d-electron induced icosahedral growth in strontium clusters
在局域密度近似下，采用从头计算分子动力学方法，在平面波基上对2 ~ 20个原子的锶团簇进行了研究。由此产生的低洼异构体使用全电位线性松饼罐轨道方法，它对待的d-电子也在平等的基础上进行优化。我们发现，d电子有助于显着的结合能作为集群大小的增长，加快发病的金属性和诱导二十面体的增长。这些结果与实验结果完全一致的稀有气体类魔术团簇的IIA族元素，并建议在某些过渡金属团簇的二十面体生长的观察可能有类似的起源。
1998-06-13 cond-mat.mtrl-sci physics.atm-clus
Improving the doping efficiency of Al in 4H-SiC by co-doping group-IVB elements
由于p型掺杂剂的大电离能，4 H-SiC的p型掺杂效率相当低。这样的问题阻碍了对4 H-SiC用于半导体器件的全部优点的探索。在这封信中，我们表明，共掺杂的第IVB族元素有效地降低了最广泛使用的p型掺杂剂的电离能，即。例如，铝（Al）通过IVB族元素的能级与Al在4 H-SiC中的能级之间的库仑排斥作用。在IVB族元素中，Ti的作用最显著。Ti使Al的电离能降低近50%，导致低至~ 0.13 eV的值。结果表明，当掺杂浓度达到1018 cm-3时，室温下Ti共掺杂Al的电离率比未共掺杂Al的电离率高约5倍。这一工作可能鼓励实验共掺杂IB族元素，如Ti和Al，以显着提高4 H-SiC的p型掺杂效率。
2021-04-21 cond-mat.mtrl-sci
Effective $n$-type Doping of Mg$_3$Sb$_2$ with Group-3 Elements
最近在Mg $_3$ Sb $_2$中发现的高热电性能已经通过这种材料的$n$型掺杂的成功而关键地实现，这是在富Mg生长条件下实现的，通常用硫属元素（Se，Te）作为非本征掺杂剂。使用第一原理缺陷计算，我们先前预测，通过掺杂La而不是Se或Te，可以在Mg $_3$ Sb $_2$中实现更高的电子浓度（$\sim10^{20}$ cm $^{-3}$）。随后的实验表明，La掺杂的Mg $_3$ Sb $_{2-x}$ Bi $_x$中的自由电子浓度确实超过了Te掺杂材料中的自由电子浓度。在此，我们进一步研究了Mg $_3$ Sb $_2$的$n$型掺杂，并预测，除了La之外，其他第3族元素（Sc，Y）也是有效的$n$型掺杂剂; Y与La一样好，而Sc略差。
2018-11-17 cond-mat.mtrl-sci
Comprehensive ab initio study of doping in bulk ZnO with group-V elements
尽管缺乏可重复的实验证实，V族元素已被认为是以简单和复杂缺陷形式在ZnO中进行p型掺杂的可能来源。使用从头计算，基于最先进的混合交换相关泛函，我们研究了广泛的缺陷和缺陷复合物与N，P，As和Sb杂质。我们发现，没有一个候选人的p型掺杂可以被认为是一个很好的来源，由于深的受主能级和低形成能量的补偿施主缺陷的空穴在价带。此外，我们还讨论了配合物在不同体系中的稳定性。
2014-04-29 cond-mat.mtrl-sci
Rare Earth Doping and Effective Band-Convergence in SnTe for Improved Thermoelectric Performance
已经发现SnTe的热电性能随着碱金属和过渡金属元素的等价掺杂而增强，其中这些元素中的大多数具有小于13%的溶解度。我们提出了一种掺杂稀土元素Yb来提高SnTe热电性能的策略。随着重原子质量和强自旋-轨道耦合，即使Yb的轻度掺杂（~ 5%）也足以通过带会聚产生简并，这增强了费米能级附近的态密度并提高了整体性能。我们的输运数据和第一性原理计算证实，近5%的Yb是一种有效的掺杂剂，以实现热电响应，相当于9%的Mn掺杂。研究结果对理解环境友好型SnTe热电材料具有重要意义。
2018-11-11 cond-mat.mtrl-sci
Element Doping Enhanced Charge-to-Spin Conversion Efficiency in Amorphous PtSn4 Dirac Semimetal
拓扑半金属（TS）由于具有很高的电荷-自旋转换效率，是低功耗自旋-轨道矩（SOT）器件的理想材料。在这里，我们研究了在室温下通过磁控溅射方法制备的非晶PtSn 4（5 nm）/CoFeB（2.5-12.5 nm）层状结构的电荷-自旋转换效率。用自旋矩铁磁共振（ST-FMR）技术表征了PtSn 4/CoFeB双层膜的荷自旋比为0.08。通过将掺杂剂如Al和CoSi引入PtSn 4中，该比率可以进一步增加到0.14。掺杂剂还可以降低（Al掺杂）或增加（CoSi掺杂）PtSn 4的电阻率。提出了一种掺杂增强非晶TS自旋轨道耦合的方法。
2022-02-03 cond-mat.mtrl-sci
Electronic Structure and Bonding of Icosahedral Core-Shell Gold-Silver Nanoalloy Clusters Au_(144-x)Ag_x(SR)_60
原子级精确的硫醇盐稳定的金纳米团簇目前在化学、物理和分子生物学中的许多跨学科应用中受到关注。最近，“纳米合金”团簇Au_（144-x）Ag_x（SR）_60的合成和电子性质被报道。本文采用密度泛函理论对Au_（144-x）Ag_x（SR）_60的电子结构和成键进行了研究。在最佳构型下，Au_（84）Ag_（60）（SR）_（60）的芯的60个表面位置被银占据。银增强了金属核中费米能级周围的电子壳层结构，这预测了电子金属-金属跃迁开始（约0.8 eV）周围的结构化吸收光谱。计算还表明Au（5d）\rightarrow Au（6sp）和Ag（4d）\rightarrow Ag（5sp）带间跃迁在“等离子体”区域的吸收边依赖于元素，其相对强度受Ag/Au混合比控制。
2011-08-26 cond-mat.mtrl-sci physics.atm-clus physics.chem-ph
