Thermal conductivity of bulk and nanoscaled Si/Ge alloys from the Kinetic Collective Model
几个迄今无法解释的功能，在IV族材料的热导率，如作为纯与合金样品的样品尺寸的函数的斜率的变化和低杂质浓度的热导率的快速衰减，描述在声子传输从集体到动力学制度的过渡方面。我们表明，在纯体硅样品中的热传输主要是集体的，杂质/合金和边界散射是负责破坏这个制度与相关的强烈降低热导率，离开动力学运输作为唯一允许的电阻散射机制时占主导地位。
2015-09-03 cond-mat.mtrl-sci
Suppression of lattice thermal conductivity by mass-conserving cation mutation in multi-component semiconductors
在半导体中，几乎所有的热量都是通过声子（晶格振动）传导的，这受到准粒子寿命的限制。声子-声子相互作用代表产生热阻的散射机制。在热电材料中，由于非谐性引起的这种电阻应该最大化以获得最佳性能。我们使用第一性原理晶格动力学的方法来探索晶格动力学的变化，在整个同构系列中的平均原子质量是保守的：ZnS CuGaS $_2$ Cu $_2$ ZnGeS $_4$。我们的研究结果表明，增强的声子相互作用的多元材料，并确认晶格热导率可以独立控制的平均质量和局部协调环境。
2016-06-15 cond-mat.mtrl-sci
Theory of polarization-switchable electrical conductivity anisotropy in nonpolar semiconductors
Jilin University（吉林大学）；University of Arkansas（阿肯色大学）；Tel Aviv University（特拉维夫大学）
该研究提出非极性半导体中极化可调电导各向异性的理论，通过极化翻转实现电导切换，为设计各向异性电子器件提供理论基础。
2025-12-12 cond-mat.mtrl-sci
Optical conductivity and optical effective mass in a high-mobility organic semiconductor: Implications for the nature of charge transport
我们提出了一个多尺度模拟红荧烯晶体的红外光学性质。计算结果与实验数据吻合得很好，实验数据表明电导率谱具有非单调特征，光学有效质量较小。我们发现，在静态无序近似下，低频晶格振动产生的非局域电子-声子相互作用可以降低光学有效质量，导致更轻的准粒子。另一方面，在室温下的红荧烯晶体的电荷传输和红外光学性质被证明是由固有的热无序驱动的本地化载流子。我们的研究结果强调，在高迁移率的有机半导体中存在明显的轻载流子并不一定意味着带状传输。
2014-12-31 cond-mat.mtrl-sci
Optical Conductivity of Ferromagnetic Semiconductors
用动态平均场方法计算了稀磁半导体的电导率随频率和温度的变化。特征定性特征被发现区分弱，中间和强载流子自旋耦合，并允许定量确定的重要参数定义的铁磁机制。
2002-02-05 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Variable range hopping conduction in semiconductor nanocrystal solids
研究了n型CdSe异质结薄膜的电导率随温度和电场的变化。在低电场条件下，在10 K <T<120 K的温度范围内，电导率服从G ~ exp（-（T*/T）^0.5）。在高电场下，电导率强烈地依赖于场。在4K下，电导在十年的偏压上增加了八个数量级。在很高的电场下，电导率与温度无关，G ~ exp（-（E*/E）^0.5）。用库仑带隙的变程跳跃很好地描述了完整的行为。
2004-03-23 cond-mat.mtrl-sci
Modeling thermal conductivity and collective effects in a simple nanofluid
分子动力学模拟用于模拟含有固体纳米颗粒的流体（纳米流体）的热性质。分子模拟的灵活性使我们能够考虑颗粒质量，颗粒与颗粒和颗粒与流体的相互作用以及颗粒的空间分布对热导率的影响。我们表明，一个良好分散的纳米流体的导热系数是很好地描述了经典的麦克斯韦-加内特方程模型。在粒子聚集和强粒子间相互作用的情况下，电导率可以再次通过考虑簇的纵横比的有效介质计算来描述。当颗粒在温度梯度的方向上排列时，热传递增加。这种集体效应可能是理解在一些实验中观察到的电导率大幅增加的第一步。
2006-12-11 cond-mat.mtrl-sci
Static conductivity of charged domain wall in uniaxial ferroelectric-semiconductors
本文用Landau-Ginzburg-Devonshire理论计算了n型单轴铁电半导体中斜畴壁和反畴壁的静态电导率。我们使用有效质量近似的电子和空穴的态密度，这是有效的，在任意距离的畴壁。由于电子积累，静态电导率在倾斜的头对头壁处急剧增加，对于小倾斜角θ π/40增加1个数量级，对于反畴壁（θ = π/2）增加3个数量级。两个独立的区域的空间电荷积累存在于整个倾斜的尾到尾的壁：薄的区域中的壁与积累的移动空穴和更广泛的区域与电离的施主附近。由于空穴的低迁移率，尾到尾壁的电导率至少比头到头壁的电导率小一个数量级，空穴是不适当的载流子。结果与最近的实验数据掺杂MgO的铌酸锂的定性协议。
2011-03-14 cond-mat.mtrl-sci
Harnessing the Duality of Magnetism and Conductivity: A Review of Oxide based Dilute Magnetic Semiconductors
