Infrared dielectric properties of low-stress silicon nitride
氮化硅薄膜在传感器、滤波器和高性能电路中起着重要的作用。在远红外和中红外制度的介电函数的估计来自于所观察到的透射光谱为一个常用的低应力氮化硅配方。实验，建模和数值方法用于提取介电参数的精度约为4%。
2012-09-13 astro-ph.IM cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Self-learning analytical interatomic potential describing laser-excited silicon
我们发展了一个电子温度依赖的原子间相互作用势$Φ(T_\text{e})$。势的设计是为了重现从头计算分子动力学模拟，需要力和能量匹配的每个时间步。$Φ(T_\text{e})$具有简单灵活的解析形式，可以描述所有相关的相互作用，适用于任何类型的边界条件（体、薄膜、团簇）。它的整体形状通过自学习过程自动调整，最终在参数空间中找到全局最小值。我们表明，$Φ(T_\text{e})$可以再现从头计算模拟提供的所有热和非热的功能。我们施加的潜力来模拟激光激发的硅纳米粒子，并发现由于非热熔化的呼吸模式的临界阻尼。
2018-12-20 cond-mat.mtrl-sci
Anisotropic Optical Properties of 2D Silicon Telluride From Ab Initio Calculations
碲化硅（Si_2Te_3）是一种在光电子领域具有潜在应用前景的硅基二维硫族化合物。它具有独特的晶体结构，其中Si原子形成Si-Si二聚体以占据“金属”位点。在本文中，我们报告了一个从头计算研究其光学介电性能的GW近似和Bethe-Salpeter方程（BSE）。发现了很强的光学各向异性。平行于Si-Si二聚体方向的介电常数虚部远低于垂直于二聚体方向的介电常数虚部。我们表明，这种效果源于特定的组合物中的价带和导带的波函数。BSE计算减少GW准粒子带隙0.3 eV的散装和0.6 eV的单层，表明一个大的激子效应在Si 2 Te 3。此外，包括电子-空穴相互作用在体计算中显着降低了虚部的介电常数在面外方向，这表明在Si 2 Te 3多层膜中的强层间激子效应。
2019-06-26 cond-mat.mtrl-sci
Nanolaminated Al2O3/HfO2 dielectrics for silicon carbide based devices
采用等离子体增强原子层沉积（PEALD）技术在碳化硅（4 H-SiC）衬底上制备了Al_2O_3/HfO_2纳米叠层薄膜以及Al_2O_3和HfO_2单层栅结构。所有三种介电膜都在低至250°C的温度下沉积，总厚度约为30 nm，特别是纳米层压Al 2 O3/HfO 2膜通过交替纳米Al 2 O3和HfO 2层来制造。纳米层压Al 2 O3/HfO 2薄膜的结构特征和介电性能进行了评估，并与那些的父Al 2 O3和HfO 2单层。此外，在800°C下退火处理后的结构特性及其演变已经被研究作为其在器件制造流程图中可能实现的测试。收集到的数据的基础上，纳米层压膜表现出具有良好的介电行为相对于简单的氧化物层。
2021-04-28 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Dynamics of Photo-excited Hot Carriers in Hydrogenated Amorphous Silicon Imaged by 4D Electron Microscopy
非晶半导体中的电荷载流子的动力学与晶体半导体中的电荷载流子的动力学根本不同，这是由于缺乏长程序和高缺陷密度。尽管密集的技术驱动的研究兴趣和存在完善的实验技术，如光电导飞行时间和超快光学测量，在非晶半导体中的光激发载流子的动力学的许多方面仍然知之甚少。在这里，我们展示了直接成像的载流子动力学的空间和时间光激发后，在氢化非晶硅（a-Si：H）的扫描超快电子显微镜（SUEM）。我们观察到一个意想不到的制度，快速扩散后立即光激发，随着自发的电子-空穴分离和原子无序引起的电荷捕获。我们的研究结果表明，丰富的动态热载流子输运在非晶半导体，可以揭示直接成像的基础上SUEM。
2016-10-10 cond-mat.mtrl-sci
Saturable absorption in highly excited silicon and its suppression at the surface
通过第一性原理计算揭示了激光辐照硅中泡利阻塞导致的可饱和吸收现象，并发现表面因对称性破缺可抑制该效应。
2024-09-04 cond-mat.mtrl-sci