Combinatorial approach to bulk detector material engineering: Application to rapid NaI performance optimization via multi-element doping/co-doping strategy
从历史上看，掺杂体材料的发现和优化主要是通过爱迪生方法开发的。虽然成功，尽管在探测器材料物理学的基本理解不断取得进展，这一进程一直受到其固有的缓慢步伐和低成功率的限制。这种差的吞吐量在很大程度上归因于需要考虑的相当大的组成空间，以充分理解复杂的材料/性能关系。在这里，我们提出了一种组合的方法，掺杂体闪烁体材料可以快速优化其性能，通过并行的非本征掺杂/共掺杂策略。利用实验设计、快速增长和评估技术以及多变量回归分析的概念，已成功地应用于碘化钠性能的工程设计，碘化钠是闪烁探测中的一个历史性但表现平平的产品。使用这种方法，我们确定了一个三元素掺杂/共掺杂的策略，显着提高材料的性能。通过同时筛选碱土金属族中的有益共掺杂剂离子并通过优化其浓度以及Tl+和Eu 2+离子的浓度来揭示组合物。具有最佳性能的组合物被确定为0.1%mol Tl+，0.1%mol Eu 2+和0.2%mol Ca 2+。该配方显示出在662 keV处的能量分辨率和光输出分别从6.3%提高到4.9%和从44，000提高到52，000 ph/MeV。该方法，除了提高碘化钠的性能，提供了一个通用的框架，快速揭示复杂和隐藏的材料成分和性能之间的相关性，并应广泛适用于其他材料性能的优化。
2015-04-24 cond-mat.mtrl-sci
Improved thermal stability in doped MnN/CoFe exchange bias systems
我们研究了掺杂反铁磁MnN在多晶MnN/CoFe交换偏置系统中的影响，在室温下显示高达1800 Oe的高交换偏置。这些系统的热稳定性受到退火过程中发生的氮扩散的限制。为了改善热稳定性，通过密度泛函理论计算了整个周期表中取代Mn的元素的缺陷能。计算出具有负缺陷能的元素将氮更强地结合到晶格上，并且能够防止扩散。我们准备了交换偏置堆栈的掺杂浓度的百分之几（反应）共溅射，测试掺杂元素的缺陷能量范围从高度负到轻微的积极。我们发现，掺杂计算具有负缺陷能量的元素确实提高了热稳定性。掺杂浓度低于2%的Y掺杂的MnN层导致在高达485° C的退火温度下显示出高于1000 Oe的交换偏置场的系统。
2018-08-09 cond-mat.mtrl-sci
First principles study of electronic and structural properties of single walled zigzag boron nitride nanotubes doped with the elements of group IV
采用密度泛函理论研究了掺杂元素周期表第IV族元素的（10，0）-氮化硼纳米管（BNNT）的结构、电子性质和稳定性. HOMO-LUMO间隙已被强烈修改和处理的双重方式，通过选择B或N位的掺杂剂原子。形成能计算表明，B位掺杂比N位掺杂稳定.结果还表明，除了B位碳掺杂的BNNT外，所有掺杂剂都使BNNT转变为p型半导体。
2017-09-02 cond-mat.mtrl-sci
Exchange stiffness proportional to power of magnetization in permalloy co-doped with Mo and Cu
本文通过宽带铁磁共振谱研究Mo和Cu共掺杂坡莫合金，发现交换刚度常数与磁化强度满足A∝Ms^n（n≈2）的普适幂律关系，为预测掺杂坡莫合金的交换刚度提供了经验准则。
2024-01-15 cond-mat.mtrl-sci
Magnetic properties of (Fe$_{1-x}$Co$_x$)$_2$B alloys and the effect of doping by 5$d$ elements
我们已经探索，计算和实验，磁性能的\fecob{}合金。计算提供了一个很好的协议与实验方面的饱和磁化强度和磁晶各向异性能在描述钴$_2$ B的一些困难，它被发现，在动态平均场理论处理的全势效应和电子相关性是重要的正确的描述。该材料在$x=0.1$和$x=0.5$之间的钴浓度范围内表现出单轴磁各向异性。磁各向异性的温度依赖性的一个简单的模型表明，复杂的非单调的温度行为主要是由于在带结构的变化，因为交换分裂减少了温度。使用基于密度泛函理论的计算，我们已经探索了整个范围内的5 $d$过渡金属的过渡金属亚晶格的替代掺杂的效果，发现Re或W元素的掺杂应显着提高磁晶各向异性能。实验上，W掺杂没有成功地提高磁各向异性，由于形成其他相。另一方面，掺杂的Ir和Re是成功的，并导致磁各向异性，与理论预测一致。特别地，掺杂2.5~at. Re在Fe/Co位上的磁晶各向异性能与其母体（Fe $_{0.7}$ Co $_{0.3}$）$_2$ B化合物相比增加了50%，这使得该系统例如在永磁体替代材料的背景下或在其中大的磁各向异性是重要的其它领域中令人感兴趣。
2015-09-01 cond-mat.mtrl-sci
Structural and electronic properties of V2O5 and their tuning by doping with 3d elements - Modelling with DFT+U method and dispersion correction
碱性离子电池的新电极材料是一个及时的话题。在众多的正极材料中，V_2O_5是最受关注的正极材料之一。虽然具有非常高的理论容量，但在实践中，其性能受到低稳定性和差导电性的阻碍。关于V2 O 5的理论描述，普通的DFT-GGA计算不能再现电子和晶体结构。当带隙被低估时，层间距被高估，因为弱色散相互作用在GGA中没有被正确描述。在这里，我们表明，DFT+U方法和半经验D2校正的组合可以弥补GGA近似的缺点，当涉及到V2 O 5的建模。与常规PBE计算相比，PBE+U+D2计算在计算量略有增加的情况下，完全再现了V2 O 5的实验禁带，而晶格参数的误差仅为百分之几。采用所提出的PBE+U+D2方法，我们研究了3d元素（从Sc到Zn）掺杂的V2 O 5。我们发现，结构和电子参数的掺杂的影响。最重要的是，掺杂后电导率有望显著增加，这对于V2 O 5在金属离子电池中的应用非常重要。
