On the compressibility of the transition-metal carbides and nitrides alloys Zr_xNb_{1-x}C and Zr_xNb_{1-x}N
采用第一性原理全势线性缀加平面波方法，在局域密度近似下研究了岩盐结构中的4d过渡金属碳化物（ZrC，NbC）和氮化物（ZrN，NbN）及其三元合金。这些材料非常重要，因为它们具有有趣的机械和物理特性，这使它们适用于许多技术应用。在这里，通过使用一个简单的理论模型，我们估计的体积模量的三元合金Zr $_x$ Nb $_{1-x}$ C和Zr $_x$ Nb $_{1-x}$ N的体积模量的终端成员单独。计算结果与第一性原理计算的结果相当。
2017-04-25 cond-mat.mtrl-sci
Nature of Chemisorption on Titanium Carbide and Nitride
进行了广泛的密度泛函计算，以了解TiC（111）和TiN（111）表面上的原子化学吸附，特别是计算的第二和第三周期吸附原子的吸附能的“”形趋势。我们以前提出的协调耦合模型的化学吸附在TiC（111）上进行了测试，对新的结果在TiN（111）上的吸附，并发现适用于这个表面，以及，从而反映了两种化合物之间的电子结构的相似性和差异。
2005-11-17 cond-mat.mtrl-sci
Perspective on descriptors of mechanical behavior of cubic transition-metal carbides and nitrides
本文针对立方岩盐型TMC/Ns，指出仅靠VEC描述其稳定性与力学行为存在局限，主张引入组分差异描述符、半经验模型及VEC的键型分解以提升预测能力。
2024-04-26 cond-mat.mtrl-sci
Trends in Elasticity and Electronic Structure of Transition-Metal Nitrides and Carbides from First Principles
用密度泛函微扰理论研究了$B_1$结构过渡金属氮化物及其碳化物的弹性性质。弹性常数的线性响应结果与数值导数法所得结果吻合良好，也与实测数据一致。我们发现以下趋势：（1）对于金属组分或如果C被N取代，体模量$B$和四元剪切模量$G^{\prime}=(C_{11}-C_{12})/2$在周期表上的上方或下方增加，晶格常数$a_{0}$减小;（2）不等式$B > G^{\prime} > G > 0$适用于$G=C_{44}$ ;（3）$G$强烈地依赖于每个晶胞的价电子数（$Z_{V}$）。从$G$作为$Z_{V}$的函数的拟合曲线，我们可以预测MoN在$B_{1}$结构中是不稳定的，并且过渡金属碳氮化物（$e.g.$ ZrC $_{x}$ N $_{1-x}$）和双过渡金属碳化物（$e.g.$ Hf $_{x}$ Ta $_{1-x}$ C）在$Z_{V} \approx 8.3$处具有最大$G$。
2004-12-15 cond-mat.mtrl-sci
Trends in Atomic Adsorption on Titanium Carbide and Nitride
对H、B、C、N、O、F、Al、Si、P、S和Cl在极性TiC（111）和TiN（111）表面上的原子化学吸附进行了广泛的密度泛函计算，得到了两种表面相似的吸附趋势：（i）沿吸附原子周期的类周期吸附能量趋势;（ii）O、C、N、S和F的最强吸附;（iii）大的吸附变化;（iv）对O的吸附能（8.4-8.8 eV）创纪录地高。然而，发现TiN上的元素周期表的左边和TiC上的元素的右边的更强的吸附。结果支持的协调耦合模型，提出的化学吸附在TiC上，也适用于TiN。
2005-11-16 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
Exploration of Hexagonal, Layered Carbides and Nitrides as Ultra-High Temperature Ceramics
针对六方层状碳化物/氮化物的结构等问题，本研究通过高通量DFT识别出67种热稳定性优异的新材料，结合机器学习预测熔点发现5种超2500K的候选，扩展了高温陶瓷的化学与结构范围。
2025-08-25 cond-mat.mtrl-sci
Comparison of Matlantis and VASP bulk formation and surface energies in metal hydrides, carbides, nitrides, oxides, and sulfides
本文对比 Matlantis 与 VASP 对多类金属化合物能量的预测，发现其体相形成能和表面能存在系统偏差，但仍可较好描述第一性原理结果。
2023-04-21 cond-mat.mtrl-sci
OH terminated two-dimensional transition metal carbides and nitrides (MXenes) as ultralow work function materials
MXene是一组二维过渡金属碳化物和氮化物，在能量存储和电子器件中提供许多潜在的应用。作为设计新型电子器件的重要参数，我们采用第一性原理计算研究了裸MXene及其带有F、OH和O化学基团的功能化MXene的功函数。根据我们的计算，结果表明，OH封端的MXene达到1.6和2.8 eV之间的超低功函数。此外，取决于过渡金属的类型，F或O官能化影响功函数的增加或减少。我们发现，功能化后的功函数的变化与表面偶极矩的变化呈线性相关。结果表明，F或O封端的MXene的功函数由两个因素控制：由F/O和衬底之间的电荷转移引起的诱导偶极矩，以及在官能化后由表面弛豫引起的总表面偶极矩的变化。然而，在OH封端的MXene的情况下，除了这两个因素之外，OH基团的固有偶极矩在确定总偶极矩中起重要作用，因此证明其超低功函数是合理的。