On the Nature of High Field Charge Transport in Reinforced Silicone Dielectrics: Experiment and Simulation
通过测量增强硅橡胶的空间电荷随时间的分布和直流击穿电流，研究了增强硅橡胶的高场电荷注入和输运特性，并与其他介电聚合物的特性进行了比较。有人认为，局域电子态的能量和空间分布是至关重要的，以确定这些性能的聚合物嵌段共聚物。局域态的隧穿可能主导电荷注入过程。瞬态输运机制的出现是由于弛豫的电荷载流子进入深陷阱的能带尾部，并成功地验证了蒙特卡罗模拟使用多跳模型。发现由于非均匀捕获，载流子迁移率是高度异质的。慢移动电子包表现出负的依赖于场的漂移速度，这可能是由于陷阱的空间无序。
2016-06-08 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Reducing quantum-regime dielectric loss of silicon nitride for superconducting quantum circuits
利用超导LC谐振器在30 mK和5 GHz下测量了非晶氢化氮化硅（a-SiN $_{x}$：H）的损耗，并利用独立二能级系统（TLS）缺陷模型进行了分析。每个a-SiN $_{x}$：H膜用不同浓度的氢杂质沉积。我们发现a-SiN $_{x}$：H中的量子区介电损耗角正切$\tanδ_{0}$与N-H杂质（包括NH $_{2}$）强烈相关。通过略微降低$x$，我们能够将$\tanδ_0$降低约50倍，其中最好的胶片显示$\tanδ_0$ $\simeq$ 3 $\times$ 10 $^{-5}$。
2010-01-18 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
How dielectric screening in two-dimensional crystals affects the convergence of excited-state calculations: Monolayer MoS$_2$
我们提出了第一性原理多体计算的介电常数，准粒子能带结构，和光学吸收光谱的单层MoS $_2$使用超原胞方法。随着周期性重复层之间的间隔增加，该层的介电函数在$q=0$周围产生强的$q$依赖性。这意味着当使用大型超级原胞时，需要更密集的$k$点网格来收敛带隙和激子结合能。在无限层分离的极限中，这里使用截断库仑相互作用获得，需要$45\times45$ $k$点网格来将G $_0$ W $_0$带隙和激子能量收敛到0.1eV内。我们提供了一个广泛的比较与以前的研究，并解释协议和变化的结果。它表明，太粗糙的$k$点采样和重复层之间的相互作用有相反的影响上的带隙和激子能量，导致一个偶然的错误取消在先前公布的结果。
2014-01-13 cond-mat.mtrl-sci
Hydrogenated Amorphous Silicon Carbide: A Low-loss Deposited Dielectric for Microwave to Submillimeter Wave Superconducting Circuits
低损耗的沉积超导体将有利于超导器件，如集成超导谱仪，超导量子比特和动力学电感参量放大器。与平面结构相比，微带等多层结构更紧凑，消除了高频下的辐射损耗。多层结构最容易用沉积的介电层制造，其通常表现出比晶体介电层更高的介电损耗。用NbTiN/a-SiC：H/NbTiN微带谐振器超导芯片测量了氢化非晶碳化硅（a-SiC：H）的亚开尔文、低功率微波和毫米波介电损耗。我们通过等离子体增强化学气相沉积在400°C的衬底温度下沉积a-SiC：H。a-SiC：H在270至385 GHz的范围内具有范围从$0.80 \pm 0.01 \times 10^{-4}$至$1.43 \pm 0.04 \times 10^{-4}$的mm-亚mm损耗角正切。微波损耗角正切为$3.2 \pm 0.2 \times 10^{-5}$。这些是最低的低功率亚开尔文损耗角正切，已报告的微带谐振器在毫米-亚毫米和微波频率。我们观察到损耗角正切随频率增加。a-SiC：H膜没有气泡并且具有低应力：在200 nm厚度下的$-$ 20 MPa压缩至在1000 nm厚度下的60 MPa拉伸。
2021-10-07 astro-ph.IM cond-mat.mtrl-sci
Temperature-dependent dielectric function of intrinsic silicon: Analytic models and atom-surface potentials
