Enhanced optical properties of MoSe$_2$ grown by molecular beam epitaxy on hexagonal boron nitride
本研究通过分子束外延在六方氮化硼上生长单层MoSe$_2$，实现窄至5.5 meV的低温光致发光线宽，并观察到室温发光及激子特征，为集成电子器件奠定基础。
2024-07-17 cond-mat.mtrl-sci
Fabrication of photonic nanostructures from hexagonal boron nitride
对基于层状范德华（vdW）材料的器件的兴趣日益增长，推动了新的纳米制造方法的发展。六方氮化硼（hBN）是量子光子学和极化激元学研究中最有前途的材料之一。在这里，我们详细报告了一个有前途的nanofabelets过程中使用的混合电子束诱导蚀刻（EBIE）和反应离子蚀刻（RIE）技术制造几个hBN光子器件。我们强调RIE和EBIE的缺点和优点，并展示了实用的混合方法的悬浮和支持的器件结构与纳米级的功能和高度垂直的侧壁的制造。高品质的腔光学模式（Q~1500）的测量证明了所制造的设备的功能。我们的纳米纤维方法构成了基于hBN和其他分层vdW材料的集成单片量子光子学平台的进步。
2018-09-20 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph physics.optics
Transition-Metal Nitride Halide Dielectrics for Transition-Metal Dichalcogenide Transistors
采用第一性原理计算，研究了HfNBr，HfNCl，TiNBr，TiNCl，ZrNBr和ZrNCl六种过渡金属氮化物卤化物（TMNHs）作为过渡金属二硫属化物（TMD）沟道晶体管的潜在范德华（vdW）势垒.我们计算了它们的剥离能和体声子能，发现这六种TMNH都是可剥离的，并且是热力学稳定的。我们计算的光学和静态介电常数在平面内和平面外的方向为单层和散装TMNHs。在单层中，面外静态介电常数范围从5.04（ZrNCl）到6.03（ZrNBr），而面内介电常数范围从13.18（HfNBr）到74.52（TiNCl）。我们发现TMNHs的带隙范围从1.53 eV（TiNBr）到3.36 eV（HfNCl），而亲和力范围从4.01 eV（HfNBr）到5.60 eV（TiNCl）。最后，我们估计的电介质漏电流密度的晶体管与六个TMNH单层沟道TMD（MoS 2，MoSe 2，MoTe 2，WS 2，和WSe 2）。对于p-MOS TMD沟道晶体管，与单层六方氮化硼（hBN）（一种众所周知的vdW电介质）相比，30种组合中的19种具有较小的漏电流。预测了以HfNCl为栅介质的p-MOS WS 2晶体管的最小单层漏电流为2.14*10- 9A/cm ~ 2。HfNBr、HfNCl、ZrNBr和ZrNCl也被预测在某些p-MOS TMD晶体管中产生小的漏电流。
2022-04-10 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Synthesis of Zn2NbN3 ternary nitride semiconductor with wurtzite-derived crystal structure
具有纤锌矿晶体结构的二元III-N氮化物半导体（诸如GAN和AlN）已经长期用于从光电子到电信的许多实际应用中。通过阳离子突变（元素取代）从母体二元化合物衍生的结构相关的ZnGeN 2或ZnSnN 2最近引起了注意，但是这样的三元氮化物材料大多限于II-IV-N2组成。本文报道了一种未见报道的II 2-V-N3三元氮化物半导体Zn_2NbN_3的合成和表征。Zn 2NbN 3薄膜的合成采用单步吸附控制生长法和防止Zn和N损失的两步沉积/退火法。测量结果表明，Zn 2NbN 3结晶纤锌矿衍生的结构，在这里使用两步法合成的比较化学相关的岩盐衍生的Mg 2NbN 3化合物。估计纤锌矿晶格参数为a = 3.36A和c = 5.26A，（c/a = 1.55），并且对于这种阳离子无序的Zn 2NbN 3，光吸收起始在2.1eV处。为了比较，已发表的计算研究预测阳离子有序的Zn 2NbN 3是有效纤锌矿c/a = 1.62和带隙为3.5 - 3.6 eV的半导体。总的来说，这项工作扩大了纤锌矿家族的氮化物半导体，并建议其他三元氮化物应该是可能的合成
2021-01-16 cond-mat.mtrl-sci
Enhanced light collection from a gallium nitride color center using a near index-matched solid immersion lens
