The formation of well-defined crystalline structures by UV laser irradiation of amorphous silicon films
这项研究为薄膜氢化非晶硅在氧气存在下接受紫外激光照射时发生的过程提供了新的见解。它通过观察使薄膜经受逐渐增加的激光辐射剂量的影响来实现这一点。这表明，首先产生了一系列核，导致形成了与氧化硅结构一致的定义明确的晶体网络。进一步的照射导致在结晶网络上形成锥形结构，这是由于硅-氧键断裂和所得富硅材料的迁移。最终，锥形结构成为主要特征，但仍由原始晶体结构的纳米线残余物互连。
2016-06-01 cond-mat.mtrl-sci
Bi-continuum modelling of layered structures and crystalline interfaces
本文分析了由两个相互渗透、动态耦合的物质连续体组成的双连续体模型，认为它是描述结晶固体中某些物理现象的一种简化但相对准确的方法。我们的方法的基本新颖性在于在治疗的结晶介质作为双连续，即使晶格结构上是单组分。特别注意的是在原子水平上的解决方案的振荡行为。从离散原子链出发，导出了双连续模型的基本公式。该模型的基本特征，包括作为物理参数的函数的结果的准确性，进行了讨论。
2002-05-21 cond-mat.mtrl-sci
On the potential of Hg-Photo-CVD process for the low temperature growth of nano-crystalline silicon (Topical Review)
汞敏化光辅助化学气相沉积（Hg-Photo-CVD）技术为降低薄膜生长温度和在低成本柔性塑料基板上生产适合于未来一代高效薄膜太阳能电池的新型半导体材料开辟了新的可能性。本文综述了该技术的研究进展，重点介绍了其在纳米硅低温制备中的应用前景，以及在薄膜光伏技术发展中的应用前景。保留字：光伏、太阳能电池、薄膜、纳米晶硅、氢化非晶硅、氢稀释、低温生长、光化学气相沉积。
2006-08-29 cond-mat.mtrl-sci
Enhanced thermal conductance at interfaces between gold and amorphous silicon and amorphous silica
本文通过非平衡分子动力学模拟研究金与晶态/非晶态硅及二氧化硅的界面热导，发现非晶态界面热导显著更高，并从界面匹配性、非谐性和振动模式离域特性角度揭示了增强机制。
2024-09-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Probing ultrafast carrier dynamics and nonlinear absorption and refraction in core-shell silicon nanowires
我们研究的弛豫动力学的光生载流子在硅纳米线组成的结晶芯和周围的非晶壳，使用飞秒时间分辨差分反射率和透射光谱在光子能量为3.15 eV和1.57 eV。差分透射率和反射率瞬变的复杂行为是来自纳米线表面和衬底上的晶体芯和非晶硅的混合贡献，其中状态填充和光致吸收的竞争效应支配载流子动力学。在增加光生载流子密度时观察到更快的弛豫速率。独立的实验结果上的结晶蓝宝石上的硅帮助我们在分离的贡献，在纳米线样品中的结晶芯和非晶区域的载流子动力学。此外，在1.57 eV的单束z扫描非线性传输实验中，在开放和封闭的孔径配置产生双光子吸收系数β $ (~3 cm/GW) and nonlinear refraction coefficient \$gamma$（-2.5 × 10 ^-4 cm 2/GW）。
2012-08-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Anomalous elastic buckling of hexagonal layered crystalline materials in the absence of structure slenderness
异质层状晶体材料，如石墨烯、氮化硼、硫酸钨等，由于其独特的原子结构和优异的热、机械和物理性能的组合，引起了人们的极大关注。利用机械屈曲是一种很有前途的途径来控制其结构形态，从而调整其物理性能，从而产生许多新的应用。在本文中，我们采用有限元分析（FEA），分子动力学（MD）模拟和连续介质建模研究的机械屈曲的层状晶体材料与晶体层平行的纵向轴线制成的列。结果表明，随着长细比的减小，材料的力学失稳模式由弯曲失稳模式逐渐过渡到剪切失稳模式。当长细比趋于零时，临界屈曲应变εcr收敛到一个远小于材料机械强度的有限值，表明在适当的实验条件下是可以实现的。这种机械屈曲模式是反常的和反直觉的。对于一组典型的六方层状晶体材料，连续介质力学模型预测的临界屈曲应变εcr与有限元和分子动力学模拟的结果吻合得很好。对石墨的MD模拟表明，连续介质力学模型适用于20 nm的尺度。该理论模型还揭示了高度的弹性各向异性是在没有结构细长的情况下由层状晶体材料制成的柱的异常机械屈曲的起源。这项研究提供了工程层状晶体材料在各种纳米材料和纳米器件通过机械屈曲的途径。
2014-06-19 cond-mat.mtrl-sci
Interstitial diffusion of ion-implanted boron in crystalline silicon
本文对离子注入硅晶体低温退火过程中硼化物的长程迁移进行了模拟。
2012-07-03 cond-mat.mtrl-sci math-ph math.MP
