证实了Ba和Sr原子具有四面体A网站和Ti原子具有八面体B网站的所有三个样品BaTiO 3，Ba0.5Sr0.5TiO 3，和SrTiO 3，分别。此外，晶格参数值表明，Ba_（1-x）Sr_xTiO_3结构在x=0.5之前的某个时刻经历了从四方相到立方相的相变。观察到的和计算的配置文件之间的一致性是极好的，以及与以前报道的值一致。此外，对电荷密度测量进行了基于MEM的分析。
2020-07-02 cond-mat.mtrl-sci
Why hole polaron formation on oxygen is limiting the Fermi level in Fe acceptor doped BaTiO$_{3}$ under oxidizing conditions
Technical University of Darmstadt（达姆施塔特工业大学）；Sabanci University（萨班奇大学）
研究揭示了在氧化条件下，Fe掺杂BaTiO$_3$中氧上空穴极子的形成限制了费米能级，通过DFT+$U$方法发现氧中心空穴极子与Fe$^{3+}$-O$^{-}$复合物的能量更低，解释了谱学中Fe$^{3+}$基中心占主导的原因。
2026-05-18 cond-mat.mtrl-sci
Efficient Control of the Rashba Effective Magnetic Field Using Acceptor Doped Quantum Wells
为了诱导强的Rashba有效磁场并增强其对外部电场的灵敏度，我们提出了在量子阱中进行受主掺杂。受主掺杂在阱的中心，施主掺杂在势垒层中以补偿受主并诱导传导电子。在强掺杂阱中，由于受主和施主之间的强内部电场以及在阱中感应的所得高三角形势垒，这些传导电子上的电场容易被弱外部电场改变。因此，与电子上的电场成比例的Rashba有效磁场对外部电场非常敏感。数值计算表明，Rashba场的灵敏度比未掺杂井的灵敏度大两个数量级。
2014-11-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Heitler-London model for acceptor-acceptor interactions in doped semiconductors
半导体中受体之间的相互作用通常以与供体之间的相互作用相同的方式定性地处理。受体波函数近似为类氢，受体-受体相互作用用标准氢分子Heitler-London模型描述。但由于价带简并和自旋轨道耦合，受体态可能比氢原子的态复杂得多，这使这种近似的有效性受到质疑。为了解决这个问题，我们开发了一个受体-受体Heitler-London模型，使用Baldereschi和Lipari提出的形式的单受体波函数，它更准确地捕获了受体态的物理特性。我们计算了由此产生的受体对能级，发现与氢分子的两级单重态-三重态分裂相反，一个丰富的十级能谱。我们的结果，计算作为一个函数的受体间的距离和自旋轨道耦合强度，表明受体-受体相互作用可以从本质上不同于施主-施主相互作用，因此应该是相关的控制两个量子位相互作用在受体为基础的量子位的实现，以及各种p-杂质半导体系统的磁性。通过将数值结果拟合到通过受体-受体哈伯德模型获得的闭合形式的能级表达式，得出了进一步的见解。
2017-09-19 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci
GaZn-VZn acceptor complex defect in Ga-doped ZnO
复杂缺陷的识别一直是宽禁带氧化物半导体中控制缺陷数量和设计有用性能的物理问题。在这里，我们报告了一个系统的研究（GaZn-VZn）-受主复合缺陷通过锌自扩散Ga掺杂ZnO同位素异质结构，这是构思和精心控制的生长条件下制备。二次离子质谱和变温霍尔效应测试结果表明，高密度的可控（GaZn-VZn）-是Ga掺杂ZnO的主要补偿缺陷。从锌自扩散实验获得的这种复杂的缺陷的结合能（~0.78 eV）以及匹配的电激活能来自随温度变化的电测量（~0.82 eV）。为了进一步验证（GaZn-VZn）-复合物在Ga掺杂ZnO中的补偿效应，通过能量分析和散射过程定量计算了补偿比。同时，根据光致发光光谱推测了其能级结构，并通过时间分辨光致发光测量得到了其寿命。（GaZn-VZn）-复合缺陷能级之间的电子跃迁发射约650 nm的光，寿命为10-20纳秒。这些发现可能会为新的复杂缺陷衍生的光学应用铺平道路。
2017-09-22 cond-mat.mtrl-sci
Polaronic contributions to oxidation and hole conductivity in acceptor-doped BaZrO$_3$
受主掺杂的钙钛矿氧化物如BaZrO $_3$作为氢作为能量载体的可再生能源技术的材料显示出巨大的潜力，例如固体氧化物燃料电池和氢分离膜。虽然这些材料中的离子输运已经被深入研究，但电子对应物受到的关注要少得多，需要在这一领域进行进一步的探索。本文利用密度泛函理论（DFT）研究了Y掺杂BaZrO $_3$中的空穴极化子及其对空穴电导率的影响。三种不同的方法已被用来弥补自相互作用的本地和半本地交换相关泛函的错误：DFT $+U$，pSIC-DFT和混合泛函。自陷空穴被发现是积极有利的约$-$ 0.1 eV和钇的存在下，进一步稳定的结果。极化子迁移预计发生通过八面体内转移和极化子旋转过程，这是与绝热势垒约0.1 eV。然而，与极化子形成和迁移相关的相当小的能量表明，空穴在升高的温度下变得离域和带状。这些结果与吸热氧化反应一起[A. Lindman等人，Phys.Rev.B91，245114（2015）]得到的图像与空穴电导率的实验数据一致。我们在这里提出的结果提供了新的见解空穴输运受主掺杂的BaZrO $_3$和类似的材料，这将是有价值的可持续技术的未来发展。
