Designing and discovering a new family of semiconducting quaternary Heusler compounds based on the 18-electron rule
具有相当大的带隙的金属间化合物因其不寻常的性质而引人注目，但却很少见。在这里，我们提出了一个新的家庭稳定的半导体四元Heusler化合物，设计和发现的高通量\textit{ab initio}计算的基础上的18电子规则。本文报道的99种新半导体采用有序的四元Heusler结构，原型为LiMgSnPd（F $\bar{\mathbf{4}}$ 3 m，No.\，216)并且每个分子式单元含有18个价电子。它们是通过用小的正电性原子填充半赫斯勒结构中的空隙来实现的，即，锂。这些新的稳定的四元Heusler半导体材料具有0.3 ~ 2.5eV的禁带宽度，并表现出一些不同于传统半导体材料的特殊性质，如强光吸收、巨介电屏蔽和高Seebeck系数等，预示着这些半导体材料在光伏和热电材料方面具有潜在的应用前景.虽然这项研究为进一步探索这种新型的半导体四元Heusler开辟了途径，但本文使用的设计策略广泛适用于潜在的广泛的化学物质，以发现新的稳定材料。
2018-02-13 cond-mat.mtrl-sci
Highly Polarizable Semiconductors and Universal Origin of Ferroelectricity in Materials with a Litharge-Type Structural Unit
Westlake University（西湖大学）；Zhejiang University（浙江大学）
研究发现具有石英型结构单元的材料具有高极化率和铁电转变的普遍起源，为多功能材料设计提供新机遇。
2024-12-16 cond-mat.mtrl-sci
Probing polaron excitation spectra in organic semiconductors by photoinduced-absorption-detected two-dimensional coherent spectroscopy
我们报告了一种新的二维相干激发光谱的理论描述和实验实现的基础上准稳态光诱导吸收测量的长寿命的非线性人口。我们研究了一个荧光聚合物：富勒烯衍生物的分布式异质结构，通过测量二维激发光谱的光致发光，光电流和光诱导吸收的亚稳态极化产物。我们得出的结论是，光致吸收探针是这个二维相干光谱家族中可行且有价值的探针。
2016-06-05 cond-mat.mtrl-sci
Why all the fuss about 2D semiconductors?
石墨烯不再是唯一的;一个原子级薄的2D半导体家族已经出现。光电子学和光子学的应用尚处于实验阶段，但未来前景广阔。
2016-04-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Switching of topological phase transition from semiconductor to ideal Weyl states in Cu$_2$SnSe$_3$ family of materials
Guilin University of Technology（桂林理工大学）；Key Laboratory of Low-dimensional Structural Physics and Application, Education Department of Guangxi Zhuang Autonomous Region（广西低维结构物理与应用重点实验室）
通过化学掺杂实现半导体到理想Weyl半金属的拓扑相变，无需破坏时间反演对称性或修改晶格对称性。
2025-12-11 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Monolayer MnX and Janus XMnY (X, Y= S, Se, Te): A New Family of 2D Antiferromagnetic Semiconductors
我们提出了一个新的二维反铁磁（AFM）锰硫族化合物，即单层MnX和Janus XMnY（X，Y= S，Se，Te）的结构，电子和磁性的第一性原理结果，其中单层MnSe最近在实验中合成[ \href{https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acsnano.1c05532}{ACS Nano 15 (8),13794 (2021)} ]。通过声子色散和\textit{ab-initio}分子动力学模拟的计算，我们首先证实，这些系统，其特征在于由一个非常规的强耦合双层原子结构（由锰原子扣硫族元素形成顶部和底部铁磁（FM）平面与反平行自旋取向）是动态和热稳定的。磁性能的分析表明，这些材料具有强大的AFM秩序，保持了更低的能量比FM状态，即使在应变。我们的电子结构计算表明，原始的MnX和他们的Janus对应物是间接带隙半导体，覆盖了很宽的能量范围，并显示可调的带隙的应用双轴拉伸和压缩应变。有趣的是，由于不存在反转和时间反演对称性，以及在面外方向上存在不对称势，Janus XMnY成为自旋分裂带隙系统，呈现出丰富的物理尚待探索。我们的研究结果提供了新的见解，在这种物理，并强调了这些二维锰硫族化物在AFM自旋电子学的潜力。