Diffusion of hydrogen in crystalline silicon
用紧束缚分子动力学计算了氢在晶体硅中的扩散系数。我们的结果是在良好的定量协议与Panzarini和Colombo的早期研究[物理。73，1636（1994）]。然而，虽然我们的计算表明，在高温下，长跳跃占主导地位的单跳，没有突然的变化，可以观察到的扩散系数随着温度的降低。因此，（经典的）Arrhenius扩散参数应该外推到低温。
1999-08-09 cond-mat.mtrl-sci
Real-time Measurement of Stress and Damage Evolution During Initial Lithiation of Crystalline Silicon
在以锂金属为对电极和参比电极的电化学电池中，研究了（100）硅片初始锂化过程中的晶相到非晶相的转变。研究表明，跨相界的严重应力跳跃会导致断裂和损坏，这是设计锂离子电池硅基阳极时的一个重要考虑因素。在初始锂化期间，移动相边界从面向锂电极的表面开始进入晶片，将晶体硅转化为非晶LixSi。原位测量非晶层中产生的双轴压应力，并且观察到约为0.0001。0.5 GPa。HRTEM图像显示，结晶-非晶相边界非常尖锐，厚度约为1 nm。脱锂后，应力迅速逆转，变成拉伸，非晶层在约0.5 GPa下开始塑性变形。随着持续的脱锂，屈服应力的大小增加，最终导致非晶层突然断裂成微碎片，并且裂纹延伸到下面的晶体硅中。
2011-07-28 cond-mat.mtrl-sci
Impact of electrostatic fields in layered crystalline BCS superconductors
最近的实验报道的抑制临界电流在超导Dayem桥的应用强静电场的动机，在这项工作中，我们研究的影响超导能隙的电荷重新分配响应于施加的电场在薄的晶体金属。通过数值求解BCS间隙方程和泊松方程在一个完全自洽的方式，我们发现，通过减少配对强度，我们观察到的间隙上施加的电场的敏感性增加，突然上升和下降，是兼容的表面修改的局部状态密度。通过增加对强度朝向弱到中等耦合极限或通过在态密度中引入弱拖尾，显示从干净晶体到弱无序金属的演变，该效果被洗掉。
2020-12-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
Characterization of amorphous and crystalline silicon nanoclusters in ultra thin silica layers
利用透射电子显微镜（TEM）、能量过滤透射电子显微镜（EFTEM）和二次离子质谱（SIMS）研究了不同制备条件和硅浓度（28 - 70面积%）下硅纳米晶的成核和结构。在通过硅的快速热氧化（RTO）制备的3 nm SiO $_2$层上溅射10 nm厚的富硅氧化物的高温热处理之后形成纳米晶体。当过量硅浓度超过50面积%时，纳米晶体沉淀。在TEM中对样品进行的原位热处理表明，结晶需要高于800 $^o$ C的温度。纳米晶体在4 nm波段沉淀，距离Si衬底5 nm，距离SiO $_2$样品表面4 nm。硅在过量Si浓度最高的地方成核。由于在退火期间与来自环境的氧反应，顶表面具有较少的过量Si。由于Si从SiO $_2$ -Si层扩散到RTO中，SiO $_2$ -RTO层更富含Si。在直径为4-10 nm的纳米晶体中发现了孪晶和层错。这些类型的缺陷可能对材料在电子器件中的可用性具有很大的影响。通过高分辨透射电子显微镜（HRTEM）观察发现，纳米晶中存在单孪晶和双孪晶晶界。为了获得更多关于缺陷和纳米晶体的信息，进行了图像模拟。层错是外在的，位于孪晶界。
2012-09-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Topological Crystalline Insulator Nanostructures
拓扑晶体绝缘体是表面态受晶体对称性而非时间反演对称性保护的拓扑绝缘体。与第一代三维拓扑绝缘体如Bi 2Se 3和Bi 2 Te 3类似，拓扑晶体绝缘体也具有具有奇异电子性质的表面态，如自旋-动量锁定和狄拉克色散。迄今为止实验验证的拓扑晶体绝缘体是SnTe、Pb 1-xSnxSe和Pb 1-xSnxTe。由于拓扑保护来自晶体对称性，因此磁性杂质或面内磁场不会在拓扑晶体绝缘体中的表面态中打开能隙。此外，因为它们是立方结构而不是层状结构，所以分支结构或与其他材料的强耦合以获得大的邻近效应是可能的，这对于层状Bi 2Se 3和Bi 2 Te 3是困难的。因此，可以追求在三维拓扑绝缘体中无法实现的附加基本现象。在这篇综述中，拓扑晶体绝缘体SnTe纳米结构将被讨论。为了比较，将覆盖基于SnTe薄膜的实验结果。拓扑晶体绝缘体的表面态性质将简要讨论。
2014-10-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Promising photovoltaic efficiency of a layered silicon oxide crystal Si$_{3}$O
利用地球上丰富的元素，通过计算搜索和筛选新的功能材料，可以加速其能源应用的发展。基于一个国家的最先进的材料搜索算法和从头计算，我们证明了最近建议的稳定的氧化硅与层状结构（Si $_{3}$ O）作为一个理想的光伏材料。采用多体第一性原理方法，Si $_{3}$ O的单层和层状体分别具有1.85 eV和1.25 eV的直接准粒子带隙，而光学带隙约为1.2 eV，几乎与层数无关.光谱极限最大效率（SLME）估计为27%，厚度为0.5 μm，使其成为太阳能应用的有希望的候选者。