2015-07-17 cond-mat.mtrl-sci
Robust Aluminum Nitride Passivation of Silicon Carbide with Near-Surface Quantum Emitters for Quantum Computing and Sensing Applications
Howard University（霍华德大学）；University of Maryland, College Park（马里兰大学帕克分校）；Laboratory for Physical Sciences（物理科学实验室）
本研究利用氮化铝钝化硅碳化物表面，有效去除表面态并恢复缺陷的光学性质，同时发现界面处的新缺陷具有独特的自旋和光学特性。
2026-02-27 cond-mat.mtrl-sci
Synthesis of anti-perovskite-type carbides and nitrides from metal oxides and melamine
通过金属氧化物与有机化合物三聚氰胺（C3H6N6）反应，合成了ZnNNi 3、ZnCNi 3、SnNCo 3和SnCCo 3四种反钙钛矿型化合物。通过选择不同的反应温度和标称氧化物与三聚氰胺的比率，选择性地合成ZnNNi 3和ZnCNi 3。首次采用三聚氰胺法合成了SnNCo3。电阻率，磁化强度和热容量的测量表明，SnNCo3是一种相关的金属，在费米能级具有高密度的状态。我们的研究结果表明，这种可行的合成路线使用三聚氰胺是有用的，在寻找复杂的金属碳化物和氮化物向新型功能材料。
2019-04-12 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Ab-initio thermodynamics of deposition growth: surface terminations of CVD titanium carbide and nitride
我们提出了一种计算方法来预测终端的生长或沉积表面的沉积条件的函数。这种表征对于理解催化和生长现象是有价值的。该方法结合从头计算密度泛函理论（DFT）计算和实验数据与速率方程描述的分压在反应室。速率方程的使用，使一个复杂的气体环境中的几个方面的完整的描述，（实验上可访问的）参数。的预测是基于与形成不同的终端表面的反应的自由能之间的比较。该方法具有内在的非平衡特性。在极限的动态平衡（具有相等的化学势在表面和气相），我们发现，该方法的预测符合标准从头算为基础的平衡热力学。我们举例说明了TiC（111）和TiN（111）的化学气相沉积（CVD）方法，并发现出现的终止可以由环境和生长速率控制。
2010-06-28 cond-mat.mtrl-sci
Compressibility and structural stability of ultra-incompressible bimetallic interstitial carbides and nitrides
本文用高压X射线衍射研究了Pd_2Mo_3N、Ni_2Mo_3C_（0.52）N_（0.48）、Co_3Mo_3C_（0.62）N_（0.38）和Fe_3Mo_3C的结构稳定性。我们已经发现，它们在至少高达48 GPa的环境压力下保持稳定的立方相。它们的体积弹性模量都大于330 GPa，是最难压缩的材料，B0 = 374（3）GPa。此外，随着碳含量的增加，压缩性明显降低。确定了每种材料的状态方程。与其他耐火材料的比较表明，间隙氮化物和碳化物表现为超不可压缩材料。
2012-04-19 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Berezinskii-Kosterlitz-Thouless transition in rhenium nitride films
本文通过调控合成 ReN_x 薄膜并结合 I-V、电阻率与磁阻测量及 BMO 理论，证实其具有可比甚至优于 NbN_x 的 BKT 转变。
2024-01-23 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
The Effect of Element Composition on the Structural and Electronic Properties of Carbon, Silicon, Silicon Carbide, and Boron Nitride Gyroid Schwarzites
黑云母是呈现负高斯曲率的多孔结构。虽然最初提出的碳，原则上，其他元素的施瓦茨是可能的。在这项工作中，我们已经进行了详细的调查的元素组成（C，Ge，Si，SiC和BN）的结构，电子和光学性质的螺旋状施瓦济结构，所谓的G688的效果。DFT模拟使用著名的SIESTA代码进行。结果表明，这些同素异形体结构的形成能值与其它同素异形体结构的形成能值在相似的范围内，并且在1000~K范围内是热稳定的。从电子分析，我们的结果表明，所有的结构，除了碳的，目前的半导体特性。从光学性质来看，除了红外区只有硅和锗表现出一定的吸收外，其他结构都只在可见光和紫外区表现出光学活性，并且都具有较大的折射率值。对于反射率，除了Si和Ge的施瓦济体反射近40%的光外，其它施瓦济体都表现出较低的反射率。这些特性使它们成为光电应用的良好候选者，例如红外/紫外线吸收剂和紫外线阻断剂。
2022-08-19 cond-mat.mtrl-sci
Direct synthesis and chemical vapor deposition of 2D carbide and nitride MXenes
本文提出通过金属与金属卤化物同石墨、甲烷或氮气反应直接合成MXenes的可扩展方法，并实现CVD生长MXene地毯及球晶状形貌，所得材料在锂离子存储中表现优异。