2022-04-11 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Ferromagnetism and impurity band in a new magnetic semiconductor: InMnP
采用Mn离子注入和脉冲激光退火的方法合成了Ⅲ-Mn-V族铁磁半导体材料InMnP。居里温度为42 K时，观察到明显的铁磁磁滞回线和垂直磁各向异性。大的负磁电阻和磁圆二向色性以及反常的霍尔效应进一步证明了InMnP中的铁磁有序。努力理解的传输机制InMnP使用的理论模型。我们发现InP的价带不与重掺杂铁磁InMnP的杂质带合并。我们的研究结果表明，杂质带传导是Mn掺杂的III-V族半导体具有深Mn受体能级的特征。
2014-04-08 cond-mat.mtrl-sci
Heavily Doped Semiconductor Nanocrystal Quantum Dots
杂质原子对半导体的掺杂使其在微电子和光电子学中得到了广泛的技术应用。对于胶体半导体纳米晶体，一种新兴的材料家族，其尺寸，成分和形状控制提供了广泛可调的光学和电子特性，掺杂已被证明是难以捉摸的。这既源于如何引入单一杂质的合成挑战，也源于对强量子限制下的重掺杂极限缺乏基本理解。我们开发了一种方法来掺杂半导体纳米晶体与金属杂质提供控制的带隙和费米能量。结合光学测量，扫描隧道光谱和理论揭示了一个有限的杂质带和带尾的出现。掺杂的成功控制及其理解提供了n-和p-杂质半导体纳米晶体，其极大地增强了这种材料在太阳能电池、薄膜晶体管和光电子器件中的潜在应用。
2021-05-23 cond-mat.mtrl-sci
Analysis of the Optical Properties and Electronic Structure of Semiconductors of the Cu2NiXS4 (X = Si, Ge, Sn) Family as New Promising Materials for Optoelectronic Devices
S.U. Umarov Physical-Technical Institute of the National Academy of Sciences of Tajikistan（塔吉克斯坦国家科学院S.U.乌马罗夫物理技术研究所）
通过第一性原理计算研究Cu2NiXS4家族半导体的光学和电子性质，发现带隙随元素替换降低，为光电设备提供新材料。
2026-01-05 cond-mat.mtrl-sci
Two-dimensional magnetic semiconductors with room Curie temperatures
我们提出了二维Ising型铁磁半导体TcSiTe 3，TcGeSe 3和TcGeTe 3，具有高居里温度约200-0500 K。由于大的自旋轨道耦合，在这些有趣的二维材料中发现了大的磁晶各向异性能（MAE）、大的反常霍尔电导率和大的磁光克尔效应。通过比较所有可能的二维MGeTe 3材料（M = 3d，4d，5d过渡金属），我们发现一个大的轨道矩约0.5 $μ$ B每个原子和一个大的MAE TcGeTe 3。大的轨道矩被揭示来自这些Tc基2D材料中可比的晶体场和电子相关性。高居里温度的微观机制也被解决。我们的研究结果揭示了二维Tc基材料独特的磁性行为，并提出了一个家庭的二维铁磁半导体与大MAE和克尔旋转角，将有广泛的应用在设计自旋电子器件。
2020-01-06 cond-mat.mtrl-sci
Strain-induced semiconductor to metal transition in MA2Z4 bilayers
最近，一种新型的二维层状材料MoSi_2N_4被制备出来，它是半导体的，具有弱的层间相互作用，高强度和优异的稳定性。从理论上系统地研究了垂直应变对MA_2 Z_4（M=Ti/Cr/Mo，A=Si，Z=N/P）双层膜电子结构的影响。以双层MoSi_2N_4为例，我们的第一性原理计算表明，其间接带隙随垂直压应变的增加而单调减小。在约22%的临界应变下，它经历了从半导体到金属的转变。我们将此归因于不同层中的状态的相反的能量移位，其起源于由界面附近的两个内部子层之间的不对称电荷转移引起的内建电场。在其他应变MA 2 Z4双层中观察到类似的半导体到金属转变，并且实现这种转变的估计临界压力与半导体过渡金属二硫属化物在相同的顺序内。在MA 2 Z4双层膜家族中观察到的半导体到金属的转变为它们的电子性质的应变诱导工程提供了有趣的可能性。
2020-09-18 cond-mat.mtrl-sci