本征单晶硅的光学性质对于技术应用以及原子-表面相互作用的基础研究都是有意义的。为了增强理解，它是非常感兴趣的探索分析模型，能够拟合实验确定的介电函数$ε(T_Δ, ω)$，在宽范围的频率和宽范围的温度参数$T_Δ= (T-T_0)/T_0$，其中$T_0 = 293\,{\rm K}$代表室温。在这里，我们发现，一个方便的函数形式的拟合硅的介电函数涉及一个复杂的，依赖于频率的振幅参数，它描述了辐射反应的洛伦兹-狄拉克曲线。我们应用这个功能的形式，表达式$[ε(T_Δ, ω) -1]/[ ε(T_Δ, ω)+2]$，灵感来自克劳修斯-莫索蒂关系。与一个非常有限的一组拟合参数，我们能够代表，以优异的精度，实验数据的（角）频率范围$0 < ω< 0.16 \, {\rm a.u.}$和$0< T_Δ< 2.83$，对应的温度范围$ 293\,{\rm K} < T < 1123\, {\rm K}$。使用我们的方法，我们评估的短程$C_3$和长程$C_4$系数的氦原子与硅表面的相互作用。为了验证我们的结果，我们比较了一个单独的温度依赖的直接适合的$ε(T_Δ, ω)$的洛伦兹-狄拉克模型。
2022-07-23 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Electrical analysis of hysteresis in solution processed silicon nanowire field effect transistors
硅纳米线（Si NW）是可溶液加工的场效应晶体管（FET）的理想候选物。纳米线沟道和栅极电介质之间的界面在FET性能中起着至关重要的作用，并且它可能是造成不希望的效应的原因，例如当施加栅极电压时由于阈值电压偏移而导致的I-V特性的滞后。使用栅极电压偏置应力测量，我们表明，高达40 V的大滞后与SiO2电介质的Si NW FET主要是由于在纳米线/SiO2界面的空穴陷阱。证明了一种使用可溶液加工的含氟聚合物电介质Cytop在顶栅配置中将这种滞后降低到仅2.5V的方法。实验结果表明，硅纳米线晶体管中的表面陷阱的密度主要取决于介电层的性质。通过评估基于SiO2底部电介质和顶部Cytop电介质层的代表性双栅极FET的场效应传输行为来研究栅极电介质的影响。对这些器件进行了表征，发现纳米线/SiO2界面处的空穴陷阱密度（1 × 10^13 cm-2）比纳米线/含氟聚合物界面处的空穴陷阱密度（7.5 × 10^11 cm-2）高一个数量级。
2015-07-30 cond-mat.mes-hall 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
Hydrogen dynamics and light-induced structural changes in hydrogenated amorphous silicon
我们使用精确的第一性原理方法来研究氢化非晶硅的网络动力学，包括氢的运动。除了研究电子基态下的原子动力学外，我们还采用一种简单的方法跟踪了轻激发态下的H动力学。与最近的实验和计算机模拟相一致，我们发现，二氢化物结构形成的动力学在轻激发态，我们给这些国家明确的途径的例子。我们的模拟似乎与Staebler-Wronski效应的各个方面是一致的，例如光诱导产生分离良好的悬挂键。
2006-06-08 cond-mat.mtrl-sci
Voltage controlled exchange energies of a two electron silicon double quantum dot with and without charge defects in the dielectric
量子点是用于多种目的的人造原子。电荷缺陷通常存在，并且可以显著地干扰所设计的能谱和点的目的。硅双量子点（DQD）中的电压控制交换能代表了对电荷位置非常敏感的系统，并且是量子计算的感兴趣的。我们利用紧束缚单粒子波函数的全组态相互作用计算了硅双量子点系统的能谱。这种方法允许我们分析DQD的原子尺度电荷扰动，同时考虑硅的复杂动量空间物理的细节（即，谷和谷轨道物理学）。我们分析了DQD的能级和交换曲线如何受到附近电荷缺陷的影响，这些电荷缺陷位于相对于点的不同位置，这与金属氧化物半导体系统中预期的缺陷一致。
2011-12-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Deep-Learning-Accelerated Dopant Selection for High-k HfO2 Dielectrics: A Disorder-Resolved Study of Y, Si and Al
Incheon National University（仁川国立大学）