在宽带隙化合物半导体中，氮化镓是最广泛可用的材料，这是由于其在固态照明和高速/大功率电子工业中的流行。现在已知GAN是少数几种在室温下发射量子光的色心材料之一。在本文中，我们报道了一个明亮的色心在半极性氮化镓衬底，在室温下发射近红外。我们表明，半球形的固体浸没透镜，近折射率匹配的半导体，可以用来提高光子收集效率的一个因素的$4.3\pm0.1$，同时提高横向分辨率的一个因素等于透镜的折射率。
2022-02-14 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph physics.optics
Bright Room-Temperature Single Photon Emission from Defects in Gallium Nitride
单光子发射器在许多光子量子技术中起着核心作用。一类有前途的单光子发射体由宽带隙晶体中的原子色心组成，如金刚石碳化硅和六方氮化硼。然而，目前不可能在低折射率衬底上生长这些材料作为亚微米厚的膜，这是成熟的光子集成电路技术所必需的。因此，在技术成熟的半导体中识别与合适的异质外延层兼容的量子发射体具有很大的兴趣。在这里，我们展示了基于氮化镓（GAN）缺陷的稳健的单光子发射器，GaN是最成熟和最好理解的半导体，可以在整个可见光谱范围内发光。我们表明，发射器具有优异的光物理特性，包括超过500 × 10^3计数/秒的亮度。我们进一步表明，发射器可以在各种GAN晶片中找到，从而为进一步的技术开发提供可靠和可扩展的平台。我们提出了一个理论模型来解释这些发射体的起源基于六方晶系氮化镓中的立方夹杂物。我们的研究结果为基于GAN的可扩展、集成的片上量子技术提供了一条可行的途径。
2016-10-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Stability of extended defects on boron nitride and graphene monolayers: the role of chemical environment
我们进行从头计算表明，反相界（APB）的相对稳定性与扶手椅和锯齿形手性在单层氮化硼（BN）的合成过程中的硼和氮物种的化学势决定。在富氮环境中，具有富氮核的锯齿形APB是最稳定的结构，而在富硼或本征生长条件下，具有化学计量核的扶手椅形APB是最稳定的结构。这种稳定性的转变是由APBs的核心中的同极键（B-B和N-N）和弹性能成本之间的竞争引起的。此外，在碳源的存在下，我们发现，碳掺杂的锯齿形APB成为最稳定的边界附近的富氮限制。BN中两种类型的APB的电子结构被示出为是特别不同的，与锯齿形APB描绘的带隙中的缺陷样深电子带，而扶手椅式APB显示批量样浅电子带。
2012-12-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Growth of few-layer molecular crystals of PTCDI on hexagonal boron nitride by microspacing air-gap sublimation
本研究通过微间距空气间隙升华法在氮化硼上生长PTCDI少层晶体薄膜，无需真空系统，并借助模拟揭示其倾斜分子构型，为二维分子晶体提供简化制备途径。
2025-08-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Ab initio calculations of the concentration dependent band gap reduction in dilute nitrides
虽然一直感兴趣的晶格匹配的激光器件与硅电路的集成，稀氮化物III/V-半导体的电子结构提出了一个挑战，从头计算方法。其根源在于N原子对大多数基质材料施加的强烈畸变。在这里，我们解决了这些问题相结合的密度泛函理论计算的基础上提出的元GGA功能的Tran和Blaha（TB 09）与超晶胞方法的稀氮化物Ga（NAs）。探索对超胞提出的要求，我们表明，一个单一的N原子的畸变场必须允许减少到目前为止，它不与其周期性的图像重叠。这也防止了平移对称原子之间的虚假电子相互作用，允许计算带隙与实验得出的参考值非常一致。这些结果开辟了稀氮化物半导体领域的预测从头计算。
2017-05-30 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
Substitutional Si impurities in monolayer hexagonal boron nitride
