Phonon- and defect-limited electron and hole mobility of diamond and cubic boron nitride: a critical comparison
金刚石和立方氮化硼（cBN）是两种最有前途的超宽带隙（UWBG）半导体材料，在大功率高频电子器件中有着广泛的应用前景。然而，尽管对这些材料中的载流子输运进行了广泛的研究，但它们报道的载流子迁移率存在很大的差异。在这项工作中，我们调查的声子和掺杂剂有限的电子和空穴迁移率的cBN和金刚石原子第一性原理计算，以了解其基本上限载流子输运。我们的研究结果表明，虽然声子限制的电子迁移率cBN和金刚石之间是可比的，空穴迁移率是显着较低的cBN由于其较重的空穴有效质量。此外，尽管晶格散射在低掺杂下主导迁移率，但由于高掺杂剂电离能，中性杂质散射在较高掺杂剂浓度下成为主导散射机制。我们的分析提供了关键的见解，并揭示了金刚石和cBN的载流子迁移率作为掺杂和温度的函数在高功率电子器件中的应用的固有上限。
2021-08-09 cond-mat.mtrl-sci
Study of magnetic iron nitride thin films deposited by high power impulse magnetron sputtering
本文研究了用高功率脉冲磁控溅射（HiPIMS）和直流磁控溅射（dc-MS）方法制备的氮化铁（Fe-N）薄膜的相组成、结构和磁性。在沉积过程中的氮分压系统地改变在HiPIMS和dc-MS。所得的Fe-N薄膜的微观结构，磁性能和氮浓度进行了表征。我们发现，HiPIMS沉积的Fe-N薄膜显示出球状纳米晶结构和改善的软磁性能。此外，有人发现，氮的反应性阻碍在HiPIMS相比，DC-MS。所获得的结果可以理解在不同的等离子体性质的HiPIMS。
2014-11-22 cond-mat.mtrl-sci
Extraordinary quasiparticle scattering and bandwidth-control by dopants in iron-based superconductors
由于晶体结构和掺杂方式的不同，铁基超导体的相图呈现出极大的多样性。利用角分辨光电子能谱（ARPES）系统地研究了化学取代对不同系列铁基超导体电子结构的影响。除了异价掺杂对费米面拓扑结构的控制外，我们还发现了两个更为显著的掺杂效应：1。准粒子散射的网站和带的依赖性;更重要的是2。在铁-阴离子层中通过等价和异价掺杂剂的普遍和显著的带宽控制。此外，我们还发现，通过施加化学压力或掺杂电子都可以实现带宽控制，但不能通过掺杂空穴来实现。这些结果与本文提供的其他结果一起，完成了掺杂剂的电子效应的微观图像，这有助于统一理解各种铁基超导体的各种相图和许多公开问题的解决方案。
2014-04-27 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
Formation of iron nitride thin films with Al and Ti additives
在这项工作中，我们研究了铁氮化物（Fe-N）相的形成过程中，使用2at.% Al或2原子% Ti作为添加剂。在沉积过程中使用不同量的氮，用磁控溅射技术制备样品。氮气分压（\pn）在0-50%（剩余氩气）之间变化，溅射纯Fe、[Fe+Ti]和[Fe+Al]的靶。当使用\pn $\leq$ 10 \p溅射时，添加少量Ti或Al可改善软磁性能。当\pn增加到50 \p时，形成非磁性Fe-N相。我们发现，在\pn =50%时添加Al或Ti形成一氮化铁（FeN）相（N at% $\sim$ 50），而在不存在这种添加的情况下形成\eFeN相（N \pat $\sim$ 30）。结果发现，总的氮含量可以显着增加与Al或Ti的添加。在此基础上提出了Al和Ti添加剂中Fe-N相的形成机理。
2011-09-13 cond-mat.mtrl-sci
Growth of rhombohedral boron nitride crystals using an iron flux
本文报道了常压下用铁熔剂法生长高质量菱方氮化硼晶体，并通过X射线衍射、光致发光和拉曼光谱证实其以菱方相为主且声子特性与理论计算高度一致。
2025-09-21 cond-mat.mtrl-sci