2016-07-04 cond-mat.mtrl-sci
Enhanced energy storage density by reversible domain switching in acceptor doped ferroelectrics
典型铁电体具有较大的自发极化强度Ps，但同时也具有较大的剩余极化强度Pr，这导致铁电体的储能密度较低，因此需要一种既能降低Pr又能保持Ps的机制来提高铁电体的储能性能。从而产生收缩的双磁滞回线。具有大Ps和小Pr的箍缩环因此导致增强的能量存储密度。背后的物理是一个缺陷引起的内部领域，提供了一个回复力的域切换back.The想法是通过一个时间相关的Ginzburg-Landau模拟以及BaTiO $_3$为基础的单晶和陶瓷的实验测量证明。该机理具有普遍性，适用于各种铁电体，特别是环境友好型铁电体。
2020-08-12 cond-mat.mtrl-sci
Metallicity and superconductivity in doped strontium titanate
钛酸锶是一种宽禁带半导体，由于量子涨落而避免了铁电不稳定性。这种接近导致静态库仑相互作用的强屏蔽，并为在液氦温度下具有极高流动性载流子的非常稀的金属的出现铺平了道路。在变暖时，流动性下降了几个数量级。然而，金属性持续高于室温，即使当表观平均自由程低于电子波长。超导不稳定性在极低的浓度和Migdal-Eliashberg近似的边界之外生存。人们普遍怀疑稀超导性和夭折的铁电性之间有密切的联系。本文简要介绍了钛酸锶作为绝缘体、金属和超导体的研究进展。
2018-11-26 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el cond-mat.supr-con
Size and shape of oxygen vacancies and protons in acceptor-doped barium zirconate
采用密度泛函理论（DFT）方法研究了受主掺杂锆酸钡晶体中缺陷引起的化学膨胀。参与水合反应的两种缺陷物质，+2带电的氧空位和形成氢氧根离子的质子间隙，被认为是自由缺陷和与掺杂剂Y，In，Sc和Ga相关联。引入缺陷引起的应变张量λ，它提供了一个自然的概括的普通化学膨胀到三维和各向异性失真。空位和质子的加入都引起晶格的各向异性畸变和净收缩，表明空位和氢氧根离子都小于氧离子。收缩是相当大的空位和水合的净效应，当一个空位被填充，并添加两个质子，是一个膨胀，与实验结果一致。掺杂剂对水合中的化学膨胀的影响被发现是相当小的，即使它是假设的空位和质子是完全相关的掺杂剂原子在晶格中。
2015-03-16 cond-mat.mtrl-sci
Band structure of boron doped carbon nanotubes
我们提出了{ \it ab initio}和自洽紧束缚计算的能带结构的单壁半导体碳纳米管与高度（高达25%）的硼取代。除了费米能降低到价带中之外，p掺杂剂的规则的周期性分布导致在未掺杂管的带隙中形成色散的"受体“状带。这是由于硼原子上的受主能级与离域碳$π$ -轨道的叠加。不规则（随机）硼掺杂导致高浓度的受体和未占据的碳态的费米边缘以上的混合物。
2003-11-07 cond-mat.mtrl-sci
Implications of the band gap problem on oxidation and hydration in acceptor-doped barium zirconate
受主掺杂的质子传导钙钛矿中的载流子浓度在很大程度上由氧空位的水合和氧化决定，其分别引入质子和空穴。这些反应的第一性原理建模涉及带电缺陷的形成能的计算，这需要准确描述的带隙和带边的位置。由于密度泛函理论（DFT）与本地和半本地交换相关泛函（LDA和GGA）系统无法预测这些数量，这可能有严重的影响缺陷反应的建模。在这项研究中，我们研究如何描述的带隙和带边位置影响受主掺杂的BaZrO $_3$的水合和氧化。结合热力学建模进行第一性原理计算，以获得不同温度和分压下的平衡载流子浓度。三种不同的方法被认为是：DFT与半本地（PBE）和混合（PBE 0）交换相关泛函，和多体微扰理论内的$G_0W_0$近似。这三种方法对水化反应都得到了相似的结果，与实验结果一致。另一方面，对于氧化反应，存在质的差异。PBE预测反应是放热的，而其他两个预测吸热行为。从热力学模型的结果进行了比较，与现有的实验数据，如spreadpies，浓度和电导率，只有PBE 0和$G_0W_0$，与吸热氧化行为，得到的结果与实验令人满意的协议。
2015-03-23 cond-mat.mtrl-sci
Phase diagram of electrostatically doped Strontium Titanate (SrTiO3)
双电层晶体管配置已被用于静电掺杂绝缘SrTiO_{3}的单晶。在这里，我们报告的结果，这样的掺杂在宽范围的温度和载流子浓度采用离子液体作为栅极电介质。令人惊讶的结果是，随着载流子浓度的增加，一个明显的载流子密度依赖的导体-绝缘体转变，一个制度的异常霍尔效应，这表明磁有序，并最终出现超导性。在绝缘和超导状态之间的边界附近可能出现磁序，这让人想起某些复杂化合物中与量子临界行为相关的效应。
2011-03-09 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el cond-mat.supr-con
Quadrupolar interactions between acceptor pairs in p-doped semiconductors