2020-08-06 cond-mat.mtrl-sci
Laser-Doping of Crystalline Silicon Substrates using Doped Silicon Nanoparticles
晶体硅衬底掺杂的溶液处理的硅的激光退火。对于该实验，将高度B掺杂的Si纳米颗粒（NP）的分散体沉积到本征Si上，并使用807.5nm连续激光器进行激光处理。在激光处理期间，颗粒以及表面附近的基底层被熔化，以随后在与基底相同的取向上结晶。通过二次离子质谱研究掺杂分布，发现在整个5μm的分析深度内，B的浓度恒定为2 × 10^18 cm^-3。四点探针测量表明，掺杂样品的有效电导率增加了近两个数量级。绝对掺杂深度估计在8μm到100μm之间。此外，通过使用Si NP对n型c-Si衬底进行激光掺杂来产生pn二极管。
2013-07-02 cond-mat.mtrl-sci
Ultralow thermal conductivity of single crystalline porous silicon nanowires
多孔材料提供了大的表面体积比，从而提供了一个旋钮，以前所未有的方式改变基本属性。在热输运中，多孔纳米材料不仅可以通过增强声子从孔的边界散射从而减小声子平均自由程，而且可以通过降低声子群速度来降低热导率。在这里，我们建立了一个结构-性能的关系，通过测量的孔隙率和热导率的个别化学蚀刻单晶硅纳米线，使用一种新的电子束加热技术。这种多孔硅纳米线表现出极低的扩散热导率（对于43%的孔隙率，在300 K下低至0.33Wm-1 K-1），甚至低于非晶硅的扩散热导率。这种超低热导率的起源被理解为声子群速度的降低，通过测量杨氏模量以及晶体硅中有史以来报道的最小结构尺寸（小于5 nm）进行了实验验证。分子动力学模拟支持硅纳米线的热导率作为孔隙率的函数的急剧降低的观察。这种多孔材料提供了一个有趣的平台来调整声子输运，这可以在电子和纳米机电系统的功能材料的设计中是有用的。
2017-07-21 cond-mat.mtrl-sci
Industrially Scalable Process for Silicon Nanowires for Seebeck Generators
直径为25 nm的单晶硅纳米线的热导率比块体材料的热导率低两个数量级，这一观察结果吸引了人们对硅作为潜在有效热电材料的兴趣。然而，只有当多晶硅可以取代单晶硅并且纳米线的制备不涉及任何先进的光刻技术时，这种潜在的兴趣才有希望转化为实际的兴趣。在这项工作中，我们展示了一种基于控制蚀刻和填充凹陷区域的技术，并采用标准光刻和沉积蚀刻方法，成功地制备了线密度为3E 6 cm^-1的多晶硅纳米线（直径为25 nm，长度为厘米级）。
2010-11-21 cond-mat.mtrl-sci
Microstructure of Silicon Anodes in Solid-State Batteries -- From Crystalline to Amorphous
该研究利用低温STEM揭示了微晶硅负极在固态电池循环中从晶态到非晶态的微观结构演变，指出需经多次循环才能形成稳定结构，为优化电极设计以减少开裂提供了依据。
2025-07-22 cond-mat.mtrl-sci
Raman and Far Infrared Synchrotron Nanospectroscopy of Layered Crystalline Talc: Vibrational Properties, Interlayer Coupling and Symmetry Crossover
滑石粉是一种绝缘层状材料，在环境条件下稳定，具有高质量的基底解理，这是其在范德华异质结构中使用的主要优势。在这里，我们使用近场同步辐射红外纳米光谱，拉曼光谱，和第一性原理计算调查的结构和振动特性的滑石晶体，从单层到散装，在300-750 cm-1和<60 cm-1的光谱窗口。我们观察到从单层到双层滑石样品的对称交叉，归因于相邻层的堆叠。滑石的面内晶格参数和层内模式的频率显示弱依赖性与层数，与弱层间相互作用一致。另一方面，滑石的低频（<60 cm-1）刚性层（层间）模式适合于识别滑石样品中的层数，除了揭示在层间力常数和相关的单晶弹性刚度中的强的面内和面外各向异性。滑石的剪切和呼吸力常数分别比石墨低66%和28%，使滑石成为一种易于剥离的优良润滑剂。我们的研究结果拓宽了对滑石在纳米尺度下的结构和振动性质的理解，并为未来的纳米异质结构应用提供了指导。
2023-02-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Influence of Periodic Surface Nanopatterning Profiles on Series Resistance in Thin-Film Crystalline Silicon Heterojunction Solar Cells
在薄晶体硅太阳能电池技术发展的框架中，硅的表面纳米图案化越来越重要。它对材料质量的影响，但是，还没有完全controlled.We调查在这里的影响，表面纳米纹理的接触计划相关的薄膜晶体硅异质结太阳能电池的串联电阻。使用纳米压印光刻和干法或湿法蚀刻的组合来制造二维周期性纳米纹理，而随机金字塔纹理用于基准测试。我们通过研究太阳能电池前层的薄层电阻（Rsh）和接触电阻（Rc），比较了这些纹理化技术对太阳能电池串联电阻的影响，即，溅射的透明导电氧化物和蒸发的金属接触。通过四点探针法和转移长度法，我们发现干法刻蚀纳米粒子具有最高的Rsh和Rc值。另一方面，湿法蚀刻纳米粒子对Rc的影响较小，并使Rsh与从无纹理情况下获得的Rsh相似。
2015-07-15 cond-mat.mtrl-sci