2018-04-04 cond-mat.mtrl-sci
Substituting the main group element in cobalt - iron based Heusler alloys: Co$_2$FeAl$_{1-x}$Si$_x$
本文报道了Heusler化合物Co $_2$ FeAl $_{1-x}$ Si $_x$的电子结构计算。特别强调了主族元素在该化合物中的作用。Al被Si取代导致价电子数随着Si含量的增加而增加，并且可以被视为电子掺杂。自洽的电子结构计算进行了调查的结果，电子掺杂的磁性。发现系列化合物Co $_2$ FeAl $_{1-x}$ Si $_x$具有半金属铁磁性，其磁矩符合Slater Pauling规则。结果表明，电子掺杂稳定的间隙在少数状态$x=0.5$。
2006-12-10 cond-mat.mtrl-sci
First-Principles Insights into Metallic Doping Effects on Yttrium {10-10} Grain Boundary
本文利用第一性原理系统研究了34种金属元素掺杂对钇孪晶界的影响，揭示溶质偏析、强化机制及电子结构起源，并筛选出11种能同时提高晶界强度和稳定性的元素，为Y基合金掺杂优化提供理论依据。
2024-11-19 cond-mat.mtrl-sci
Thermoelectric power factor of pure and doped ZnSb via DFT based defect calculations
通过从头算模拟计算了纯p型ZnSb的功率因数，假设载流子浓度是由于本征锌空位的掺杂效应。随着空位浓度接近实验的溶解度极限，我们能够完美地再现多晶ZnSb样品中测得的功率因数。然后，该方法已成功地扩展到预测的ZnSb的热电性能上的非本征掺杂元素的效果。锗和锡似乎是有前途的p型掺杂元素。此外，我们给出，第一次，解释了为什么它是难以合成的多晶n型ZnSb样品。实际上，本征缺陷（锌空位）和掺杂元素（Ga或In）之间的补偿效应解释了将ZnSb转化为n型半导体所需的最佳（且相对高）掺杂剂浓度的存在。
2020-02-06 cond-mat.mtrl-sci
A high-performance cobalt-free cathode for proton-conducting solid oxide fuel cells via multi-element doping in Sr2Fe2O6
University of South China（南华大学）；S.U. Umarov Physical-Technical Institute of NAST（纳兹尔科学院 S.U. 乌马罗夫物理技术研究所）；Yancheng Institute of Technology（盐城工学院）
本研究通过多元素掺杂制备了高性能无钴阴极材料SFO-ZSSM，显著提升了质子导电SOFCs的性能和稳定性。
2026-03-02 cond-mat.mtrl-sci
Modulation doping and control the carrier concentration in 2-dimensional transition metal dichalcogenides
针对二维过渡金属二硫化物（TMDs）可控掺杂难题，提出可通过传统栅极介电氧化物掺杂候选元素实现TMD沟道p型/n型掺杂，经第一性原理计算验证Ni掺杂HfO₂可调制WSe₂空穴浓度，为TMD基晶体管商业化提供支撑。
2025-04-18 cond-mat.mtrl-sci
Studies of single doping of Mn and Fe in Si to deduce simple guidelines in selecting transition metal elements for growing Si-based spintronic materials
采用基于密度泛函理论的第一性原理方法，利用8原子、64原子和216原子的超原胞研究了Mn和Fe在Si中的单掺杂.在两种过渡金属元素（TME）之间，原子尺寸在确定替代位点处TME掺杂剂周围的相邻原子的收缩或膨胀方面起着重要作用。在四面体间隙位置，只有膨胀。计算了两个站点的磁矩/TME。这些相互关联的属性的物理起源进行了讨论。对硅基合金的生长提出了一些建议。
2011-08-18 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Barrierless procedure for substitutionally doping graphene sheets with boron atoms: ab initio calculations
利用从头算方法，我们提出了一种简单而有效的方法来取代掺杂石墨烯片硼。该方法包括选择性地将石墨烯片的每一侧暴露于不同的元素。我们首先将膜的一侧暴露于硼，而另一侧暴露于氮。以这种方式进行，B原子将自发地结合到石墨烯膜中，而没有任何活化屏障。在第二步中，该系统应暴露于富H环境，这将从层中去除CN自由基并形成HCN，从而导致完美的替代掺杂。
2008-11-25 cond-mat.mtrl-sci
Band Gap Opening in Stanene Induced by Patterned B-N doping
锡烯是一种量子自旋霍尔绝缘体，是一种很有前途的电子和光电子器件材料。采用密度泛函理论（DFT）方法研究了单掺杂（B，N）和共掺杂（B-N）对锡烯禁带宽度的影响。研究了不同模式的硼氮共掺杂对锡烯电子性质的影响。图案化的B-N共掺杂打开了锡烯中的带隙，并且半导体性质随着应变而持续。分子动力学（MD）模拟证实了这种掺杂系统的热稳定性。应力-应变研究表明，这种掺杂体系与纯锡烯一样稳定。我们的功函数计算表明，锡烯和掺杂锡烯具有比石墨烯低的功函数，因此有希望的材料，为电子器件和电子器件。
