Modeling of micro- and nano-scale domain recording by high-voltage atomic force microscopy in ferroelectrics-semiconductors
计算了铁电半导体晶体中微畴和纳米畴在原子力显微镜针尖电场作用下的平衡尺寸。该畴被认为是一个扁长的半椭球体，畴壁相当薄。首次考虑了样品的半导体性质和畴壁的表面能，修正了Landauer模型。晶体内部的自由载流子导致在畴周围形成屏蔽层，该屏蔽层部分地将其内部与去极化场屏蔽。我们通过晶体材料参数（屏蔽半径、自发极化值、介电常数张量）和原子力显微镜针尖特征（电荷、曲率半径曲率半径）来表示畴的半径和长度。通过施加电压的畴半径的依赖关系是在一个很好的定量协议与高压原子力和扫描探针显微镜记录在铌酸锂和钽酸锂晶体的亚微米铁电畴。
2005-05-16 cond-mat.mtrl-sci
Electron-phonon coupling and mobility modeling in organic semiconductors: method and application to tetracene polymorphs
本文提出第一性原理计算有机半导体特定声子模式与 q 点电子-声子耦合及温度相关载流子迁移率的方法，并在并四苯体相与薄膜多晶型中通过 Raman 光谱和单晶迁移率数据验证。
2025-02-19 cond-mat.mtrl-sci
Finding unprecedentedly low-thermal-conductivity half-Heusler semiconductors via high-throughput materials modeling
晶格热导率（κω）是化合物许多潜在应用的关键性质。由于高成本和耗时的合成程序，具有非常低或高κω的材料的发现仍然是实验挑战。高通量计算预筛选是一种有价值的方法，显着减少候选化合物的集合。在这篇文章中，我们介绍了可靠地估计大量化合物的体κω的有效方法。这些算法基于机器学习算法、物理见解和自动从头计算的组合。我们在AFLOWLIB.org数据库中扫描了大约79，000个半Heusler条目。在确定的450个机械稳定的有序半导体中，我们发现κω跨越两个数量级以上-比以前认为的范围大得多。对于在等价位置的元素具有大原子半径的化合物，κω最低。然后，我们对材料稳定性进行了彻底的筛选，从而将列表减少到77个系统。然后，我们可以为这个选定的系统范围提供κω的定量估计。提出了三种κω < 5 W /（mK）的半导体材料，供进一步的实验研究。
2014-02-21 cond-mat.mtrl-sci
Finite element modeling of extraordinary optoconductance in GaAs-In metal-semiconductor hybrid structures
我们提出了一个详细的讨论异常光电导（EOC）。实验数据是通过宏观的金属-半导体混合结构组成的GaAs和In，并进行照射从Ar离子激光器。使用有限元法（FEM）的漂移扩散模型提供了一个合理的拟合数据。EOC被探索为激光位置，偏置电流，激光功率密度和温度的函数。电压的位置依赖性是占的Duplex效应，与模型结合的过剩空穴分布的载流子迁移率的基础上，从而平均free path. The偏置电流被发现产生一个线性的电压偏移，并不影响EOC。在裸器件和混合器件中，激光功率密度与电压之间存在线性关系。这种依赖性在模型中再现的生成速率参数，这是有关的功率密度。该模型不使用拟合参数，直接与EOC的温度依赖性平行，从而简化了迁移率和扩散温度依赖性。
2006-03-09 cond-mat.mtrl-sci
A scale-bridging modeling approach for anisotropic organic molecules at patterned semiconductor surfaces
在无机半导体表面上由有机分子组成的杂化系统作为光电子学的薄膜器件正获得越来越重要的意义。这种装置的效率强烈地依赖于吸附分子的集体行为。在本文中，我们提出了一种新的，粗粒度的模型解决凝聚相的一个代表性的混合系统，即对六苯（6P）在氧化锌（ZnO）。在我们的模型中，分子间相互作用通过Gay-Berne势（描述空间和范德华相互作用）与两个线性四极杆之间的静电势相结合来表示。类似地，分子-衬底相互作用包括线性分子四极与表征ZnO的线电荷产生的电场之间的耦合（10-10）。为了验证我们的方法，我们进行平衡蒙特卡罗模拟，其中的横向位置是固定的二维晶格，而旋转自由度是连续的。我们利用这些模拟来研究凝聚态中的取向有序。我们再现各种实验观察到的功能，如个别分子的排列与线电荷的表面上，形成一个常设的单轴相的人字形结构，以及形成一个说谎的单轴相。