Strain-controlled crystalline--amorphous transition and flat-band tuning in buckled silicon kagome
University of California, Los Angeles（加州大学洛杉矶分校）
研究弯曲硅卡戈梅晶格，通过双轴张力控制晶格动力学与电子色散，利用应变耦合热亚稳性等，实现应变控制晶体 - 非晶转变和平带调谐，是应变控制平带和电子关联物理的候选平台。
2026-07-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Silicon Oxide Passivation of Single-Crystalline CVD Diamond Evaluated by the Time-of-Flight Technique
金刚石优异的材料性能使其非常适合许多传统电子材料无法达到的极端电子应用。为了使商用金刚石器件成为现实，必须具有有效的表面钝化，因为钝化决定了器件承受高表面电场的能力。在本文中，我们提出的数据从横向飞行时间的研究SiO2钝化本征单晶CVD金刚石。使用三种不同的技术沉积SiO2膜。研究了钝化处理对空穴输运的影响，结果表明钝化处理使空穴迁移率增加。从三个不同的钝化的结果进行了比较。
2014-01-20 cond-mat.mtrl-sci
Dual functions of anti-reflectance and surface passivation of the atomic layer deposited Al2O3 films on crystalline silicon substrates
研究了原子层沉积法在硅衬底上制备的Al 2 O3薄膜的表面减反射和钝化特性。具有100 nm Al 2 O3的织构化Si显示出非常低的平均反射率，约为2.8%。p型和n型Si晶片都被Al 2 O3膜钝化。在适当的温度下退火后，p型和n型Si的最大少子寿命从Al 2 O3钝化前的约10 μs提高到3 ms以上。我们的研究结果表明，抗反射和表面钝化的c-Si太阳能电池的应用中的双重功能。
2012-07-03 cond-mat.mtrl-sci
Crystalline and glassy tellurides of silicon
本专著系统总结了硅碲化物晶体与玻璃态材料的合成方法及电子、光学、电学和光致发光等性质研究，为半导体材料领域提供参考。
2025-11-06 cond-mat.mtrl-sci physics.atm-clus
Temperature dependent vibrational spectra in non-crystalline materials: application to hydrogenated amorphous silicon
基于从头算分子动力学、改进的信号处理技术和计算机可视化技术，提出了一种新的无参数非晶态材料结构、动力学和电子性质的模拟方法。该方法已被广泛测试，通过调查氢和硅动力学在氢化非晶硅（a-Si：H）。通过比较理论和实验的振动光谱，我们演示了如何将振动特性与结构稳定性，成键和氢扩散。我们提取的微观特征，不能通过其他技术，即氢迁移和相关的键切换，悬挂键钝化，低氢活化能，和a-Si：H稳定性一般，我们表明，通过分析的测试案例，我们的方法提供了一个严格和现实的描述非晶材料。我们还表明，这种方法提供了访问非晶硅的其他重要的宏观特性的可能性，并可用于模拟所有方面的a-Si：H动力学，包括有害的Staebler-Wronski效应。
2007-11-06 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci
Studies on optical signal due to oxygen effect on hydrogenated amorphous/crystalline silicon thin-films
我们研究了氧对氢化非晶硅/晶体硅薄膜的结构和光学性质的影响。在微晶和非晶过渡区之间制备了不同的氢化氧化硅（SiO：H）和硅（Si：H）薄膜。用X射线衍射、拉曼光谱、红外光谱和紫外-可见光谱对不同的薄膜进行了表征。与氢化非晶硅氧化物（a-SiO：H）、氢化非晶硅（a-Si：H）和微晶硅（$μ$ c-Si：H）膜等不同类型的膜的结果的比较揭示了它们作为用于太阳能电池的优异物质的优越性。X射线衍射、红外光谱和拉曼光谱分析表明，H稀释效应的不同对薄膜的结构和光学性能有较大的影响。非晶硅-氧和硅-氢化物合金薄膜的光致发光分析表明，它们适合作为硅基发光器件。1.83 eV的大光学带隙和在2.0 eV处的强光致发光的出现验证了a-SiO：H膜作为太阳能电池的更好替代物的适用性。
2020-11-08 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
An experimental study of charge distribution in crystalline and amorphous Si nanoclusters in thin silica films
用透射电子显微镜（TEM）、电子能量损失谱（EELS）和X射线光电子能谱学（XPS）研究了薄二氧化硅层中的结晶和非晶硅纳米颗粒。我们使用XPS数据的俄歇参数的形式来分离的初始和最终状态的贡献的Si $_{2p}$能量转移。静电充电和电子屏蔽问题以及初始状态的影响也得到了解决。结果表明，纳米晶中的化学位移是由初态效应决定的，而不是由终态效应决定的，分散在SiO $_2$中的纳米晶中的硅芯空穴的电子屏蔽作用不如纯体硅中的电子屏蔽作用.