2016-12-30 cond-mat.mtrl-sci
Calculations of point defects in the layered MX2 (M=Mo, W; X=S, Te): Substitution by the groups III, V and VII elements
半导体中的掺杂性在器件性能中起着至关重要的作用。采用第一性原理密度泛函理论计算，系统地研究了层状MX2（M= Mo，W; X=S，Te）的掺杂特性.结果表明，由于晶体畸变产生的形成能较大，MX2中的缺陷BM难以形成，而AlM较之前者更容易形成。在MoS 2、WS 2和MoTe 2中，Al是III族组分中在富含阴离子的条件下最理想的p型掺杂剂，因为AlM具有相对低的跃迁能和形成能。关于V族元素的掺杂，发现由于强电负性，阳离子位点上的取代比阴离子位点上的取代具有更深的缺陷能级。MoTe 2和WTe 2中的AsTe和SbTe在富阳离子条件下倾向于形成浅受主，表明p型掺杂的高空穴浓度，而MoS 2中的SbS和WTe 2中的PTe在富阳离子条件下被证明是良好的p型候选者。尽管VII族在X位上的取代具有低的形成能，但是过渡能太高而不能实现n型MoS 2和WS 2。然而，对于MoTe 2，在阴离子位点上用第VII族元素的取代适合于n型掺杂，这是由于在富Mo条件下浅的施主能级和低的形成能。对于WTe 2，由于FTe的跃迁能较浅，F是唯一的潜在施主。我们的研究结果过滤出不利的和确定有利的掺杂剂在MX2是非常有价值的实验实现。
2018-04-26 cond-mat.mtrl-sci
Concept of deterministic single ion doping with sub-nm spatial resolution
我们提出了一种确定性的单原子注入固体依赖于作为离子源的线性离子阱的方法。我们的方法可以确定性地控制注入原子的数量和小于1 nm的空间分辨率。此外，该方法有望适用于几乎所有的化学元素。单磷或氮原子的确定性注入对于可扩展的固态量子计算机的制造是有趣的，特别是对于基于硅和金刚石的方案。纳米和亚纳米电子器件的制造具有广泛的应用前景。
2006-03-07 cond-mat.mtrl-sci
Tailoring Magnetic Doping in the Topological Insulator Bi2Se3
从理论上研究了通过磁性掺杂3d过渡金属元素在拓扑绝缘体Bi_2Se_3中建立铁磁性的可能性。采用密度泛函理论中的第一性原理计算，研究了掺杂Bi2Se3的形成能、电荷态、能带结构和磁性.我们的研究结果表明，Bi替代网站是积极更有利的比间隙网站的单一杂质。详细的电子结构分析表明，Cr和Fe掺杂的材料仍然是绝缘的，但本征带隙的Bi2Se3的大幅减少，由于掺杂剂的d态和相邻的Se原子的p态之间的强杂化。计算的磁耦合表明，Cr掺杂的Bi2Se3是可能的铁磁和绝缘，而Fe掺杂的Bi2Se3倾向于弱反铁磁。
2013-01-06 cond-mat.mtrl-sci
Effect of Element Doping and Substitution on the Electronic Structure and Macroscopic Magnetic Properties of SmFe$_{12}$-based Compounds
利用晶体场（CF）的详细分析，阐明了Sm离子的磁各向异性（MAs）增强的机制，即Sm原子的价电子和配体的屏蔽核电荷。为了研究有限温度下的磁性，我们开发了SmFe $_{12}X$（$X$ =H，B，C，N）和SmFe $_{11}M$（$M$ =Ti，V，Co）的有效自旋模型，其中磁矩，CF参数和交换场由第一性原理计算确定。利用这个模型，用最近引进的分析方法[T。Yoshioka，H. Tsuchiura和P. Novák，Phys. Rev. B { \bf 102}，184410（2020）]。在SmFe $_{12}X$中，轻元素掺杂的$X$被假定为在$2b$位置，并且在SmFe $_{11}M$中，Fe的取代位置被系统地研究为所有不等价的$8f$、$8i$和$8j$位置。我们发现，一阶MA常数$K_1$增加了约2倍，当氢掺杂到$2b$网站和Fe被取代时，由Ti或V在$8j$网站，由于长$4f$电子云的吸引力屏蔽周围的配体离子的正电荷。我们发现，当Fe被Co取代时，MA在所有温度下都增加，而与取代位点无关。取代的Co吸引电子，这降低了从Sm位点到空的$2b$位点的区域中的电子密度。这使得在Sm位点处的$4f$电子云沿着$c$ -轴方向固定，这改善了MA。计算的温度依赖性的$K_1(T)$和$K_2(T)$在SmFe $_{11}$ Co定性再现的情况下，Sm（Co $_x$ …
2021-12-30 cond-mat.mtrl-sci
Structures and Properties of $β$-Titanium Doping Trace Transition Metal Elements: a Density Functional Theory Study
为了探讨过渡金属X（X=Ag，Cd，Co，Cr，Cu，Fe，Mn，Mo，Nb，Ni，Pd，Rh，Ru，Tc，Zn）对$β$ -钛体系稳定性的影响机制，我们采用密度泛函理论（DFT）对Ti $_{0.98}$ X $_{0.02}$体系的结构、生成焓、生成自由能、弹性常数和电子结构进行了系统的计算.根据我们的计算，生成焓和自由能的结果表明，微量X的加入有利于$β$ -钛的热力学稳定性。这种行为可以用态密度（DOS）很好地解释。而Ti $_{0.98}$ X $_{0.02}$体系的四元剪切模量为负值，表明低X掺杂的$β$ -钛体系在0 K下仍是弹性不稳定的.因此，我们从理论上解释了掺杂有痕量过渡金属X的$β$ -钛在基态是不稳定的。
2020-04-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Interlayer ferromagnetism and insulator-metal transition in element-doped CrI3 thin films