该研究整合SQS、SevenNet和ALIGNN的高通量计算框架，解析Y、Si、Al掺杂HfO2的性能，揭示形成能等参数解耦规律，为高k电介质掺杂剂选择提供理性指导。
2026-08-13 cond-mat.mtrl-sci
Infrared carpet cloak designed with uniform silicon grating structure
通过一个特别选择的坐标变换，我们提出了一个光学地毯斗篷，只需要均匀的各向异性介质材料。所提出的隐身衣可以很容易地模仿和实现的各向同性的交替层。为了证明隐身性能，我们设计了一个二维版本，在绝缘体上硅晶片上制造的均匀硅光栅结构可以作为红外地毯斗篷。该隐身衣已通过全波电磁仿真验证，非共振特性也使波长范围从1372到2000 nm的宽带隐身成为可能。
2009-10-22 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Gadolinium scandate by high-pressure sputtering for future generations of high-k dielectrics
本研究通过高压溅射交替沉积超薄Sc2O3与Gd2O3薄膜，经热处理制备出富钆钪酸钆高k电介质，实现高介电常数、低界面缺陷与无界面氧化硅的优异性能，为下一代高k电介质提供了新方案。
2024-01-29 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Critical look at the atmospheric Cu fire-through dielectric metallization for cost-effective and high efficiency silicon solar cells
University of North Carolina at Charlotte（北卡罗来纳大学夏洛特分校）；Georgia Institute of Technology（佐治亚理工学院）；Bert Thin Films LLC（Bert薄膜有限责任公司）
本研究通过激光增强接触优化技术实现稳定的Cu3Si界面，减少材料偏析并提升太阳能电池的电导率和效率。
2026-03-20 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Tuning electrical properties of silicon dioxide through intrinsic nano-patterns
在二氧化硅（SiO2）中的纳米孔和空隙的固有网络对于膜质量、电绝缘和介电性能方面通常是不期望的。然而，如果我们将这些孔隙视为嵌入电介质基质中的天然纳米图案，那么这为探索开辟了新的前景。纳米图案平台可用于定制载体膜的电、光、磁和机械性质。在这篇文章中，我们报告了通过利用金属纳米孔网络实现的热SiO2薄膜的可调电性能，其中孔填充有金属钛（Ti）。在没有任何有意的化学掺杂的情况下，我们已经表明，可以通过用Ti物理填充本征氧化物纳米孔来控制氧化物膜的电阻率。复合膜的电阻保持恒定，即使在从膜表面除孔之外完全去除金属之后。进行仔细的形态，电气和结构分析，以建立在纳米孔中的Ti的存在下，在所观察到的纳米多孔膜的导电性质中起着至关重要的作用。
2017-09-11 cond-mat.mtrl-sci
Laser-Excited Elastic Guided Waves Reveal the Complex Mechanics of Nanoporous Silicon
硅中的纳米孔隙率导致这种主流半导体的全新功能。然而，难以评估的力学显著限制了其在从纳米流体和生物传感器到药物递送、能量存储和光子学等领域的应用。在这里，我们提出了一个研究激光激发的弹性导波检测无接触和非破坏性的干和液体注入单晶硅多孔硅。这些实验表明，每平方厘米截面1000亿个平行纳米孔的自组织形成导致垂直于孔轴的几乎各向同性的弹性和80%的有效刚度降低，从而总体上导致与在体硅中观察到的立方各向异性的显著偏差。我们对纳米多孔硅的晶圆级力学的全面评估为在强大的片上器件中的预测应用提供了基础，并证明了激光超声学的最新突破为干燥和液体功能化多孔材料的原位非破坏性机械表征开辟了全新的前沿。
2021-04-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Ab initio calculation of phonon polaritons in silicon carbide and boron nitride