我们考虑了杂质半导体中受主对之间的相互作用，在与低掺杂密度相关的大的受主间间隔的限制下。通过Baldereschi和Lipari的球形模型建模单个受体，我们计算了四个简并基态之间的四极张量的矩阵元，并表明受体具有非零的四极矩。因此，大分离受体-受体相互作用的主要贡献来自直接（电荷密度）条款，而不是交换条款。四极矩是主要的非零矩，因此电四极-四极相互作用在大分离中占主导地位。我们计算的四极-四极相互作用的哈密顿量的矩阵元素的产品状态的基础上，对角化，得到一个封闭的形式的表达的能量和简并的16个状态的能谱。所有对材料参数的依赖性都通过一个整体前因子进入，导致令人惊讶的简单和通用的结果。这种简单性在某种程度上是由于数学上的偶然性，即特定维格纳6-j符号的非平凡消失。结果是相关的两个量子位相互作用的控制在量子计算实现的基础上受体自旋，以及绝缘p型半导体的热力学性质的计算。
2020-01-23 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci
Orientation-dependent surface composition of in situ annealed strontium titanate
采用X射线光电子发射显微镜（XPEEM）研究了多晶掺铌钛酸锶（SrTiO 3：Nb）的表面组成，以获得高空间分辨率的表面化学。通过使用软X射线同步辐射（SR）使表面灵敏度最大化。晶粒取向由电子背散射衍射（EBSD）确定。赤平投影图用于显示几种晶粒的表面组成和取向之间的相关性。主要的曲面终止被指定给主方向。
2012-10-20 cond-mat.mtrl-sci
Incorporation of lanthanide ions into lead titanate
一系列镧系元素Ln离子掺杂的钛酸铅陶瓷，以2和8原子%，采用标准陶瓷方法，用起始组分Pb 1 -3x/2LnxTiO 3，Ln = La，Nd，Sm，Eu，Gd，Dy制备了TiO 2。结构，差示扫描量热法，测量报告。掺杂与La 3+的结果在四方性和细胞体积的减少，然后观察到的较小的Ln 3+离子的部分恢复，并建议的稀土的B-网站上的部分取代的发病。铁电-顺电转变温度的结果也与随着离子尺寸减小B位占据的概率增加一致。
2010-07-21 cond-mat.mtrl-sci
Shifting donor-acceptor photoluminescence in N-doped ZnO
我们在晶格匹配的ScAlMgO $_4$衬底上用两种外延方法生长了掺氮ZnO薄膜。我们测量了两种ZnO：N薄膜在施主-受主对跃迁区的光致发光（PL）。用涨落模型分析了激发强度对PL峰位移的影响，证明了我们观察到的生长技术依赖性是由带电杂质分布的不均匀性引起的。结果发现，尽管氮浓度相似，但用显示更好的电性能的工艺制备的样品中的不均匀性显著更小。计算了受体的活化能为$\approx 170$ meV，与氮浓度无关。
2006-05-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Electromechanical dopant defect interaction in acceptor doped ceria
氧缺陷的氧化铈表现出非经典的巨大的机电响应，是优于铅基电致伸缩。在这项工作中，我们报告的关键作用的受主掺杂剂，具有不同的大小和价态Mg 2+，Sc 3+，Gd 3+，和La 3+，在多晶块体氧化铈。不同的掺杂剂通过改变电空间掺杂剂缺陷相互作用来调节电致伸缩特性。当相互作用较弱时（空位结合能为0.3eV），薄膜的电致伸缩系数较高，可达10 ~（-17）m ~ 2 V ~（-2），并具有很强的时间依赖性。相比之下，我们没有观察到时间依赖性的影响时，相互作用变得很强0.6 eV。
2021-02-10 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Mechanistic Insights into the Oxygen Evolution Reaction on Nickel-Doped Barium Titanate via Machine Learning-Accelerated Simulations
本研究开发了基于人工神经网络的机器学习原子间势，结合元动力学模拟，在显式水界面下探索原始与Ni掺杂BaTiO$_{3}$的析氧反应，发现Ni掺杂能提升催化活性并揭示其机理。
2024-12-19 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci
The origin of p-type conduction in (P, N) co-doped ZnO
采用第一性原理计算研究了P单掺杂和（P，N）共掺杂ZnO的晶体结构。结果表明，替代型P缺陷在O位形成深受主能级（PO），在Zn位表现为施主能级（PZn），而间隙型P（Pi）则是两性的。在平衡条件下，这些缺陷对ZnO样品的p型导电性贡献很小，因为当EF低于中间带隙（必要的p型条件）时，PZn的形成能远低于Pi或PO的形成能。锌空位（VZn）和PZn-2 VZn复合物被证明是浅受体，其电离能约为100 meV，但它们很容易被PZn缺陷补偿。在富锌条件下，通过适当的磷、氮源选择，PZn-4 NO复合物的形成能可能低于PZn。此外，中性PZn-3 NO被动缺陷可形成正好在ZnO的价带最大值上方的杂质带，如在早期报道的（Ga，N）或（Zr，N）掺杂的ZnO中。这显著降低了PZn-4 NO络合物的受主能级，并有助于改善ZnO中的p型导电性。
2009-03-28 cond-mat.mtrl-sci
Impact of charge transition levels on grain boundary properties in acceptor doped oxide ceramics: A phase-field study