我们报告的第一个观察替代硅原子在单层六方氮化硼（h-BN）使用像差校正扫描透射电子显微镜（STEM）。中角环形暗场（MAADF）图像显示硅原子专门填充硼空位。这种结构在电子束下足够稳定，可以重复成像。密度泛函理论（DFT）被用来研究实验观察到的结构的能量，结构和性能。计算了Si $_\mathrm{B}$、Si $_\mathrm{N}$和Si $_\mathrm{BN}$的所有可能电荷态的形成能。结果表明Si $_\mathrm{B}^{+1}$是最稳定的取代构型。在这种情况下，硅原子从晶格中升高了0.66欧姆，在费米能级以上的电子带隙中具有未被占据的缺陷能级。生成能呈轻微放热过程。我们的研究结果明确表明，杂原子可以纳入h-BN晶格的应用范围从单原子催化原子精确的磁性结构的开放方式。
2019-07-17 cond-mat.mtrl-sci
Comments on "Quasiparticle self-consistent GW theory of III-V nitride semiconductors: Bands, Gap bowing, and effective masses"
对局域密度近似（LDA）计算的几个先前结果的忽略似乎导致了对密度泛函理论（DFT）正确描述纤锌矿GAN（w-GaN）和InN（w-InN）的电子性质的能力的不完整的并且因此误导的表征[Phys.Rev.B82，115102（2010）]。这些评论的目的是提出一个不同的图片的DFT计算，解决自洽的DFT方程组的系统的上述能力。他们还强调，根据实验建立的Burstein-Moss效应，在引用w-InN的带隙时需要指定载流子密度。
2011-01-27 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Electronic and Optical properties of Metallic Nitride: A comparative study between the MN (M=Al, Ga, In, Tl) monolayers
用密度泛函理论研究了金属氮化物（MN）单分子膜的电子和光学性质。在大多数这些单层中，金属原子的电子密度远高于氮化物原子的电子密度，并且在M-N键中发现离子键、共价键和金属键，从而产生迷人的电子和光学性质。的光学带隙变化从几乎$0.0$到$3.0$ ~eV的MN单层取决于金属和氮化物原子之间的键类型，以及周围的费米能的轨道的类型的贡献。计算了MN单分子膜的介电函数、激发光谱、折射率、反射率和电导率等光学性质。发现在低光子能量下，激发能和静态介电常数与带隙成反比。具有大带隙的MN单分子膜具有良好的可见光功能，而具有较低带隙的MN单分子膜被发现在红外区域是活跃的。此外，它示出的MN单分子膜的光学性质表现出较强的各向异性相对于入射光的偏振。因此，我们对MN单层的光学性质的研究结果表明，它们可能是有益的光电子器件的应用。
2022-01-01 cond-mat.mtrl-sci
The structure of amorphous two-dimensional materials: Elemental monolayer amorphous carbon versus binary monolayer amorphous boron nitride
自20世纪30年代以来，非晶材料的结构一直被争论为二元问题：非晶材料是Zachariasen连续随机网络（Z-CRN）或含有微晶的Z-CRN。然而，最近证明，无定形金刚石可以以任何一种形式合成。在这里，我们解决的问题，单原子厚的非晶单分子膜的结构。我们重新分析先前的模拟结果为无定形石墨烯和报告动力学蒙特卡罗模拟的基础上替代算法。我们发现，含有微晶的Z-CRN是最近制造的元素无定形石墨烯的有利结构，而二元单层无定形BN的最可能结构与两种长期争论的选择中的任一种完全不同：它是一种组成上无序的“假CRN”，包括B-N和非正则B-B和N-N键的混合物并含有“假微晶”，即由非正则六边形构成的蜂窝区域。其他非元素的二维和散装非晶材料的影响进行了讨论。
2022-08-12 cond-mat.mtrl-sci
First principles second harmonic generation of transition metal dichalcogenides and boron nitride alloys: from monolayers and nanotubes to Haeckelites and Schwarzites