Self-compensation by silicon $DX$ centers in ultrawide-bandgap nitrides
US Naval Research Laboratory（美国海军研究实验室）
研究揭示硅在宽禁带氮化物中通过捕获电子实现自补偿，限制自由电子浓度，影响掺杂激活效率。
2026-04-10 cond-mat.mtrl-sci
Reversible nanopore sealing and in situ iron oxide nanoparticle synthesis on thin silicon nitride membranes
Goeppert LLC（Goeppert公司）；University of Pennsylvania（宾夕法尼亚大学）
该研究通过化学反应在硅氮化物纳米孔内原位合成铁氧化物粒子，实现了纳米孔的可逆密封与恢复，为生物传感、等离子体和光子学应用提供了新型纳米粒子-纳米孔芯片技术。
2025-12-01 cond-mat.mtrl-sci
Effect of Al doping on phase formation and thermal stability of iron nitride thin films
本文系统地研究了Al掺杂对氮化铁（Fe-N）薄膜相形成的影响。具有不同Al浓度（Al=0、2、3、6和12 at.%）的Fe-N薄膜使用DC磁控溅射通过在0至100%之间改变氮分压来沉积。利用X射线衍射和极化中子反射率研究了薄膜的结构和磁性。观察到在最低掺杂水平（2at.%）下，的Al），与未掺杂的样品相比，在较低的氮分压下形成富氮的非磁性Fe-N相。有趣的是，我们观察到当Al掺杂增加超过3at.%时，与未掺杂的样品相比，在较高的氮分压下出现富氮的非磁性Fe-N相。并对薄膜的热稳定性进行了研究。在10%氮分压下沉积的非掺杂Fe-N薄膜具有较差的热稳定性。Al掺杂2at.%而对于3、6和12 at.%，Al掺杂时，显示出显著的改善。用Fe-N和Al-N热力学解释了所得结果。
2015-05-20 cond-mat.mtrl-sci
Competing Ferromagnetic and Anti-Ferromagnetic interactions in Iron Nitride $ζ$-Fe$_2$N
本文在自旋极化第一性原理电子结构计算的基础上讨论了氮化铁zeta相即$ζ$ $_2$ N的磁性状态，并对已发表的数据进行了评述。我们的第一性原理研究结果表明，$ζ$ -Fe $_2$ N的基态是铁磁性的（FM），在Fe位上的磁矩为1.528 $μ_\text{B}$。FM基态比反铁磁（AFM）态低8.44 meV，比非磁性（NM）态低191 meV/分子式单位。这些结果对于声称$ζ$ $_2$ N在低于10 K时经历AFM转变的报道和在高达4.2K时未观察到任何磁性转变的其他报道是重要的。我们认为，低于10 K的AFM转变的实验结果是不确定的，我们提出了竞争的FM和AFM的超交换相互作用的Fe位介导的氮原子之间的存在，这是一致的Goodenough-Kanamori-Anderson规则。我们发现反铁磁耦合的Fe位的数量超过铁磁耦合的Fe位，导致稳定的FM基态。一个斯通纳分析的结果也支持我们的FM基态的索赔。
2017-06-19 cond-mat.mtrl-sci
Computational study of boron nitride nanotube synthesis: how catalyst morphology stabilizes the boron nitride bond
为了理解为什么氮化硼纳米管生长的催化方法比碳纳米管差得多，我们使用第一性原理计算来研究在铁催化剂上形成N2，B2和BN分子的元素反应的能量学。我们观察到，在这些小分子的情况下，催化活性受到铁表面上B2形成的阻碍。我们还观察到，我们的纳米颗粒模型中存在的台阶边缘的局部形态使氮化硼分子相对于B2稳定，这是由于台阶边缘同时为氮和硼提供具有不同配位的位点的能力。我们的研究结果强调了高产量的BN纳米管的化学气相沉积生长的原子步骤的重要性，并可能勾勒出提高效率的方法的新方向。
2009-09-02 cond-mat.mtrl-sci
Thin-Film Stabilization and Magnetism of η-Carbide Type Iron Nitrides