二维层状材料的磁性研究引起了广泛的研究兴趣。对于具有层间反铁磁性的单斜相CrI 3，需要找到实现本征层间铁磁耦合的静态和鲁棒的方法。在这封信中，我们研究了电子结构和磁性的元素（例如，O、S、Se、N、P、As和C）掺杂的双层和三层CrI 3系统的第一性原理计算。结果表明，O、P、S、As和Se掺杂的CrI 3双层膜可以实现层间铁磁性。进一步的分析表明，掺杂少层CrI 3的层间铁磁耦合与局域自旋极化态的形成密切相关。这一发现表明，绝缘层间铁磁性可以实现在高掺杂浓度（大于8.33%）。当掺杂浓度小于8.33%，但大于2.08%时，绝缘体-金属相变可以发生，因为局部自旋极化状态渗透，形成连续的网格在几层CrI 3。
2022-11-29 cond-mat.mtrl-sci
The influence of Ga doping on magnetic properties, magnetocaloric effect, and electronic structure of pseudo-binary GdZn1-xGax (x = 0-0.1)
Ames National Laboratory（艾姆斯国家实验室）；Iowa State University（爱荷华州立大学）
研究通过Ga掺杂探讨GdZn1-xGax的磁性、磁致冷却效应及电子结构变化，揭示长程磁有序并开发平均场理论模型解释其行为
2024-10-29 cond-mat.mtrl-sci
Doping-induced Spin Reorientation in Kagome Magnet TmMn6Sn6
本文通过单晶磁性和磁输运测量及第一性原理计算，揭示了Ga掺杂对Kagome磁体TmMn6Sn6磁各向异性的调控机制，发现少量Ga掺杂即可使磁各向异性从易面逐渐转变为易轴。
2025-05-05 cond-mat.mtrl-sci
Hybrid density functional study of band gap engineering of SrTiO3 photocatalyst via doping for water splitting
过氧化氢SrTiO 3（STO）是一种有吸引力的太阳能水分解光催化剂，但由于其宽的带隙，在紫外光谱范围内的光响应有限。采用混合密度泛函理论计算方法，系统研究了通过掺杂4d和5d过渡金属M（M=Zr，Nb，Mo，Tc，Ru，Rh，Pd，Hf，Ta，W，Re，Os，Ir，Pt）和硫族元素Y（Y=S和Se）来设计其禁带宽度的方法。我们发现，过渡金属掺杂剂M要么对STO带隙没有影响，要么引入有害的中间带隙状态，除了Pd和Pt能够降低STO带隙。相比之下，掺杂S和Se显著降低了STO的直接带隙，从而导致可见光谱范围内的可感知的光吸收跃迁。研究结果表明，Pd、S和Se掺杂的STO是一种很有前途的可见光催化分解水的光催化剂，为进一步提高STO的光催化活性提供了理论指导。
2021-05-29 cond-mat.mtrl-sci
Theoretical and experimental search for ZnSb based thermoelectric materials
我们报告了半导体锌锑热电材料的理论和实验相结合的搜索。三个新的掺杂元素（钠，钾和硼）的电子性质的影响进行了研究，以及通过密度泛函计算和玻尔兹曼输运理论得到的热电系数的载流子浓度和温度依赖性。掺杂元素引起的电子排列扭曲表现为原子周围的变形电荷密度。基于能带结构、态密度和输运性质，我们发现在ZnSb基质中Na和K的存在导致p型导电性略有改善，而B的取代导致n型掺杂。由于对获得n型ZnSb基材料的强烈需求，B0.01Zn0.99Sb结构已转移到实验室，以便通过直接熔融合成。用X射线衍射和扫描电镜对样品进行了表征。
2014-08-26 cond-mat.mtrl-sci
Non-Equilibrium Spark Plasma Reactive Doping Enables Highly Adjustable Metal to Insulator Transitions and Improved Mechanical Stability for VO2
虽然二氧化钒（VO 2）在室温附近表现出最突然的金属-绝缘体转变（MIT）特性，但由于与V4+相关的高度复杂性和猜测，目前对其MIT功能的调节是不够的。在此，我们展示了一种火花等离子体辅助反应烧结（SPARS）方法，可以在很短的时间内（~10分钟）同时实现VO 2的原位掺杂和烧结。这使得通过覆盖Ti、W、Nb、Mo、Cr和Fe的掺杂元素调节VO 2的电子结构具有高度的便利性和灵活性，从而导致其金属-绝缘体转变温度（TMIT）和基本电阻率的宽范围调节。此外，高熔点掺杂氧化物的复合效应也大大提高了掺杂VO 2的机械强度。MIT性能的高度可调性和改善的机械性能进一步为VO 2在电力电子、热致变色和红外伪装方面的实际应用铺平了道路。
2023-01-02 cond-mat.mtrl-sci
Chiral charge density waves induced by Ti-doping in 1T-TaS2
采用扫描隧道显微镜（STM）测量和第一性原理计算相结合的方法研究了Ti掺杂对1 T-TaS 2电荷密度波（CDW）的影响。虽然Ti掺杂诱导的相演化似乎随着掺杂浓度（x）的增加而规律性地变化，但在x = 0.08的样品中观察到了意想不到的手性CDW相，其中Ti原子几乎完全占据了CDW团簇中的中心Ta原子。手性CDW的出现被认为是来自于掺杂增强的轨道序。只有当x = 0.08时，可能的长程轨道序才能触发手征CDW相。与其他3d元素掺杂的1 T-TaS 2相比，Ti掺杂保留了电子平带和相应的CDW相，这是手性出现的前提。我们期望引入具有强轨道特征的元素可以在广泛的一类CDW系统中诱导手性电荷序。本研究结果为进一步探索手性CDW材料开辟了另一条途径。
2021-05-20 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Synthesis of nitrogen doped single wall carbon nanotubes with caffeine