本文综述了氧化物基稀磁半导体的历史、导电类型分类、室温铁磁性起源机制及其在磁光、透明铁磁体和自旋太阳能电池等自旋电子学器件中的应用前景。
2024-05-06 cond-mat.mtrl-sci
Ultralow Thermal Conductivity in Full-Heusler Semiconductors
半导体半-和在较小程度上，全-Heusler化合物是有前途的热电材料，由于其引人注目的电子性能与大功率因数。然而，固有的高导热性导致有限的热电效率，迄今为止阻碍了它们在实际应用中的广泛使用。在这里，我们报告的一类迄今未知的稳定的半导体全赫斯勒化合物的计算发现10价电子（$X_2YZ$，$X$ =钙，锶，钡; $Y$ =金和汞; $Z$ =锡，铅，砷，锑，铋）通过高通量$ab-initio$筛选。这些新化合物由于重贵金属的强非谐振动而表现出接近理论最小值的超低晶格热导率$κ_{\text{L}}$，同时保持高功率因数，从而产生优异的声子玻璃电子晶体材料。
2016-04-14 cond-mat.mtrl-sci
Inherent properties of binary tetrahedral semiconductors
利用离子电荷理论的概念，提出了一种新的方法来解释3，5和2，6半导体的固有性质，如晶格热导率和体积模量。这些半导体的晶格热导率表现出线性关系时，绘制在对数标度对最近邻距离，但根据化合物的离子电荷的产品落在两条直线上。在此基础上，提出了晶格热导率与体积模量的简单关系，并用于估计这些半导体的体积模量。对于锌层状结构的固体，这些参数的实验值与计算值之间有相当好的一致性。
2010-01-08 cond-mat.mtrl-sci
Memory function formalism approach to electrical conductivity and optical response of dilute magnetic semiconductors
将记忆函数理论与含时密度泛函理论相结合，研究了稀磁半导体中的输运问题。该方法认为自旋和电荷无序和电子-电子相互作用在平等的基础上。在弱无序限制和使用一个简单的抛物线近似的价带，我们表明，库仑和交换散射的贡献，在GaMnAs的电阻率是相同的数量级。缺陷的位置相关性导致库仑散射的显著增加，而铁磁相中局域自旋涨落的抑制则是导致电阻率在Tc以下下降的主要原因。正确处理动力学屏蔽和集体激发对精确描述红外吸收是必不可少的。
2007-04-16 cond-mat.mtrl-sci
First-principles quantitative prediction of the lattice thermal conductivity in random semiconductor alloys: the role of force-constant disorder
对半导体合金的晶格热导率$κ_{\ell}$的标准理论理解假定质量无序是声子散射的最重要来源。与此相反，我们表明，迄今为止被忽视的贡献的力常数（IFC）的障碍是必不可少的准确预测的$κ_{\ell}$的极性化合物，其特征在于一个复杂的原子尺度结构。我们发展了一种基于特殊的准随机结构和格林函数的\emph{ab initio}方法，并包括IFC无序的作用，并应用它来计算$\mathrm{In_{1-x}Ga_xAs}$和$\mathrm{Si_{1-x}Ge_x}$合金的$κ_{\ell}$。我们发现，虽然对于$\mathrm{Si_{1-x}Ge_x}$，声子合金散射主要由质量无序，对于$\mathrm{In_{1-x}Ga_xAs}$，IFC无序的列入是基本的，以准确地再现实验观察到的$κ_{\ell}$。由于大多数III-V族和II-VI族随机半导体合金都存在复杂的原子尺度结构，因此我们希望我们的方法适用于广泛的材料。
2017-12-07 cond-mat.mtrl-sci
Comparing the performance of LDA and GGA functionals in predicting the lattice thermal conductivity of semiconductor materials: the case of AlAs
在这篇文章中，我们评估了两种不同的交换相关泛函在体半导体晶格热导率的第一性原理预测中的性能，即局域密度近似（LDA）和广义梯度近似（GGA）的Perdew-Burke-Ernzerhof实现。这两个泛函示出与实验测量结果吻合良好。这两个泛函之间的一致性似乎有点令人惊讶，因为已知LDA会过度结合，而GGA会软化原子间的键。这些特征应该会极大地影响晶格热导率的第一性原理预测所必需的系统原子间力常数的值。在这项研究中，我们表明，这种近似引入的错误往往会抵消自己。在LDA的情况下，过结合产生更大的绝对三阶IFC，这往往会增加三声子散射率。另一方面，更大的绝对二阶IFC导致更大的声光声子带隙，这又降低了三声子散射的可用相空间，补偿了由于更硬的IFC而导致的散射率的增加。
2018-11-15 cond-mat.mtrl-sci
Thermal conductivity for III-V and II-VI semiconductor wurtzite and zinc-blende polytypes: the role of anharmonicity and phase space
我们使用$\textit{ab initio}$计算和求解声子玻尔兹曼输运方程计算了8种半导体的立方相（锌-尖晶石）和六方相（纤锌矿）的晶格热导率（$κ$），解释了两相之间的比率$κ_{\rm hex}/κ_{\rm cub}$的不同行为。我们发现，这种行为取决于两个对抗因素的相对重要性：非谐性，我们发现总是在立方相较高;和可访问的相空间，这是较高的对称性较低的六方相。在此基础上，我们开发了一种方法，预测最导电的阶段-立方或六边形-在其他更启发式的方法失败。我们还提出了由相同材料制成的纳米线的结果，显示了通过修改其直径在宽范围内调谐$κ_{\rm hex}/κ_{\rm cub}$的可能性，从而使它们成为复杂的声子和热电应用/系统的有吸引力的材料。
