Binding Energetics of Substitutional and Interstitial Helium and Di-Helium Defects with Grain Boundary Structure in alpha-Fe
探讨了体心立方α-Fe中He原子与晶界相互作用的形成/结合能和长度尺度。使用了十种不同的低西格玛晶界<100>和<110>对称倾斜晶界系统。在这项工作中,然后,我们计算了1-2 He原子的形成/结合能的替代和间隙的网站(HeV,He 2 V,HeInt,He 2 Int)在所有潜在的晶界网站在15埃的边界(52826模拟总数)。目前的结果为所研究的结构提供了有关1-2个He原子与晶界的相互作用能和长度尺度的详细信息。从目前的研究中出现了一些有趣的新发现。例如,我们发现,体心立方Fe中的Sigma 3(112)孪晶边界具有比其他边界小得多的结合能,这对应于在长时间动力学模拟中间隙He缺陷在纳秒量级的模拟中脱离边界的能力,与其他边界相反。此外,我们发现计算的取代He的形成/结合能(即,单空位中的He)与相同原子位置的间隙He、替代He 2和间隙He 2能量具有良好的相关性(R>0.9)。这种相关性断言,每个站点周围的局部环境强烈影响的He缺陷的能量和高精度的量子力学计算的低阶缺陷可能是一个足够的预测高阶缺陷。目前的工作表明,结合能和形成能的He缺陷是重要的理解物理的He扩散和捕获的晶界,这可能是重要的建模他在多晶钢的相互作用。
2013-12-04 cond-mat.mtrl-sci
Identifying substitutional oxygen as a prolific point defect in monolayer transition metal dichalcogenides with experiment and theory
硫族元素空位被认为是二维过渡金属二硫族化物(TMD)半导体中最丰富的点缺陷,并被预测会导致深能隙态(IGS)。因此,2D-TMD的光学响应中的重要特征通常归因于硫族元素空位,并得到透射电子显微镜(TEM)和扫描隧道显微镜(STM)图像的间接支持。然而,TEM成像测量不提供对单个缺陷的电子结构的直接访问;并且虽然扫描隧道能谱(STS)是局部电子结构的直接探针,但对2D-TMD中点缺陷的原子分辨STM图像的化学性质的解释可能是模糊的。因此,在2D-TMD中,点缺陷作为空位或不同种类的替代原子的分配,以及它们对它们的电子性质的影响,一直不一致,缺乏共识。在这里,我们结合低温非接触式原子力显微镜(nc-AFM),STS,和国家的最先进的从头计算密度泛函理论(DFT)和GW计算,以确定最丰富的个人硫属元素常见的2D-TMD网站缺陷的结构和电子特性。令人惊讶的是,我们没有观察到任何探测的硫族元素缺陷的IGS。我们的研究结果和分析强烈表明,在我们的2D-TMD,在标准环境中制备和测量,常见的硫族元素缺陷是替位氧,而不是空位。
2020-03-06 cond-mat.mtrl-sci
$Ab$ $initio$ Study of Substitutional Defects in Li$_{3}$OCl Solid Electrolyte for Li-ion Batteries
University of Missouri Research Reactor, University of Missouri(密苏里大学研究反应堆,密苏里大学);Department of Physics and Astronomy, University of Missouri(密苏里大学物理与天文学系);Materials Science and Engineering Institute, University of Missouri(密苏里大学材料科学与工程研究所);Department of Chemical and Biomedical Engineering, University of Missouri(密苏里大学化学与生物医学工程系)
本研究通过密度泛函理论计算,探讨了中子辐照产生的B、He、H替代缺陷对反钙钛矿固态电解质Li$_3$OCl缺陷化学的调控作用,为全固态电池材料设计提供了新策略。
2026-09-14 cond-mat.mtrl-sci
Comparative study of defect energetics in HfO2 and SiO2
基于密度泛函理论,我们对单斜晶系氧化铪(m-HfO 2)和α-石英(SiO2)中的替位和空位缺陷进行了从头计算.研究了HfO_2和SiO_2中的中性氧空位和替位Si、Hf缺陷。我们的计算结果表明,对于一个大范围的Hf化学势,Si的替代缺陷是最有可能形成在HfO 2,导致在HfO 2/Si界面处的硅酸盐层的形成。我们还发现,它是更有利于在SiO2中形成氧空位比在HfO 2,这意味着缺氧HfO 2生长在SiO2的顶部将消耗从SiO2的氧。
2003-10-30 cond-mat.mtrl-sci
Lattice Expansion of (Ga,Mn)As: The Role of Substitutional Mn and of the Compensating Defects
我们应用密度泛函方法测定了含Mn_Ga,Mn_int和As_Ga杂质的GaAs超晶胞的晶格常数,并用线性插值法描述了Ga_{1-x} Mn_xAs的晶格常数a与杂质浓度的关系.超晶胞计算结果证实Mn_Ga对晶格膨胀没有贡献。α的增加是由于Mn_int和As_Ga两者,它们都是在与x成比例的生长态(Ga,Mn)As中产生的,并且它们最可能也以显著的量存在于最好的退火材料中。
2005-08-31 cond-mat.mtrl-sci
Dopant-Dopant Interactions in Beryllium doped Indium Gallium Arsenide: an Ab Initio Study
采用从头算方法研究了掺铍InGaAs中掺杂剂-掺杂剂相互作用。我们考虑各种间隙和替代缺陷及其组合的缺陷形成能。我们发现,所有的替代替代相互作用可以忽略不计。另一方面,涉及间隙缺陷的相互作用是显著的。特别地,间隙Be在一个/两个BeGa替代物的存在下稳定约0.9/1.0 eV。Ga间隙也基本上由Be介电体稳定。两个Be原子可以形成亚稳态的Be-Be-Ga配合物,其离解能为0.26eV/Be。因此,在精确的Be掺杂InGaAs模型中,应考虑间隙缺陷和缺陷-缺陷相互作用。我们建议,In和Ga应被视为单独的原子,而不是像以前那样被归为一个有效的III族元素。我们确定了掺杂剂为中心的状态,这表明在有限温度下存在其他电荷状态,特别是存在Beint+1(与0 K时的Beint+2相反)。