2023-05-27 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Topologically protected interface phonons in two-dimensional nanomaterials: hexagonal boron nitride and silicon carbide
我们进行了晶格动力学分析和分子动力学模拟，以证明存在的拓扑保护声子模式的二维，单层六方氮化硼片。拓扑声子模式被发现是本地化在一个平面内的界面，将系统分为两个区域的不同谷陈数。这种拓扑声子模式的色散跨越频率间隙[1123，1278] cm^{-1}，该频率间隙通过与量子谷霍尔效应的类比通过破坏原始单位晶胞中的硼和氮原子的反转对称性而打开。因此，具有该间隙内的频率的振动能量在拓扑上受到保护，导致波传播表现出最小的反向散射，对于诸如尖角的结构缺陷是鲁棒的，并且表现出优异的时间稳定性。我们的发现开辟了在二维纳米材料中实现拓扑声子和力学的可能性。
2018-07-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Surface activation by electron scavenger metal nanorod adsorption on TiH2, TiC, TiN, and Ti2O3
本研究通过功函数计算和纳米棒吸附实验，发现电子清除剂效应可降低TiH2和Ti2O3等材料表面阴离子脱附能，从而活化氢化物、碳化物和氮化物，为设计新型负载型催化剂提供新途径。
2023-04-30 cond-mat.mtrl-sci
Highly Ordered Boron Nitride/Epigraphene Epitaxial Films on Silicon Carbide by Lateral Epitaxial Deposition
实现高性能的纳米电子学需要在纳米尺度上控制材料。在碳化硅上生产高质量外延石墨烯（EG）纳米结构的方法是已知的。下一步是在EG纳米结构上生长范德华半导体。六方氮化硼（h-BN）是一种宽带隙半导体，具有与石墨烯相匹配的蜂窝晶格结构，使其非常适合石墨烯基纳米电子学。在这里，我们描述了多层h-BN的制备和表征使用迁移增强的金属有机物气相外延工艺在EG上外延生长。作为横向外延沉积（LED）机制的结果，生长的h-BN/EG异质结构具有高度有序的外延界面，如所期望的，以便保持原始石墨烯的传输性质。通过第一性原理模拟分析了所观察到的2D外延h-BN膜的逐行生长机制的原子尺度结构和能量细节，证明了一维无成核能量无势垒生长。这种工业相关的LED工艺可以应用于各种各样的范德华材料。
2020-11-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Fermiology of two-dimensional titanium carbide and nitride MXenes
MXene是一类二维过渡金属碳化物和氮化物材料，其通常表现出非常好的金属导电性，因此对于例如，柔性电子、电催化和电磁干扰屏蔽。然而，令人惊讶的是，对MXene的费米学，即费米面的形状和大小及其对材料性质的影响知之甚少。其中一个原因可能是MXene表面几乎总是被官能团的混合物覆盖，并且研究无序系统的费米表面是麻烦的。在这里，我们研究了四种常见的钛基MXene作为表面官能团组成的函数的费米学。我们首先计算了具有显式混合表面的系统的有效能带结构，观察到Ti-d带的填充和由此产生的费米能级移动的逐渐演化。然后，我们证明，这些能带结构可以通过使用假氢化表面接近，也比较有利的实验角度分辨光电子能谱的结果。通过修改赝氢电荷，然后我们继续绘制所有系统的费米面，并提取它们的属性，如费米表面积和平均费米速度。这些又被用来评估的电导率与弛豫时间拟合实验测量的电导率。
2021-04-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Predicted phase diagram of B-C-N
注意到碳和碳化硼与氮化硼和氮化硼相之间的结构关系，我们调查他们的相互溶解度使用的第一原理总能量补充统计力学的组合，以解决有限的温度。由于替代的能量消耗较大，我们发现超硬材料金刚石和立方氮化硼的互溶度可以忽略，准二维材料石墨和六方氮化硼的互溶度也可以忽略。相比之下，我们发现在高温下连接碳化硼到低氮化硼的溶解度的连续范围。由B $_{12}$二十面体和NBC链组成的电子精确化合物B $_{13}$ CN在所有温度下都是稳定的。在T= 500 K左右，它表现出NBC链取向的有序-无序转变。
2015-12-22 cond-mat.mtrl-sci
First-principles prediction of point defect energies and concentrations in the tantalum and hafnium carbides
该研究结合第一性原理计算与统计力学模型，统一预测 TaC 和 HfC 中各类点缺陷及其团簇的平衡浓度，并给出可推广至类似化合物的 Arrhenius 描述。
2024-07-06 cond-mat.mtrl-sci
Ab initio calculation of phonon polaritons in silicon carbide and boron nitride
