Transport properties of KTaO$_3$ from first-principles
用第一性原理方法计算了钙钛矿结构KTaO $_3$的输运性质。我们的研究是基于玻尔兹曼输运理论和弛豫时间近似，其中的散射率计算使用的分析模型描述的电子和纵向光学声子的相互作用。我们计算室温下的电子迁移率和塞贝克系数的KTaO $_3$，和SrTiO $_3$进行比较，为一系列的电子浓度。这两种材料之间的比较提供了对确定室温电子迁移率的机制的深入了解，例如带宽和自旋轨道分裂的影响。结果，结合本研究中开发的计算方案的效率，提供了一条研究和发现具有目标传输特性的材料的途径。
2016-01-22 cond-mat.mtrl-sci
Anisotropy of thermal transport in phosphorene: A comparative first-principles study using different exchange-correlation functional
随着磷分子在纳米、光电和热电等领域应用的日益广泛，有必要对其热输运性质进行全面的研究。从以前的研究中可以得出结论，理论预测的单层磷烯的热导率存在巨大的差异和不确定性，这通常归因于XC官能团的选择。然而，即使在第一性原理计算中官能团的选择对于预测磷烯的热导率特别重要，但在这个问题上还没有全面的调查，这是不清楚的，是该领域的空白。因此，本研究的目的是探讨不同XC功能对磷烯的热输运性质的影响。
2021-08-29 cond-mat.mtrl-sci
First-principles ionized-impurity scattering and charge transport in doped materials
载流子与离子化杂质的散射控制着杂质半导体中的电荷输运。然而，电子与离子化杂质的相互作用不能完全用定量的第一性原理计算来描述，所以他们的理解主要依赖于简化的模型。在这里，我们展示了一个从头计算的方法来计算电子和电离杂质或其他带电缺陷之间的相互作用。它包括短程和长程电子缺陷（e-d）的相互作用在平等的基础上，并允许有效的插值的e-d矩阵元素。我们结合了电子-d和电子-声子相互作用的玻尔兹曼输运方程计算的载流子迁移率在掺杂硅在很宽的温度和掺杂浓度范围内，无缝跨越缺陷和声子限制的运输制度。分析了缺陷和声子散射机制对载流子弛豫时间和平均自由路径的贡献。我们的方法为研究掺杂材料中的电子相互作用提供了一个强有力的工具。它拓宽了第一性原理输运计算的范围，使研究范围广泛的杂质半导体和氧化物与电子，能源和量子技术的应用。
2021-10-10 cond-mat.mtrl-sci
Impact of the Topological Surface State on the Thermoelectric Transport in Sb$_2$Te$_3$ Thin Films
基于密度泛函理论和紧束缚方法，对p型Sb $_2$ Te $_3$薄膜的热电性质进行了从头计算.基于玻尔兹曼方程，在扩散输运极限下计算了与厚度相关的电导率和热功率。的体积和表面的传输系数的贡献是分开的，这使得能够确定一个明确的影响的拓扑表面状态上的热电性能。通过调节载流子浓度，实现了表面态主导和Fuchs-Sondheimer输运状态之间的交叉。通过原子层沉积法生长的Sb $_2$ Te $_3$薄膜的热电输运测量证实了计算结果。
2015-03-29 cond-mat.mtrl-sci
Electron-phonon scattering and thermoelectric transport in $p$-type PbTe from first principles
我们提出了一个基于第一性原理的模型的电子-声子散射机制和热电输运在L和$Σ$谷在<200b>$p$型PbTe，占其热致位移。我们在室温下的所有热电输运参数的计算值是在很宽的掺杂浓度范围内的实验非常好的协议。在$p$型PbTe中，纵向光学声子散射是主要的散射机制，而横向光学模散射最弱。由于L谷和$Σ$谷之间的能量差异较大，L谷对300 K时的热电输运贡献最大。结果表明，L谷和$Σ$谷之间的散射以及$Σ$谷的附加输运通道对300 K时$p$型PbTe的整体热电性能都是有益的.因此，我们的研究结果支持的想法，高谷简并的材料可能是良好的热电。
2020-08-24 cond-mat.mtrl-sci
Lattice thermal conductivities of two SiO$_2$ polymorphs by first-principles calculation and phonon Boltzmann transport equation