Two-dimensional Rashba semiconductors and inversion-asymmetric topological insulators in monolayer Janus MAA'ZxZ'(4-x) family
本文通过第一性原理系统研究135种单层Janus MAA'ZxZ'(4-x)材料，发现26种Rashba半导体及多种反演不对称拓扑绝缘体，揭示了Rashba劈裂、能带反转与自旋织构的调控规律，为非线性光电子学提供了候选材料。
2025-04-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
The atlas of ferroicity in two dimensional MGeX3 family: room-temperature ferromagnetic half metals and unexpected ferroelectricity and ferroelasticity
二维铁磁和铁电材料因其自发对称性破缺所带来的新颖性质和广泛的应用前景而受到人们的广泛关注。本文采用高通量的第一性原理计算，系统地研究了一个大家族（148个）的二维MGeX 3（M =金属元素，X = O/S/Se/Te），并着重研究了它们可能的铁磁性、铁电性和铁弹性.我们发现了8个稳定的二维铁磁体，包括5个半导体和3个半金属，21个二维反铁磁体，和11个稳定的二维铁电半导体，包括两个多铁性材料。特别是，MnGeSe 3和MnGeTe 3被预测为室温二维铁磁半金属，Tc分别为490和308 K。这可能是第一次在二维MGeX 3族中发现了铁电性，其来源于Ge-Ge原子对的意外位移引起的自发对称性破缺，并且发现电极化的强度与X和M原子的电负性比成正比，IVB族金属元素是二维铁电性的最佳选择.磁隧道结和水分解光催化剂的基础上的2D铁性MGeX 3提出了广泛的潜在应用的例子。二维MGeX 3材料的铁性图谱将激发实验研究的极大兴趣，并将导致不同的应用。
2021-04-02 cond-mat.mtrl-sci
Halogenation induced transition of superconductor-to-semiconductor in MXene-like MOene with direct band gap and long carrier lifetime
传统的MXenes以其独特的力学和电学性质，以及丰富的元素组成和化学修饰而受到人们的广泛关注。然而，具有直接带隙的半导体特性在已报道的MXene中极为罕见。因此，将MXene家族扩展到具有独特行为的碳化物和氮化物之外仍然是一个非凡而迷人的领域。
2022-03-19 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Electronic and Optical Properties of Ultrawide Bandgap Perovskite Semiconductors via First Principles Calculations
最近对超宽带隙（UWBG）半导体的研究主要集中在传统材料上，如Ga 2 O3、AlGaN、AlN、立方BN和金刚石;然而，已知一些表现出单一钙钛矿结构的材料产生高于3.4 eV的带隙，如BaZrO 3。在这项工作中，我们提出了两种新的材料被添加到家庭的UWBG半导体：Ba 2CaTeO 6表现出双钙钛矿结构和Ba 2K 2 Te 2 O 9与三钙钛矿结构。使用第一性原理混合泛函计算，我们预测的所有研究系统的带隙在4.5 eV以上，在紫外区具有较强的光学吸收。此外，我们发现，空穴有一种倾向，通过晶格畸变被困在附近的氧原子与平均捕获能量为0.25 eV，潜在地防止通过传统的化学掺杂的p型导电性的增强。
2020-09-03 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Combined approach of density functional theory and quantum Monte Carlo method to electron correlation in dilute magnetic semiconductors
本文对稀磁半导体（Ga，Mn）As的电磁性质进行了实际研究。提出了一种基于密度泛函计算的多轨道Haldane-Anderson模型，并采用Hirsch-Fye量子Monte Carlo算法进行了求解.在稀释极限下，结果与实验结果吻合良好。当化学势位于价带顶和杂质束缚态之间时，杂质间的长程铁磁关联（由反铁磁杂质-主体耦合介导）得到了显著发展.我们观察到杂质束缚态能量下局域态密度的各向异性特征，这与STM测量结果一致。因此，提出的组合方法提供了一个坚实的起点，现实的计算的各种家庭的稀磁半导体。
2008-12-02 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Revisiting semiconductor bulk hamiltonians using quantum computers