National Laboratory of the Rockies（落基山国家实验室）；University of Michigan（密歇根大学）；Stanford University（斯坦福大学）
本研究通过薄膜合成探索了η-氮化物的相稳定性与磁性，发现Fe-Mo-N体系在更宽的组成和热力学范围内稳定，并揭示了磁性行为对化学计量比的敏感性。
2026-03-04 cond-mat.mtrl-sci
Composition-dependent Thin-film Synthesis of Layered Ternary Iron Nitrides FeMN2 (M = W, Mo)
National Laboratory of the Rockies（落基山国家实验室）；Korea Advanced Institute of Science and Technology (KAIST)（韩国科学技术院）；Stanford University（斯坦福大学）；Colorado School of Mines（科罗拉多矿业学院）；Idaho National Laboratory（爱达荷国家实验室）
通过反应溅射和NH3退火制备层状FeMN2薄膜，研究成分对相形成、织构及电磁性质的影响，发现FeWN2和FeMoN2存在不同的结构适应机制。
2026-09-17 cond-mat.mtrl-sci
Oxidising and carburising catalyst conditioning for the controlled growth and transfer of large crystal monolayer hexagonal boron nitride
层状氮化硼（h-BN）作为2D材料技术的必要支撑体、密封剂和阻挡层是公认的，而且最近还作为活性物质用于从双曲超颖表面到室温单光子源的应用。对于h-BN层，迫切需要具有成本效益的、可扩展的和高质量的生长技术。我们利用广泛可用的铁箔的催化化学气相沉积（CVD）的h BN和报告的显着作用的散装溶解物种在h-BN CVD，特别是溶解氧和碳之间的平衡。一个简单的预生长调节步骤的铁箔，使我们能够定制一个容错的可扩展的CVD工艺，以得到非常大的h-BN单层域。我们还开发了一种简便的方法，通过控制湿度氧化和随后的快速蚀刻薄的界面氧化铁，从而避免了大量的箔的杂质，用于改善转移生长的h-BN远离铁表面。我们展示了晶圆级（2英寸）生产，并利用这种h-BN作为石墨烯的保护层，用于集成（光）电子器件制造。
2020-11-26 cond-mat.mtrl-sci
Diffusion of Be in gallium nitride: Experiment and modelling
通过分析无限热源下铍在氮化镓中随温度变化的扩散曲线，研究了铍在氮化镓中的扩散机制。将铍原子注入到通过卤化物气相外延在氨的氮化镓衬底上结晶的高结构质量的氮化镓层中。在1000 ° C和1400 ° C之间的不同温度下，在高氮气压力下进行注入后退火。通过二次离子质谱法分析了注入和退火样品中的铍离子分布。结果表明，掺杂剂的扩散是两种机制的结合：快速间隙扩散和缓慢的替代扩散。的指前因子以及激活能为两个扩散路径进行了测定。根据铍的深度分布特征，计算了镓空位和间隙铍的形成能，并与理论值进行了比较。
2020-01-21 cond-mat.mtrl-sci
Neutron powder diffraction study on the iron-based nitride superconductor ThFeAsN
本文报道了新发现的超导氮化物ThFeAsN在$T_c=$ 30 K下的中子衍射和输运结果。从300 K冷却到6 K，没有观察到磁转变，但在160 K附近观察到弱的结构畸变。电阻率、霍尔输运和晶体结构的分析表明，该材料表现为电子最佳掺杂的磷属元素化物超导体，这是由于氮位缺氮或氧占据产生的额外电子以及低砷高度可能增强电子巡回性，降低电子关联，从而抑制静态磁序。
2017-04-11 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el cond-mat.supr-con
Acoustic and Optical Phonon Frequencies and Acoustic Phonon Velocities in Silicon-Doped Aluminum Nitride Thin Films