利用光子准粒子控制电磁能远低于衍射极限的能力是纳米光子学的一个定义范例。在这一领域的一个重要的最新发展是测量和操纵极有限的声子极化激元模式的极性介质，如碳化硅和六方氮化硼，铺平了道路的纳米光子学和极端的光-物质相互作用在中红外太赫兹频率范围。为了进一步推进这一有前途的领域，预测最近发现的和尚未合成的极化激元材料的光学响应是非常有趣的。在这里，我们发展了一个统一的框架，量子线性响应理论的基础上计算空间非局域介电函数的极性晶格在任意尺寸。在三维块状材料的情况下，我们的计算的空间局部限制再现极性晶格的介电响应的标准结果。使用这个框架，我们提供了从头计算的介电常数的重要散装极性的碳化硅和六方氮化硼，如与实验吻合良好。从从头算理论，我们能够开发一个微观的理解，声子模式有助于每个组件的介电函数，以及预测功能的介电函数是一个结果，弱TO声子。这种形式主义还确定了量子非局域效应可以校正声子极化激元色散的机制，这与最近将电磁场限制在1~nm尺度的原子尺度实验非常相关。最后，我们的工作指向的第一性原理描述的界面声子，声子强耦合，和手征声子的声子极化激元的性质的影响。
2018-08-31 cond-mat.mtrl-sci physics.optics quant-ph
Optical thermometry based on level anticrossing in silicon carbide
我们报道了一个巨大的热位移$2.1 \,$ MHz/K有关的激发态零场分裂的硅空位中心在4 H碳化硅。它是从间接观察的光学检测的磁共振在激发态使用基态作为辅助。或者，零场分裂的相对变化小的温度差可以检测到没有应用的射频场，通过简单地监测附近的水平anticrossing的光致发光强度。该效应导致对于大约$10^{-6} \,$ mm $^{3}$的检测体积具有$100 \,$ mK/Hz $^{1/2}$的温度灵敏度的全光学测温技术。相反，在基态的零场分裂并没有揭示可检测的温度漂移。利用这些特性，可以在同一中心上实现集成的磁场和温度传感器。
2016-09-21 cond-mat.mtrl-sci
Effect of Silicon Atom Doping in SiNx Resistive Switching Films
研究通过ULE-II向SiNx层掺杂Si原子并退火，利用电学表征与阻抗谱测量揭示了Si掺杂和退火温度对器件开关特性、介电性能及传导机制的显著影响。
2025-02-03 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Dielectric Properties and Ion Transport in Layered MoS_{2} Grown by Vapor-Phase Sulfurization
采用电容-电压和电导-电压技术研究了气相生长MoS_{2}在金属/ MoS_{2} /硅电容器结构中的电子和介电性能。分析方法证实了MoS_{2}层状结构、界面氧化硅（SiO_{x}）的存在和膜的组成。结合理论考虑的电特性量化了Si与Si和MoS_{2}之间的2.5 - 3 nm厚的氧化硅中间层之间的界面处的电子态浓度。电场应力下的测量表明，在MoS_{2}中存在与界面态相互作用的移动离子。基于飞行时间二次离子质谱，我们提出OH^{-}离子作为可能的候选人负责的意见。从100 KHz下的CV测量中提取的气相生长的MoS_{2}的介电常数在2.6至2.9的范围内。本研究的进展MoS_{2}中的缺陷和界面状态的理解。它还表明了在神经形态计算应用的2D材料设备中基于离子的可塑性的机会。
2018-07-19 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Excited states of defect lines in silicon: A first-principles study based on hydrogen cluster analogues
体硅中单个施主的激发态已经基于有效质量理论得到了广泛的研究。然而，一个合适的理论描述的激发态的施主集团仍然是稀缺的。在这里，我们研究了单谷球带近似内的缺陷线的激发，从而将问题映射到一个缩放的氢原子阵列。一系列详细的全组态相互作用和时间依赖的混合密度泛函理论计算已经进行了了解线性集群多达10个捐助者。我们的研究说明了它们的激发态的一般特征，解决了施主间离子态和施主内原子激发态之间的竞争。在短的施主间距离下，施主分子的激发态占主导地位，在中等距离下离子态起重要作用，并且在长距离下施主内激发如预期的那样占主导地位。这里提出的计算强调施主电子之间的相关性的重要性，因此是补充最近的其他方法，包括有效质量各向异性和多谷效应。还估计了一个施主对和一个三施主阵列的相关激发态之间的交换分裂;在施主间距为10和20 nm之间的范围内，分裂远大于基态中的分裂。这为利用激发态交换相互作用实现硅中可控量子门操作奠定了坚实的理论基础。