2019-09-05 cond-mat.mtrl-sci
Finding unprecedentedly low-thermal-conductivity half-Heusler semiconductors via high-throughput materials modeling
晶格热导率（κω）是化合物许多潜在应用的关键性质。由于高成本和耗时的合成程序，具有非常低或高κω的材料的发现仍然是实验挑战。高通量计算预筛选是一种有价值的方法，显着减少候选化合物的集合。在这篇文章中，我们介绍了可靠地估计大量化合物的体κω的有效方法。这些算法基于机器学习算法、物理见解和自动从头计算的组合。我们在AFLOWLIB.org数据库中扫描了大约79，000个半Heusler条目。在确定的450个机械稳定的有序半导体中，我们发现κω跨越两个数量级以上-比以前认为的范围大得多。对于在等价位置的元素具有大原子半径的化合物，κω最低。然后，我们对材料稳定性进行了彻底的筛选，从而将列表减少到77个系统。然后，我们可以为这个选定的系统范围提供κω的定量估计。提出了三种κω < 5 W /（mK）的半导体材料，供进一步的实验研究。
2014-02-21 cond-mat.mtrl-sci
Occurrence of the collective Ziman limit of heat transport in cubic semiconductors: scattering channels and size effects
研究 Si、Ge、AlAs 和 AlP 等立方半导体的集体热输运条件，揭示同位素与正常散射及样品尺寸的作用，预测其在 10–20 K 出现。
2024-04-03 cond-mat.mtrl-sci
Electronic functionalization of the surface of organic semiconductors with self-assembled monolayers
分子自组装已被广泛用于金属和氧化物的表面改性，用于各种应用，包括分子和有机电子学。本研究的目标之一是了解这些表面的电子性质可以通过自组装单分子膜（SAM）进行修改。在这里，我们展示了一种新型的分子自组装：在有机半导体表面生长有机硅烷自组装膜，这导致有机材料的表面电导率急剧增加。对于具有大偶极矩的有机硅烷分子，SAM诱导的有机分子晶体的表面电导率接近每平方10^-5 S，这与超高载流子密度下有机场效应晶体管（OFFET）实现的最高电导率相当。SAM功能化的有机表面是完全可接近的环境，这使得它们非常有吸引力的传感应用。我们已经观察到，极性分子的蒸气与SAM功能化的有机半导体的相互作用导致电导率的快速和可逆的变化，与分析物蒸气的压力成比例。
2007-10-09 cond-mat.mtrl-sci
Experimental test for the conductivity properties from the Casimir force between metal and semiconductor
利用原子力显微镜对金属化大球体与半导体平板之间的Casimir力进行了实验研究。改进的校准和测量程序可以减少不同不确定性的作用。采用严格的统计程序，在95%置信度下分析随机、系统和总实验误差。考虑到文献中讨论的所有理论不确定性，计算了具有不同电导率特性的半导体板的理论Casimir力。实验和理论之间的比较是在95%和70%的置信度下进行的。结果表明，对于实验中使用的半导体板，理论计算结果与实验数据是一致的。同时，在70%的置信度下，通过实验排除了描述电介质板的理论。从而证明了Casimir力对半导体的电导率性质是敏感的。
2006-03-13 cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Ultralow and Anisotropic Thermal Conductivity in Semiconductor As2Se3
采用密度泛函理论和Boltzmann输运方程的第一性原理计算，在300 K下得到As $_2$ Se $_3$单晶沿$\vec b$轴的超低晶格热导率为0.14 W $\cdot$ m $^{-1} \cdot$ K $^{-1}$.这种超低晶格热导率是由两种机制的组合引起的：1）低位光学模式的级联式下降，这导致避免了这些模式与声学模式的交叉、低声速和声学声子的增加的散射率; As阳离子的孤对电子与Se阴离子的价$p$轨道之间的排斥作用，这导致键的非谐性增加。这些机制的物理起源在于材料中化学键的性质及其强各向异性。这些结果，其有效性已通过与SnSe的比较得到解决，其中实现了理论预测与实验之间的极好的一致性，指出As $_2$ Se $_3$可以表现出改善的热电性能。
2017-12-15 cond-mat.mtrl-sci
Saturated Low-Temperature Conductivity in Ultrafast Semiconductor Nanocomposites
本文介绍了低场电导在4-300 K范围内的超快材料：InGaAs：ErAs分子束外延生长的研究。其独特的性质包括在主体半导体中的纳米级ErAs晶体，深费米能级和皮秒超快光载流子复合。随着温度的降低，导电机制依次为热激活、最近邻跳跃、变程跳跃和安德森局域化。在低温极限下，观察到有限导电性金属行为，而不是绝缘。用Abrahams标度理论解释了这种不寻常的导电行为。
2013-07-13 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci
Thermal conductivity of group-IV Semiconductors from a Kinetic-Collective Model
用动力学-集体模型计算了几种类金刚石材料的热导率。从这种方法中，得到的热导率表达式，包括从动力学（自由）的声子场的集体（流体动力学）的行为的过渡。表达式只包含三个参数。一旦拟合到天然存在的硅，其他材料的相同参数直接从理论关系计算。计算结果与实验数据吻合较好。