Technische Universität Darmstadt（达姆施塔特工业大学）；IMDEA Materials（IMDEA材料研究所）；Karlsruhe Institute of Technology（卡尔斯鲁厄理工学院）；RWTH Aachen University（亚琛工业大学）；Max Planck Institute for Solid State Research（马克斯·普朗克固体的研究研究所）；University of Stuttgart（斯图加特大学）
本文通过相场模型研究电荷跃迁能级对空间电荷层演变的影响，揭示其在控制晶界性质中的作用，提出了一种与缺陷化学一致的模型，用于分析电荷跃迁能级对空间电荷层形成的影响。
2026-04-08 cond-mat.mtrl-sci
Structural Contribution to the Ferroelectric Fatigue in Lead Zirconate Titanate (PZT) Ceramics
许多铁电器件是基于掺杂的锆钛酸铅（PZT）陶瓷，其成分接近准同型相界（MPB），在该相界处，相关材料的性能接近其最大值。MPB PZT的同步辐射X射线衍射研究的基础上，体疲劳被明确地发现，产生从一个不太有效的领域引起的四边形到单斜晶系的转变，在该退化的极化翻转检测到由一个不太强烈的和更扩散的异常的原子位移参数的铅。铁电响应的时间依赖性的结构水平下降到250 $μ$ s证实了这种解释的压电应变响应的时间尺度。
2015-01-07 cond-mat.mtrl-sci
Relation among concentrations of incorporated Mn atoms, ionized Mn acceptors, and holes in p-(Ga,Mn)As epilayers
通过电化学电容-电压测量，对各种p型Mn掺杂GaAs外延层中的离子化Mn受主的数量进行了评估，并在Mn浓度范围较宽（10^17 ~ 10^21 cm^-3）的情况下，与掺入的Mn原子和空穴的浓度进行了系统的比较。首次对室温下的反常霍尔效应进行了定量评价。
2003-01-27 cond-mat.mtrl-sci
Interplay between Mn-acceptor state and Dirac surface states in Mn-doped Bi$_2$Se$_3$ topological insulator
本文研究了Bi $_2$ Se $_3$拓扑绝缘体（111）面上单个Mn杂质及其受主态的性质。结合从头计算和微观紧束缚模型，我们确定了在狄拉克点附近的电子态的反转对称性和时间反转对称性破缺的影响。在协议与实验中，我们发现的证据表明，锰离子是在${+2}$ -价态，并介绍了受体在体带隙。Mn受体主要具有$p$特征，并且主要位于Mn杂质及其最近邻的Se原子周围。它的电子结构和自旋极化由Mn $d$ -能级和周围Se原子的$p$ -能级之间的杂化决定，这强烈地受Mn位的电子相关性的影响。在狄拉克点的间隙的开放关键取决于准共振耦合和强的实空间之间的重叠的自旋手征表面状态和中间间隙自旋极化Mn受体状态。
2014-11-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Hierarchy of Domain Reconstruction Processes due to Charged Defect Migration in Acceptor Doped Ferroelectrics
用自洽方法研究了受主掺杂铁电体中氧空位迁移引发的极化畴条纹阵列的演化。一个全面的模型的基础上的朗道-金兹伯格-德文郡的方法，包括半导体功能，由于电子和空穴的存在下，和电致伸缩和flexoelectricity的影响，特别是显着的自由表面和畴壁附近。自发形成的域阵列在没有外场的情况下示出进行重建的过程中的退极化场驱动的逐渐的氧空位迁移。在自由铁电表面附近的电荷缺陷积累导致一系列现象：（i）正和负c-畴之间的对称性破缺，（ii）在自由表面处出现有效偶极层，随后形成表面静电势，（iii）畴壁的倾斜和再充电，特别是在较高的受主浓度下明显。由结构的自由能的增益确定的内部偏置场表现出其幅度对时间和掺杂剂浓度的依赖性以及与BaTiO 3中老化的可用实验结果相当。
2019-07-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Strain-Induced Extrinsic High-Temperature Ferromagnetism in the Fe-Doped Hexagonal Barium Titanate
稀磁半导体材料在高温下具有固有的静磁性，是一类在自旋电子学和磁光学领域具有很大应用潜力的多功能材料。在六方铁掺杂稀磁氧化物，6 H-BaTiO $_{3-δ}$，室温铁磁性先前已被报道。铁磁性被广泛认为是这种材料的固有特性，尽管它对掺杂浓度和加工条件有着不同寻常的依赖性。然而，这里报道的组合体磁化和互补的深入本地探测电子自旋共振和μ子自旋弛豫测量，挑战这一猜想。虽然铁磁转变发生在700 K左右，它只在另外退火的样品，并伴随着一个非常小的平均值的有序磁矩。此外，在较低的温度下检测到几个额外的磁不稳定性。这些与Fe掺杂的3C-BaTiO $_{3-δ}$伪立方多晶型物的电子不稳定性相一致。此外，发现具有冻结磁矩的铁掺杂剂的分布是不均匀的。我们的研究结果表明，复杂的静态磁性的六方相是不是内在的，而是源于稀疏的应变诱导的伪立方区域。我们指出了内部应变在建立缺陷铁磁性的竞争结构相的系统中的重要作用。
2015-01-13 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Aging of poled ferroelectric ceramics due to relaxation of random depolarization fields by space-charge accumulation near grain boundaries