氮掺杂的单壁碳纳米管具有许多功能性优点。掺杂为控制电子能级、表面能、表面反应性和载流子密度提供了可能性。当引入碳晶格时，外壳中的额外电子改变了纳米管的电子性质。在这里，我们提出了最新的发现，在原位掺杂合成单壁碳纳米管使用咖啡因作为碳和氮的前体。一个带有两个加热元件的特殊熔炉使我们能够升华和分解固体前体。咖啡因使我们能够在一步合成过程中直接用高质量的纳米管达到高掺杂百分比。
2021-01-29 cond-mat.mtrl-sci
First-principles theory of doping in layered oxide electrode materials
在锂离子电池电极材料LiMO $_2$（M = Co，Ni，Mn）中掺杂杂质是优化其电化学性能的有效途径。在这里，我们报告了详细的第一性原理研究层状氧化物LiCoO $_2$，LiNiO $_2$，和LiMnO $_2$轻掺杂过渡金属（Fe，Co，Ni，Mn）和非过渡金属（Mg，Al）杂质使用混合密度泛函缺陷计算。我们发现，晶格位置的偏好是依赖于掺杂剂的电荷和自旋状态，这是强烈耦合到本地晶格环境，并可以通过存在的共掺杂剂（S）的影响，和主体化合物的构成元素的相对丰度在合成环境中。在杂质及其与本征点缺陷复合物的结构和能量的基础上，我们确定了所有可能的低能杂质相关缺陷复合物，从而为材料的进一步分析提供了缺陷模型。从材料建模的角度来看，这些轻掺杂的化合物也可作为模型系统，用于理解更复杂的混合金属LiMO $_2$基电池阴极材料。
2017-10-26 cond-mat.mtrl-sci
Enhanced Thermoelectric Performance through Site-Specific Doping in Tetragonal Cu$_{2}$S: A First-Principles Study
本研究利用第一性原理计算系统探讨了四方相 Cu$_{2}$S 中位点特异性掺杂对热电性能的增强机制，发现合理选择掺杂元素与浓度可显著优化载流子浓度、带边排列及输运性质，从而提升功率因子与热电优值。
2025-01-28 cond-mat.mtrl-sci
On the processing of anatase La-doped TiO2 nanopowders: structural phase transition and surface defect engineering
优化与TiO2纳米粒子光催化效率相关的物理和化学性质的努力主要依赖于缺陷工程策略，其中结构和掺杂是最常见的策略。镧系元素的掺杂可以将TiO2的光吸收转换到可见光范围，从而大大提高其光催化效率。在这里，我们表明，在氧气气氛和La掺杂的TiO 2纳米粒子的处理稳定的α相。La的掺入主要发生在纳米颗粒的表面，从而导致与未掺杂的TiO 2相比小的纳米颗粒。尽管有效的La掺杂，能量带隙的减少是由与纳米颗粒尺寸的减少相关的量子限制效应补偿的。然而，La3+离子在纳米颗粒表面上的位置诱导氧空位的局部浓度，这可以增加系统的量子效率，从而导致更高的光催化活性。
2022-03-04 cond-mat.mtrl-sci
Topological transitions to Weyl states in bulk Bi$_2$Se$_3$: Effect of hydrostatic pressure and doping
Bi $_2$ Se $_3$是一种层状三维（3D）材料，由于存在表面态和本体中0.3 eV的带隙而表现出拓扑绝缘性质。我们从第一性原理的角度研究了流体静压$P$和掺杂稀土元素对这种材料的拓扑结构的影响。我们的研究表明，在P $>$ 7.9 GPa的中等压力下，由于能带反转，体电子性质显示出从绝缘态到外尔半金属态的转变。这种电子拓扑转变可能与在$P$ =7.9 GPa下观察到的从层状范德华材料到3D系统的结构变化相关。在大的$P$态密度在费米能有显着的价值。在Bi $_2$ Se $_3$层之间插入具有小掺杂分数的Gd将系统驱动到金属反铁磁状态，其中Weyl节点低于费米能。在Weyl节点处，由于Gd原子上的大磁矩引起的有限局域场，时间反演对称性被破坏。然而，用Gd取代Bi诱导了具有增加的直接带隙的反铁磁有序。我们的研究提供了新的方法来调整拓扑转变，特别是在捕捉难以捉摸的外尔半金属状态，在3D拓扑材料。
2021-02-04 cond-mat.mtrl-sci
Electronic properties of the Rutile-type dioxide SnO2 material doped by sulfur element: DFT study
本文研究了非金属硫（S）原子对金红石型二氧化物SnO2材料电子性质的影响。事实上，我们已经使用了基于使用量子Espresso代码的密度泛函理论（DFT）应用的从头算方法。通过态密度和能带结构的计算，得到了不同浓度下的能带结构。当用6%的硫（S）掺杂SnO2材料时，我们发现在总DOS中上自旋态和下自旋态之间的完美对称性，证实了用6%的硫掺杂SnO2的该材料的非磁性行为。还值得注意的是，掺杂有6%硫的SnO2材料表现出P型半导体。此外，当增加硫掺杂SnO2的浓度时，带隙减小。我们的结果与现有文献的实验和理论都吻合得很好。
2021-08-11 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech
Transition metal (group V) doping induced spin and valley polarization in MoS$_2$ monolayer
Indian Institute of Technology（印度理工学院）
通过第一性原理计算，研究V族过渡金属（V、Nb、Ta）替代掺杂MoS₂单层，发现V掺杂产生半金属性、显著谷极化和增强压电性，为自旋电子学、谷电子学和压电纳米器件提供多功能平台。
2026-05-28 cond-mat.mtrl-sci
Half-Metallicity in Smallest Cage-like Cluster of CdTe with Doping of Transition Metal Atoms