2014-02-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Low-temperature thermal transport and thermopower of monolayer transition metal dichalcogenide semiconductors
研究了单层过渡金属二硫属化合物的低温热导率。在热主要通过电子传输进行的低温状态下，热导率通过Wiedemann-Franz定律与电导率相关联。使用描述$ K $和$ K^{'} $谷边缘的\textit{k.p}哈密顿量，我们使用Kubo公式计算零频率电导率（Drude），以获得热导率的数值估计。杂质散射决定的渡越时间的电子进入德鲁德表达式内的自洽玻恩近似评估。解析表达式表明，低温热导率1）由单层TMDC谷边的带隙决定; 2）当存在无序时，热导率明显降低，无序可导致变程跳跃区。此外，我们计算莫特热势，并表明，在高频光束，建立一个Floquet哈密顿量，谷分辨热势可以得到。最后的总结回顾了结果的影响，随后简要讨论了Wiedemann-Franz定律的适用性及其在计算中的应用。
2017-06-01 cond-mat.mtrl-sci
Four-phonon scattering diminishes the optical phonon contribution and isotope effect to thermal conductivity of III-V semiconductors
最近的研究表明，四声子散射在确定固体的热导率方面通常是重要的。然而，这些研究一直集中在材料的热导率$κ$是占主导地位的声学声子，和四声子散射的影响，虽然显着的，仍然是一般小于三声子散射。在这项工作中，以AlSb为例，我们证明了四声子散射是更关键的三声子散射，因为它减少了光学声子的热输运，因此显着降低材料的热导率，其中光学分支具有长的三声子寿命。同时，我们的计算表明，四声子散射可以在削弱$κ$的同位素效应方面发挥极其重要的作用。具体地说，四声子散射减少了70 $\%$和50 $\%$，分别同位素纯和自然发生的AlSb的室温$κ$。同位素纯的和天然存在的c-GaN的还原分别为约34 $\%$和27 $\%$。对于同位素纯的w-GaN，室温下的还原约为13 $\%$，400 K下的还原约为25 $\%$。这些结果为实验工作者在III-V族化合物中实现高热导率以应用于半导体工业提供了重要的指导。
2019-08-15 cond-mat.mtrl-sci
Single-channel or multi-channel thermal transport? Effect of higher-order anharmonic corrections on the predicted phonon thermal transport properties of semiconductors
通过考虑高阶四声子散射、声子重整化和多通道热输运，研究了8种三元金属间化合物半导体的声子热输运性质.常用的最低阶理论，只考虑三声子散射，没有声子重整化，彻底失败的考虑材料和低估的热导率高达2倍。三种化合物的热导率降低，五种化合物的热导率增加，由于四声子散射和声子硬化对预测的热导率的对比作用的高阶修正的应用。使用高阶理论，在300 K的温度下，BiCsK 2和其他三种化合物（SbCsK 2，SbRbNa 2和SbRbK 2）的最低热导率为0.31 W/m-K，通过颗粒状声子输运通道具有低于0.5 W/m-K的热导率。在所有这些超低热导率化合物中，来自波状相干输运通道的贡献低于0.05W/m-K。高阶理论是正确描述热输运物理的必要条件，而低阶理论则将热输运错误地描述为多通道输运。
2022-02-26 cond-mat.mtrl-sci
Enhanced Conductivity Along Lateral Homojunction Interfaces of Atomically Thin Semiconductors
异质结构中材料之间界面处的能带重新排列可以产生独特的电子特性和非平凡的低维电荷态。在单层和多层MoS $_2$的同质结中，厚度依赖的能带结构意味着能带重新排列的可能性和一个新的界面电荷态，其性质与隔离层不同。在这份报告中，我们使用扫描光电流显微镜和沿界面施加源漏偏压的栅依赖运输探测界面电荷状态。在界面处观察到的增强的光响应归因于能带弯曲。具有MoS $_2$单层-多层界面的材料的有效电导率被证明高于独立的MoS $_2$单层或多层的材料的有效电导率。一个经典的异质结构模型被构造来解释在界面处的电性能。我们的工作表明，在过渡金属二硫属化物单层/多层界面的能带工程可以提高复合单层和多层器件的纵向电导和场效应迁移率。
2016-12-12 cond-mat.mtrl-sci
Profiling novel high-conductivity 2D semiconductors
当涉及复杂的机制时，在大型数据库中精确定位高性能材料是材料发现的主要挑战。在这里，我们专注于声子限制的电导率，并研究场效应掺杂的2D半导体。利用最新的密度泛函微扰理论和玻尔兹曼输运方程，我们讨论了11个具有优异输运性质的单分子膜。这些材料选自可剥离材料的计算数据库，其提供动态稳定且每个晶胞不超过6个原子的单层。我们首先分析了电子-声子散射在两个众所周知的系统：电子掺杂的硒化铟和空穴掺杂的磷烯。两者都是具有弱电子-声子相互作用的单谷系统，但它们代表了两种不同的快速输运途径：前者是陡峭而深的各向同性谷，后者是强烈的各向异性电子-声子物理。我们在数据库中识别出类似的功能，并计算相关单层的电导率。该工艺产生了几种高导电性材料，其中一些材料最近才出现在文献中（GaSe、Bi $_2$ SeTe $_2$、Bi $_2$ Se $_3$、Sb $_2$ SeTe $_2$），其他材料从未在本文中讨论（AlLiTe $_2$、BiClTe、ClGaTe、AuI）。详细比较这11个单分子层，我们讨论了电子-声子散射的强度和角度依赖性如何驱动材料的输运性能的关键差异，尽管类似的谷结构。我们还讨论了空穴掺杂的WSe $_2$的高导电性，以及如何这种情况下的研究表明，选择过程的局限性，将单独基于带属性。