2012-09-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Thermal Conductivity Modeling using Machine Learning Potentials: Application to Crystalline and Amorphous Silicon
使用密度泛函理论和玻尔兹曼输运方程对声子动力学和输运的基于第一性原理的建模已被证明在预测晶体材料的热导率方面是强大的，但是由于捕获无序结构的计算成本过高，特别是当准粒子“声子”模型崩溃时，其对于建模复杂晶体和无序固体仍然是不可行的。最近，机器学习回归算法显示出很大的希望，为原子建模的长度和时间尺度远远超出那些可实现的第一性原理计算的高精度的势场。在这项工作中，以晶体硅和非晶硅为例，我们开发了基于机器学习的势场来预测热导率。基于机器学习的原子间相互作用势是通过对构型空间中的势能面进行随机采样而从密度泛函理论计算导出的。然后用平衡分子动力学计算了非晶硅和晶体硅的热导率，与实验测量结果吻合得很好。这项工作记录了训练基于机器学习的势用于建模热导率的过程，并表明基于机器学习的势可以是一种很有前途的工具，用于建模具有强无序的结晶和非晶材料的热导率。
2019-07-22 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Prediction of Silicon-Based Layered Structures for Optoelectronic Applications
提出了一种基于粒子群优化（PSO）算法的准二维（Q2D）材料设计方法。随着这一发展，预测了C、Si、Ge、Sn和Pb的各种单层和双层材料。一种新的硅双层结构被发现有一个非常有利的能量比以前广泛接受的配置。单层和双层Si材料都具有小的带隙，限制了它们在光电应用中的使用。因此，氢化已被用于调整Si层的电子和光学性质。我们发现两个氢化材料的层状Si_8H_2和Si_6H_2具有准直接带隙分别为0.75 eV和1.59 eV。讨论了它们在发光二极管和光电子器件中的潜在应用。我们的研究开辟了氢化硅层状材料作为下一代光电子器件的可能性。
2015-01-18 cond-mat.mtrl-sci
$T_1$- and $T_2$-spin relaxation time limitations of phosphorous donor electrons near crystalline silicon to silicon dioxide interface defects
含磷施主电子自旋和自旋相关电子跃迁的研究（111）取向的结晶硅（c-Si）附近的（$^{31}$ P）原子与二氧化硅接触在液态$^4$ He温度（$T = 5$ $\mathrm{K} - 15$ $\mathrm{K}$）下，给出了[ $^{31}$ P]= 10 $^{15}$ $\mathrm{cm}^{-3}$和[ $^{31}$ P] = 10 $^{16}$ $\mathrm{cm}^{-3}$的（SiO $_{2}$）界面.使用脉冲电检测磁共振（pEDMR），观察到的\Phos供体状态和两个可区分的界面状态之间的自旋相关的过渡，即（i）\Pb中心，可以通过其特征各向异性和（ii）一个更各向同性的中心，这是由于E $^\prime$缺陷的\sio散装接近的接口。自旋相关复合的动力学的相关测量证实，先前提出的\Phos和界面缺陷之间的过渡发生。这些电子近界面跃迁对\Phos施主自旋相干时间$T_2$以及施主自旋-晶格弛豫时间$T_1$的影响，然后通过比较从常规的体敏脉冲电子顺磁共振和表面敏感的pEDMR，以及表面敏感的电检测反转恢复实验获得的自旋哈恩回波衰减测量。测量结果表明，$T_2$和$T_1$的\Phos施主电子自旋附近的能量较低的界面态在$T\leq 13$ K减少了几个数量级。
2009-05-04 cond-mat.mtrl-sci
Scalable Solar-Blind Imaging Enabled by Single-Crystalline Beta-Ga2O3 Membranes on Silicon Backplanes
Zhejiang University（浙江大学）；Westlake University（西湖大学）；University of Science and Technology of China（中国科学技术大学）；Sun Yat-Sen University（中山大学）
本研究通过单晶β-氧化镓膜和缝合组装策略，实现高分辨率、高速度的太阳盲紫外成像系统。
2026-02-11 cond-mat.mtrl-sci
Engineering the dissipation of crystalline micromechanical resonators
高质量的微纳机械谐振器广泛应用于传感、通信和计时，并在量子技术和量子物理基础研究中具有未来的应用。晶体薄膜由于其高质量、内在应力和屈服强度以及低损耗的前景而对于这种谐振器特别有吸引力。然而，当生长在硅衬底上时，由于与衬底的晶格失配而产生的界面缺陷被假定为引入额外的耗散。在这里，我们开发了一种新的背面蚀刻工艺的单晶碳化硅微谐振器，使我们能够定量验证这一预测。通过设计谐振器的几何形状并去除有缺陷的界面层，我们在室温下在碳化硅蹦床谐振器中实现了超过一百万的品质因数，比没有去除界面缺陷层的谐振器高五倍。我们预测，由高纯度碳化硅制造的类似器件并利用其高屈服强度，可以使室温品质因数高达$6\times10^9$
2020-02-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Band offsets at the crystalline/amorphous silicon interface from first-principles
在现代硅异质结太阳能电池中，晶体硅和氢化非晶硅（a-Si：H）之间的能带偏移是控制电荷输运的关键参数。它们是用于进一步优化太阳能电池的宏观模拟器的重要输入。过去的实验研究，使用X射线光电子能谱学（XPS）和电容-电压测量，产生了相互矛盾的结果上的带偏移。在这里，我们提出了一个计算研究的频带偏移。它是基于原子模型和密度泛函理论（DFT）。的非晶部分的接口是通过相对较长的DFT的第一性原理分子动力学（MD）运行在升高的温度下30个统计独立的样品。为了获得一个真实的导带位置的电子结构的界面计算与混合泛函。我们发现一个轻微的不对称的能带偏移，其中在价带（0.30 eV）的偏移大于在导带（0.17 eV）。我们的结果与最新的XPS测量报告的价带偏移为0.3 eV [M. Liebhaber等人，应用物理信函106，031601（2015）]。