2015-01-13 cond-mat.mtrl-sci
Localization landscape theory of disorder in semiconductors I: Theory and modeling
本文提出了一个考虑无序材料中量子局域化效应的半导体合金中载流子分布和输运模型。该模型是基于量子局域化的数学理论的最新发展，该理论为每种类型的载体引入了称为\emph{localization landscape}的空间函数。这些景观使我们能够预测电子和空穴量子态的局域化区域，它们相应的能量，以及局域态密度。我们展示了如何这些景观的各种输出可以直接实施到载流子输运的漂移扩散模型和吸收/发射跃迁的计算。这创造了一个新的计算模型，它可以解释无序局域化效应，同时也可以捕捉量子力学的两个主要效应，即势垒高度的降低（隧穿效应）和能量基态的升高（量子限制效应），而不必求解薛定谔方程。最后，这个模型被应用到几个一维结构，如单量子阱，有序和无序超晶格，或多量子阱，在精确的薛定谔计算的比较证明了由景观理论提供的近似的优良精度。
2017-04-18 cond-mat.mtrl-sci
PyCDT: A Python toolkit for modeling point defects in semiconductors and insulators
点缺陷对技术应用中使用的半导体和绝缘体材料的性能有很大的影响，从微电子到能量转换和存储。主要缺陷类型的性质、它们如何随加工条件变化以及它们对材料性能的影响是决定材料在特定应用中的性能的核心方面。然而，这些信息很难直接从实验测量中获得。因此，基于电子密度泛函理论（DFT）的计算方法在点缺陷性质的计算中得到了广泛的应用。在这里，我们开发了Python Charged Defect Toolkit（PyCDT），以加快使用广泛使用的DFT软件进行缺陷计算的设置和后处理。PyCDT具有用户友好的命令行界面，并提供与Materials Project数据库的直接接口。这允许为任何感兴趣的材料设置许多带电缺陷计算，以及后处理和应用最先进的静电校正项。我们的论文作为PyCDT的文档，并演示了其在应用程序中的使用，以及研究的GaAs化合物半导体。我们预计，PyCDT代码将是有用的，作为一个框架进行充电点缺陷属性的容易再现的计算，它将提供一个基础，自动化，高通量的计算。
2017-06-07 cond-mat.mtrl-sci
Electron transport in amorphous materials: from localization to predictive transport modeling
Incheon National University（仁川国立大学）
该综述围绕非晶材料电子输运，先回顾相关基础概念与典型材料，再探讨多种计算方法，聚焦关键影响因素，最后概述预测性输运建模的进展与问题。
2026-08-27 cond-mat.mtrl-sci
Best Practices for First-Principles Modeling of Amorphous Oxide Semiconductors: A Statistical Framework and Application to Zn-Sn-O
University of Michigan（密歇根大学）；KU Leuven（荷语鲁汶大学）
以Zn-Sn-O系统为例，指出非晶氧化物半导体第一性原理建模研究的陷阱，强调理解晶态与非晶态物理差异及结构模型统计抽样的重要性，表明该系统在性能上有前景且对氢掺杂可能敏感。
2026-07-10 cond-mat.mtrl-sci
Leveraging Plasmonic Hot Electrons to Quench Defect Emission in Metal -- Semiconductor Nanostructured Hybrids: Experiment and Modeling
该研究通过实验与半经典建模，揭示了嵌入金纳米颗粒的氧化锌纳米棒中缺陷发光猝灭、近带边发射增强的机制，为杂化等离子体系统热载流子动力学研究提供了通用基础。
2023-07-19 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Semiconductor-like Optical Properties Unveiled by Modeling of Short-Period Aluminum Oxide-Copper Multi-Layered Nanocomposites Deposited by Sputtering Atomic Layer Augmented Deposition (SALAD)