2020-07-31 cond-mat.mtrl-sci
Non-Drude Optical Conductivity of (III,Mn)V Ferromagnetic Semiconductors
我们提出了一个数值模型研究的零温红外光学性质的（III，Mn）V稀磁半导体。我们的计算表明，在模拟这些材料的同时，治疗障碍和相互作用的影响的重要性。我们发现，电导率没有明确的德鲁德峰，它有一个加宽的带间峰附近的220 meV，和振荡器的重量转移到更高的频率由更强的无序。这些结果与最近的薄膜吸收测量结果定性一致。我们使用我们的数值研究结果来讨论使用的F-总和规则的集成光学吸收数据进行评估，准确的载流子密度估计。
2002-10-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Strain-Induced Room-Temperature Ferromagnetic Semiconductors with Large Anomalous Hall Conductivity in Two-Dimensional Cr2Ge2Se6
通过密度泛函理论计算，我们预测了一个稳定的二维（2D）铁磁半导体Cr $_2$ Ge $_2$ Se $_6$，其中的居里温度$T$ $_c$可以显着提高超过室温，通过施加百分之几的应变。此外，2D Cr $_2$ Ge $_2$ Se $_6$和Cr $_2$ Ge $_2$ Te $_6$中的异常霍尔电导率被预测为与Fe和Ni的铁磁金属中的异常霍尔电导率相当，并且比稀磁半导体Ga（Mn，As）中的异常霍尔电导率大一个数量级。基于超交换相互作用，应变对二维Cr $_2$ Ge $_2$ Se $_6$中$T$ $_c$的增强可以通过Cr的3个$d$轨道和Se的4个$p$轨道之间能量差的减小来理解。我们的发现突出了通过应变获得室温铁磁半导体的微观机制。
2019-07-16 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Universal curve of optimum thermoelectric figures of merit for bulk and low-dimensional semiconductors
基于单带模型推导了热电优值和功率因数的解析公式。我们发现，尽管半导体的最佳品质因数和最佳功率因数通常由不同的化学势值给出，但两者之间存在着直接的关系。通过引入由最佳功率因数和晶格热导率（不含电子热导率）组成的无量纲参数，可以将体半导体和低维半导体的最佳品质因数统一为一条涵盖大量不同维度材料的通用曲线。
2018-01-09 cond-mat.mtrl-sci
Tunable light-emission through the range 1.8-3.2 eV and p-type conductivity at room temperature for nitride semiconductors, Ca(Mg1-xZnx)2N2 (x=0-1)
三元氮化物CaZn_2N_2是一种新型的半导体材料，其禁带宽度为1.8eV。第一性原理计算预测，Mg在Zn位的连续取代将使Ca（Mg 1-xZnx）2N 2（x = 0-1）的光学带隙在~3.3 eV到~1.9 eV的宽范围内变化。在这项研究中，我们证明，在环境压力下的固态反应和高压合成在5 GPa产生x = 0和0.12，和x = 0.12-1多晶样品，分别。实验证实，光学带隙可以从~3.2 eV到~1.8 eV连续调谐，该范围非常接近理论预测。在室温下，在紫外线发射区域观察到取决于x的带至带光致发光。在CaZn 2N 2的Ca位点处的2%Na掺杂将其高电阻状态转换为p型导电状态。特别地，x = 0.50的样品表现出强烈的绿光发射，峰值在2.45 eV（506 nm）处，而没有来自深能级缺陷的任何其他发射。这些特性满足了III-V族氮化物和砷化物/磷化物发光半导体的要求。
2019-02-27 cond-mat.mtrl-sci
Surface Conductivity in Antiferromagnetic Semiconductor CrSb$_2$
体电阻和表面电阻沿晶体学\textit{b} -和\textit{c} -轴作为晶体厚度的函数的贡献，给出了反铁磁窄隙半导体CrSb $_{2}$中的温度无关的表面态的证据。ARPES在$Γ$ - $Z$方向上显示出明显的类电子口袋，这在体能带结构中是不存在的。第一性原理计算也证实了体隙内金属表面态的存在。而结合实验探针点增强表面导电类似于拓扑绝缘体，表面状态是微不足道的，因为CrSb $_2$没有表现出带反转。
2020-08-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Ab initio calculation of intrinsic spin Hall effect in semiconductors
相对论能带理论计算结果表明，典型半导体Ge、GaAs和AlAs的本征自旋霍尔电导率都是大的$[\sim 100 (\hbar/e)(Ωcm)^{-1}]$，表明自旋霍尔效应可能存在于四带Luttinger哈密顿量之外.计算的轨道角动量（轨道）霍尔电导率是一个数量级较小，表明没有取消之间的自旋和轨道霍尔效应在体半导体。此外，还发现自旋霍尔效应可以被应变强烈地操纵，并且半导体中的$ac$自旋霍尔电导率在纯半导体和杂质半导体中都很大。
2005-05-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Heat transport in crystalline organic semiconductors: coexistence of phonon propagation and tunneling
针对有机半导体热传输实验与传统Peierls-Boltzmann框架预测不符的问题，本研究通过Wigner输运方程引入声子隧穿机制，解决矛盾并定量解释实验，揭示其随温度和分子长度的变化规律及异常热导率现象。