我们报告基于第一性原理理论的半导体化学计量笼状Cd9Te9团簇的电子结构研究。在虚拟氢原子的钝化作用下，团簇的电子结构发生了显著的变化，特别是最高占据分子轨道与最低未占据分子轨道之间的能隙变宽，团簇的稳定性增强.团簇，当置换单掺杂的Cd由一组的3d和4d过渡金属原子（Ti，V，Cr，Mn，Fe，Co，Ni，Cu，Zn，Ru，Rh和Pd），被发现获得极化从自旋分辨的费米能级附近的态密度。此外，这种单掺杂在钝化簇中表现出半金属行为。每个系统的部分态密度对未掺杂团簇的映射揭示了单独掺杂每个TM原子所引起的额外能级。在3d元素掺杂中，Ti和Mn掺杂导致电子型掺杂，而所有其他情况导致空穴掺杂系统。对于所有的4d元素的研究，它是类似的掺杂与孔的Cd替代外环，而对于Ru和Rh，有电子型掺杂的情况下，在中心环的Cd的替代钝化。裸和钝化的集群，掺杂过渡金属原子的偏态密度图的比较，表明适合的笼状集群的自旋电子学应用。
2021-09-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.atm-clus
Stochastic Heterostructures in B/N-Doped Carbon Nanotubes
碳纳米管是一维的，非常窄。这些明显的事实意味着，在掺杂硼和氮的情况下，微观掺杂不均匀性比体半导体重要得多。我们考虑利用这种波动来创造有趣的设备的可能性。使用自洽紧束缚（SCTB），我们研究了重掺杂的高度补偿的纳米管，揭示了自发形成的结构类似于随机量子点链，或纳米级二极管样元素串联。我们也考虑真正孤立的杂质，揭示简单的标度性质的束缚态的大小和能量。
2001-08-10 cond-mat.mtrl-sci
Synergistic effects of rare-earth doping on the magnetic properties of orthochromates: A machine learning approach
Institute of Applied Physics and Materials Engineering, University of Macau（澳门大学应用物理及材料工程研究所）
本研究利用卷积神经网络结合实验与文献数据，预测并分析了稀土掺杂下正铬酸盐的物理性质，揭示了特定稀土元素掺杂对Néel温度的显著影响及高熵化合物的磁性变化，为优化该材料性能提供了稳健的预测框架。
2025-10-22 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph physics.comp-ph
Pb-doped p-type Bi$_2$Se$_3$ thin films via interfacial engineering
由于高密度的原生缺陷，原型拓扑绝缘体（TI）Bi $_2$ Se $_3$自然是n型的。虽然Bi $_2$ Se $_3$可以通过用2+离子取代Bi而转变为p型，但是迄今为止只有轻元素如Ca作为补偿掺杂剂是有效的。考虑到强的自旋轨道耦合（SOC）对于拓扑表面态是必不可少的，轻元素作为掺杂剂是不可取的，因为它削弱了SOC的强度。在这个意义上，Pb是最重的2+离子，在周期表中位于Bi的旁边，是Bi $_2$ Se $_3$的最理想的p型掺杂剂。然而，迄今为止，Pb掺杂不仅在薄膜中而且在体晶体中都未能实现p型Bi $_2$ Se $_3$。在这里，通过利用界面工程方案，我们已经实现了第一个Pb掺杂的p型Bi $_2$ Se $_3$薄膜。此外，在重Pb掺杂下，迁移率证明实质上高于Ca掺杂样品的迁移率，表明Pb是比Ca更少破坏性的掺杂剂。利用这种保留SOC的反掺杂方案，现在可以制造具有可调谐费米能级的Bi $_2$ Se $_3$样品，而不损害它们的拓扑性质。
2019-08-27 cond-mat.mtrl-sci
Tunable microwave absorption performance of nitrogen and sulfur dual-doped graphene by varying doping sequence
硫氮双掺杂石墨烯在氧还原反应、超级电容器和电池等领域得到了广泛的研究，但其磁性和吸附性能尚未被探索。此外，硫、氮原子的掺杂顺序对双掺杂石墨烯的形貌、结构及相应的微波吸收性能的影响还有待进一步研究。本工作采用可控的两步简易热处理方法成功制备了不同掺杂顺序的氮硫双掺杂石墨烯。第一次掺杂过程对双掺杂石墨烯样品的形貌、晶粒尺寸、层间距、掺杂程度以及最终的磁性和微波吸收性能起着决定性的作用。同时，第二掺杂步骤影响掺杂位点，并进一步对最终掺杂的石墨烯具有修复或损伤作用。双掺杂石墨烯样品具有两个明显的吸收峰，其强度由掺杂元素的顺序决定。这种具有受控掺杂顺序的氮和硫双掺杂石墨烯提供了一种策略，用于理解氮和硫作为石墨烯中的双掺杂剂之间的相互作用，并通过改变掺杂顺序进一步获得具有可调吸收带的微波吸收材料。
2020-03-23 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Charge tunable structural phase transitions in few-layer tellurium: a step toward building mono-elemental devices
近年来，在一种很有前途的半导体材料--少层碲中，发现了一种类共价的准键。这种准键提供了与典型的Te-Te共价键相当的键长和键强度，这可能导致准键和共价键之间更容易的转化。在这里，我们展示了几个结构相变之间的四个Te同素异形体在电荷掺杂的少层碲。特别地，在Te双层膜中，半导体α相可以转变为带隙更小的β相，甚至更小的γ相，然后是金属δ相。在三层结构中，金属手性α+δ相在初始电子掺杂下更稳定，导致手性的出现。除了电子结构的变化，这些转变伴随着反转中心（α-β，α-γ，α-α+δ），结构各向异性（α-γ，γ-δ）和手性（α-α+δ）的出现或消除，这可能导致光学和其他性质的实质性变化。鉴于此，这项工作为构建单元素电子和光电异质结构或器件开辟了可能性。它还为研究电荷掺杂与电学/光学性质之间的关系提供了平台。
2018-06-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Li doping kagome spin liquid compounds