电荷点缺陷引发的局部随机去极化场迁移的合理解释极化铁电陶瓷的老化提供合理的时间和受体浓度依赖的新兴的内部偏置场。该理论是基于对相邻晶粒偏振失配引起的局部退偏场能量的估计。电荷迁移的动力学假设由于有意或无意的受体掺杂而在材料中存在移动氧空位。对掺铁锆钛酸铅的理论计算与实验结果吻合较好。
2009-12-17 cond-mat.mtrl-sci
Towards Mott design by $δ$-doping of strongly correlated titanates
在畸变钙钛矿结构的莫特绝缘体体LaTiO $_3$和GdTiO $_3$中沿[001]方向掺杂一层SrO，可以得到丰富的相关电子结构.一个现实的超晶格的研究通过电荷自洽结合的密度泛函理论与动力学平均场论揭示层和温度依赖的多轨道金属-绝缘体的转变。在界面处的轨道选择性金属层通过轨道极化的掺杂Mott态溶解成超出两个导电TiO $_2$层的轨道有序绝缘区。我们发现后者的散射行为有很大的差异。打破$δ$掺杂的GdTiO $_3$中的自旋对称性导致反铁磁耦合的铁磁巡回层和铁磁Mott绝缘层的块。
2015-04-08 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Heavy non-degenerate electrons in doped strontium titanate
轻掺杂SrTiO $_3$的室温金属性是令人困惑的，因为迁移率和有效质量的组合意味着平均自由程（mfp）低于Mott Ioffe Regel（MIR）极限和散射时间短于普朗克时间（$τ_P=\hbar/k_BT$）。我们提出的电阻率，塞贝克系数和非弹性中子散射扩展到很高的温度，加深了这个难题的研究。金属电阻率持续到900 K，并伴随着一个大的塞贝克系数，其幅度（以及其温度和掺杂的依赖性）表明，随着温度的升高，载流子变得越来越重。结合中子散射数据，我们发现，在500 K和900 K之间，玻尔半径和电子波长变得彼此相当，晶格参数的两倍。根据我们的研究结果，在100 K和500 K之间，金属丰度部分由温度引起的载流子质量放大驱动。我们将这种非简并电子的质量放大与更知名的重简并电子的情况进行对比。在500 K以上，平均自由程继续缩小，尽管变得比原子间距离和电子的热波长都短。后者饱和到晶格参数的两倍。现有的极化准粒子理论不能对我们的观测提供满意的解释。
2020-05-08 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Symmetrical bipolar electrobending deformation in acceptor-doped piezoceramics
本研究报道了受主掺杂K0.5Na0.5NbO3陶瓷中一种新型单向电致弯曲行为，其由表面层缺陷偶极子不对称分布与铁电畴协同作用引起，实现了3.2%巨大表观应变，为开发大电致位移压电材料提供了新见解。
2025-03-04 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Inter-defect interactions, oxygen-vacancy distribution, and oxidation in acceptor-doped ABO3 perovskites
Institute of High-Temperature Electrochemistry（高温电化学研究所）
本研究通过统计理论和蒙特卡洛模拟探讨了受主掺杂钙钛矿中缺陷间相互作用对氧空位分布和氧化的影响，揭示了掺杂含量对材料性质的关键作用。
2025-12-23 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech
Persistent room temperature photodarkening in Cu-doped \b{eta}-Ga2O3
β-Ga 2 O3是一种超宽带隙半导体，在电力电子领域有着新兴的应用。受主掺杂剂的引入产生薄膜器件所需的半绝缘衬底。在目前的工作中，暴露的Cu掺杂的Ga 2 O 3的紫外光> 4 eV的显示，导致大的，持久的光致暗化在室温下。电子顺磁共振光谱表明，光暴露将Cu 2+转化为Cu 3+，这是一种罕见的氧化态，负责光吸收。光暗化伴随着红外光谱中O-H振动模式的出现。杂化函数计算表明，Cu受体可以与以间隙（Hi）或替位（H_O）缺陷形式存在的氢供体形成络合物。当Cu_Ga-H_O配合物吸收光时，释放出氢，有助于观察到的Cu 3+物种和O-H模式。
2022-01-05 cond-mat.mtrl-sci
Magnetic anisotropy of singly Mn-doped InAs/GaAs quantum dots
本文报道了在纵向和垂直于光轴的磁场中，Mn单原子掺杂的InAs/GaAs量子点的显微光致发光谱。在这两种情况下，正三离子（X+）的光谱特征被发现分裂成强圆偏振分量，在垂直磁场中的效果非常令人惊讶。场致分裂归因于Mn杂质产生的中性受主复合物A0的横向塞曼分裂，而圆形光学选择规则则是由于p-d交换作为一个非常强的纵向磁场抑制量子点重空穴基态的横向场的自旋混合。自旋相互作用的理论模型，其中包括（i）的局部应变各向异性所经历的受主能级和（ii）的各向异性交换，由于偏离中心的Mn位置提供了一个非常好的协议与我们的观察。
2009-09-04 cond-mat.mtrl-sci
Spatial structure of Mn-Mn acceptor pairs in GaAs