2024-12-06 cond-mat.mtrl-sci
Lattice Dynamics and Thermal Transport in Semiconductors with Anti-bonding Valence Bands
本研究利用最高占据价带的反键特性作为描述符，发现600多种具有极低热导率的二元半导体，并证明XS族材料因反键导致的化学键减弱和声子非简谐性增强而具有极低热导率。
2023-05-16 cond-mat.mtrl-sci
Terahertz conductivity of localized photoinduced carriers in Mott insulator YTiO$_{3}$ at low excitation density, contrasted with metallic nature in band semiconductor Si
我们使用激光二极管（1.47 eV）和飞秒脉冲激光（1.55 eV）对莫特绝缘体YTiO $_{3}$和能带半导体Si进行了光泵太赫兹探针测量。这两种样品具有较长的能量弛豫时间（1.5 ms的YTiO $_{3}$和15 $μ$ s的Si），因此，它是可能的，以提取太赫兹复合电导率的光生载流子平衡。我们观察到高度对比的行为- Drude导电性在Si和局域导电性可能服从Jonscher法律在YTiO $_{3}$。YTiO $_{3}$中载流子浓度最高层的载流子数估计为0.015/Ti位。测定了YTiO $_{3}$的各向异性电导率。我们的研究表明，局域载流子可能在莫特绝缘体中光致金属相的早期形成中起重要作用。此外，本研究也显示出转移矩阵法对于空间不均匀载子分布的样品的光学常数的提取是有效的。
2007-08-30 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
First principles calculation of shift current in chalcopyrite semiconductor ZnSnP$_2$
体光伏效应在没有反转对称性的材料中产生本征光电流。移位电流是与构成电子带的贝里相位相关的体光伏现象之一：由于价带和导带之间的贝里连接的差异，光激发载流子在实空间中相干移位。已知铁电半导体和Weyl半金属表现出这种非线性光学现象。在这里，我们考虑黄铜矿半导体ZnSnP $_2$，缺乏反转对称性和计算的移位电流电导率。我们发现，位移电流的大小是最近在其他铁电半导体上测量值和一个数量级大于铁酸铋。光电导和位移电流电导的峰值响应都在带隙以上几eV，主要来自P-3 $p$和Sn-5 $p$轨道。
2020-07-16 cond-mat.mtrl-sci
Into the Origin of Electrical Conductivity for the Metal-Semiconductor Junction at the Atomic Level
基于金属-半导体（M-S）结的器件通常用于各种电子器件中。它们的电性能由相对于所使用的半导体的金属相性质限定。在这里，我们做了一个深入调查的起源M-S结在原子尺度上通过研究的性质AuIn 2纳米电极形成在InP（001）表面上的原位电学测量结合详细的调查原子分辨结构的支持下，其局部电学性质的第一性原理计算。我们发现，同一金属相相对于半导体结构的不同晶向通过金属费米能级的细微变化和影响界面处带边的移动，强烈地影响M-S结的整流特性。这最终改变了欧姆型和肖特基型之间的导电性状态。在设计基于M-S结的电子器件时，必须考虑晶体取向的影响。
2021-09-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Achieving Minimal Heat Conductivity by Ballistic Confinement in Phononic Metalattices
控制半导体的热导率在优化热电和声子器件的性能方面具有实际意义。在半导体中插入纳米尺寸的夹杂物是实现这种控制的有效手段;已经提出，使用这种方法可以将硅的热导率降低到1 W/m/K，并且对于夹杂物的某些最佳尺寸，热导率将达到最小值。然而，这一设计规则的实际验证是有限的。在这项工作中，我们解决这个问题，通过研究硅金属晶格的热性能，包括一个周期性分布的球形夹杂物的半径从7到30 nm，嵌入到硅。实验测量证实，硅金属晶格的热导率对于二氧化硅夹杂物低至1 W/m/K，并且对于具有空孔的硅金属晶格，该值可以进一步降低至0.16 W/m/K。弹道声子输运的一个详细的模型表明，这种热导率接近于通过调整周期性不均匀性的半径和间距所能达到的最低值。这项研究是阐明硅和其他半导体纳米级弹道热传输的标度定律的重要一步。
2020-04-30 cond-mat.mtrl-sci
Dynamical lattice thermal conductivity, Shastry sum rule and second sound in bulk semiconductor crystals
本文讨论了立方半导体块体晶体动态晶格热导率k（W）的基本性质。计算方法是基于求解Boltzmann-Peierls声子输运方程在频域激发后的动态温度梯度，在单弛豫时间近似的框架内，使用修改的Debye-Callaway模型。我们的模型使我们能够获得一个紧凑的表达式k（W），捕获的主要行为的动态热传导的声子。这个表达式满足因果关系的要求，并导致卷积型之间的关系的热流密度，电流和温度梯度在真实的时空域与Gurtin-Pipkin理论。通过改变环境温度以及不同的内、外参数，包括嵌入半导体纳米颗粒作为外声子散射中心的影响，研究了k（W）的动力学行为。本文还探讨了Shastry求和规则的适用性以及在玻尔兹曼理论框架下二次声存在和传播的可能性。
2013-03-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Rubbing and Drawing: Generic Ways to Improve the Thermoelectric Power Factor of Organic Semiconductors?