2016-10-13 cond-mat.mtrl-sci
Mechanically exfoliated low-layered [Ca$_2$CoO$_3$]$_{0.62}$[CoO$_2$]: A single-crystalline p-type transparent conducting oxide
本文通过机械剥离单晶制备了低层数[Ca$_2$CoO$_3$]$_{0.62}$[CoO$_2$]透明导电氧化物，其电阻率低于多晶及c轴取向薄膜，品质因子优于已有报道，展示了一种多功能透明热电氧化物材料。
2023-08-06 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el physics.app-ph
Simulation of hydrogen diffusion and boron passivation in crystalline silicon
本文应用早期发展的氢迁移模型和氢原子与电活性杂质反应模型，模拟了掺硼硅衬底等离子体氘化过程中的氢扩散和钝化过程。计算的氘浓度分布同意以及在钝化区域的长度与在氢等离子体中在200摄氏度的温度下处理5，10和15分钟获得的实验数据。另一方面，为了实现一个很好的拟合的钝化和未钝化区域之间的计算出的配置文件的dielectness，它是必要的假设，描述由电活性掺杂剂原子的氢的吸收的参数的值随着钝化区域的深度的增加而减少。例如，在等离子体处理期间产生的非平衡点缺陷的不均匀空间分布可导致氢吸收的空间依赖性。
2013-01-23 cond-mat.mtrl-sci
Strained crystalline nanomechanical resonators with ultralow dissipation
在应变机械谐振器中，拉伸应力和几何非线性的同时发生显著地降低了损耗。这种现象，耗散稀释，采用在镜面悬浮的引力波干涉仪和在纳米级，其中软夹持和应变工程允许极高的品质因数。然而，这些技术迄今为止仅应用于非晶材料，特别是氮化硅。晶体材料在低温下表现出显著较低的固有阻尼，这是由于在本体中不存在两级系统，如在韦伯棒和硅光机械腔中所利用的。因此，将耗散稀释工程应用于应变晶体材料可以实现极低损耗的纳米机械谐振器，这是由于降低的内部摩擦、高固有应变和高屈服强度的组合。开创性的工作尚未充分利用这一潜力。在这里，我们证明了单晶应变硅，高迁移率晶体管的材料开发，可以用来实现超低损耗的机械谐振器。我们观察到，高纵横比（$>10^5$）应变硅纳米串支持MHz的机械模式，品质因数超过$10^{10}$在7 K，10倍的改善，在氮化硅中报告的值。在7 K时，热噪声限制力灵敏度约为$45\ \mathrm{{zN}/{\sqrt{Hz}}}$ -接近碳纳米管的灵敏度-加热速率仅为每秒60量子。我们的纳米机械谐振器表现出比最原始的宏观振荡器更低的耗散，并且它们的低质量使它们特别有希望用于量子传感和转导。
2021-07-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Direct Calculation of Modal Contributions to Thermal Conductivity via Green-Kubo Modal Analysis: Crystalline and Amorphous Silicon
在这封信中，我们推导出一种新的方法，直接计算的模式的热导率的贡献，这是所谓的格林-久保模态分析（GKMA）。GKMA方法将晶格动力学形式主义与用于热导率的Green-Kubo公式相结合，使得热导率成为模式贡献的直接总和，其中不需要定义声子速度。因此，GKMA方法可以应用于任何材料/原子组，其中原子在稳定的平衡位置周围振动，这不仅包括结晶线化合物，而且还包括随机合金，非晶材料甚至分子。GKMA方法为声子输运的性质提供了新的见解，因为它将问题转化为模式-模式相关而不是散射，并提供了一种通用的统一形式主义，可用于理解基本上任何类型的材料或结构中的声子-声子相互作用，其中原子在稳定的平衡点周围振动。
2015-03-27 cond-mat.mtrl-sci
Lithiation of silicon via lithium Zintl-defect complexes
用密度泛函理论和从头计算随机结构搜索（AIRSS）方法对晶体硅中低能锂缺陷进行了广泛的研究，结果表明四个锂原子替代的点缺陷是非常稳定的。该缺陷由四个锂原子组成，其与硅空位缺陷的四个配位不足的原子具有强离子键，类似于Zintl相中金属离子的键合。这种复合物在一系列硅环境中是稳定的，表明它可能有助于晶体硅的非晶化，并在锂离子可充电电池的硅阳极脱锂后形成。
2013-05-27 cond-mat.mtrl-sci
TASC-1D-cSi: a simulation tool to scrutinize the thermal impacts on the performances of crystalline silicon solar cells
描述了用于深入分析太阳能电池性能的热影响的模拟工具的能力。TASC-1D（Thermal Analysis of Solar Cells - 1D，version cSi）解决了晶体硅电池的耦合电、辐射和热传输问题，作为辐射和热条件的函数。除了使用现有模拟工具获得的电输出外，它还提供了电池平衡温度以及许多相关量的空间和光谱分布。总结了物理模拟和相关的数值求解技术。具有规定的电池温度的结果案例表明，代码表现良好，能够提供有价值的信息的量子效率和功率损耗机制，并能够处理漫辐射。讨论了热源与光电损耗之间的复杂关系。其他情况下，包括热传递问题的解决方案和分析进行电池的工作温度和效率作为热条件的函数。这种模拟工具很可能允许新的优化光电池，包括热标准，除了光学和电气标准。
2013-05-30 cond-mat.mtrl-sci
Cryogenically Enhanced Laser-Induced Amorphous Phase Transitions in Crystalline Silicon