利用光子准粒子控制电磁能远低于衍射极限的能力是纳米光子学的一个定义范例。在这一领域的一个重要的最新发展是测量和操纵极有限的声子极化激元模式的极性介质，如碳化硅和六方氮化硼，铺平了道路的纳米光子学和极端的光-物质相互作用在中红外太赫兹频率范围。为了进一步推进这一有前途的领域，预测最近发现的和尚未合成的极化激元材料的光学响应是非常有趣的。在这里，我们发展了一个统一的框架，量子线性响应理论的基础上计算空间非局域介电函数的极性晶格在任意尺寸。在三维块状材料的情况下，我们的计算的空间局部限制再现极性晶格的介电响应的标准结果。使用这个框架，我们提供了从头计算的介电常数的重要散装极性的碳化硅和六方氮化硼，如与实验吻合良好。从从头算理论，我们能够开发一个微观的理解，声子模式有助于每个组件的介电函数，以及预测功能的介电函数是一个结果，弱TO声子。这种形式主义还确定了量子非局域效应可以校正声子极化激元色散的机制，这与最近将电磁场限制在1~nm尺度的原子尺度实验非常相关。最后，我们的工作指向的第一性原理描述的界面声子，声子强耦合，和手征声子的声子极化激元的性质的影响。
2018-08-31 cond-mat.mtrl-sci physics.optics quant-ph
Potential super-hard Osmium di-nitride with fluorite structure: First-principles calculations
我们对具有萤石结构的铂和锇的二碳化物、氮化物、氧化物和硼化物进行了系统的第一性原理计算。发现只有PtN $_{2}$、OsN $_{2}$和OsO $_{2}$是机械稳定的。特别是OsN $_{2}$具有最高的体积模量360.7 GPa。能带结构和态密度表明OsN $_{2}$的新相是金属性的。高的体积模量是由于Os5 \textit{d}和N2 \textit{p}态之间的强共价键和紧密堆积的萤石结构。
2006-10-26 cond-mat.mtrl-sci
Thermodynamic and electronic properties of ReN$_2$ polymorphs at high-pressure
高压力合成的氮化物ReN全氮化物$_2$的晶体结构不寻常的过渡金属二氮化物和高值的硬度和体积模量吸引了显着的注意力，这个系统。我们研究了ReN $_2$的P2 $_1$ /c相的热力学和电子学性质，并将它们与文献中提出的其他两种多型相C2/m和P4/mbm相进行了比较。我们在零温度下的生成焓的计算表明，前一阶段是最稳定的三个压力p=170 GPa，其次是稳定的P4/mbm相在较高的压力。理论预测证实了金刚石对顶砧细胞合成的P4/$_2$在$\approx$ 175 GPa。在p=100 GPa的准谐近似下，考虑有限温度的影响，我们证明了P2 $_1$ /c相至少在1000 K时具有最低的形成自由能。我们的分析的压力依赖性的电子结构的x-nitride的pernitride显示存在两个电子拓扑转变约18 GPa，当费米表面改变其拓扑结构，由于一个新的电子口袋的外观在高对称性Y $_2$点的布里渊区，而颈部的中断发生稍微偏离$Γ$ -A线。
2021-09-20 cond-mat.mtrl-sci
Nano selective area growth of GaN by MOVPE on 4H-SiC using epitaxial graphene as a mask: towards integrated III-nitride / graphene / SiC electronics and optoelectronics
我们报告的高品质的三角形GAN纳米台面的生长，30 nm厚，在4 H-SiC的C-面使用纳米选择性区域生长（NSAG）与图案化的外延生长在SiC上的石墨烯作为嵌入式掩模。NSAG解决了氮化物异质外延生长中的缺陷晶体问题，高迁移率石墨烯薄膜可以很容易地在GaN基光电子器件中提供背面低耗散电极。该方法包括首先通过碳化硅的约束控制升华在4 H-SiC的C面上生长5-8个石墨烯层的膜。然后将石墨烯膜图案化，并在石墨烯中蚀刻75纳米宽的开口阵列，露出SiC衬底。随后通过金属有机气相外延生长30纳米厚的GAN。GAN纳米台面在SiC上以完美的选择性外延生长，在通过石墨烯图案化的开口中，在石墨烯上没有成核。在SiC上的台面的向上或向下的取向，它们的三角形刻面，和横截面扫描透射电子显微镜显示，它们是双相的。核心是闪锌矿单晶，周围环绕着单晶六方纤锌矿。GAN晶体纳米台面没有穿线位错，也没有显示任何V-坑。该NSAG工艺潜在地导致高质量III族氮化物在晶片可扩展外延石墨烯/碳化硅平台上的集成。
2015-10-15 cond-mat.mtrl-sci
Transcending the MAX phases concept of nanolaminated early transition metal carbides/nitrides -- the ZIA phases
本文提出ZIA相这一新型纳米层状金属间化合物类别，以Nb$_3$SiNi$_2$为首个候选相，揭示其与MAX相共享统一化学计量规则，从而将纳米层状晶体固体概念拓展到MAX相之外。
2023-08-11 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Electronic Structure of Exfoliated and Epitaxial Hexagonal Boron Nitride
面元氮化硼（hBN）是范德华异质结构中的重要组分，因为它提供了高质量和弱相互作用的界面，从而保持了相邻材料的电子特性。虽然已经使用电子输运和光学探针对hBN的剥离薄片进行了广泛的研究，但是缺乏对能量和动量依赖的电子激发光谱的详细实验测量。在这里，我们直接确定了完整的价带（VB）的电子结构的微米级剥离片的hBN使用角分辨光电子能谱与微米空间分辨率。我们确定的π-和σ-带色散，hBN堆叠顺序，并确定总VB带宽为19.4 eV。我们将这些结果与使用环硼氮烷前体在碳化硅上原位生长的石墨烯上外延hBN的电子结构数据进行比较。用光电子显微镜研究了外延生长和电子性质.我们的测量结果表明，hBN的基本电子性质是高度依赖于制造策略。
2018-07-30 cond-mat.mtrl-sci