高度取向的聚合物膜可以在热电性能中显示出相当大的各向异性，导致功率因子超出由广泛遵守的将热电$S$和电导率$σ$连接为$S\proptoσ^{-1/4}$的幂律预测的那些。尽管同时增强$σ$和$S$所需的条件尚不清楚，但这导致了关于电导率的令人鼓舞的实际结果。在这里，动力学蒙特卡罗模拟被用来研究无序有机半导体的热电性能的结构各向异性的影响。我们发现，拉伸是一个合适的策略，以提高沿应变方向的导电性，而对功率因数的影响取决于形态的聚合物结晶。通常，结晶聚合物显示出$σ$和$S$的同时增加，而非晶聚合物的情况并非如此。此外，我们表明，从模拟的基础上可变范围跳变的趋势是在良好的协议与实验，并可以描述不同的功能依赖关系的$S$与$σ$行为的不同方向。
2021-03-05 cond-mat.mtrl-sci
Anisotropic Thermal Conductivity of 4H and 6H Silicon Carbide Measured Using Time-Domain Thermoreflectance
碳化硅（SiC）是一种宽带隙（WBG）半导体材料，在大功率和高频电子领域具有广阔的应用前景。在其许多有用的特性中，高导热性是至关重要的。本文利用飞秒激光时域热反射（TDTR）技术测量了三种SiC样品：n型4 H-SiC（N掺杂1 × 10^19 cm-3）、非故意掺杂（UID）4 H-SiC和Si 6 H-SiC（V掺杂1 × 10^17 cm-3）在250 K ~ 450 K温度范围内的各向异性热导率。通过选择合适的激光光斑半径和调制频率，我们同时测量了SiC的平行于（k_r）和穿过六边形平面（k_z）的热导率。对于k_r和k_z，导热系数的大小顺序为：Si 4 H-SiC> n型4 H-SiC> Si 6 H-SiC。这项工作是理解WBG半导体热传输的重要基准。
2017-12-13 cond-mat.mtrl-sci
Significant reduction of lattice thermal conductivity by electron-phonon interaction in silicon with high carrier concentrations: a first-principles study
电子-声子相互作用对金属和半导体中的电子输运产生了很大的阻碍作用，但对电子-声子相互作用对声子输运的影响，特别是对半导体中声子输运的影响研究较少。我们计算的声子寿命由于散射与电子（或空穴），将它们与本征寿命由于非谐声子-声子相互作用，所有从第一性原理，并评估电子-声子相互作用对硅的晶格热导率的影响。出乎意料的是，我们发现当载流子浓度超过1 e19 cm-3时，室温下的晶格热导率显著降低（在p型硅中，在1 e21 cm-3左右降低高达45%），这是与热电材料具有很大技术相关性的范围。
2014-09-03 cond-mat.mtrl-sci
Anti-doping in Insulators and Semiconductors having Intermediate Bands with Trapped Carriers
电子（空穴）的普通掺杂通常意味着费米能级向导带（价带）移动，并且自由载流子的电导率增加。然而，最近，在不同的材料中零星地记录了一些奇特的掺杂特性，而没有注意到机制：观察到电子掺杂导致最低未占用带的一部分合并到价带中，导致电导率降低。我们称之为“反掺杂”的这种行为在稀土镍氧化物SmNiO3，钴氧化物SrCoO2.5，锂离子电池材料甚至是具有金属空位的MgO中都可以看到。我们描述了反兴奋剂的物理起源，以及它的逆问题，“设计原则”，将使智能搜索的材料。我们发现，电子反掺杂是预期在材料中预先存在的陷阱空穴，并通过电子掺杂这种“空穴极化子”的湮灭所造成的。这可能提供一种非传统的控制电导率的方法。
2019-02-03 cond-mat.mtrl-sci
Proton Collective Quantum Tunneling Induces Anomalous Thermal Conductivity of Ice under Pressure
本文通过实验与大规模量子分子动力学模拟，揭示高压冰中质子集体隧穿与声子周期和波长相匹配，导致强烈声子散射，从而解释20 GPa以上热导率反常下降的现象。
2023-05-25 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Visualization of Mesoscopic Conductivity Fluctuations in Amorphous Semiconductor Thin-Film Transistors
本研究利用微波阻抗显微镜对a-IGZO薄膜晶体管进行千兆赫兹电导率成像，揭示了亚阈值区域约200 nm尺度的介观电导率涨落，并通过随机势垒模型模拟了势能景观，为微观理解非晶半导体电荷传输机制提供了直观方法。
2023-12-16 cond-mat.dis-nn cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Origins of Pressure-Enhanced Thermal Transport in Organic Semiconductors
Montanuniversität Leoben（莱奥本矿业大学）；Graz University of Technology（格拉茨工业大学）；TU Wien（维也纳科技大学）；Columbia University（哥伦比亚大学）
本研究结合机器学习势与维格纳输运方程，揭示压力通过增强分子间键刚性、提高声子群速度并抑制散射，从而显著提升有机半导体萘的热导率。
2026-09-15 cond-mat.mtrl-sci
Metal-Organic Frameworks in Semiconductor Devices: Recent Advancements and a Bright Future
金属-有机骨架（MOFs）是一类特殊的混合结晶、纳米多孔材料，由离散的金属离子或具有有机连接体的簇组成。过去对MOFs基材料的研究主要集中在孔隙率，化学和结构多样性，气体吸附，传感，药物输送，催化和分离应用。然而，最初的努力要么忽视了，要么没有得到太多的关注，以改善MOF材料的导电性。早些时候报道的导电性差的MOFs阻碍了在电子，光电子和可再生能源存储应用中的应用。为了克服这个问题，MOFs社区一直在通过采用几种有趣的策略来提高电导率。我们阐明的电荷传输机制，这主要是两个过程，无论是通过键或通过空间。本文旨在展示当前的情况下，创造性地设计的MOF材料，其次是高品质的分子薄膜的制造进展，和半导体器件的制造刺激响应的电流-电压（I-V）的研究。总的来说，评论解决了基于MOFs的电子学的优点和缺点，其次是我们对改进MOFs组成，机械稳定界面，器件堆叠，进一步相关实验的预测，这些实验对MOFs研究人员在进一步提高器件性能方面具有极大的兴趣。