用截面扫描隧道显微镜对GaAs中Mn-Mn对的局域态密度进行了映射，并与基于自旋函数和紧束缚模型的理论计算结果进行了比较。这些测量和计算表明，即使在很短的Mn-Mn空间分离的交叉形状的Mn受体波函数在GaAs中仍然存在。Mn受体波函数的弹性高掺杂水平表明，铁磁性GaMnAs的杂质带形成的强烈影响。紧束缚和紧束缚模型预测类似的各向异性重叠的Mn波函数Mn-Mn对。这种各向异性意味着在不同取向的衬底上生长的Mn $δ$掺杂层的居里温度不同。
2005-05-24 cond-mat.mtrl-sci
Long-lived spin memory in Mn-doped GaAs: Time resolved study
利用时间分辨泵浦-探测和光致发光技术研究了磁性Mn受主掺杂p型GaAs中的电子自旋动力学。在横向磁场中的测量显示出20 ns的长自旋弛豫时间，其可以唯一地与电子相关。应用弱纵向磁场以上100 mT的自旋弛豫时间延长到微秒，这是解释抑制的比尔-阿罗诺夫-皮库斯自旋弛豫的Mn受体上的电子。
2009-07-16 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Enhanced polarization switching characteristics of HfO2 ultrathin films via acceptor-donor co-doping
针对HfO2基铁电材料极化翻转速度慢的问题，提出受主-施主共掺杂策略，在La3+-Ta5+共掺杂HfO2超薄膜中实现了显著增强的铁电性和目前最快的翻转速度，3nm厚薄膜仍保持稳定电学特性，为调控HfO2铁电性能提供新途径。
2024-03-08 cond-mat.mtrl-sci
Electronic and atomic structure of complex defects in highly n-type doped ZnO films
采用第一性原理电子结构计算方法研究了Ga和Al掺杂ZnO薄膜中的点缺陷。候选人的缺陷，以解释最近观察到的差异，这两个系统的电气和光谱行为。Ga-ZnO中的替代掺杂解释了电学性质的金属行为。间隙氧与取代Ga的复合物可以作为受体并引起部分补偿，以及在光电发射实验中观察到的导带最小值以下的带隙状态。Zn空位也可以充当补偿受主。另一方面，Al-ZnO的半导体化行为以及与纯ZnO相比光学带隙的微小变化，可以用受主Zn空位和替代Al施主之间几乎完全的补偿来解释。间隙Al也可以是施主能级，并且可以是在费米能级以下的光电发射实验中观察到的小带的起源。替位Al与间隙氧的组合可同时作为上述光电发射带的补偿受主和产生子。理论计算采用密度泛函理论在广义梯度近似下进行。在选定的情况下，DFT计算与半局部精确交换混合泛函已被执行。在相应的掺杂水平的Ga-ZnO和Al-ZnO的光电子能谱的结果进行了比较。
2013-11-25 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Defect ordering and defect-domain wall interactions in PbTiO$_3$: A first-principles study
铁电材料，如锆钛酸铅（PZT）的性能，严重影响的缺陷与畴壁的相互作用。这些缺陷或者是本征的，或者是通过添加掺杂剂引起的。我们在这里研究PbTiO $_3$（一个关键的家庭固溶体的终端成员）在受主（Fe）和施主（Nb）掺杂剂的存在下，和不同的缺陷和缺陷与域壁的相互作用。对于铁受体的情况下，计算点的形成涉及铁的替代缺陷和带电的氧空位（Fe $^{'}_{Ti}$ -V $^{^{\textbf{..}}}_O$）的缺陷联营公司。这种关联表现出强烈的倾向，在体极化的方向上对齐，事实上，在纯PbTiO $_3$中也观察到的铅氧双空位的形式的缺陷的顺序。相反，计算施主掺杂的PbTiO $_3$不表明涉及施主取代的极性缺陷复合物的形成。最后，观察到施主掺杂材料中的孤立缺陷和受主掺杂材料中的缺陷缔合物在180 $^o$畴壁处更稳定。然而，极性缺陷复合物导致在畴壁由于与体极化的缺陷极化的相互作用的非对称电位。不同的缺陷的相对钉扎特性进行比较，开发的理解，在掺杂和纯PbTiO $_3$的缺陷畴壁相互作用。这些结果也有助于理解PZT的硬化和软化机制。
2013-12-17 cond-mat.mtrl-sci
Acceptor and compensating donor doping of single crystalline SnO (001) films grown by molecular beam epitaxy and its perspectives for optoelectronics and gas-sensing
本研究通过分子束外延技术生长掺杂SnO薄膜，发现Ga作为受主提高空穴浓度，La作为补偿施主导致半绝缘，为光电子和气敏应用提供了空穴浓度控制途径。
2022-12-13 cond-mat.mtrl-sci
Dielectric and structural studies of ferroelectric phase evolution in dipole pair substituted barium titanate ceramics