On electrical conductivity of melts of boron and its compounds under pressure
本文研究了硼及其碳化物（B_4C）、氮化物（BN）和磷化物（BP）熔体在7.7GPa和3500K下的电导率。研究表明，这些熔体是良导体，其比电导率值与环境压力下的铁熔体相当。
2016-01-13 cond-mat.mtrl-sci
Electronic properties and applications of MXenes: a theoretical review
近年来，层状MAX相化合物的化学剥离制备二维过渡金属碳化物和氮化物（MXenes），为材料科学和技术的发展带来了新的机遇。这篇评论强调了已经做出的计算尝试，以了解这个非常有前途的先进的二维材料的家庭的物理和化学，并利用其新颖的和特殊的性能，为电子和能量收集应用。
2017-02-24 cond-mat.mtrl-sci
Structural, electronic properties and stability of MXenes Ti2C and Ti3C2 functionalized by methoxy groups
MXenes是一组新的准二维d-金属碳化物或氮化物纳米材料，通过化学剥离从MAX相衍生，其性质对表面官能团的存在非常敏感。在此，通过密度泛函理论紧束缚方法考虑通过甲氧基官能化的MXene Ti 2 C和Ti 3 C2。它们的结构，电子性质，和相对稳定性进行了讨论，与相关的和实验制造的羟基衍生物MXenes的比较。
2013-04-09 cond-mat.mtrl-sci
Electronic Correlation and Transport Properties of Nuclear Fuel Materials
锕系元素，如铀和钚，以及它们的化合物是最有名的核材料。在设计用于核能的最佳燃料材料时，需要考虑的重要热物理性质是熔点和导热性。理解锕系元素系统中电子和晶格振动引起的传输现象的物理基础是设计更好燃料的关键一步。采用第一性原理LDA+DMFT方法，对核燃料材料中的锕系碳化物、氮化物和氧化物的相关电子结构和输运性质进行了系统的研究。我们发现，不同的机制，电子-电子和电子-声子的相互作用，负责在氮化铀和碳化铀，最好的两种燃料材料，由于其优异的热物理性能的运输。我们的研究结果使我们能够预测如何提高它们的热导率。
2011-01-13 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Unraveling the effects of anionic vacancies and temperature on mechanical properties of NbC and NbN: Insights from Quantum Mechanical Study
The Technical University of Kenya（肯尼亚科技大学）；Moi University（莫伊大学）；University of Eldoret（埃尔多雷特大学）
本研究通过量子力学方法探讨了温度与阴离子空位对NbC和NbN机械性能的影响，揭示了结构、缺陷和热效应对材料韧性和脆性转变的关键作用。
2026-01-09 cond-mat.mtrl-sci
Hybrid organic-inorganic two-dimensional metal carbide MXenes with amido- and imido-terminated surfaces
本研究开发了一类新型混合MXenes(h-MXenes)，其有机和无机部分通过氨基和亚氨基键合连接，结合了配位化学与表面科学概念，展现出有机-无机组分相干耦合及优异的抗水解稳定性。
2023-05-27 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Anisotropic effects in two-dimensional materials
本文系统综述了黑磷、CrSBr等代表性各向异性二维材料的电子结构、输运与光学性质，涵盖半导体、Dirac及半Dirac材料与超导体，揭示了各向异性引发的双曲等离激元等新物理现象。
2024-08-29 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
Ab-initio Prediction of Ultra-Wide Band Gap B$_x$Al$_{1-x}$N Materials
超宽带隙（UWBG）材料将在未来的电力电子技术中发挥重要作用。由UWBG材料制成的器件预期在比当前基于硅和碳化硅的器件更高的电压、频率和温度下操作;并且甚至可以导致这种器件的显著小型化。在超声波BG领域，氮化铝和氮化硼引起了人们极大的兴趣，然而，B-$_x$-Al $_{1-x}$-N合金的研究较少。本文采用密度泛函理论和团簇展开方法相结合的第一性原理模拟方法，预测了B-$_x$-Al $_{1-x}$-N合金的晶体结构。我们发现17个基态结构的B $_x$ Al $_{1-x}$ N之间的形成能为0.11和0.25 eV/atom。所有这些结构被发现是动态稳定的。发现B $_x$ Al $_{1-x}$ N结构主要具有四面体成键环境，然而，一些结构表现出类似于六方BN的$sp^2$键。这项工作扩大了我们的知识的结构，能量，并在B $_x$铝$_{1-x}$ N帮助他们的合成，横向或垂直设备的创新，和兼容的电介质和欧姆接触材料的发现键合。
2023-01-18 cond-mat.mtrl-sci
Tunable magnetism in Nitride MXenes:consequences of atomic layer stacking
本研究通过DFT计算揭示氮化物MXenes中过渡金属层堆叠模式可显著调控其电子与磁性能，为磁性器件应用提供新途径。