为了揭示新的二维系统的二次谐波产生（SHG），利用第一性原理方法计算了不同类型的层状合金的二阶极化率χ（2），这些层状合金包括过渡金属二硫属化物（TMD）合金的单层、TMD Haeckelite合金、TMD合金的纳米管、包括BxNyCz合金的六方氮化硼（h-BN）系统、BN和BNC 2纳米管，BxNxCy黑克石和BN黑碳石（多孔BN）。结果表明，在高光子能量下，钨基合金的χ（2）值高于钼基合金，而在低光子能量下，一种MoSSe占主导地位。在所有计算结构中，假设的TMD海克尔体NbSSe和Nb 0.5Ta 0.5S2显示出最高的χ（2）。锯齿形TMD合金纳米管的χ（2）值随直径的减小而增大，当直径较大时，χ（2）值接近单层纳米管。BNC合金表现出比h-BN单层更高的χ（2），并且与TMD合金相当，除了一种情况使其强度加倍之外。BN管显示随着直径减小，χ（2）增加，类似于TMD纳米管。BxNxCy海克石具有非常高的χ（2），并且可能揭示扩展缺陷在非线性光学性质中的作用。BN Schwarzite之一表现出比已知的3-D材料更高的χ（2）。
2017-11-17 cond-mat.mtrl-sci
Nanoporous C3N4, C3N5 and C3N6 nanosheets; Novel strong semiconductors with low thermal conductivities and appealing optical/electronic properties
氮化碳二维（2D）材料是最具吸引力的一类纳米材料，具有广泛的应用前景。作为一个持续的进展，最近，两个新的碳氮化物二维晶格的C3 N5和C3 N4已成功地实验实现。受这些最新成就的启发，并考虑到众所周知的C3 N4三嗪基石墨碳氮化物结构，我们预测了两种新的C3 N6和C3 N4对应物。然后，我们进行了广泛的密度泛函理论模拟，探索这些新型的纳米多孔碳氮化物纳米片的热稳定性，机械，电子和光学性能。根据我们的研究结果，所有研究的纳米片被发现表现出理想的热稳定性和机械性能。基于机器学习原子间势的非平衡分子动力学模拟预测了这些新型纳米片的超低热导率。电子结构分析证实了直接带隙半导体的电子特性和光学计算揭示了这些新的二维系统吸收可见光的能力。本研究基于第一性原理的广泛结果提供了C3 N4，C3 N5和C3 N6作为新型二维半导体的稳定性，机械，电子和光学响应的全面视野，并建议它们作为先进纳米电子学和能量存储/转换系统设计的有前途的候选人。
2020-06-06 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Electron and hole doping of monolayer WSe2 induced by twisted ferroelectric hexagonal boron nitride
本研究发现折叠扭转 hBN 的铁电极化可在相邻单层 WSe2 中诱导局部 n/p 型掺杂，并以 WSe2 作为光学探针实现掺杂类型与密度的界面位置调控。
2023-12-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Nitrogen-monovacancy (VN) Hexagonal Boron Nitride 2D Monolayer Material as an Efficient Electrocatalyst for CO2 Reduction Reaction
本研究采用第一性原理DFT-D方法，发现含氮空位的缺陷二维六方氮化硼单层（VN_d-BN）能有效催化CO₂还原反应，OCHO路径优先生成CH₄，可作为低成本替代铂的CO₂RR电催化剂。
2024-04-14 cond-mat.mtrl-sci
Hexagonal Boron Nitride (hBN) as a Low-loss Dielectric for Superconducting Quantum Circuits and Qubits
在微波频率下具有低损耗的电介质对于高相干固态量子计算平台是必不可少的。通过测量NbSe $_{2}$ -hBN-NbSe $_{2}$异质结电容器的品质因数，研究了六方氮化硼（hBN）薄膜在微波波段的介电损耗。提取的hBN的微波损耗角正切在低温、单光子状态下被限制为至多在中间10 $^{-6}$范围内。我们将hBN PPC与铝约瑟夫森结集成，以实现相干时间达到25 $μ$ s的transmon量子位，这与从谐振器测量中推断的hBN损耗角正切一致。与传统的全铝共面transmons相比，hBN PPC将量子位特征尺寸减小了大约两个数量级。我们的研究结果确立了hBN作为一种有前途的电介质，用于构建高相干性量子线路，具有大幅减少的足迹，并具有高能量参与，有助于减少不必要的量子位串扰。
2022-01-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci quant-ph