The Ohio State University（俄亥俄州立大学）
本研究探讨了在低温下使用飞秒激光照射单晶硅时非晶化过程的增强机制，通过实验和模拟揭示了低温对材料相变路径的影响，为先进硅微结构化技术提供了新的见解。
2026-05-19 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Broadband light extraction from near-surface NV centers using crystalline-silicon antennas
针对金刚石近表面NV色心光提取效率低的问题，提出在金刚石表面制备易图案化的高折射率晶体硅天线的方法，模拟获约17倍、实验获约9倍单光子收集增强，且无金刚石表面损伤，可推广至其他色心及宽带隙材料量子发射器。
2025-02-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Near-infrared and Mid-infrared Light Emission of Boron-doped Crystalline Silicon
本文针对硅基发光器件室温效率低的问题，提出深度冷却工艺，在硼掺杂晶体硅中实现近红外与中红外双光子发射，并发现反偏二极管发光显著增强，为硅基集成红外光源提供了新途径。
2024-01-18 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Ab initio investigation of layered TMGeTe3 alloys for phase-change applications
本研究通过从头算模拟预测了四种层状TMGeTe3合金的动态稳定性，其中ScGeTe3、TiGeTe3和ZnGeTe3具有电阻对比度，MnGeTe3兼具铁磁性和非晶自旋玻璃相，为相变存储和磁性应用提供新候选材料。
2024-11-11 cond-mat.mtrl-sci
An optically enhanced crystalline silicon allotrope: hydrogen passivated type II silicon clathrate
Colorado School of Mines（科罗拉多矿业学院）；TotalEnergies E&P Research and Technology（道达尔能源勘探与生产研究与技术）
针对硅笼形物光电性能受高掺杂和缺陷限制的问题，本研究通过远程等离子体处理实现氢（氘）掺入II型硅笼形物，形成NaD和SiD复合物降低施主密度与缺陷，提升发光强度40倍且性能稳定，为其光电器件应用提供新策略。
2025-11-12 cond-mat.mtrl-sci
Magnetic anisotropy of the single-crystalline ferromagnetic insulator Cr2Ge2Te6
Cr_2Ge_2Te_6（CGT）是一种层状铁磁绝缘体，由于其与Dirac材料的结合可以实现量子反常霍尔效应（QAHE）和发展新型自旋电子学器件，近年来引起了人们极大的兴趣。在这里，我们研究了单晶CGT的单轴磁各向异性能，并确定在其铁磁相的磁易轴是沿c轴方向。此外，CGT在居里温度以下是绝缘体。这些性质使得CGT成为一种潜在的有前途的候选衬底，用于与拓扑绝缘体集成以实现高温QAHE。
2016-02-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
A many-body perturbation theory approach to energy band alignment at the crystalline tetracene-silicon interface
本文采用非自洽GW近似的多体微扰理论、轨道弛豫校正与线势方法，准确计算晶体并四苯-硅界面的能带对齐，发现其由动态介电屏蔽与界面偶极子层共同决定，并强调了交换关联效应的关键作用。
2022-06-10 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Efficient Anharmonic Lattice Dynamics Calculations of Thermal Transport in Crystalline and Disordered Solids
了解半导体和绝缘体中的热传输具有根本的重要性，因为它对电子和可再生能源的收集和转换具有技术影响。非谐晶格动力学为描述纳米尺度下的热输运提供了一个强有力的框架。这种方法的优点之一是，它自然包括由于原子振动而产生的量子效应，这是计算纳米技术中广泛使用的半导体（如硅和碳）即使在室温下的热性能所必需的。虽然从微观角度来看，非晶和晶体半导体之间的热传输图像有很大的不同，但已经设计了一种统一的方法来模拟晶体和玻璃。在这里，我们介绍了一个统一的工作流程，它实现了玻尔兹曼输运方程（BTE）和准谐波Green-Kubo（QHGK）方法。我们讨论了如何优化理论，利用现代并行架构，以及它是如何实现的$κALDo$：一个多功能和可扩展的开源软件来计算声子输运固体。这种方法适用于晶体和部分无序的硅基系统，包括体硅和笼形物，并在硅锗合金笼形物大大降低了热导率。
2020-09-04 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Comparative Computational Study of the Energetics of Li, Na, and Mg Storage in Amorphous and Crystalline Silicon
为了评估非晶Si（a-Si）作为Li、Na和Mg离子电池的阳极的潜力，从第一性原理计算a-Si中的Li、Na和Mg原子的能量，并将其与晶体Si（c-Si）中的能量进行比较。结果表明，Si非晶化提高了阳极的平均电压，减小了金属原子插入时阳极的体积膨胀。计算的形成能量的Li，Na和Mg的缺陷在a-Si和c-Si的分析表明，能量的单原子进入a-Si的是更有利的。例如，a-Si中的Li、Na和Mg缺陷的缺陷形成能与c-Si中的缺陷形成能相比分别低0.71、1.72和1.82 eV。此外，在a-Si中的Li、Na和Mg缺陷（相对于真空参考态）的缺陷形成能与金属内聚能相当，因此通过适当控制充电过程，金属原子的插入是可能的。这与c-Si相反，其中Na和Mg原子的存储由于Na和Mg插入c-Si的高能量成本而受到限制。