University of California, Los Angeles（加州大学洛杉矶分校）；California NanoSystems Institute, University of California, Los Angeles（加州大学洛杉矶分校加利福尼亚纳米系统研究所）；Arizona State University（亚利桑那州立大学）；Auburn University（奥本大学）
研究硅掺杂铝氮化物薄膜中声学与光学声子频率及声学声子速度，通过布拉格-曼德尔施塔姆和拉曼光散射谱学测量声学与光学声子频率，揭示掺杂硅对薄膜应变和位错密度的影响，优化超宽禁带半导体异质结及高功率器件热阻。
2024-08-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Fe dopant in ZnO: 2+ vs 3+ valency and ion-carrier s,p-d exchange interaction
II-VI族半导体中过渡金属离子的掺杂剂表现出天然的2+价态。尽管如此，以前报道了ZnO中的3+或混合3+/2+价的铁离子。到目前为止，已经提出了几种相互矛盾的机制来解释这一事实。在这里，我们分析了铁价在ZnO的补充理论和实验研究。广义梯度近似（GGA+U）的计算表明，Fe离子是一个相对较浅的施主。在理想的ZnO中，其稳定电荷态为Fe ~（2+），而在实际样品中，（+/0）跃迁能级的高能量增强了Fe ~（2+）对Fe ~（3+）的补偿作用。利用电子顺磁共振、磁力计、电导率、激子磁圆二色性和磁光致发光等实验方法，我们证实了多晶（Zn，在Fe施主电离能为0.25 +/-的情况下，我们预测了掺杂Fe后n型电导率的增加0.02 eV与理论考虑的结果一致。此外，我们的磁光测量证实了计算的非零s，p-d交换带载流子之间的相互作用和本地化的磁矩的Fe 3+离子在ZnO中，是迄今为止一个悬而未决的问题。
2016-12-02 cond-mat.mtrl-sci
Primary Defect Production in Doped Iron Grain Boundaries during Low Energy Collision Cascades
本研究通过分子动力学模拟揭示晶界特性及掺杂元素对铁中低能碰撞级联缺陷产生的影响，提出晶界工程可提升材料抗辐照性能。
2024-03-18 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Doping-limitations of cubic boron nitride: effects of unintentional defects on shallow doping
立方氮化硼（cBN）是一种超宽带隙、超硬材料，具有极温、极压应用的潜力。使用cBN的pn结的原理验证在近三十年前就已被证明。然而，到目前为止，仍然存在两个未解决的挑战，阻止其在技术中的实际应用：（i）难以生产高质量的cBN膜，以及（ii）难以可控地对其基质进行n掺杂和p掺杂。在这项理论工作中，我们研究了掺杂限制的原因，这是实现基于cBN的电子学的一个尖锐问题。特别是，我们发现，不同的无意中存在的本征和非本征缺陷作为补偿缺陷和/或引入陷阱状态。反过来，这些缺陷及其复合物的存在会影响浅掺杂剂[硅和铍]的掺入以及电子结构特性，这些浅掺杂剂是有意引入到n型和p型掺杂cBN中的。我们的掺杂限制的分析提供了一个路径，找到可控的n-和p-掺杂cBN的解决方案。
2021-07-09 cond-mat.mtrl-sci
Nanocrystallization and Amorphization Induced by Reactive Nitrogen Sputtering in Iron and Permalloy
采用磁控溅射技术在室温下用Ar+N2混合气体制备了铁和坡莫合金Ni 80 Fe 20的薄膜。在溅射过程中，氮气分压在0至100%的范围内变化，保持总气体流量恒定。在较低的氮分压RN 2 <33%时，Fe和NiFe首先形成纳米晶结构，氮分压的增加导致非晶结构的形成。在中等氮分压下，获得了Fe和NiFe的氮化物，而在更高的氮分压下，氮化物本身变成纳米晶或非晶。沉积膜的表面，结构和磁性进行了研究，使用X射线反射和衍射，透射电子显微镜，极化中子反射率和使用直流提取磁强计。发现非晶薄膜的生长行为与多晶或纳米晶薄膜不同。FeN的软磁性能在纳米晶化后得到改善，而NiFeN的软磁性能则有所下降。本文讨论了反应氮溅射在Fe和NiFe中诱导纳米晶化和非晶化的机理。