2017-09-11 cond-mat.mtrl-sci
Spin-orbit coupling and Jahn-Teller effect in $T_d$ symmetry: an \textit{ab initio} study on the substitutional nickel defect in diamond
本文通过杂化密度泛函理论分析$T_d$对称性下自旋-轨道与Jahn-Teller效应,应用于金刚石替位镍缺陷,计算精细结构与磁光参数,证实2.56和2.51 eV光学中心归属,并揭示光学跃迁及ODMR机制。
2023-09-04 cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Hf defects in HfO2/Si
研究了HfO 2 Si基金属氧化物半导体器件中Si沟道中存在Hf缺陷的可能性。我们用从头计算密度泛函理论研究了c-Si中不同电荷态的替位和间隙Hf杂质。结果表明:1)四面体间隙缺陷比替位缺陷在能量上更有利; 2)Si带隙中存在多种稳定的电荷态。由于库仑散射,Si沟道中可能存在的这些带电杂质可能导致迁移率降低。
2006-08-30 cond-mat.mtrl-sci
Long-range interactions between substitutional nitrogen dopants in graphene: electronic properties calculations
石墨烯作为一种真正的二维晶体,具有特殊的性质。特别地,石墨烯中的点状缺陷可能具有长范围的影响。这种特殊性的问题的有效性,使用一个超级细胞的几何形状,试图探索一个孤立的缺陷的属性。尽管如此,这种方法经常用于从头计算电子结构计算。这种方法如何收敛于超级原胞的大小通常不会解决,原因很明显,就是要将计算负载保持在可承受的水平。本论文研究了石墨烯的取代氮掺杂问题。DFT计算已经进行了9x9和10x10的超级细胞。虽然这些计算对应的N浓度相差约10%,发现缺陷上和周围的局部态密度显着依赖于超晶胞的大小。拟合DFT结果的紧束缚哈密顿量使得有可能探索的替代N原子的随机分布的影响,在有限浓度的情况下,并接近孤立的杂质的情况下,当浓度为零。紧束缚哈密顿量被用来计算孤立的N原子周围的石墨烯的STM图像。还计算了掺杂有0.5%浓度氮的石墨烯的STM图像。结果进行了讨论,在最近的实验数据和计算的结论扩展到其他点缺陷的石墨烯。
2012-07-19 cond-mat.mtrl-sci
Stability and dopability of native defects and group-V and -VII impurities in single-layer MoS2
通过密度泛函理论计算研究了单层MoS 2中的本征缺陷、VB族和VIIB族元素的Mo替代杂质以及VA族和VIIA族元素的S替代杂质。结果表明,在富Mo和富S条件下,S空位(VS)和S间隙(Si)的形成能较低,约为1 eV,但由于它们是深能级缺陷,其载流子掺杂能力较差。发现V、Nb和Ta(VB族)和Re(VIIB族)杂质容易作为Mo替代缺陷并入单层MoS 2中,其中V、Nb和Ta是浅受主,Re是所考虑的杂质中唯一的浅施主。从自然生长的MoS 2块体材料剥离的单层MoS 2中的无意的n型掺杂被认为是源于Re杂质。
2013-07-15 cond-mat.mtrl-sci
Contraction and expansion effects on the substitution-defect properties of thirteen alloying elements in bcc Fe
低活化铁素体/马氏体(RAFM)钢作为聚变堆的包层结构材料,在服役环境下会发生体积膨胀和收缩的循环。特别地,经受显著通量的聚变中子RAFM钢在涉及辐射损伤的区域中遭受相当大的局部体积变化。研究合金元素在收缩和膨胀状态下的结构特性是十分必要的。本文研究了Al,Co,Cr,Cu,Mn,Mo,Nb,Ni,Si,Ta,Ti,V,W等13种合金元素在体心立方Fe中的局部替代结构,并计算了它们在体积变化范围为-1.0%~1.0%时的替代能。从取代原子周围前5个相邻壳层的结构弛豫结果可以看出,除Mn外,在-1.0%~1.0%的体积变化范围内,各相邻壳层的弛豫基本保持一致,且第5个相邻壳层的弛豫强度大于第3、4个相邻壳层,表明取代原子引起的晶格畸变更容易沿方向扩展<111>。弛豫模式和弛豫强度与取代原子的大小和电子结构有关。对于Mo、Nb、Ni、Ta、Ti和W等合金元素,随着体积的增加,置换能显著降低。进一步的分析表明,替代能包括由局部结构弛豫引起的能量变化和替代原子在其元素晶态与bcc Fe固溶体相之间的化学电势差。我们认为,随着体积的增加,取代原子周围的每个相邻壳层的近似均匀弛豫导致了取代能的线性减小。
2010-08-18 cond-mat.mtrl-sci
Non-substitutional single-atom defects in the Ge_(1-x)Sn_x alloy
Ge_(1-x)Sn_x合金在大x下很难形成,这与其它IV族半导体组合的情况相反。然而,在低x下,它们是表现良好的取代化合物的典型例子,这对于利用窄带半导体的电子性质是理想的。在本文中,我们提出了另一种单位缺陷($β-Sn$)的外观,由一个单一的Sn原子在中心的Ge双空位,这可能会解释这些事实。因此,我们研究这些合金的电子和结构特性进行广泛的数值从头计算局部缺陷。结果表明,$β$缺陷的环境向立方八面体构型弛豫,促进了金属白锡的成核及其偏析,如在非晶样品中所发现的。利用这些局部缺陷计算的信息,我们建立了一个简单的统计模型,以研究在热平衡中可以形成这些$β$缺陷的浓度。这些结果与实验结果非常吻合,关于临界浓度以上的均匀合金不能在室温下形成。我们的模型还预测了观察到的事实,即在较低的温度下,临界浓度增加。我们还进行了单点有效场计算的电子结构,这进一步支持了我们的假设。
2008-07-31 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Substitutional oxygen as the origin of the 3.5 eV luminescence in hexagonal boron nitride
Warsaw University of Technology(华沙理工大学);Center for Physical Sciences and Technology (FTMC)(物理与工程技术中心)