2017-10-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Interface effects and dielectric mismatch in ultrathin silicon on insulator films
CNR-IMM（意大利国家研究委员会材料研究所）；Università degli Studi di Milano-Bicocca（米兰比可卡大学）；Institut für Experimentelle Physik, TU Bergakademie Freiberg（弗莱贝格矿业科技大学实验物理研究所）；Università del Piemonte Orientale ‘‘A. Avogadro’’（皮埃蒙特东方大学）；Institut für Angewandte Physik, TU Bergakademie Freiberg（弗莱贝格矿业科技大学应用物理研究所）；University of Torino（都灵大学）
研究通过界面工程缓解超薄SOI薄膜中的界面态和介电不匹配问题，提升电性能。
2026-01-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Dielectric Engineering of HfO2 Gate Stacks Towards Normally-ON and Normally-OFF GaN HEMTs on Silicon
我们报告的HfO 2栅介质的界面电子特性，与GAN对常关凹陷HEMT架构和AlGaN势垒的常开AlGaN/GAN MISHEMT的GAN器件平台上的Si。HfO 2/GAN的导带偏移量为1.9 eV，并且具有非常低的固定体电荷和界面电荷密度。HfO 2/GAN MOSCAP的电导测量揭示了一个界面陷阱态连续体，其密度为9.37 × 1012 eV-1cm-2，中心位于EC以下0.48 eV。正向和反向电流密度分别由Fowler-Nordheim隧穿和Poole-Frenkel发射决定。常通型HfO 2/AlGaN/GAN MISHEMT的阈值电压漂移可以忽略不计，3 μm栅长器件的跨导为110 mS/mm，在100 V的VD下，三端关断状态栅极漏电流为20 nA/mm。动态电容色散测量显示AlGaN/GAN界面处的两个峰值对应于慢界面陷阱和快界面陷阱，峰值Dit为5.5 × 1013 eV-1cm-1。2和1.5 × 1013 eV-1cm-2。HfO 2/AlGaN界面在低于EC 0.45 eV处显示出4.4 × 10 ~（13）eV ~（-1）cm ~（-2）的Dit峰。
2017-08-12 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Gate Dielectric Engineering with an Ultrathin Silicon-oxide Interfacial Dipole Layer for Low-Leakage Oxide-Semiconductor Memories
提出在AOS沟道与high-k栅介质间引入ALD超薄SiL，实现阈值电压稳定调控并显著降低漏电流与刷新能耗，提升存储器可靠性。
2025-11-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Machine Learning Dielectric Screening for the Simulation of Excited State Properties of Molecules and Materials
分子和材料吸收光谱的准确和有效的计算对于理解和合理设计大类系统是必不可少的。求解电子-空穴对的Bethe-Salpeter方程（BSE）通常会产生吸收光谱的准确预测，但计算成本很高，特别是如果需要计算多个配置的光谱的热平均值。我们提出了一种基于机器学习的方法来评估进入吸收光谱定义的关键量：介电屏蔽。我们表明，我们的方法产生了一个模型的筛选，在第一性原理分子动力学模拟采样的多个配置之间是可转移的，因此，它导致了有限温度谱的计算效率的大幅提高。我们获得了一到两个数量级的计算增益的系统与50至500个原子，包括液体，固体，纳米结构，和固/液界面。重要的是，这里导出的介电屏蔽模型不仅可以用于BSE的解决方案中，而且还可以用于开发均相和非均相系统的时间相关密度泛函理论（TDDFT）计算的泛函。总的来说，我们的工作提供了一种将机器学习与电子结构计算相结合的策略，以加速激发态性质的第一性原理模拟。