2014-01-30 cond-mat.mtrl-sci
Analysis of Lithiation and Delithiation Kinetics in Silicon
分析了脉冲激光沉积晶体薄膜硅（Si）电极的锂化和脱锂动力学。利用开路弛豫实验数据，结合基于Tafel动力学和双电层电容的模型，估算了锂化硅（LixSi）体系中锂化和脱锂反应的表观传递系数（αa，αc）和交换电流密度电容比（i 0/Cdl）.从第一循环的结晶Si的非晶化过程中获得的数据集，以及从循环的结晶Si和非晶硅薄膜电极的参数估计没有显示出太大的变化，表明它们是固有的锂化/脱锂在Si。一种方法来估计侧反应速率和它的作用的LixSi系统的开路电位的演变进行了讨论。我们得出结论，在任何给定的充电状态下，锂化和脱锂反应之间的大的电位偏移部分是由大的动力学阻力引起的（即，小i 0）。使用估计的参数，该模型成功地预测恒电流锂化和脱锂下的系统的行为。
2012-01-06 cond-mat.mtrl-sci
Probing magnetism in 2D van der Waals crystalline insulators via electron tunneling
磁性绝缘体是下一代自旋电子学和拓扑器件的关键资源。层状金属卤化物家族有望成为绝缘多铁性、自旋液体和铁磁体，但需要新的表征方法来释放它们的潜力。在这里，我们报告隧穿作为温度和施加的磁场的函数通过层状磁性绝缘体CrI3。我们电学上探测到了磁基态和层间耦合，并观察到了场致变磁转变。双层、三层和四层CrI3势垒的变磁转变导致磁阻分别为95%、300%和550%。我们进一步测量我们的结的非弹性隧穿谱，揭示了丰富的光谱集体磁激发（磁振子）CrI3。我们的研究结果建立了垂直隧穿作为一个多功能的探针磁性原子薄绝缘体。
2018-01-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Electronic structures and electron spin decoherence in (001)-grown layered zincblende semiconductors
层状锌基半导体的电子结构计算描述在一个限制的基础形式主义，自然和非微扰accomodates晶体反转不对称性和立方各向异性。应用这些计算方法计算了量子阱中由于旋进退相干引起的电子自旋退相干时间$T_1$和$T_2$。从微扰计算中发现了自旋相干时间对迁移率、量子化能量和温度的不同依赖关系。这些计算和实验之间的定量协议被发现GaAs/AlGaAs，InGaAs/InP，和GaSb/AlSb $(001)$生长的量子阱。计算了CdZnSe/ZnSeII-VI量子阱的电子自旋相干时间，并计算了InGaAs/GaAs量子阱的电子自旋相干时间。
2004-06-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Degenerate epitaxy-driven defects in monolayer silicon oxide onto ruthenium
由于高分辨率扫描隧道显微镜和第一性原理计算，在钌表面上制备的氧化硅的极薄晶体同素异形体的结构以化学灵敏度被揭示到原子尺度。一个有序的氧晶格的图像共存的二维单层氧化物。这种共存的信号从氧重建Ru（0001）的氧化硅，沿横向移位域的形式，每个与衬底的等效和退化的外延关系的displacive变换。这些域之间边界处不可避免的缺陷特征呼吁开发能够生产单晶二维氧化物的替代方法。
2015-10-29 cond-mat.mtrl-sci
Micrometer-Thin Crystalline-Silicon Solar Cells Integrating Numerically Optimized 2-D Photonic Crystals
通过数值优化，使活性物质的光吸收率最大化，将二维光子晶体集成到1 μm厚的薄膜晶体硅太阳能电池中。光子晶体提高了电池的短路电流，但同时也损害了电池的开路电压和填充因子，导致电池的整体性能下降。模拟和实际的细胞的光学行为之间的比较，以及理想和实际的形态之间的比较，显示了实验偏差的纳米结构的全局鲁棒性，但其特定的敏感性的保形性的顶部涂层和图案尺寸的传播，这不应该被忽略的光学模型。至于电学行为，测量的内部量子效率显示来自透明导电氧化物和背反射器的强寄生吸收，以及纳米图案对表面钝化的负面影响。因此，我们的示例性案例说明并实验证实了用于光捕获目的的表面纳米结构的未来集成的两个建议：1）优化吸收的必要性不是针对整个堆叠而是针对单个活性物质，以及2）避免图案蚀刻对活性物质的损害的必要性。
2013-12-20 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Observation of Geometry-Limited Mobility in Porous Silicon
我们报告光生载流子的飞行时间测量二极管结构制成的高度多孔晶体硅。与均匀晶体硅相比，相应的电子和空穴漂移迁移率非常小。它们显示了两个额外的半经典输运特征，这些特征直接受到多孔几何形状的限制：迁移率是分散的（即依赖于时间），并且几乎没有温度依赖性。一个纯粹的，几何限制的运输是令人惊讶的背景下，纳米尺度的电子状态，如量子渗流或量子聚集模型。在这样的模型中，约束引起的能量转移和本地化是占主导地位的影响。
1998-11-14 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
The Glassy Solid as a Statistical Ensemble of Crystalline Microstates
出于部分遍历性的概念，我们提出了一种替代的描述共价和离子的玻璃态固体的统计合奏的结晶局部极小值的势能面。我们分析表明，径向分布函数（RDF）和粉末X射线衍射（XRD）强度的遍历系统可以严格制定为统计系综平均值，我们评估非晶硅和玻璃态二氧化硅通过第一原理随机结构采样。我们表明，使用具有小至24个原子的晶胞的结构，我们能够准确地复制非晶硅的实验RDF和XRD图案以及玻璃态二氧化硅的关键结构特征，从而支持玻璃的整体性质，并打开大门，完全预测描述而不需要实验输入。
2019-02-15 cond-mat.mtrl-sci