研究揭示六方氮化硼中3.5 eV发光源于中性氧取代氮的空位捕获,通过理论计算与实验验证了其发射机制及几何结构变化。
2026-02-05 cond-mat.mtrl-sci
Chemical potential dependent gap-opening at the Dirac surface states of Bi2Se3 induced by aggregated substitutional Cr atoms
角分辨光电子能谱分析表明,分子束外延生长的Cr掺杂Bi2Se3拓扑绝缘体薄膜在室温下的狄拉克表面态中存在间隙开放现象,但在1.5 K以下没有长程铁磁有序.随着电子掺杂浓度的增加,禁带宽度逐渐减小.扫描隧道显微镜和第一性原理计算表明,取代的Cr原子在Bi2Se3基体中聚集成超顺磁性多聚体,这有助于在Dirac表面态中观察到的化学势依赖的间隙打开,而没有长程铁磁有序。
2014-10-20 cond-mat.mtrl-sci
Lattice Defects and the Mechanical Anisotropy of Borophene
采用密度泛函理论结合半经验vanderWaals色散修正,研究了硼化物中的晶格缺陷,包括硼空位、替位和填隙X(X=H,C,B,N,O)以及$Σ$ 5倾斜晶界的稳定性及其对该二维系统各向异性力学性能的影响.原始硼化物具有显着的面内杨氏模量和泊松比各向异性,由于其强大的和高度协调的B-B键。B空位和$Σ$ 5晶界的形成能分别为0.10 eV和0.06 eV/ $Å$,因此它们的浓度可能相当高。此外,我们的研究结果还表明,硼氢化物可以很容易地与H $_2$,O $_2$和N $_2$接触时,这些分子的反应。我们发现,这些缺陷的硼化物的机械性能显着下降。然而,泊松比的各向异性可以通过其中一些来调节。吸附的H或取代的C可使硼氢化物的泊松比显著降低,而取代的C或N则可显著提高硼氢化物的泊松比。
2017-05-11 cond-mat.mtrl-sci
Energetic, structural and electronic features of Sn-, Ga-, O-based defect complexes in cubic In2O3
采用密度泛函理论研究了含Sn、Ga和O杂质的立方In2O3晶体的缺陷能形成、晶格畸变和电子结构.不同类型的点缺陷,由1至4个原子的Sn,Ga和O的替代和间隙(结构空位)的位置,进行了检查。结果表明,替代Ga和Sn缺陷的形成是自发的,而间隙缺陷的形成需要激活能。研究发现间隙Ga缺陷的施主行为,导带分裂为轻、重电子两个子带。间接地,间隙O缺陷表现出受体样的行为与形成的受体能级或带隙内的子带。所得结果对于准确描述含替位和间隙缺陷的In_2O_3中的输运现象具有重要意义。
2020-02-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Towards $\textit{ab initio}$ identification of paramagnetic substitutional carbon defects in hexagonal boron nitride acting as quantum bits
讨论了六方氮化硼(hBN)中的顺磁替位碳(C $_\text{B}$,C $_\text{N}$)缺陷作为量子比特的候选者。它们的识别和适用性接近通过光致发光(PL),电荷跃迁,电子顺磁共振,光检测磁共振(ODMR)光谱。通过高效的平面波周期性超原胞\textit{ab initio}密度泛函理论方法揭示了其中几个明显的趋势。特别是,这产生了对C $_\text{B}$和C $_\text{N}$之间的分离的作用的洞察。在大多数情况下,中性和单电荷的基态的缺陷之间的电荷跃迁被预测为实验上可访问的,因为电荷跃迁能级(CTL)的位置位于带隙内。还讨论了\textit{A posteriori}的电荷修正。通过与最近观察到的PL和ODMR光谱的比较,发现了实验孤立的单自旋中心作为中性C $_\text{B}$点缺陷的近似识别。
2021-07-21 cond-mat.mtrl-sci physics.atom-ph quant-ph
Band Structure, Band Offsets, Substitutional Doping, and Schottky Barriers in InSe
本文采用密度泛函理论对层状半导体InSe的电子结构进行了全面的研究。我们计算了单层和块体材料的能带结构,并利用杂化泛函修正了带隙。单层的带隙为2.4 eV。带边态是令人惊讶的各向同性。然后计算异质结构的电子亲合势和能带偏移,如将用于隧道场效应晶体管(TFFET)。InSe的电离电势相当大,类似于HfSe 2或SnSe 2的电离电势,因此InSe适合用作TFET中的漏极。然后计算本征缺陷。对于富Se层,Se吸附原子是能量最低的缺陷,而对于富In层,In吸附原子在大部分带隙中对于费米能是最稳定的。替代施主和受主计算是浅的,而不是重建。最后,发现金属的肖特基势垒被强烈钉扎,费米能级被金属诱导的间隙态钉扎在价带边缘以上约0.5 eV。
2017-02-03 cond-mat.mtrl-sci
Negative-U properties for substitutional Au in Si
采用基于密度泛函理论的电子结构计算方法,对体硅中孤立的替代型金杂质进行了详细的研究。缺陷系统被发现是一个非自旋极化的负U中心,从而提供了一个简单的解决方案,长期以来的争论在硅中金的电子顺磁共振信号。有一个很好的协议(0.03 eV内)之间的良好建立的实验供体和受体的水平和预测的稳定的电荷态跃迁水平,允许明确的分配的两个实验水平的(1+/1-)和(1-/3-)过渡,分别与以前持有的假设系统。
2014-03-25 cond-mat.mtrl-sci
Substitutional tin acceptor states in black phosphorus
通常发现标称纯的黑磷(BP)是p型半导体,表明普遍存在杂质物质或本征带电缺陷。此外,黑磷的扫描隧道显微镜(STM)图像揭示了叠加在表面原子晶格上的长程双叶缺陷特征的存在。我们表明,BP的p型掺杂和STM图像中观察到的缺陷特征都可以归因于替位锡杂质。我们表明,通过两种常见的合成途径产生的黑磷样品中含有锡杂质,我们证明了替代锡杂质的基态是带负电荷的费米能级的位置范围内的BP带隙。锡杂质的局部负电荷在带隙中诱导类氢态,并且位于价带边缘的2p能级引起STM图像中观察到的双叶特征。