2024-05-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Bonding mechanism in the nitrides Ti2AlN and TiN: an experimental and theoretical investigation
用体敏软X射线发射谱研究了Ti 2AlN和TiN纳米叠层薄膜的电子结构。测量的Ti L，N K，Al L1和Al L2，3的发射光谱与计算光谱使用从头算密度泛函理论包括偶极跃迁矩阵元素进行了比较。确定了三种不同类型的键合区域;在费米能级以下-1和-2eV之间的相对弱的Ti 3d-Al 3 p键合，以及分别在费米能级以下-4.8eV和-15eV处观察到的能量更深的Ti 3d-N 2 p和Ti 3d-N 2s键合。与纯Al金属相比，Ti 2AlN的Al L2，3发射的3s态的光谱形状被发现强烈修改，这反映了在Al L1发射中观察到的Ti 3d - Al 3 p杂化。讨论了Ti 2AlN和TiN的电子结构和晶体结构之间的差异与前者化合物的插层Al层以及与同构碳化物相比材料性能的变化的关系。
2011-12-28 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Niobium Titanium Nitride as a High Tensile Stress Material for Nanomechanics
Walther-Meißner-Institut, Bayerische Akademie der Wissenschaften（瓦尔特·迈斯纳研究所，巴伐利亚科学院）；Physics Department, TUM School of Natural Sciences, Technical University of Munich（慕尼黑工业大学自然科学学院物理系）；Munich Center for Quantum Science and Technology (MCQST)（慕尼黑量子科学与技术中心）；Department of Microtechnology and Nanoscience (MC2), Chalmers University of Technology（查尔姆斯理工大学微技术与纳米科学系）；School of Computation, Information and Technology, Technical University of Munich（慕尼黑工业大学计算、信息与技术学院）；TUM Center for Quantum Engineering (ZQE)（慕尼黑工业大学量子工程中心）
本研究将超导氮化物NbTiN用作纳米机械谐振器，制备出高应力纳米弦谐振器并表征其性能，该材料有望用于腔电机械与纳米力学领域。
2026-08-10 cond-mat.mtrl-sci quant-ph
The role of Hume-Rothery's rules play in the MAX phases formability
MAX相是过渡金属和A族元素的层状六方结构三元碳化物或氮化物的族。使这种材料具有吸引力和潜在用途的是它们金属和陶瓷特性的显着组合;以及在其2D对应物MXenes的“自上而下”合成中不可或缺的作用。为了提高成功搜索潜在的新MAX相的效率，主要的努力可以朝着创建一个信息预测系统，该系统包括所有MAX相的数据库，以及普遍有效的原理和高质量的数据库。在这项工作中，我们采用结构映射的方法，这表明其优点是有用的指导材料设计，与休谟Rothery参数提供指导原则，在寻找新的MAX相。MAX相上的可成形/不可成形数据可以通过使用几何和电子浓度因子的建议表达式在二维图中排序。
2020-07-03 cond-mat.mtrl-sci
Oxygen Functionalization-induced Crossover in the Tensile Properties of thinnest 2D Ti2C MXene
过渡金属碳化物/氮化物（MXenes）是一种新开发的二维（2D）材料，具有技术上坚固的性能，可以通过平面表面功能化进行微调。在本文中，氧（O-）官能化对最薄的2D Ti 2C MXene的拉伸机械特性的关键作用通过基于第一性原理的ReaxFF力场的分子动力学（MD）模拟来探索。结果表明，Ti_2C板材具有独特的拉伸力学行为，并随O-官能化含量和拉伸方向的不同而显著变化。在两个加载方向上，杨氏模量、破坏强度和破坏应变存在明显的交叉。有趣的是，在扶手椅定向载荷下，在Ti_2C区发生1 T到1 T '相的结构转变，这在许多过渡金属二硫属化物中已经观察到。然而，在Z字形方向的应变，两个不同的结构转变发生在原始的和完全O-官能化的Ti 2C片，分别。当载荷被移除时，这三种结构转变是可逆的，并且通过键构型的分析来严格理解它们。该研究为功能化MXene的力学行为和结构转变提供了重要的见解。
2020-08-14 cond-mat.mtrl-sci
Ultrahigh thermal conductivity and strength in direct-gap semiconducting graphene-like BC6N: A first-principles and classical investigation
近年来，石墨烯类碳化硼和氮化碳纳米片由于其半导体电子性质和优异的机械和热传输性能而引起了人们的广泛关注。类石墨烯BC6N是一种实验实现的层状材料，最近一直是许多理论研究的焦点。有趣的是，BC6N单层的最稳定形式仍未被探索，并且关于其固有物理性质的信息有限。在此，密度泛函理论（DFT）计算的基础上，我们确认，最稳定的形式的BC6N纳米片显示了一个矩形的unitcell，根据一个被忽视的实验发现。我们发现BC_6N单层膜是一种直接带隙为1.19 eV的半导体，具有各向异性和良好的可见光吸收。第一性原理的结果强调，BC6N纳米片表现出各向异性和可调的拉伸强度和晶格热导率，优于所有其他制造的2D半导体。此外，我们开发经典的分子动力学模型的热传输和力学性能的BC6N纳米膜的评价。这项工作中所呈现的结果不仅揭示了BC6N纳米片的最稳定构型，而且还证实了其出色的吸引人的电子，光学，热传导和机械性能，极大地激励了进一步的理论和实验努力。