2021-02-17 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph physics.comp-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
Diffusion processes in germanium and silicon films grown on Si$_3$N$_4$ substrates
在这篇文章中，发生在分子束沉积过程中的锗层的Si $_3$ N $_4$介质衬底的Ge膜生长温度范围（30至600°C）的宽的调查结果。与N $-$ H和Si $-$ N键振动相关的红外吸收带的强度随着Ge沉积温度的升高而降低。这一现象似乎不能仅仅解释为热激活过程。同时，在X射线光电子能谱中出现了对应于Ge $-$ N振动键的峰。我们假设在含有氢原子的Si_3N_4介质衬底上淀积锗层会导致氢原子从介质层扩散到生长的薄膜中。实验结果可以用一个模型来解释，根据该模型，氢原子从Si $_3$ N $_4$层迁移到生长的锗膜中是由于介电层和锗膜中的氢原子的化学势不同。该过程引发锗原子在相反方向上扩散到Si $_3$ N $_4$层中，在此它们连接到由于氢原子的逃逸而产生的氮原子的自由键。在Si $_3$ N $_4$衬底上沉积硅层期间发生类似的过程。
2021-06-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Advancing excited-state properties of two-dimensional materials using a dielectric-dependent hybrid functional
本文提出考虑面内与面外介电响应的 SE-DD-RSH 泛函，以较低成本实现接近 G0W0 和 BSE@G0W0 的二维材料带隙与吸收光谱预测精度。
2025-07-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
A Tabulation and Critical Analysis of the Wavelength-Dependent Dielectric Image Coefficient for the Interaction Exerted by a Surface onto a Neighbouring Excited Atom
原子与介质表面的近场相互作用与原子到介质表面距离的立方成反比，其耦合强度取决于介质镜像系数。该系数在纯静电方法中简单地由（eps-1）/（eps+1）给出，其中eps为介电常数，该系数特定于各种相关原子跃迁中的每一个的频率：它以复杂的方式取决于体材料性质，并且可以表现出与表面极化激元模式相关的共振。我们在这里列出了大约一百个光学窗口的表面共振，这些窗口的体特性目前已制成表格。这项研究集中在红外域，因为它是最相关的原子表面相互作用。除了这个表格，我们讨论了简单的提示，以估计表面共振的位置，以及如何在大量的材料数据的不确定性显着影响图像系数的预测。我们还评估了材料的UV共振对图像系数的非共振部分的贡献。
2006-01-25 cond-mat.mtrl-sci physics.atom-ph physics.optics
Atomistic simulations of self-trapped exciton formation in silicon nanostructures: The transition from quantum dots to nanowires
采用含时近似密度泛函理论方法，计算了氢钝化大长径比硅纳米结构的吸收光谱和发光光谱。系统地研究了轴向和径向电子约束效应。对于长度小于2 nm的短纳米棒，激发态弛豫导致了显著的Stokes位移，但对发光强度影响很小。自陷激子的形成同样只观察到短的纳米结构，较长的线表现出完全离域的激子，在激发态的最小几何失真可以忽略不计。
2009-04-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Excited states of a phosphorus pair in silicon: Effects of valley-orbital interaction and electron-electron interactions