2021-10-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
$\textit{Ab Initio}$ Theory of the Impact from Grain Boundaries and Substitutional Defects on Superconducting Nb$_3$Sn
晶界在超导Nb $_3$ Sn的应用中起着关键作用:在直流应用中,晶界通过钉扎磁通保持材料固有的高临界电流密度,而在交流应用中,晶界可以提供磁通进入的薄弱点并导致显著的耗散。我们提出了第一个$\textit{ab initio}$研究,探讨不同的边界类型的物理在Nb $_3$ Sn使用密度泛函理论。我们确定了一个积极有利的选择倾斜和扭曲晶界的不同取向。我们发现,干净的晶界点缺陷减少费米能级态密度的两个因素,效果衰减回体电子结构$\sim1-1.5$ nm的边界。我们进一步计算锡替代缺陷的结合自由能多个边界,发现一个强大的电子相互作用,延伸到一个距离相当于减少的状态密度。与此相关的相互作用,我们发现了一个普遍的趋势,在边界附近的缺陷电子熵。我们探测缺陷偏析对晶界电子结构的影响,并计算替代杂质对费米能级态密度在晶界附近的影响,发现钛和钽有很小的影响,无论位置,而锡,铜,铌缺陷都有显着的影响,但只有在远离边界核心的网站。最后,我们考虑如何所有这些影响的局部超导转变温度$T_\textrm{c}$的函数,从边界平面的距离。
2020-09-23 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con physics.comp-ph
Interplay between polarization, strain and defect-pairs in Fe-doped SrMnO$_{3-δ}$
缺陷化学、应变、结构、磁性和电子自由度构成了过渡金属氧化物功能性质设计的丰富空间。在这里,我们表明,它是可能的工程师的极性和铁电性在非极性钙钛矿氧化物通过极性缺陷对形成的阴离子空位耦合到替代阳离子。我们使用一个自洽的网站依赖DFT+ $U$的方法,占当地的结构和化学变化缺陷创建后,这是至关重要的调和预测与现有的实验数据。我们的研究结果为Fe掺杂的氧缺陷SrMnO $_3$表明,替代Fe和氧空位可以促进极性由于偏心位移的缺陷电荷产生的净电偶极矩,这极化的晶格中的缺陷附近。这些缺陷的形成和由此产生的极化可以通过外延应变来调谐,从而导致增强的极化,也用于低于在未掺杂的SrMnO $_3$中诱导极性相变所需的应变值。对于足够高的缺陷浓度,这些缺陷偶极子以并联方式耦合,从而使得能够在SrMnO $_3$中进行基于缺陷和应变的铁电性工程。
2021-06-25 cond-mat.mtrl-sci
Defect energetics of cubic hafnia from quantum Monte Carlo simulations
立方氧化物(HfO $_2$)由于其高介电常数而在电子学中的许多应用中引起极大兴趣。然而,这些应用中的常见缺陷会降低hafina的性能。采用基于密度泛函理论(DFT)和多体扩散蒙特卡罗(DMC)方法的第一性原理计算研究了立方HfO $_2$中氧空位和氮取代的电子性质.我们研究了氧空位的五种不同电荷缺陷态,以及可导致局部磁矩的替位N缺陷。DMC和DFT计算表明,氧空位诱导周围的缺陷强的晶格弛豫。最后,我们比较缺陷形成能,电荷和自旋密度从DMC与使用DFT得到的结果。虽然从DMC得到的形成能比从GGA+U得到的形成能大0.6~ 1.5~eV,但在贫氧条件下,对于最重要的缺陷,中性和带正电的氧空位,以及氮替代缺陷,两者的一致性相当好。我们的工作证实,氮可以起到钝化立方氧化物的作用,用于电子产品。
2019-04-12 cond-mat.mtrl-sci
Native defects, hydrogen impurities, and metal dopants in CeO$_2$
本研究通过杂化密度泛函计算,揭示了CeO2中本征缺陷、氢杂质及金属掺杂的行为,阐明了电子极化子与氧空位的主导作用及掺杂对导电性的影响。
2025-08-29 cond-mat.mtrl-sci
Universal correlation between electronic factors and solute-defect interactions in bcc refractory metals
溶质原子与晶体缺陷(如空位、位错和晶界)之间的相互作用在决定固溶体合金的物理、化学和机械性能方面起着至关重要的作用。在这里,我们提出了一个普遍的相关性之间的两个电子因素和溶质-缺陷的相互作用能的二元合金的体心立方(bcc)难熔金属(如W和Ta)与过渡金属替代溶质。一个电子因素是双峰的d-轨道局域态密度的基质原子在取代位点,和其他有关的杂化强度之间的价sp-和d-带相同的基质原子。值得注意的是,相关性是独立的类型的缺陷和替代网站的位置,下面的线性关系,为一个特定的溶质矩阵元素对。我们的研究结果提供了一个新的和定量的指导工程的基础上的电子结构的合金中的溶质-缺陷的相互作用。
2019-01-15 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
A substitutional quantum defect in WS$_2$ discovered by high-throughput computational screening and fabricated by site-selective STM manipulation
本文通过高通量第一性原理计算筛选WS₂中700多种替位缺陷,发现中性钴替位硫(Co_S⁰)为最有前景的量子缺陷,并用STM位点选择性操控成功制备,实验电子结构与理论一致,展示了计算筛选与新型合成结合设计量子缺陷的路径。
2024-11-20 cond-mat.mtrl-sci quant-ph
A First-Principles Comparative Study of Lithium, Sodium, and Magnesium Storage in Pure and Gallium-Doped Germanium: Competition between Interstitial and Substitutional Sites