2021-06-13 cond-mat.mtrl-sci
Structure and Elastic properties of Titanium MXenes: evaluation of COMB3, REAXFF and MEAM force fields
本研究评估了COMB3、REAXFF、MEAM三类共10种分子动力学力场对钛基MXenes结构与弹性质的模拟能力，筛选出4种适配性最优的力场，首次给出其线性压缩率数值，为相关计算研究提供参考。
2025-05-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Crystal Structure and Elastic Properties of Hypothesized MAX Phase-like Compound (Cr2Hf)2Al3C3
术语“MAX相”是指一类非常有趣和重要的层状三元过渡金属碳化物和氮化物，具有金属和陶瓷类特性的新颖组合，使这些材料在许多技术和工程应用中受到高度重视。以（Cr2 Hf）2Al 3C 3为例，我们证明了在保持结晶度的同时将更多类型的元素并入MAX相而不是产生固溶体相的可能性。利用维也纳从头算模拟软件包研究了类MAX（Cr2 Hf）2Al 3C 3的晶体结构和弹性性质。与具有六方对称性的MAX相（P63/mmc，#194）不同，（Cr2 Hf）2Al 3C 3在P21/m（#11）的单斜空间群中结晶，晶格参数为a = 5.1739 °，b = 5.1974 °，c = 12.8019 °; α = β = 90°，γ = 119.8509°。发现其结构在能量上更加有利，能量（每分子式单位）为-102.11eV，显着低于同素异性偏析（-100.05eV）和固溶体（-100.13eV）相的能量。使用应力-应变方法和多晶的VRH近似的计算也表明（Cr2 Hf）2Al 3C 3具有突出的弹性模量。
2014-02-20 cond-mat.mtrl-sci
Review of Transition-Metal Diboride Thin Films
本文综述了具有AlB 2型晶体结构（Strukturbericht命名为C32）的第4-6族过渡金属二硼化物（TMB 2）薄膜的薄膜生长、化学和物理性质。随着TMB 2开始与传统的耐火陶瓷（如碳化物和氮化物，包括Ti 1-xAlxN等伪二元化合物）竞争，工业应用正在迅速增长。TMB 2晶体结构包括由六方密堆积TM层交错的B的石墨状蜂窝状原子片。从C32晶体结构茎独特的性能，包括高熔点，硬度，耐腐蚀性，但有限的抗氧化性，结合高导电性。我们将潜在的化学键合、轨道重叠和电子结构与这类材料特有的机械性能、电阻率和高温性能相关联。该审查强调了避免污染元素（如氧）和硼偏析的目标和基板两侧溅射沉积过程中，更好地定义的属性，无论硼化物系统调查的重要性。这是由于对于生长熔剂的富硼组合物，B向TMB 2晶界偏析的强烈趋势。据判断，TMB 2膜的溅射沉积正处于TMB 2不仅作为块体材料而且作为保护涂层和导电高温稳定薄膜的多种应用的临界点。
2021-12-28 cond-mat.mtrl-sci
Nearly Free Electron States in MXenes
利用第一性原理计算，我们研究了二维过渡金属碳化物和氮化物，即所谓的MXene，功能化F，O和OH的电子结构。我们的投影能带结构和电子局域化函数分析揭示了各种MXene中存在近自由电子（NFE）态。NFE态在空间上正好位于MXene的原子结构之外，并且平行于表面延伸。此外，我们发现，OH封端的MXene提供的NFE态的能量接近费米能级。特别地，在一些OH-封端的MXene（例如Ti 2C（OH）2、Zr 2C（OH）2、Zr 2N（OH）2、Hf 2C（OH）2、Hf 2N（OH）2、Nb 2C（OH）2和Ta 2C（OH）2）中的NFE态被部分占据。这与石墨烯、石墨烷和MoS 2形成了鲜明的对比，在这些材料中，它们的NFE态位于费米能级之上，因此它们是未被占据的。作为这类系统的原型，我们研究了Hf_2C（OH）_2的电子输运性质，发现Hf_2C（OH）_2中的NFE态为电子输运提供了几乎完美的传输通道，而没有核散射.我们的研究结果表明，这些系统可能会在纳米电子器件中找到应用。我们的发现为MXene独特的电子能带结构提供了新的见解。
2016-04-26 cond-mat.mtrl-sci
The Impact of Anionic Vacancies on the Mechanical Properties of NbC and NbN: An ab initio Study
超硬材料的发展最近集中在含有重过渡金属和轻主族元素的系统上。铌的碳化物和氮化物以前已被确定为潜在的候选者，然而，在合成过程中碳和氮的挥发性使它们易于形成阴离子空位，其具有改变电子结构、动力学稳定性和不利地影响机械性能的能力。在这里，我们提出了从头计算密度泛函理论计算，探测阴离子空位的发生作为浓度的函数，此后，相关的机械性能进行了研究。我们的研究结果表明，在NbC和NbN中的阴离子空位的存在下，往往会恶化的机械性能，并最终的机械硬度由于空位软化，可以归因于缺陷诱导的共价键到金属键的过渡。此外，据观察，NbC中的阴离子空位倾向于改变其韧性，特别是，ZB中的NbC变得脆，而WZ中的NbC在高达6%的C空位的存在下变得延性。另一方面，NbN的韧性被发现是不敏感的缺陷浓度，甚至高达8%。因此，在NbC和NbN的合成过程中严格控制阴离子缺陷对于实现所需的机械响应是至关重要的，所述机械响应可以使这些材料理想地用于超硬和相关应用。