半导体中杂质复合物的激发不仅可以为填补光学技术中的太赫兹空白提供一条途径，而且还可以连接本地量子比特以扩大固态量子计算设备。然而，同时考虑电子/空穴之间的相互作用和主体能带结构是具有挑战性的。在这里，我们结合第一性原理能带结构计算与量子化学方法来评估的基础和激发态的一对磷施主在硅的单一框架内。我们采用对称性破缺的Hartree-Fock方法，然后用含时的Hartree-Fock方法计算激发态。我们的哈密顿量为每个谷包括一个各向异性的动能项，分裂的2 p_0和2 p_+-跃迁的孤立施主约4 meV，在很好的协议与实验。我们的单谷计算表明，光学响应是一个强大的功能的光学偏振，并建议使用谷偏振控制光学和减少振荡交换相互作用。当考虑到所有的谷，包括谷轨道相互作用，我们发现1 s到2 p的过渡和低能量的电荷转移状态之间的间隙打开1 s流形（这成为光学允许，因为施主间的相互作用）。与单谷的情况相比，我们发现电荷转移激发态也在三重态扇区，由于谷自由度。这些状态有一个定性正确的能量与以前的实验相比，此外，我们预测新的激发低于20毫电子伏，以前没有分析过。在不同的间距最近邻对的统计平均值表明，太赫兹辐射可以用来激发对自旋选择性。我们的方法可以很容易地扩展到其他捐助者和其他半导体主机。
2020-09-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Fluorescence-Detected Circular Dichroism of a Chiral Molecular Monolayer with Dielectric Metasurfaces
分子圆二色性的强增强有可能实现有效的不对称光解，这是一种传统上受到产率不足和低对映体过量阻碍的手性分离方法。在这里，我们实验研究如何预测增强共振硅纳米盘附近的光学手性密度提高圆二色性。我们使用荧光检测的圆二色光谱间接测量圆偏振光的差分吸收功能化的硅纳米盘阵列的单层的光学活性分子。重要的是，分子和纳米盘天线具有光谱一致的共振，我们的荧光技术使我们能够从分子中去卷积吸收纳米盘。我们发现，增强的荧光检测圆二色性信号依赖于纳米光子共振与模拟差分吸收和光手性密度的良好协议，而没有信号被检测到吸附在无特征的硅表面上的分子。这些结果验证了纳米光子平台用于具有较低能量要求的不对称光解的潜力
2020-10-14 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph physics.optics
Characterization of low-loss hydrogenated amorphous silicon films for superconducting resonators
在毫米-亚毫米天文学中使用的超导谐振器将大大受益于具有小介电损耗的淀积介质。我们使用等离子体增强化学气相沉积法在100°C、250°C和350°C的衬底温度下沉积氢化非晶硅薄膜。所测得的空穴体积分数、氢含量、微观结构参数和键角无序度与衬底温度呈负相关。在120 mK和4-7 GHz下，对于$10^5$光子的谐振器能量，所有三种膜都具有低于$10^{-5}$的损耗角正切。这使得这些薄膜有望用于微波动力学电感探测器和片上毫米-亚毫米滤波器。
2020-12-14 astro-ph.IM cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
Silicon nanoantennas for tailoring the optical properties of MoS2 monolayers
本研究利用硅基纳米天线调控二硫化钼单层的线性和非线性光学性质，实现了光致发光和二次谐波生成效率的显著提升。
2025-10-17 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Tuned ionic mobility by Ultrafast-laser pulses in Black Silicon
本研究通过从头算分子动力学模拟探究飞秒激光激发黑硅中杂质浓度对离子迁移率的影响，发现晶体环境随杂质浓度升高弱化，离子迁移率随杂质浓度与激发强度改变，为半导体器件优化提供参考。
2024-09-11 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
The mechanism of the irradiation synergistic effect of Silicon bipolar junction transistors explained by multiscale simulations of Monte Carlo and excited-state first-principle calculations
针对硅双极结型晶体管辐照协同效应机制不明确、现有模型缺陷反应假设未验证的问题，本研究开发多尺度模拟方法结合激发态第一性原理计算直接表征γ射线效应，验证了相关模型并提出ISE机制的扩散定性解释。
2023-07-18 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other physics.comp-ph