用从头算方法研究了Li、Na和Mg在Ge中的储存热力学和动力学。最稳定的构型可以由四面体、取代或两种类型的位点的组合组成。在稀相区,Li、Na更倾向于间隙位,而Mg更倾向于置换位。在较高浓度的Li、Na和Mg下,存在间隙和置换位点的组合。这是一个重要的发现,因为以前的合金型电极材料的从头算研究忽略了替代位点。在稀浓度(x = 1/64)计算的插入能表明,Na和Mg插入不necessically有利于在Ge与形成散装Na和Mg,而不是Li插入,这是有利的。我们调查的p型掺杂的Ge(与Ga)的热力学的效果,发现它大大降低了与插入Li/Na/Mg在四面体网站的缺陷形成能。另一方面,与Li/Na/Mg插入在取代位点的能量没有显着的影响。此外,我们还计算了Li/Na/Mg在两个四面体位置之间(0.38/0.79/0.66 eV)、两个替代位置之间(0.77/0.93/1.83 eV)和两个不同类型位置之间(2.15/1.75/0.85 eV)的迁移能垒。
2016-09-27 cond-mat.mtrl-sci
Grain boundary segregation of interstitial and substitutional impurity atoms in alpha-iron
多晶材料的宏观行为受到由杂质和缺陷的存在引起的局部性质变化的影响。这些杂质在原子尺度上的影响可以使内部的晶界脆化或强化。因此,必须了解与偏析相关的能量学,以设计具有理想性能的材料。在这里,采用分子静力学模拟来分析与各种元素(He、H、C、P和V)向α-Fe中的四个<100>(Sigma 5和13 GB)和六<110>个(Sigma 3、9和11 GB)对称倾斜晶界的偏析相关的能量学。这些知识对于在恶劣环境中设计稳定的接口非常重要。模拟结果表明,在GB区域内的本地原子排列和由此产生的结构单元的杂质(间隙和替代)原子的结合能的大小有显着的影响。这一数据还表明,在边界内的能量的站点到站点的变化是相当大的。比较所有10个边界的结合能表明,σ 3(112)边界具有小得多的结合能的所有间隙和替代杂质原子在这里检查的边界。此外,基于Rice-Wang模型,我们的总能量计算表明,V对Fe晶界凝聚力有显着的有利影响,而P对晶界凝聚力有不利影响,比H和He弱得多。这对于极端环境损伤产生晶格缺陷和晶界作为间隙和替代杂质原子的汇的应用是重要的。这种方法为我们提供了一个工具,以有效地识别本地以及全球的隔离行为,可以影响GB的凝聚力。
2013-10-19 cond-mat.mtrl-sci
Electronic and atomic structure of complex defects in highly n-type doped ZnO films
采用第一性原理电子结构计算方法研究了Ga和Al掺杂ZnO薄膜中的点缺陷。候选人的缺陷,以解释最近观察到的差异,这两个系统的电气和光谱行为。Ga-ZnO中的替代掺杂解释了电学性质的金属行为。间隙氧与取代Ga的复合物可以作为受体并引起部分补偿,以及在光电发射实验中观察到的导带最小值以下的带隙状态。Zn空位也可以充当补偿受主。另一方面,Al-ZnO的半导体化行为以及与纯ZnO相比光学带隙的微小变化,可以用受主Zn空位和替代Al施主之间几乎完全的补偿来解释。间隙Al也可以是施主能级,并且可以是在费米能级以下的光电发射实验中观察到的小带的起源。替位Al与间隙氧的组合可同时作为上述光电发射带的补偿受主和产生子。理论计算采用密度泛函理论在广义梯度近似下进行。在选定的情况下,DFT计算与半局部精确交换混合泛函已被执行。在相应的掺杂水平的Ga-ZnO和Al-ZnO的光电子能谱的结果进行了比较。
2013-11-25 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Thermodynamic model of solute site preferences in ordered alloys
基于质量作用定律的热力学模型被用来计算元素点缺陷的浓度,并确定有序合金中溶质原子的位置偏好。的晶格空位,反位原子和主机的晶体形成平衡缺陷的组合枚举CsCl(B2)和Ni 2Al 3结构。对于氯化铯,除了两个替代网站,扭曲四面体间隙网站被认为是。对于Ni_2Al_3,考虑了Ni位、两个不同的Al位和一个空位的间位型Ni位。导出了适用于任何晶体结构的元素缺陷浓度之间的约束方程。所选缺陷的浓度可以使用约束方程结合缺陷组合的质量作用方程来求解。该方法直接导致缺陷的浓度,而不需要评估成分依赖的化学势,从而导致更透明的形式主义。该模型被用来探讨稀三元溶质原子的位置偏好现象。研究结果与仅限于替代部位的既往治疗一致。通过代数分析和数值模拟,得到了非化学计量比化合物中溶质S位置偏好随温度和组成变化的一般规律:(1)溶质S倾向于占据元素中有缺陷的取代位置; (2)如果S在A位和B位上的能量差非常正或非常负,则S将独占B位或A位,与成分无关。如果位能差是中等的,则溶质将随着组成的变化从一个位切换到另一个位。(3)溶质具有占据间隙或空晶格位点的趋势,其中最大位点分数接近化学计量组成。
2015-01-27 cond-mat.mtrl-sci
First-Principles Study of the Electronic and Magnetic Properties of Defects in Carbon Nanostructures
理解石墨烯纳米结构的磁性有助于未来的自旋电子学应用。已知这些磁特性主要取决于缺陷的存在。在这里,我们回顾了我们最近的理论研究,使用密度泛函计算的两种类型的缺陷在碳纳米结构:取代掺杂与过渡金属,和sp $^3$型缺陷与有机和无机分子的共价官能化。我们专注于这些缺陷,因为它们可以用来在石墨烯基材料中产生和控制磁性。我们的主要结果总结如下:i)取代金属杂质是完全理解使用的模型的基础上的金属原子的$d$状态和与未重构的D $_{3h}$碳空位的缺陷能级之间的杂化。我们确定了三种不同的制度,与占领不同的杂交水平,这决定了这种类型的掺杂获得的磁性能; ii)1.0 $μ_B$的自旋矩总是诱导化学功能化时,一个分子化学吸附在石墨烯层通过一个单一的C-C(或其他弱极性)共价键。吸附物之间的磁耦合显示了一个关键的依赖于亚晶格吸附网站。这种效应类似于H吸附,然而,具有普遍性; iii)可以使用应变来控制替代金属杂质的自旋矩。特别是,我们表明,虽然镍替代是非磁性的平面和无应变的石墨烯,这些缺陷的磁性可以通过施加单轴应变或曲率的石墨烯层激活。这些结果为石墨烯及相关材料中缺陷诱导磁性的形成和控制提供了关键信息。
2013-04-01 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Improving the Optical and Thermoelectric Properties of Cs2InAgCl6 with Substitutional Doping: A DFT Insight