两种SiO $_2$多晶型物的晶格热导率，即，采用第一性原理非简谐声子计算和线性化的声子Boltzmann输运方程，研究了$α$ -石英（低）和$α$ -方石英（低）的声子输运。虽然$α$ -石英和$α$ -方石英具有相似的声子态密度，但声子群速度和寿命的声子频率依赖性不同，这导致晶格热导率的各向异性大不相同。对于$α$ -石英和$α$ -方石英，声子寿命的分布，有效地确定晶格热导率的能量和动量守恒的三个声子散射加权声子占据数和一个参数，代表的声子-声子相互作用强度。
2018-04-09 cond-mat.mtrl-sci
First-principles study of the electrical and lattice thermal transport in monolayer and bilayer graphene
我们从第一性原理计算和玻尔兹曼输运理论（BTE）出发，研究了单层和双层石墨烯的输运性质。我们对单层石墨烯的电阻率研究表明，在一定的化学势范围内，Bloch-Gr ${\rm \ddot{u}}$奈森行为。通过用氮化硼代替石墨烯的碳二聚体，我们预测塞贝克系数增加了两倍。在我们的计算中已经观察到在小电场$\sim 0.3$ eV的影响下双层石墨烯的塞贝克系数的类似增加。具有杂质的石墨烯显示出电导率和迁移率的系统性降低。我们还利用声子BTE计算了单层和双层石墨烯的晶格热导率，在300-700 K的温度范围内与实验数据吻合得很好。
2017-03-01 cond-mat.mtrl-sci
First Principle Study of Electron Transport in Single-Walled Carbon Nanotubes of 2 to 22 nm in Length
提出了一种基于量子化学从头算方法的延伸方法。它允许使用混合密度泛函理论研究单壁碳纳米管（SWCNTs）的电子结构和相干电子输运性质的长度为22 nm的。22纳米长的单壁碳纳米管，由超过一万个电子组成，是有史以来在如此复杂的全电子水平上研究的最大的碳纳米管。有趣的振荡行为的能隙相对于纳米管的长度被揭示。计算的单壁碳纳米管的电流-电压特性与最近的实验结果非常吻合。这证实了实验观察，即15 nm长的SWCNT仍然主要是弹道输运装置。所提出的延长方法为纳米和生物电子学的第一性原理研究打开了一扇新的大门。
2005-01-14 cond-mat.mtrl-sci
Magneto-transport phenomena in p-doped diamond from first principles
利用密度泛函理论，通过线性化Boltzmann输运方程的精确解，对p型掺杂金刚石中的磁输运现象进行了第一性原理研究.在一定的温度和载流子浓度范围内，这种方法的结果与霍尔和漂移迁移率、低场和高场磁电阻以及塞贝克系数（包括声子拖曳效应）的实验数据非常一致。特别是，我们的研究结果提供了一个非常高的流动性和塞贝克系数的值的详细表征，并预测一个大的磁场驱动的塞贝克系数的增强，高达30%，在磁场的40千欧已经在室温下。
2018-08-30 cond-mat.mtrl-sci
Trap Distribution and the Impact of Oxygen-induced Traps on the Charge Transport in Poly(3-Hexylthiophene)
用分数阶热激电流法研究了共轭聚合物聚3-己基噻吩中的陷阱分布。两个缺陷态的激活能约为50 meV和105 meV和高斯能量分布。第一个被分配到尾部的本征态密度，而第二个陷阱的浓度是直接相关的氧气暴露。通过线性增加电压测量进行光致载流子提取来检查氧诱导陷阱对电荷传输的影响，其显示出迁移率随空气暴露时间的强烈降低。
2008-10-20 cond-mat.mtrl-sci
Quick-start guide for first-principles modelling of semiconductor interfaces
不同材料之间的界面控制着一系列技术中的能量传输，包括太阳能电池（电子输运）、电池（离子传输）和热电（热传输）。计算机能力和算法的进步意味着，使用精确的方法，如密度泛函理论，现在可以在现实系统中建立界面过程的第一原理模型。在这个“快速入门指南”中，我们讨论了如何在两种材料之间构建原子模型的最佳实践，以及适合探测局部键合和电子带偏移变化的分析技术。给出了许多与钙钛矿太阳能电池相关的例子。
2018-08-01 cond-mat.mtrl-sci