2004-12-23 cond-mat.mtrl-sci
A theoretical analysis on highly spin-polarized transport of iron nitride Fe_4N
为了提出一种具有高自旋极化输运的铁磁体，我们从理论上分析了具有钙钛矿型结构的体相Fe $_4$ N的电导率的自旋极化比，其中N位于fcc-Fe的体中心位置。自旋极化率由$P = (σ_\uparrow - σ_\downarrow) / (σ_\uparrow + σ_\downarrow )$定义，其中$σ_{\uparrow(\downarrow)}$是上自旋（下自旋）在零温度下的电导率。电导率是通过使用Kubo公式和Slater Koster紧束缚模型获得的，其中参数由紧束缚模型的色散曲线与第一性原理计算的色散曲线的最小二乘拟合确定。在费米能附近，$|P|$几乎为1.0，表明完全自旋极化输运。此外，通过比较Fe $_4$ N和fcc-Fe（Fe $_4$ N $_0$）在铁磁状态下的平衡晶格常数，表明非磁性原子N在增加$|P|$中起重要作用.
2006-04-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci quant-ph
First-principles study of the magnetic anisotropy of ultrathin B-, C-, and N-doped FeCo films
本文采用DFT方法系统研究了B、C、N掺杂对九层FeCo薄膜磁各向异性和磁化强度的影响，揭示了掺杂原子对局域磁矩及层间磁性能的调控机制。
2023-10-18 cond-mat.mtrl-sci
Impurity effects in Cu$_2$O
从科学和技术的角度来看，宽禁带半导体的掺杂都是一个有趣的问题。这个问题的一个众所周知的例子是Cu $_2$ O的掺杂。唯一的元素，产生了一个数量级的增加，在铜$_2$ O散装样品的导电性是氯，如我们和其他人以前报道。然而，由于少数载流子扩散长度的减小，用这种材料生产的太阳能电池没有显示出性能的任何改善。在本文中，我们调查的其他杂质的影响，以检查其可能的用途作为掺杂剂，并评估其对少数载流子扩散长度的影响。在用于生产Cu $_2$ O的氧化之前，通过蒸发在起始铜片上引入了七种杂质：铬（Cr）、铁（Fe）、银（Ag）、硅（Si）、钠（Na）、硫（S）和磷（P）。实验表明，浓度为20 ppm的这些掺杂剂对电阻率和迁移率都没有任何相关影响。对少数载流子扩散长度的影响也可以忽略不计，除了钠会产生轻微的样品退化。
2013-10-20 cond-mat.mtrl-sci
Proximity Effect of Epitaxial Iron Phthalocyanine Molecules on High-Quality Graphene Devices
在石墨烯上沉积磁性绝缘体是通过交换邻近相互作用在石墨烯中引入磁性以用于未来自旋电子学应用的有希望的途径。基于分子的磁体由于其合成的多功能性而可能提供独特的机会。在这里，我们研究了外延铁酞菁（FePc）分子的磁邻近效应的高品质的单层和双层石墨烯器件上的六方氮化硼衬底，通过探测本地和非本地输运。虽然FePc分子引入了大空穴掺杂效应和迁移率下降，但磁性邻近在单层石墨烯中的磁场下产生了倾斜的反铁磁状态。在双层石墨烯和FePc异质结构器件上，非局域输运揭示了明显的塞曼自旋霍尔效应。在双层散射机制的进一步分析表明，占主导地位的长程散射。我们在石墨烯/有机磁性绝缘体异质结构中的发现为在二维自旋电子器件中使用分子基磁体提供了新的见解。
2021-03-24 cond-mat.mes-hall 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
Stability and magnetism of FeN high-pressure phases