新一代铟基无铅Cs_2InAgCl_6具有良好的空气稳定性和无毒特性,是一种很有前途的光伏应用卤化物材料。但其宽带隙(> 3eV)不适合太阳光谱,因此降低了器件应用的光电效率。在这里,我们报告了一个显着的带隙从3.3 eV到0.6 eV的替代掺杂和它的光电子和光热电性能的第一性原理研究的影响。结果表明,Sn/Pb和Ga & Cu共掺杂显著提高了价带最大值(VBM)附近的态密度,使VBM向上移动,从而降低了禁带宽度,而碱金属(K/Rb)的掺杂使禁带宽度略有增加。在共掺杂的情况下,在Shockley-Queisser极限附近观察到一个强的吸收峰,而在Sn/Pb掺杂的情况下,我们注意到一个吸收峰位于太阳光谱的可见光区中部。带隙的性质是间接的,Cu-Ga/Pb/Sn掺杂会显着降低带隙。在500 K时,Pb掺杂使n型载流子的功率因数(PF)显著增加(2.03 mW/mK ~ 2),是原始情况(0.6 mW/mK ~ 2)的3.5倍。
2020-01-21 cond-mat.mtrl-sci
In2O3 doped with hydrogen: electronic structure and optical properties from the pseudopotential Self-Interaction Corrected Density Functional Theory and the Random Phase Approximation
讨论了类赝势自相互作用修正(pSIC)在In 2 O3缺陷能量学和电子结构研究中的适用性.我们的研究结果预测,替代(在氧位点)和间隙(在反键位置)氢,以及氧空位与电荷+1和+2,是稳定的配置的缺陷立方In 2 O 3;前者形成浅层次(仅作为替代缺陷),而后者形成深层次。用pSIC计算的能带结构与实验数据吻合得很好。特别是,无缺陷的In 2 O3的间隙为2.85 eV,这与实验范围2.3-2.9 eV相当。pSIC结果还指出了从间接间隙到直接间隙的变化,这取决于掺杂。在有关的光学性质,在无规相位近似,它示出,它们主要是由氧空位的存在下的影响。
2015-11-23 cond-mat.mtrl-sci
The effects of Vanadium on the strength of a bcc Fe Σ3(111)[1-10] grain boundary
采用密度泛函理论计算研究了微合金化元素钒对体心立方Fe_(111)[1-10]对称倾斜晶界强度的影响。通过第一性原理计算得到了晶界结构的最低能量组态。比较了钒在晶界上的替位和填隙点缺陷形成能。替代型缺陷优于间隙型缺陷。计算了钒在晶界和断口上的偏聚能。含钒和不含钒的晶界的结合能计算表明,钒强化了bcc铁113(111)[1-10]晶界。
2012-01-27 cond-mat.mtrl-sci
Edge-functionalized and substitutional doped graphene nanoribbons: electronic and spin properties
石墨烯纳米带是石墨烯基纳米电子学中碳纳米管的对应物。我们用密度泛函理论研究了化学修饰的带的电子性质。我们观察到锯齿形带的化学修饰可以打破自旋简并。这促进了双金属转变的开始,或半半导体状态的开始,其中两个自旋通道具有不同的带隙,或自旋极化的半半导体状态-其中价带和导带中的自旋被相反地极化。扶手椅带的边缘功能化使电子态远离费米能级几个eV,并且不会显著影响它们的带隙。N和B产生不同的效果,这取决于取代位点的位置。特别是,在低密度的边缘取代不显着改变的带隙,而批量取代促进的开始的重金属过渡。吡啶类缺陷诱导一个过渡金属。
2007-11-15 cond-mat.mtrl-sci
Native defects in hybrid C/BN nanostructures
采用第一性原理计算对具有半金属性质的边缘混杂C/BN纳米片和纳米管进行了替代性缺陷和空位的计算。形成能表明,缺陷形成优先在石墨烯和BN域之间的界面,而不是在这些域的中间,和取代缺陷占主导地位的空位。化学控制可用于促进缺陷在C-B界面(富氮环境)或C-N界面(贫氮环境)处的定位。虽然这里已经考虑了大的缺陷浓度(106 cm-1),但是当缺陷局限于C-B界面处时以及对于局限于C-N界面处的带负电荷的缺陷,半金属性质可以存在,因此,如果在合成期间方便地设计这些点缺陷,则理论上针对这些带负电荷的纳米界面预测的有希望的磁性可能不会被点缺陷破坏。
2011-11-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Defect Candidates for Single-Photon Emission in Monolayer GaS and GaSe
University of Duisburg-Essen(杜伊斯堡-埃森大学)
本研究采用各向异性屏蔽交换泛函分析单层GaS和GaSe的缺陷电子结构,发现GaS中的镓空位可作为单光子发射候选体。
2026-10-16 cond-mat.mtrl-sci
Two-dimensional electron systems in perovskite oxide heterostructures: Role of the polarity-induced substitutional defects
在钙钛矿氧化物如LaAlO 3和SrTiO 3的界面处的二维电子系统(2DES)的发现激发了在利用这种类型的氧化物异质结构设计界面功能方面的巨大努力。然而,它的基本起源仍然不清楚,例如共存的界面导电性和磁性的微观机制。在这里,我们报告了一个全面的光谱调查的深度剖面的2DES相关的Ti 3D界面载流子使用深度和元素的特定技术,驻波激发光电子能谱和共振非弹性散射。我们发现,一种类型的Ti 3d界面载流子,这引起的2DES是位于3个单位电池从n型界面的SrTiO 3层。出乎意料的是,另一种类型的界面载流子,这是极性诱导的Ti-on-Al反位缺陷,存在于相对的LaAlO 3层(~10 Ω)的前3个晶胞中。我们的研究结果提供了一个微观图片的本地化和移动Ti 3d界面载流子分布在整个接口,并建议在LaAlO 3/SrTiO 3接口的2DES和2D磁性有不同的解释,起源于不同类型的接口载流子。
2020-10-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Defect formation in CsSnI$_3$ from Density Functional Theory and Machine Learning