采用传统固相反应法制备了Ba{[Gax，Tax]Ti（1-2x）}O3陶瓷，x = 0，0.0025，0.005，0.01，0.025和0.05。结构和介电特性进行了研究偶极对取代浓度的宏观介电性能的影响。随着x的增加，Ba{[Gax，Tax]Ti（1-2x）}O3从经典的铁电体转变为扩散相变（DPT）。Ba{[Gax，Tax]Ti（1-2x）}O3（x ≥ 0.01）具有与Pb（Mg 1/3 Nb 2/3）O3-PbTiO 3（PMN-PT）和最近报道的（Ba0.97Pr0.03）（Ti0.9425Ce0.05）O3（BPTC）相当的扩散参数，但它缺乏作为严格定义的弛豫铁电体所必需的Tm的频率和温度依赖性。此外，Ba{[Ga0.05，Ta0.05]Ti0.9}O3在10 kHz时的相对介电常数εr为700+/-16%，损耗因子小于0.05，温度范围为[-75 ° C，120°C]。与BaTiO_3相比，Ba{[Gax，Tax]Ti（1-2x）} O_3在室温及室温以上具有增强的电阻率。已经进行了原位XRD（包括Rietveld精修）以确定在温度范围[RT，1000°C]内每种组合物的晶格参数、热膨胀系数和相变温度（Tc），从而将介电性质与材料结构联系起来。这些研究已经证实了温度依赖的拉曼光谱比较确定的电气和结构表征的Tc。结合描述母矩阵中空间分离的施主和受主掺杂剂、相互关联的晶格…
2020-11-16 cond-mat.mtrl-sci
Defect energetics and electronic structures of As-doped p-type ZnO crystals: A first-principles study
采用基于密度泛函理论的第一性原理计算，研究了As掺杂p型ZnO半导体的制备机理.通过计算形成能和电离能，证实AsZn-2 VZn配合物是最有可能的p型掺杂受主。计算了含AsZn-2 VZn缺陷复合物的ZnO块材的电子能带结构和原子投影态密度。在AsZn-2 VZn能带结构中，受主能级为0.12 eV，与实验测得的电离能（0.12 ~ 0.18 eV）一致。在价带峰附近观察到O 2 p、Zn 3d和As 4 s态的杂化。
2013-05-17 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
First-principles Study of the Interactions of Electron Donor and Acceptor Molecules with Phosphorene
采用密度泛函理论研究了两种有机分子（四氰基对苯醌二甲烷（TCNQ）为电子受体，四硫杂富瓦烯（TTF）为电子给体）对单层磷烯的功能化. TCNQ分子在靠近价带边的磷烯带隙中引入浅受主态，使掺杂体系成为p型半导体。然而，当TTF分子被吸附在磷烯上时，引入到带隙中的占据分子态是深施主态，使得不能实现用于传输的有效n掺杂。这种不利的情况可以通过施加垂直于磷烯表面的外电场来改善，该外电场的方向是从磷烯到TTF分子，在该外电场下，TTF引入的施主态移动到更靠近磷烯的导带边（CBE），然后TTF掺杂的磷烯系统变成n型半导体。通过分子吸附对单层磷烯进行有效的双极性掺杂，特别是n型掺杂克服了其固有的p型掺杂倾向，这将为这种新型二维材料在纳米电子和光电子器件中的应用开辟新的途径。
2014-09-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Defect energy levels and persistent luminescence in Cu-doped ZnS
硫化锌（ZnS）基材料广泛用于许多应用中。然而，由于缺乏对缺陷能级的详细了解，材料的电学性质和发光机制仍然引起争论。在这里，我们报告的第一性原理研究的原生点缺陷和杂质在zincredZnS使用混合密度泛函计算。我们发现，阳离子和阴离子的空位和反位缺陷引入深缺陷的带隙中的能级，并可以作为施主或受主依赖于费米能级的位置。替代杂质Cu $_{\rm Zn}$充当深受主，因此对p型导电性没有贡献。另一方面，替代杂质Al $_{\rm Zn}$和Cl $_{\rm S}$是浅施主。更重要的是，我们识别孤立的（即，未缔合的）Cu $_{\rm Zn}$作为ZnS基磷光体中观察到的绿色发光源，以及Cu $_{\rm Zn}$ $-$ Al $_{\rm Zn}$和Cu $_{\rm Zn}$ $-$ Cl $_{\rm S}$缺陷复合物作为蓝色发光源。材料可以具有绿色和蓝色发射，其相对强度取决于非关联缺陷和缺陷复合物浓度之间的比率，这也与实验观察一致。
2019-03-14 cond-mat.mtrl-sci
Suppression of electron spin relaxation in Mn-doped GaAs
我们报告了一个令人惊讶的长自旋弛豫时间的电子在Mn掺杂的p-GaAs。自旋弛豫时间与光泵浦成比例，并且从黑暗中的12 ns增加到饱和时的160 ns。这种行为与电子的自旋弛豫速率的差异在电离或中性Mn受体的波动领域，分别旋进。对于后者，Mn离子和束缚空穴之间的反铁磁交换相互作用导致这些波动场的部分补偿，导致增强的自旋记忆。
2007-10-01 cond-mat.mtrl-sci
Self-trapped holes and acceptor impurities in orthorhombic Ga2O3
Prairie View A&M University（普雷里维尤农工大学）；Wright State University（赖特州立大学）；Texas State University（德克萨斯州立大学）；Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia de Minas Gerais (IFMG)（米纳斯吉拉斯联邦教育、科学与技术学院）；Universidade Federal de Viçosa（维索萨联邦大学）；Military Institute of Engineering - IME（军事工程学院）
研究了正交Ga2O3中自陷空穴与等电子和受主掺杂物的电子与光学性质，发现空穴捕获在所有系统中均有利，并通过受主掺杂物稳定。空穴态位于带隙0.2-1.2 eV以上，主要由O 2p轨道组成，掺杂Zn时有Zn 3d轨道贡献。空穴捕获导致红移和额外吸收峰，使光学特性更符合实验结果。