本研究通过传输矩阵和色散方法建模分析SALAD制备的300对AlOx-Cu多层纳米复合材料，发现其异常光谱反射率预示着类半导体行为，表明该方法可生成新型金属-介电基半导体。
2022-06-28 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph physics.optics
Spin-conserving Boltzmann theory for carriers and excitons in organic semiconductors
有机电子学的兴起需要通用的建模工具。在这种情况下，我们开发了一个半经典玻尔兹曼理论，描述运输和激子过程中的晶体有机半导体在平等的基础上。单重态和三重态激子的产生，它们从自由电子和空穴的形成，逆过程，以及激子的聚变和裂变都包括在内。相应的散射积分尊重自旋守恒，这需要矩阵值分布函数。它们还包括费米子和玻色子多粒子效应，如泡利阻塞。我们采用多极扩展的分布函数，其中四极条款变成是必不可少的三重态激子。这一工作为有机太阳能电池的建模提供了基础，其中激子过程对性能至关重要。此外，该理论是普遍感兴趣的运输和过渡的多个（准）粒子物种携带自旋的非平衡系统。
2022-05-02 cond-mat.mtrl-sci
Modeling Space-Charge Limited Currents in Organic Semiconductors: Extracting Trap Density and Mobility
我们已经开发和应用迁移率边缘模型，考虑到漂移和扩散电流来表征有机半导体中的空间电荷限制电流。漂移扩散方程的数值解允许利用非对称接触来描述器件内的内建电势。该模型已被应用于从Krellner等人[Phys. Rev. B，75（24），245 - 115]的红荧烯单晶的实验电流-电压测量中提取陷阱分布的信息，显示出跨几个数量级的电流的良好一致性。虽然两个触点由相同的金属制成，但归因于沉积技术（层压与蒸发）的差异，它们之间的580 meV的能量偏移对于正确解释低电压下的电流-电压特性的形状至关重要。空穴的能带迁移率为0.13 cm 2/Vs，这与沿正交晶胞长轴的传输是一致的。深于0.1 eV的陷阱的总密度为2.2 \times × 1016 cm-3。在所获得的参数的灵敏度分析和误差估计表明，它是不可能准确地解决的陷阱分布的形状的能量深于0.3 eV或浅于0.1 eV以上的价带边缘。然而，深度超过0.3 eV的陷阱总数是可以估计的。接触不对称性和电流的扩散分量在低偏压下器件的描述中起着重要作用，并且需要获得关于深陷阱分布的可靠信息。
2011-08-13 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
Revisiting Theoretical Modeling of Seebeck Coefficient of Semiconductors
针对现有塞贝克系数模型的热力学缺陷，提出基于漂移扩散方程和索雷特效应的可逆模型，在近平衡态下给出理论下限，并与实验数据吻合良好。
2026-06-23 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Quantitative Modeling of Point Defects in $β$-Ga2O3 Combining Hybrid Functional Energetics with Semiconductor and Processes Thermodynamics
本研究针对β-Ga₂O₃功率电子应用中的缺陷调控需求，开发KROGER框架结合杂化泛函DFT与热力学效应开展点缺陷定量建模，复现实验现象且方法可推广至其他材料，为工艺优化提供支撑。
2025-01-29 cond-mat.mtrl-sci
Theoretical study of dislocation nucleation from simple surface defects in semiconductors
大规模的原子计算，使用模拟半导体的经验势，已被执行的应力系统与线性表面缺陷，如步骤。虽然具有表面缺陷的系统的弹性限度仍然接近理论强度，但结果表明，这些缺陷削弱了原子结构，初始化了塑性形变，特别是位错。位错形核的性质可以通过考虑与外加应力方向相关的切应力和Peierls应力来预测。在低温下，只观察到滑移集平面内的滑移事件。然后，它们逐渐消失，并在高于900 K的温度下被非晶化/熔化区所取代。
2007-09-11 cond-mat.mtrl-sci