该研究结合 DFT 计算与随机森林回归机器学习,构建 CsSnI$_3$ 替位掺杂缺陷形成能和电荷跃迁能级预测模型,并识别出可抑制 $p$ 型自掺杂的有效掺杂剂。
2024-12-02 cond-mat.mtrl-sci
First-principles study of configurational disorder in B$_{4}$C using a superatom-special quasirandom structure method
用第一性原理计算研究了无序晶体碳化硼B $_{4}$ C。我们调查稀释和高浓度的碳硼替代缺陷。对于后者的目的,我们提出了一个超原子的复杂结构的图片,并结合它与一个特殊的准随机结构的方法无序。通过这种方式,我们对所识别的低能缺陷的高浓度的随机分布进行了建模:1)双极缺陷和2)二十面体碳在三个极化位置之间的旋转。此外,在所有六个极性位点的二十面体碳的取代无序,如先前在文献中讨论的,也被认为是。两个构型的相变从有序的无序配置的预测发生时,使用平均场近似的熵增加温度。第一个跃迁发生在870 K,导致了二十面体碳原子在三个上极性位上的无序置换,而第二个跃迁发生在2325 K,揭示了二十面体碳原子在六个上极性位上的无序置换和双极性缺陷共存.第一次跃迁已经消除了有序基态构型中存在的单斜畸变,恢复了菱面体体系(R3 m)。在第二次转变后,平均产生完全菱面体对称性(R-3 m)的反演对称性的恢复,对应于文献中报道的情况。从无序相得到的电子态密度表明带隙对B $_{4}$ C中构型无序程度的敏感性。
2015-08-31 cond-mat.mtrl-sci
Assembling Di- and Multiatomic Si Clusters in Graphene via Electron Beam Manipulation
我们展示了组装的二,三和四聚体的硅团簇的石墨烯表面上使用亚原子聚焦电子束的扫描透射电子显微镜。这里,电子束用于在石墨烯中引入Si替代缺陷和缺陷簇,具有几纳米的空间控制,并且能够控制Si原子的运动。然后进一步操纵Si替代缺陷以形成二聚体、三聚体和更复杂的结构。在原子分辨率的时间序列图像中捕获束诱导的原子尺度化学过程的动态。这些研究表明,电子束诱导的局部过程的控制提供了下一步的原子-原子纳米纤维,并提供了一个使能的工具,在2D材料的原子尺度化学研究。
2018-05-22 cond-mat.mtrl-sci
Elastic dipole tensors and relaxation volumes of point defects in concentrated random magnetic Fe-Cr alloys
用密度泛函理论和弹性力学理论研究了体心立方Fe、Cr和集中随机磁性Fe-Cr中的点缺陷。铁磁性bcc Fe中的替位Cr原子的体积比主体Fe原子的体积大约18%,而反铁磁性bcc Cr中的替位Fe原子的体积比主体Cr原子的体积小约5%.弹性偶极子$\boldsymbol{P}$和弛豫体积$\boldsymbolΩ$张量的空缺和自间隙原子(SIA)缺陷表现出大的波动,与空缺具有负和SIA大的正弛豫体积。空位的偶极张量在整个合金成分范围内几乎是各向同性的,对角元素$P_{ii}$作为Cr含量的函数而减小。Fe-Fe和Fe-Cr SIA哑铃状结构比Cr-Cr哑铃状结构具有更大的各向异性。SIA缺陷的弹性偶极张量的波动主要与哑铃形的可变晶体学取向有关。用主不变量分析了张量$\boldsymbol{P}$和$\boldsymbolΩ$的统计性质,表明在原子分数低于10%和高于10%的合金中,点缺陷有明显的不同. CR.空位的弛豫体积敏感地取决于它是否占据Fe或Cr晶格位置。在这项研究中发现的缺陷的弹性弛豫体积和磁矩之间的相关性表明,磁性是影响Fe-Cr合金中的缺陷的弹性场的一个重要因素。
2020-07-30 cond-mat.mtrl-sci
Determination of the local concentrations of Mn interstitials and antisite defects in GaMnAs
我们提出了一种方法,用于确定的间隙和替代Mn原子和反位缺陷的GaMnAs的局部浓度。该方法依赖于弱反射的结构因子对这些少数组分的浓度和位置的敏感性。通过在透射电子显微镜中结合结构因子测量和X射线分析获得高空间分辨率。我们证明了作为最近的邻居在生长层中的寄生虫的患病率。
2004-08-20 cond-mat.mtrl-sci
Theory of band gap bowing of disordered substitutional II-VI and III-V semiconductor alloys
对于广泛类型的技术相关化合物III-V和II-VI半导体材料,可以实现A(x)B(1-x)C类型的AC和BC混合晶体(合金)。由于电子性质如体带隙随x连续变化,纯AC和BC系统之间的任何带隙都可以通过选择适当的浓度x来获得,假定相应的比例是可混溶的和化学稳定的。在大多数情况下,带隙不随x线性变化,但观察到作为浓度的函数的明显弯曲行为。在本文中,我们表明,这样的A(x)B(1-x)C半导体的电子性质,特别是,带隙弯曲可以很好地描述和理解从经验紧束缚模型的纯AC和BC系统。A(x)B(1-x)C系统的电子性质可以通过选择分别具有概率x和1-x的AC或BC系统的紧束缚参数来描述。我们证明了这一点,通过精确对角化的有限,但大的超胞和通过计算内建立的相干势近似(CPA)。我们将这种处理应用于II-VI族系统Cd(x)Zn(1-x)Se、III-V族系统In(x)Ga(1-x)As和III族氮化物系统Ga(x)Al(1-x)N。
2012-02-20 cond-mat.mtrl-sci
Defect engineering of the electronic transport through cuprous oxide interlayers
采用第一性原理计算和非平衡格林函数方法研究了Au-(Cu $_{2}$ O)$_n$ -Au结的电子输运性质.改变厚度的效果(即,$n$)以及点缺陷和阴离子取代的研究。对于所有的铜$_{2}$ O厚度的电导是更增强的散装样(在近界面)的缺陷,与O空位和Cl替代缺陷的例外。对于厚的Cu $_{2}$ O结,Cu缺陷和N替代以及Cl替代和N替代导致类似的传输行为。与最近的实验观察一致,发现N和Cl掺杂增强电导。Frenkel缺陷,即,O间隙缺陷和O替代缺陷的叠加导致显著高的电导。从缺陷形成能的分析,铜空位被发现是特别稳定的,与早期的实验和理论工作。