Thermoelectric transport in monolayer SnSe from first-principles calculations
电子晶体和声子玻璃被认为是理想热电材料的两个基本要素，它们既要求增强的电子输运，又要求抑制的声子输运。由于电子与声子之间的强相互作用，这两种特性在完全体半导体中通常不能共存。将纳米结构引入到块状热电材料中长期以来一直应用于允许不同的声子散射机制以降低晶格热导率，同时保持电导率不变。然而，一些二维材料却相反。在这里，我们提出了一个例子，单层SnSe引入最近新研究的大块热电材料SnSe。通过第一性原理电子结构计算和玻尔兹曼输运理论，我们表明，单层SnSe的晶格热导率反而高于体SnSe的，从而导致与体相比，降低热电优值。此外，我们还发现单层SnSe的各向异性水平降低，电子掺杂可以看到更好的热电性能。
2016-06-28 cond-mat.mtrl-sci
Spin-caloric transport properties of cobalt nanostructures: spin disorder effects from first principles
自旋相关的传输过程及其与温度梯度的相互作用的基本方面，所给出的自旋塞贝克系数，仍然在很大程度上未被探索和众多的贡献因素必须考虑。我们使用密度泛函理论和基于蒙特卡罗的统计方法来模拟简单的纳米结构，如Co纳米线和薄膜嵌入在铜主机或在真空中，并研究了自旋无序散射的影响电子输运在高温下。虽然我们表明，由于温度引起的局部磁矩的无序的电子的自旋相关的散射的电阻，热电和自旋热输运系数的贡献显着，我们还得出结论，这些影响的实际幅度不能预测，定量或定性，没有这样的详细计算。
2014-01-27 cond-mat.mtrl-sci
Structural and thermal transport properties of ferroelectric domain walls in GeTe from first principles
铁电畴壁是铁电材料中具有不同极化取向的区域之间的边界。利用第一性原理计算，我们描述了热电GeTe中在（$11\bar{1}$），（$111$）和（$1\bar{1}0$）晶面上形成的所有不同类型的畴壁。我们发现大部分的这些畴壁，这是由偏振变化驱动的附近的结构扭曲。我们发现，这种强的应变-序参量耦合将大大降低晶格热导率的GeTe样品相对于单晶的畴壁。因此，我们的研究结果表明，畴工程是一个很有前途的途径，提高热电优值的GeTe。
2020-04-15 cond-mat.mtrl-sci
Phase Transition of Na3SbS4 Superionic Conductor and Its Impact on Ion Transport
本文通过实验和计算相结合的方法，研究了Na_3SbS_4的相变，并合成了难高温保存的立方相Na_3SbS_4（c-Na_3SbS_4）。通过Rietveld精修和电化学阻抗谱证实了c-Na 3SbS 4的形成。实验和理论计算均表明，c-Na_3SbS_4的离子电导率高于t-Na_3SbS_4，但二者的数值在同一数量级。这两种结构都允许快速离子传输。
2017-07-12 cond-mat.mtrl-sci
The use of strain to tailor electronic thermoelectric transport properties: A first principles study of 2H-phase CuAlO2
使用第一性原理计算，使用应变来调整电子输运和由此产生的热电（TE）性能进行了讨论，使用2H相CuAlO2作为测试用例。透明氧化物材料，例如CuAlO2，一种p型透明导电氧化物（TCO），最近已经被研究用于高温热电发电机和废热冷却器。考虑到TCO材料相对容易制造、材料成本低且无毒，通过使用应变使它们适应特定温度范围、功率需求和尺寸要求的能力开辟了一条有趣的途径。我们发现，应变可以对这些属性有显着的影响，在某些情况下是有害的，在其他有益的，包括潜在的n型功率因数大于最高的p型的情况下。这种行为的物理原因解释的热电输运分布和朗道分布的模式。
2018-12-12 cond-mat.mtrl-sci
Phonon transport in $\mathrm{Na_2He}$ at high pressure from a first-principles study