Single crystal studies and electronic structure investigation of a room-temperature semiconductor NaMnAs
本文报道了NaMnAs单晶的合成，证实了它的反铁磁有序性，并用光电子能谱对样品进行了表征。电子结构进行了研究，使用光学透射率，X射线和紫外光谱和理论建模时，使用局域密度近似（LDA）扩展到LDA+U海森堡模型参数确定。光学透射率测量证实了NaMnAs是半导体的理论预测。此外，Néel温度是第一次从磁化强度的温度依赖性，与我们的蒙特卡罗模拟一致。
2021-09-07 cond-mat.mtrl-sci
Design and Modeling of a Versatile Micro/Nanomotor Propulsion System by Light-Guided Dielectrophoresis
开发能够以设计的机械运动有效地响应外部刺激的活性材料是阻碍纳米机器人和纳米机器人实现的主要障碍之一。在这里，我们提出了一种创新的工作机制，允许通过简单的可见光刺激的AC介电泳的半导体微/纳米电机的多折叠平移运动控制。通过考虑Maxwell-Wagner弛豫和双电层荷电效应的模型化方法，研究了不同几何形状的半导体颗粒在水悬浮液中的介电泳力.在此基础上，我们设计了一个操作系统，通过调节电场中的光强，可以同时实现半导体微/纳米电机的自动传输和定向。该研究为开发具有高通用性和可控性的新型微/纳米机器平台提供了指导。它与纳米机器人和纳米器件组装有关。
2020-04-12 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Modeling Polaron Excitations and Stabilization Mechanisms in Conjugated Polymers
本研究利用第一性原理参数化的介电稳定紧束缚模型模拟P3HT极化子态，证明介电极化而非局部环扭曲主导极化子形成，并成功解释中红外吸收特征。
2025-10-21 cond-mat.mtrl-sci
Effect of realistic metal electronic structure on the lower limit of contact resistivity of epitaxial metal-semiconductor contacts
用全带密度泛函理论和半经验紧束缚（TB）方法研究了金属电子结构对[100]取向n-Si电阻率下限的影响.使用模拟单元格的界面化学外延CoSi 2 [100]取向的Si实验观察到的指导下，它表明，“理想金属”的假设失败，在某些情况下，因此低估了接触电阻率的下限在n-Si的至少一个数量级在高掺杂浓度。在金属和半导体的横向动量空间的失配，所谓的“谷过滤效应”，被证明是依赖于模拟的界面化学。结果强调，需要明确列入金属原子和电子结构的原子模型的传输跨越金属半导体接触
2014-05-06 cond-mat.mtrl-sci
Ab initio Modeling of MoS2/Oxide Device Interfaces with Machine Learned Electronic Structures
该研究提出结合机器学习电子结构模型与量子输运求解器的从头算方法，可加速模拟含超2万原子的半导体器件，揭示了MoS2与HfO2或Al2O3界面附近低配位金属原子对电子电流的影响。
2026-08-31 cond-mat.mtrl-sci cs.LG
First-principles studies of orbital and spin-orbit properties of GaAs, GaSb, InAs, and InSb zinc-blende and wurtzite semiconductors
我们采用第一性原理技术，以适当地描述半导体（修改后的贝克-约翰逊势添加到交换相关功能），以获得电子能带结构的锌锗和纤锌矿相的GaAs，GaSb，InAs，和InSb。我们提取相关的价带和导带在区中心的自旋轨道场，通过拟合的自旋分裂所造成的缺乏空间反演对称性的这些大块晶体结构，已知的功能形式-三阶多项式。我们还确定了自旋轨道矢量场（导带）和平均自旋（价带）在动量空间中的取向。我们描述了自旋轨道参数对阳离子和阴离子原子量的依赖性。这些结果应该是有用的自旋输运，自旋弛豫，和自旋光学取向建模的半导体异质结构，以及为现实的研究基于超导体的马约拉纳纳米线，自旋轨道耦合的准确值是必要的。