2016-05-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Suppression of spin-polarization in graphene nanoribbon by edge defect and impurity
我们研究了边缘缺陷(空位)和杂质(替代掺杂剂)对锯齿形边缘石墨烯纳米带(GNRs)中自旋极化鲁棒性的影响,采用密度泛函理论计算。我们发现自旋态的稳定性和它的磁矩随缺陷或杂质浓度的增加而不断降低。该系统通常在每10埃一个边缘缺陷(杂质)的浓度下变成非磁性的。自旋抑制被证明是由减少和删除的费米能量的边缘状态。我们的分析意味着一个重要的标准GNR样品的自旋电子学应用。
2008-02-21 cond-mat.mtrl-sci
Electronic structure of the substitutional versus interstitial manganese in GaN
用密度泛函方法研究了稀磁半导体GAN:Mn中的电子态,发现Mn杂质位于Mn_Ga的替代位和Mn_I的间隙位时,电子态有很大的不同。在这两种情况下,带隙中的二重和三重简并Mn(d)态的分裂是相反的,这可以从与相邻原子的杂化的量子化学控制来理解.与Mn_Ga作为深受主相反,Mn_I作为施主,表明形成了库仑稳定的配合物如(Mn_Ga Mn_I Mn_Ga),其中Mn_Ga的受主能级被Mn_I施主钝化。这种钝化簇的形成可能是所观察到的GAN中Mn的载流子掺杂效率低的原因。即使Mn态位于带隙内,波函数也远离杂质中心扩散。这是由与氮原子的杂化引起的,氮原子获得与Mn磁矩对齐的小磁矩。电子结构的光学性质的差异的影响进行了讨论。
2004-09-14 cond-mat.mtrl-sci
Role of structural defects on exchange bias in the epitaxial CoO/Co system
我们研究了反铁磁体Co_{1-y} O中的非磁性缺陷对外延生长的Co_{1-y} O/Co双层膜的交换偏置(EB)的影响。这些缺陷是替代性的或结构性的(孪晶界和表面形态),这两者都导致EB场的增加。我们发现一个优势的孪晶界的表面形态(粗糙度)在增强EB这是一致的交换偏置的域状态模型。相反,在该系统中,Co_{1-y} O层的晶体取向对EB没有显示出显著的影响。
2005-08-31 cond-mat.mtrl-sci
Point Defects in Two-Dimensional RuCl3
本文通过第一性原理计算研究了单层α-RuCl3中的点缺陷,发现Cl空位、Ru空位和氧替位缺陷最稳定,并揭示了它们对磁构型的选择性影响及光学识别特征。
2023-05-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Origin of magnetic moments in defective TiO2 single crystals
在本文中,我们表明,铁磁性可以诱导纯二氧化钛单晶的氧离子辐照。通过结合X射线衍射,拉曼散射,和电子自旋共振光谱,一个缺陷复合物,\emph{i.e.} Ti $^{3+}$离子的替代网站伴随着氧空位,已被确定在辐照的TiO 2。这种缺陷复合物导致局域(TiO $_{6-x}$)伸缩拉曼模式。我们阐明了具有一个未成对3d电子的Ti $^{3+}$离子提供了局部磁矩。
2009-02-12 cond-mat.mtrl-sci
First-principles study on various point defects formed by hydrogen and helium atoms in tungsten
通过第一性原理计算研究了钨中两个氢原子或两个氦原子形成的不同点缺陷。对于氢原子,能量上有利的位置是四面体间隙位置,而对于氦原子,置换位置是最优选的位置。两个氢原子或氦原子的形成能由它们的位置决定,并且不存在单个原子的形成能的倍数。弛豫后,两个相邻的氢原子彼此远离,而氦原子彼此靠近。本文还讨论了两个氢原子或氦原子之间相互作用的原因。
2017-06-10 cond-mat.mtrl-sci
Atomic defects and dopants in ternary Z-phase transition-metal nitrides CrMN with M=V, Nb, Ta investigated with density functional theory
采用密度泛函理论研究了三元Z-相变金属氮化物CrMN(M=V,Nb,Ta)中的原子缺陷和掺杂。各种缺陷形成能的原生点缺陷和替代原子的其他金属元素,丰富的钢,以及进行评估。研究了其对热力学环境的依赖性,即生长Z相沉淀物的化学条件,并比较了不同的生长情况。所获得的结果可能有助于相关的实验原子尺度的分析结果,通过原子探针断层扫描或透射电子显微镜,从二元过渡金属氮化物的Z相的形成过程的理论建模。
2017-10-06 cond-mat.mtrl-sci
Chemical trends of substitutional transition metal dopants in diamond: an ab initio study
采用密度泛函理论,采用交换关联势的广义梯度近似,计算了中性替位过渡金属掺杂金刚石的电子和磁性. Ti和Fe是磁性的,而V、Cr和Mn的基态是磁性的,自旋完全位于磁性离子上。对于Co、Ni和Cu,基态是磁性的,自旋分布在过渡金属离子和最近邻碳原子上;此外,在源于掺杂剂的3d衍生能级和最近邻碳的2 p衍生悬挂键的杂化的带隙中发现了束缚态。为了描述磁相互作用的起源,提出了一个p{d杂化模型。该模型预测的高自旋低自旋的转变下,镍和铜的压缩应变。
2012-01-07 cond-mat.mtrl-sci
Nonunique fraction of Fock exchange for defects in two-dimensional materials
通过研究单层WS $_2$中的空位和替代缺陷,我们发现不存在唯一的Fock交换量同时满足广义Koopmans条件并再现带隙和带边位置.基于带隙固定Fock交换的混合参数会导致二维材料中定性错误的缺陷物理。相反,实现了良好的协议与实验和多体微扰理论内$GW$近似一旦混合参数单独调整的缺陷和带边。我们表明,从一个独特的优化混合参数的偏离是固有的二维系统的频带边缘经历了减少筛选,而本地化的缺陷受到散装筛选。
2022-10-09 cond-mat.mtrl-sci