2020-09-22 cond-mat.mtrl-sci
Hybrid Density Functional Study of Structural and Electronic Properties of Functionalized \ce{Ti_{n+1}X_n} (X= C, N) monolayers
使用常规（PBE）和混合（HSE 06）泛函进行密度泛函理论模拟以研究具有由O、F、H和OH基团封端的表面的MXene单层、\ce{Ti_{n+1}C_n}和\ce{Ti_{n+1}N_n}（$n$ = 1- 9）的结构和电子性质。我们发现PBE和HSE 06给出了类似的结果。在没有官能团的情况下，MXene具有磁有序的基态。除了\ce{Ti_{2}CO_{2}}外，所有研究的材料都是金属的，我们预测它是半导体的。较厚MXene（$n$ $\geqslant$ 5）的费米能级处的计算态密度比薄MXene高得多，表明诸如电子导电性和表面化学的性质将是不同的。一般来说，碳化物和氮化物在相同的官能团下表现不同。
2013-06-28 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
2D-Double transition metal MXenes for spintronics applications: surface functionalization induced ferromagnetic half-metallic complexes
MXenes是一种快速发展的二维（2D）材料，具有厚度，组成和功能化相关的出色性能，在不同领域具有应用。为了公开基于2D-双过渡金属（DTM）碳化物和氮化物的原始和表面官能化的MXene（M '2 M“X2 Tx，M'和M”= Cr，Mo，W; X = C/N; T = -F/-OH/=O）的纳米自旋电子学应用，已经使用自旋极化的第一性原理计算对结构稳定性、磁性和电子结构进行了系统的研究。从144种探索的基于DTM的MXene中筛选出36种稳定的官能化MXene。所探索的材料表现出惊人的性能，具有广泛的磁性基态，从非磁性到铁磁性，然后到反铁磁性，伴随着金属到半金属或无间隙半金属性质，这取决于过渡金属和终止基团。发现Mo和W基MXene是磁性的和金属的，而Cr-Mo和Cr-W基MXene是磁性的，具有不同的金属行为。W_2CrN_2O_2和Mo_2CrN_2O_2系统是铁磁半金属二维材料，在少数自旋通道中的直接带隙分别为1.35 eV和0.77 eV。对DTM MXene的全面研究提供了固有的半金属特性以及强大的铁磁性，开辟了一类具有可调磁性和电子特性的有前途的新型2D材料，用于纳米自旋电子学和电子学中的潜在器件应用。
2022-11-02 cond-mat.mtrl-sci
Confinement of quasi-atomic structures in Ti$_2$N and Ti$_3$N$_2$ MXene Electrides
本文通过第一性原理计算发现 Ti$_2$N 和 Ti$_3$N$_2$ 氮化钛 MXene 具有间隙阴离子电子，属于 MXene 电子化合物，其中块体 Ti$_3$N$_2$ 偏向反铁磁构型，其单层为铁磁电子化合物，而 TiN 不具备这些性质。
2024-08-01 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Polymer Nanocomposites having a High Filler Content: Synthesis, Structures, Properties, and Applications
近年来纳米级填料如碳纳米管、石墨烯和纳米纤维素的发展使得聚合物纳米复合材料的功能得以控制和增强。然而，聚合物纳米复合材料的常规合成方法不能在高填料含量下使这些纳米填料的增强最大化。提出了高含量填料聚合物纳米复合材料的合成方法，以促进未来的应用。制造方法解决了聚合物纳米复合材料结构的设计，其包括一维、二维和三维形态。概述了阻碍纳米结构增强的因素，如填料的排列、分散以及填料与聚合物之间的界面结合。使用合适的方法，可以预期纳米级填料的最大潜在增强，而不限制填料颗粒-基质界面的取向、分散和完整性。高填料含量的聚合物复合材料含有新兴材料，如2D过渡金属碳化物，氮化物和碳氮化物（MXenes），预计在未来。
2020-02-11 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Fermiology and Band Structure of Oxygen-Terminated Ti3C2Tx MXene
本文通过严格薄膜制备与超高真空退火获得纯氧端基Ti3C2Tx MXene，并利用偏振同步辐射角分辨光电子能谱揭示其费米面拓扑与各向异性能带结构，为电子输运性质的能带工程及储能、透明导体和催化应用奠定基础。
2025-03-11 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
A Simple and Efficient Non-DFT-Based Machine Learning Interatomic Potential to Simulate Titanium MXenes
Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia de São Paulo（圣保罗联邦教育、科学与技术学院）；Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)（坎皮纳斯州立大学）
本文提出一种简单高效的非DFT基于机器学习的原子间势能，用于精确模拟钛基MXenes及钛碳化物、氮化物的结构和弹性能。
2025-12-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