2022-06-27 cond-mat.mtrl-sci
Insulator to Semiconductor Transition in Graphene Quantum Dots
由于边缘效应和量子限制效应，零维石墨烯量子点（GQD）表现出有趣的物理和化学性质。当GQD边缘的碳原子数多于基面的碳原子数时，GQD具有更高的活性。室温XRD图谱证实了GQD的形成。紫外-可见光谱证实GQD在可见光区显示出光学吸收。随着激发波长的增加，光致发光谱中的发射峰发生红移。动态光散射（DLS）分析表明，发现颗粒的平均尺寸为65 nm。在300 ~ 500 K温度范围内研究了GQDs的频率依赖的电输运性质。最有趣的是，首次观察到GQD在400 K附近的绝缘体到半导体的转变。通过详细的介电分析讨论了GQD的转变机制。讨论了插层水对电导率随温度变化的影响。介电弛豫机制解释的介电常数，电导率和阻抗形式主义的框架。频率依赖的交流电导率谱遵循Jonscher普适幂律。采用Cole-Cole模型研究了样品的介电弛豫机制。
2019-05-10 cond-mat.mtrl-sci
Conductivity in organic semiconductors hybridized with the vacuum field
有机半导体因其创造易于大规模加工的廉价且灵活的器件的潜力而引起了相当大的兴趣[1-11]。然而，技术应用目前受到与这些材料中的无序相关联的载流子的低迁移率的限制[5-8]。因此，在过去的几十年中，许多努力都集中在优化材料或器件的组织以提高载流子迁移率。在这里，我们采取了一种完全不同的方法来解决这个问题，即通过将载流子注入到与真空电磁场杂化的状态中。这些相干态可以扩展到多达10^5个分子，因此应该有利于这种材料的导电性。为了验证这个想法，有机半导体被强耦合到等离子体结构上的真空电磁场，以形成具有大拉比分裂的极化激元态。0.7 EV.电导率实验表明，在耦合状态下的共振时，电流确实增加了一个数量级，这主要反映了场效应迁移率的变化，如在晶体管配置中对结构进行门控时所揭示的那样。提出了一个理论量子模型，证实了非定域的杂化状态的波函数和电导率的后果。虽然这是一项原理验证研究，但在实践中，由光物质杂化状态介导的导电性很容易实现，因此我们预计它将用于改善有机器件。更广泛地说，我们的研究结果说明了工程真空电磁环境的潜力，以修改和改善材料的性能。
2015-05-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Transport in Nanotubes: Effect of Remote Impurity Scattering
在单电子近似下，发展了单壁碳纳米管中杂质远距离库仑散射理论。在漂移-扩散模型中求解玻尔兹曼方程，得到管电导率。电导率取决于纳米管能带结构的类型（金属或半导体）和电子费米能级。我们发现，由于库仑散射率对动量转移有很强的依赖性，电导率对费米能的指数依赖性。我们计算内和子带间散射率和电导率的一般表达式。数值计算结果以及得到的解析表达式表明，简并杂质半导体管可以有很高的迁移率，除非掺杂浓度过高，子带间跃迁阻碍了电子输运.
2004-02-25 cond-mat.mtrl-sci
EPR and ferromagnetism in diluted magnetic semiconductor quantum wells
受调制掺杂的CdMnTe量子阱中的电子顺磁共振（EPR）谱的最新测量的启发，[F. J. Teran { \it et al.}，物理修订信函{ \bf 91}，077201（2003）]，我们发展了准二维稀磁半导体（DMS）中集体自旋激发的理论。我们的理论解释了在这些实验中发现的Mn离子的局部矩和巡回电子自旋之间的集体耦合的结果的巨大的奈特位移。我们用这个理论来讨论（II，Mn）VI量子阱中的铁磁性的物理，并推测它可能在n型调制掺杂系统中观察到的温度。
2003-08-22 cond-mat.mtrl-sci
The thermal and electrical properties of the promising semiconductor MXene Hf2CO2
本文采用第一性原理计算研究了氧功能化的M2 CO2（M = Ti，Zr，Hf）MXene的热学和电学性质。发现Hf 2CO 2表现出比MoS 2和磷烯更好的热导率。当薄片长度为5-100 μ m时，其扶手椅方向的室温热导率为86.25- 131.2Wm-1 K-1，锯齿形方向的热导率约为扶手椅方向的42%。还考虑了M2 CO2的其他重要热性质，包括它们的比热和热膨胀系数。Hf 2CO 2的理论室温热膨胀系数为6.094 × 10 -6 K-1，低于大多数金属。此外，Hf 2CO 2被确定为具有1.657eV的带隙的半导体，并且具有高的各向异性载流子迁移率。在室温下，Hf 2CO 2空穴在扶手椅方向（Z字形方向）的迁移率被确定为高达13.5 × 103 cm 2 V-1 s-1（17.6 × 103 cm 2 V-1 s-1），这与磷烯相当。由于Hf 2CO 2具有中等的带隙、良好的热导率、低的热膨胀系数和优异的载流子迁移率，因此其作为纳米电子学材料的用途可能更广泛。本文还提供了Ti_2CO_2和Zr_2CO_2相应的热性能和电性能以供比较。值得注意的是，Ti 2CO 2呈现出比Hf 2CO 2相对低的热导率和高得多的载流子迁移率，这表明Ti 2CO 2可以用作有效的热电材料。
2015-10-28 cond-mat.mtrl-sci
Non-localized states and high hole mobility in amorphous germanium
共价非晶半导体，例如非晶硅（a-Si）和锗（a-Ge），通常被认为在价带的顶部和导带的底部具有局部电子态。导电性被认为是通过局域态的跳跃机制。这些材料的载流子迁移率通常很低，室温下约为10^-3 - 10^-2 cm ^2/（Vs）。在本研究中，我们提出了霍尔效应的特性，由自离子注入的Ge离子制备的a-Ge。通过该方法制备的a-Ge是高度均匀的，并且具有在结晶Ge的98.5%内的质量密度。对于非晶半导体，该材料表现出异常高的电导率和载流子迁移率（~100 cm^2/（Vs））。该材料的温度依赖性电阻率非常好地定义为两个独特的区域，非本征和本征导电性，如在晶体Ge中。这些结果是直接的证据，大量保存的能带结构和非定域态的价带在a-Ge，提出了由Tauc等人。从光学特性。这一发现不仅对理解共价无序半导体中的导电性具有重要意义，而且我们在非晶Ge中观察到的异常高的迁移率开辟了以前未考虑用于非晶半导体的器件应用。
2019-08-22 cond-mat.mtrl-sci