实验发现的铁-氮体系中的化合物属于Fe-N相图的低浓度部分。在我们的论文中，这是基于从头计算，我们已经研究了高压铁单氮化物相，特别是具有NiAs型结构的新的磁性相的形成和稳定性。我们已经研究了动态，热力学和电子性质，如电子相关性和压力引起的相位稳定的作用。我们证明了新的六方FeN相在很宽的外压范围内是稳定的，并且在零压下可以形成亚稳相。结果表明，它具有相对小的居里温度，并可能具有非共线磁性。
2018-08-06 cond-mat.mtrl-sci physics.geo-ph
Artical Functionalization of structural and electronic properties of multiferroic SrTiO3 thin films
本研究评估了Ni、Y和Fe等过渡金属掺杂对多铁SrTiO3薄膜结构与电子性质的影响，采用磁控脉冲沉积及XRD、SEM、XPS等技术进行表征，旨在改善其价带间隙并推动光催化等光伏技术应用。
2024-10-14 cond-mat.mtrl-sci
Fe and N self-diffusion in amorphous FeN: A SIMS and neutron reflectivity study
用二次离子质谱（SIMS）技术同时测量了非晶态氮化铁（Fe_（86）N_（14））中铁和氮的自扩散。此外，还利用中子反射率（NR）技术研究了Fe在该化合物中的扩散。在SIMS测量中，观察到在不同温度下等温真空退火后，夹在Fe_（86）N_（14）层之间的57 Fe_（86）N_（14）示踪层的加宽。在[Fe_（86）N_（14）/57 Fe_（86）N_（14）]_（10）多层膜中观察到等温退火后布拉格峰强度的衰减。在这两种测量中的非晶相的结晶温度以下观察到强的扩散系数的结构弛豫。从SIMS测量观察到，在给定温度下，Fe扩散比氮小约2个数量级。NR测量表明，Fe自扩散机制与金属-金属型金属玻璃中的Fe自扩散机制非常相似。发现Fe和N扩散的结构弛豫时间相当，表明所获得的弛豫时间基本上属于非晶相的结构弛豫。
2008-07-08 cond-mat.mtrl-sci
Polarized neutron reflectometry study of Fe16N2 with Giant Saturation Magnetization prepared by N Inter-diffusion in Annealed Fe-N Thin Films
报道了一种通过氮互扩散法制备具有巨饱和磁化强度的氮化铁薄膜的方法。通过对生长在GaAs（001）衬底上的Fe/Fe-N结构薄膜进行后退火，氮从过掺杂的类非晶Fe-N层扩散到应变的晶态Fe层中，促进了亚稳Fe 16 N2相的形成。作为探索极化中子反射仪，深度依赖性的MS配置文件可以很好地描述了一个模型与一个巨大的MS高达2360 emu/cm 3的存在下，在近衬底界面，对应于这些退火膜的应变区域。这远大于目前已知的极限（Fe 65 Co 35，Ms \sim 1900 emu/cm 3）。本合成方法可用于开发未来磁纪录应用的写入材料。
2012-11-02 cond-mat.mtrl-sci
Localized crystallization of Ce:YIG thin films on Si using CO2 laser annealing for integrated nonreciprocal photonic device applications
National Engineering Research Centre of Electromagnetic Radiation Control Materials, University of Electronic Science and Technology of China（电磁辐射控制材料工程技术研究中心，电子科技大学）；State Key Laboratory of Electronic Thin-Films and Integrated Devices, University of Electronic Science and Technology of China（电子薄膜与集成器件国家重点实验室，电子科技大学）
研究使用CO2激光退火探索Ce:YIG薄膜用于集成光子器件应用的结晶和磁光特性，并制备了基于SiN上Ce:YIG薄膜的MZI型光隔离器，实现了一定的饱和法拉第旋转、传播损耗、隔离比和插入损耗。
2026-07-21 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