2026-05-15 cond-mat.mtrl-sci
Theory of dopants and defects in Co-doped TiO2 anatase
我们报告的第一性原理微观计算的形成能，电活性，和磁矩的Co掺杂剂和各种原生缺陷的TiO 2纳米晶。利用这些结果，我们用平衡热力学预测的载流子浓度，每钴的平均磁矩，和占主导地位的氧化态的Co。预测值与实验的假设下，O-穷人的生长条件。在这种情况下，大部分的Co掺杂剂占据间隙位点作为供体。这些捐助者的不完全补偿取代钴受体，然后导致n型行为，实验观察到。
2003-02-04 cond-mat.mtrl-sci
On the origin of Blue Luminescence in Mg doped GaN
结合X射线吸收近边谱（XANES）实验、基于密度泛函理论的第一性原理计算和对各种可能的缺陷复合物及其XANES特征的全多重散射理论分析，揭示了Mg掺杂GAN薄膜中蓝色发光峰的起源。我们表明，由Mg取代在Ga位（MgGa）和Mg在间隙位（Mgi）组成的缺陷复合物是主要负责观察到的BL的施主-受主对跃迁（DAP）与深施主态的间隙。它与重Mg掺杂GAN中的N（Ga）的氧化态比其原始结构更高（更低）相关，这在我们的实验和计算中是显而易见的。这里确定的物理和化学机制指出了实现高效p型GAN的途径。
2017-08-18 cond-mat.mtrl-sci
Experimental TDPAC and Theoretical DFT Study of Structural, Electronic, and Hyperfine Properties in ($^{111}$In-->) $^{111}$Cd-Doped SnO$_2$ Semiconductor: Ab Initio Modeling of the Electron-Capture-Decay After-Effects Phenomenon
在本文中，我们研究了在超低浓度的Cd掺杂在SnO $_2$的效果，通过测量的电四极超精细相互作用的温度依赖性的实验，与时间微分扰动角相关（TDPAC）光谱使用$^{111}$镉作为探针核，并在理论上，通过执行第一性原理计算的基础上密度泛函理论。TDPAC光谱成功地分析了与时间相关的开关模型的扰动因子。这些结果表明，结合动态加静态的相互作用，其电场梯度在这个模型中与不同的稳定的电子配置接近的镉原子。然后，动态机制起源于这些不同电子构型之间的快速波动。第一性原理计算结果表明，Cd杂质在掺杂半导体的价带顶引入了双受主能级，并产生了最近邻氧的各向同性向外弛豫.计算的电场梯度张量的变化作为镉杂质水平的电荷状态的函数显示了一个有趣的行为，解释了实验结果，从第一性原理的电子捕获后效应提出的方案提供了强有力的支持。电子捕获衰变的父$^{111}$在$^{111}$镉以及双受体字符的$^{111}$镉杂质和电性质的主机被证明有助于这些类型的时间依赖性超精细相互作用的存在。
2018-04-09 cond-mat.mtrl-sci
Small Polaron Formation on the Nb-doped SrTiO$_\textbf{3}$(001) Surface
立方钙钛矿钛酸锶SrTiO $_3$（STO）是研究最多的可极化过渡金属氧化物之一。当将过量电荷引入该材料时，例如，通过掺杂或原子缺陷，STO倾向于拥有极化子：由与晶体声子场耦合的过量载流子形成的准粒子。它们的存在改变了材料的性质，是许多应用的关键。考虑到极化子优先在表面或表面附近形成，我们利用密度泛函理论计算研究了STO（001）表面TiO $_2$终端处小极化子的形成.我们模拟了几个超晶胞板的Nb掺杂和未掺杂的STO（001）表面的尺寸增加，也考虑到最近观察到的解理TiO $_2$终止表面托管Sr吸附原子。我们的研究结果表明，小极化子变得不稳定，在低浓度的Nb掺杂，在类比与极化子本地化的散装。此外，我们检查不同的极化子配置相对于Nb和Sr杂质的稳定性，并讨论其光谱特性。
2022-09-12 cond-mat.mtrl-sci
Linear scaling calculation of band edge states and doped semiconductors
线性标度方法提供总能量，但没有能级和正则波函数。利用密度矩阵纯化方法计算得到的密度矩阵，我们提出了一种N阶（O（N））方法来计算对光学性质和化学反应有重要意义的带边态的能量和波函数。此外，我们还在O（N）方法计算带边态的基础上，发展了一种O（N）算法来处理杂质半导体。我们通过将新方法应用于氮化硼（BN）纳米管和吸附有氢原子的BN纳米管来说明新方法的O（N）行为。系统地研究了各种BN纳米管的带隙，计算了BN纳米管中孤立吸附H原子时的受主能级。我们的方法简单，鲁棒性强，特别适合于自洽场电子结构理论的应用。
2006-11-18 cond-mat.mtrl-sci
Understanding doped perovskite ferroelectrics with defective dipole model
虽然掺杂在实验中被广泛用于调整钙钛矿的物理性质，但确切地知道掺杂如何实现所需的效果仍然是一个挑战。在这里，我们提出了一个经验和计算易处理的模型，以了解掺杂Fe的钛酸钡$_{3}$作为一个例子掺杂的影响。该模型假设Fe离子及其最近的六个相邻离子所占据的晶格位置失去了它们的双极能力，从而产生一小簇缺陷偶极子。将该模型应用于蒙特卡罗模拟中，成功地获得了在受主掺杂体系中实验观察到的许多重要特性，如极化降低和相变温度的收敛。偶极配置的微观信息的基础上，我们提供了深入了解掺杂效应背后的驱动力，并提出，有源偶极子，它存在于接近有缺陷的偶极子，可以解释实验观察到的现象。密切关注这些偶极子是必要的，以了解和预测掺杂效应。
2018-12-10 cond-mat.mtrl-sci