铁橄榄石和锌掺杂的钾镁矾是实验上实现二维带隙可果美自旋液体的两种化合物。理论上，有人提出电荷掺杂量子自旋液体会产生奇异的金属态，如高温超导性。然而，最近的一项实验表明，成功的锂掺杂后，即使在重掺杂的情况下，也令人惊讶地显示出绝缘状态，这很难用多体物理来解释。利用第一性原理计算，对这两种化合物的锂插层掺杂效应进行了全面的研究。对于Li掺杂的六方锂矿，我们确定了Cl-（OH）$_3$ -Cl五面体位点处的优化Li位置，而不是先前推测的Cl-（OH）$_3$四面体位点。随着Li掺杂浓度的增加，由于Li离子向Cu离子的电荷转移，饱和磁化强度线性下降。此外，我们发现，Li与附近的（OH）$^-$和Cl $^-$离子形成化学键，这降低了周围的化学势，并捕获电子，如局部电荷分布所证明的，解释了实验测量的绝缘行为。虽然锌掺杂的巴氏石具有与锂掺杂的巴氏石不同的结构，但其表现出与锂掺杂的巴氏石相同的特征。我们认为Li掺杂这类Kagome自旋液体不能实现奇异金属态，其他方法还有待进一步探索，如用不同价电子的元素替代。
2017-12-20 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Very strong reduction of 1/f noise by Carbon doping in epitaxial Fe/MgO(100)12ML/Fe magnetic tunnel junctions with large density of barrier defects
本研究比较碳掺杂与未掺杂的高缺陷密度外延 Fe/MgO/Fe 磁性隧道结，发现碳通过调控缺陷弛豫、界面重构和界面共振态对称性显著抑制 1/f 噪声。
2012-04-26 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Re-Engineering Hematite: Synergistic Co-Doping Routes to Efficient Solar Water Splitting
本文通过第一性原理研究B、Y、Nb单掺杂及(B,Y)、(B,Nb)共掺杂赤铁矿，发现共掺杂可显著降低带隙、提升电导率和磁化率，为高效低成本太阳能水分解制氢提供了优化方案。
2025-08-21 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Charge effects in donor doped perovskite ferroelectrics
掺杂是调节铁电钙钛矿的物理性质的广泛使用的方法。由于掺杂会由于某些元素的取代而引起电荷，因此在掺杂样品中应考虑电荷效应。为了了解电荷如何影响系统，我们将偶极-电荷相互作用纳入我们的模拟中，在模拟中可以很好地再现捏滞回线。提出了两种电荷补偿模型并进行了数值研究，以了解镧掺杂对BaTiO $_{3}$铁电相变温度和电滞回线的影响。两个电荷补偿模型的后果进行了比较和讨论。
2019-10-07 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Enhancement of photocatalytic performance of V2O5 by rare-earth ions doping, synthesized by facile hydrothermal technique
稀土（RE）元素[钬（Ho）和镱（Yb）]以一系列掺杂浓度（1摩尔%，3摩尔%，和5摩尔%）采用环境友好的水热法成功合成了三聚氰胺。并分析了稀土离子对掺杂V_2O_5光催化效率的影响。通过X射线衍射证实了掺杂V2O5具有稳定的正交晶系晶体结构，没有第二相，并且对于3摩尔%产生了高应力条件。计算了晶粒尺寸、应变和位错密度，以了解掺杂对裸V2O5的影响。用紫外-可见光谱法测定了其光学特性。发现随着掺杂浓度的增加而增加的折射率;然而，带隙保持在可见光范围内。的光催化性能进行了检查的化合物与不同的pH值，并观察到，较高的效率表现为pH值为7和催化剂浓度为500 ppm。在3mol. %时，降解率最高，分别为93%和95的Ho和Yb掺杂的V2O5样品在2小时内，分别。结果表明，稀土离子对V_2O_5的催化性能有显著的影响，并解释了其催化性能优异的机理。
2023-01-17 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Anomalous doping effect in black phosphorene from first-principles calculations
利用第一性原理密度泛函理论计算，我们研究了III、IV、V和VI族元素取代掺杂磷烯片的几何结构、电子结构和热力学稳定性.我们发现磷烯的电子性质被掺杂剂原子中的价电子数大大改变。具有偶数价电子的掺杂剂使得掺杂的磷烯具有金属特征，而具有奇数价电子的掺杂剂保持半导体特征，其具有比未掺杂的磷烯更大的带隙。这种偶奇行为归因于磷烯特殊的成键特性以及掺杂剂与磷烯之间的sp轨道的强杂化。计算了磷烯中各种取代型掺杂剂的形成能，结果表明，这种掺杂体系可以是晶体稳定的。
2015-05-21 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Using ZnO-CdS composite nanofibers in the photolytic activity under sunlight irradiation
Mustansiriyah University（穆斯塔恩西里亚大学）
本研究通过电纺技术制备ZnO-CdS复合纳米纤维，探讨不同CdS掺杂浓度对光解活性的影响。
2023-01-14 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Boron Clusters for Metal-Free Water Splitting
本研究提出将缺电子硼团簇作为无过渡金属的析氧反应催化剂，通过空穴掺杂使其活性超越Co3O4，并揭示了由B12团簇与水分子独特相互作用驱动的水活化新机制。
2025-08-13 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