2016-06-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Theoretical Prediction of Heterogeneous Integration of Dissimilar Semiconductor with Various Ultra-Thin Oxides and 2D Materials
在本文中，我们已经建立了一个数值p-n Si/GaAs异质结模型，使用量子力学隧道理论与各种量子隧道界面材料，包括二维半导体，如六方氮化硼（h-BN）和石墨烯和ALD启用氧化物材料，如HfO 2，Al 2 O3，和SiO2。系统地计算和比较了不同厚度下的隧穿效率和隧穿电流。多物理场模型与上述隧道界面材料一起使用，以分析不同温度条件下的应变变化。考虑到输运性质和热致应变分析，三种氧化物材料中的Al 2 O3和2D材料中的石墨烯是提供最高异质结质量的有利材料选择。总的来说，我们的研究结果提供了可行的路线，以指导选择量子隧穿材料的无数可能的组合，可以通过远程外延和UO方法获得新的异质结构。
2021-07-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
How ripples turn into dots: modeling ion-beam erosion under oblique incidence
采用随机、非局域、各向异性的Kuramoto-Sivashinsky方程的连续介质模型，对低能离子束垂直和斜入射腐蚀半导体表面引起的斑图形成进行了理论研究.根据参数的大小，该模型表现出六边形有序的点，波纹，不太规则，甚至相当光滑的图案。我们调查这种状态之间的过渡行为，并建议如何过渡可以实验检测。
2006-05-12 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech
Boundary conditions for the electronic structure of finite-extent, embedded semiconductor nanostructures
嵌入在主体材料中的有限范围半导体纳米结构的建模需要在有限模拟域中对边界进行数值处理。在紧束缚经验模型中，研究了三种边界条件对InAs点自组装的影响：周期性边界条件，提高表面原子轨道能量，提高表面悬挂键能量.周期性边界条件需要一个光滑的边界，因此比两个非周期性边界条件更大的GaAs缓冲区。在非周期性条件之间，悬挂键能量移动比轨道能量移动更有效，就消除间隙中间的非物理表面态而言。大于5 eV的悬挂键能移有效地消除了所有的中间带隙表面状态，并导致内部状态是高度不敏感的能量偏移的变化。
2003-11-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Efficient Quantum-Mechanical Modeling of Nonradiative Charge Transfer Processes
Institute for Microelectronics, Technical University Vienna（维也纳工业大学微电子研究所）
研究非辐射电荷转移过程，基于耦合电子 - 声子动力学量子力学基础，推导高效近似及连续体公式，引入有效保交叉近似，弥合微观与大规模模拟差距，为基于NMP的模型实现提供指导。
2026-07-21 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Impacts of Surface Depletion on the Plasmonic Properties of Doped Semiconductor Nanocrystals
简并杂质半导体纳米晶体（NC）在电磁波谱的红外范围内表现出局域表面等离子体共振（LSPR）。与金属不同，半导体NC通过掺杂或通过电化学或光化学充电提供可调的LSPR特性。通过载流子密度调制来调节等离子体特性表明了其在智能光电子学、催化和传感方面的潜在应用。在这里，我们阐明了LSPR调制的基本方面，通过动态载流子密度调谐在Sn掺杂氧化铟NC。合成了具有不同掺杂水平和尺寸的单分散Sn掺杂氧化铟纳米碳，并组装成均匀的薄膜。然后在原位电化学电池中对NC膜充电，并监测LSPR调制光谱。基于LSPR的光谱位移和强度调制，结合光学建模，发现经常被忽视的半导体性质，特别是由于掺杂和表面状态引起的能带结构修改，强烈影响LSPR调制。费米能级钉扎的表面缺陷状态创建一个表面耗尽层，改变LSPR的属性，它决定了LSPR频率调制的程度，减少预期的近场增强，并大大降低了LSPR对周围环境的敏感性。
2018-01-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