随着近期量子计算机的出现，使用量子算法模拟固体的性质成为可能。通过对系统哈密顿量的充分描述，变分方法能够得到能带结构和其他基本性质作为跃迁几率。在这里，我们使用k $\cdot$ p哈密顿算子来描述III-V族的半导体结构，并使用状态向量求解器、概率模拟器和真实噪声器件模拟器来获得它们的能带结构。结果表明，所得到的能带结构与直接对角化哈密顿量得到的能带结构一致。仿真时间取决于所使用的优化器、电路深度和仿真器。最后，利用优化的本征态，我们给出了带间吸收几率，证明了利用量子计算机分析晶体系统基本性质的可能性。
2022-08-22 cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Structure, preparation, and applications of 2D material-based metal-semiconductor heterostructures
二维材料家族因其成员众多、性质各异而受到广泛关注。由于二维材料具有原子厚度和光滑表面，可以通过面外垂直堆叠或面内横向拼接的方式构建异质结构或同质结构，从而产生意想不到的物理和化学性质，并在许多领域得到应用。特别地，集成2D金属和2D半导体的2D金属-半导体异质结构或同质结构（MSHS）在未来的集成电子和能源相关应用中显示出巨大的前景。本文首先介绍了具有不同结构和维度的MSHS，然后介绍了几种制备MSHS的方法。然后讨论它们在电子学和光电子学，能量存储和转换，以及它们作为开发新物理学平台的应用。最后，我们对这一新兴领域的挑战和未来的研究方向给出了我们的观点。
2020-12-30 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Magnetic 2D electron liquid at the surface of Heusler semiconductors
材料的导电和磁性在某些受限的几何形状中经常发生变化。然而，非磁性半导体在表面同时具有金属性和磁性的情况非常罕见，据我们所知，在实验中从未观察到。在这项工作中，我们采用第一性原理电子结构理论预测，这样一个奇特的磁状态出现在一个家庭的四元Heusler化合物。研究了CoCrTiP、FeMnTiP和CoMnVAl的磁性和电子性质。对于后者的材料，我们还分析了磁交换相互作用，并使用它们参数化的有效自旋哈密顿量。根据我们的研究结果，这种材料的磁性应该至少在155 K的温度下保持不变。
2019-05-25 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Virtual crystal description of III-V semiconductor alloys in the tight binding approach
提出了一种简单有效的方法来构造三元合金在虚晶近似下的经验紧束缚参数。这结合了一个新的，紧凑的制定的应变参数和线性插值应变合金平衡晶格参数的二元材料的哈密顿。我们表明，它是可能的，以获得一个完美的描述的带隙弓的InGaAsSb材料的三元合金家庭。此外，这种方法是在一个很好的协议与超胞计算使用相同的参数集。该方案为基于合金的光电器件的原子建模开辟了一条道路，而无需大量的超原胞计算。
2016-03-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Computational Design of Two-Dimensional MoSi$_2$N$_4$ Family Field-Effect Transistor for Future Ångström-Scale CMOS Technology Nodes
本综述总结了基于第一性原理密度泛函理论与非平衡格林函数输运模拟的二维MoSi$_2$N$_4$家族场效应晶体管的计算设计进展，回顾了其物理特性、器件性能与优化策略，并指出了面向埃尺度CMOS技术节点的关键挑战与未来研究方向。
2025-06-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Electronic properties and phase transitions in low-dimensional semiconductors
本文首次综述了TlX和TlMX_2（M = Ga，In; X = Se，S，Te）化合物的电子性质和相变的研究现状。这些硫族化合物属于具有链状或层状结构的低维半导体家族。由于其高度的各向异性特性、半导性和光电导性、I-V特性中的非线性效应（包括负微分电阻区域）、开关和记忆效应、二次谐波光产生、弛豫行为以及在光电子器件中的潜在应用，它们引起了人们的极大兴趣。本文综述了TlX和TlMX_2化合物的晶体结构、在环境条件下的输运性质、高压下电子结构、输运性质和超导体-金属相变的实验和理论研究，以及温度诱导的具有中间无公度态的结构相变序列。讨论了上述化合物中铁电相变的电子性质，以及掺杂和辐照晶体中的弛豫行为、纳米畴和可能出现的量子点。
2008-05-20 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