采用第一性原理计算和线性化的声子Boltzmann方程，在单模弛豫时间近似（RTA）下，研究了高压下新近制备的$\mathrm{Na_2He}$的声子输运.计算出的室温晶格热导率为149.19 $\mathrm{W m^{-1} K^{-1}}$，这与Si的晶格热导率非常接近。结果表明，低频光模占晶格热导率的16%，而高频光模的贡献可以忽略不计。高的晶格热导率是由于大的群速度，小的Gr $\mathrm{\ddot{u}}$奈森参数，和长的声子寿命。用声子平均自由程的累积热导率来考虑晶格热导率的尺寸效应。为了显著降低晶格热导率，要求特征长度小于100 nm，可降低36%。这些结果可能有助于理解巨行星内部发生的热传输过程。
2017-03-04 cond-mat.mtrl-sci
Intermediate Polaronic Charge Transport in Organic Crystals from a Many-Body First-Principles Approach
有机分子晶体具有复杂的晶体结构和电子-声子相互作用，预测其电学性质具有挑战性。OMC中的电荷传输通常分为两种限制性机制：$-$带传输，其特征在于弱的e-ph相互作用，以及由于强的e-ph相互作用形成的局部极化子引起的电荷跳跃。然而，在这两种极限情况之间，存在一种不太好理解的中间状态，其中存在极化子，但不通过跳跃进行传输。在这里，我们展示了一个多体第一性原理的方法，可以准确地预测载流子迁移率在OMCs的中间制度，并阐明其微观起源。我们的方法结合了有限温度累积量方法来描述强e-ph相互作用与绿色久保运输计算。我们将此无参数框架应用于萘晶体，证明在100 $-$ ~ 300 K之间的实验的1.5 $-$ 2的因子内的电子迁移率预测。我们的分析表明，电子强烈耦合与中间制度的分子间和分子内的声子，证明了形成一个广泛的极化子卫星峰的电子光谱函数和失败的玻尔兹曼方程。我们的研究推进了复杂有机晶体中电荷输运的定量建模。
2022-01-07 cond-mat.mtrl-sci
First-principles-based screening method for resistivity scaling of anisotropic metals
金属的电阻率缩放是进一步缩小纳米电子器件中的互连的关键限制因素，其影响信号延迟、热产生和能量消耗。在这里，我们概括了一个普遍认为的数字的优点，选择有前途的候选金属高度各向异性费米表面在纳米尺度上的电子输运性质。为此，我们引入了一个有限温度输运张量，从第一原理得到的能带结构的基础上。这种传输张量允许在具有不同晶格取向和任意传输方向的纳米结构中的高度各向异性金属之间进行直接比较。通过评估张量分量的温度依赖性，我们还评估了零温度下基于费米表面的输运性质评估的有效性，而不是考虑标准操作温度条件。
2022-12-27 cond-mat.mtrl-sci
Phonon Transport in Single-Layer Transition Metal Dichalcogenides: a First-Principles Study
二维过渡金属二硫属化合物（TMDCs）由于其独特的性质，在电子和光学领域有着广泛的应用前景。本文利用第一性原理驱动的声子玻尔兹曼输运方程方法，系统地研究了八种半导体单层TMDC MX2（M=Mo，W，Zr和Hf，X=S和Se）的声子输运和热导率.单模弛豫时间近似预测TMDC的热导率的有效性进行评估，通过比较的结果与声子玻尔兹曼输运方程的迭代解。当样品尺寸为1 μm时，2 H型TMDCs的声子热导率在室温下大于50 W/mK，而1 T型TMDCs的热导率要低得多。在单层WS 2中发现了142 W/mK的非常高的热导率值。W和S之间的大原子量差异导致非常大的声子带隙，这反过来又禁止声学和光学声子模式之间的散射，从而导致非常长的声子弛豫时间。
2014-07-14 cond-mat.mtrl-sci
Thermoelectric Transport in Weyl Semimetal BaMnSb2: a First-Principles Study
本研究通过含库仑排斥与自旋-轨道耦合的第一性原理计算，揭示BaMnSb2低热导率的声子机制及角极输运特性，并提出掺杂优化热电品质因数的方案。
2024-03-01 cond-mat.mtrl-sci
Charge Transport in Organic Molecular Semiconductors from First Principles: The Band-Like Hole Mobility in Naphthalene Crystal
预测有机分子晶体中的电荷输运是众所周知的挑战。有机半导体中载流子迁移率的计算主要采用基于电荷跳跃的量子化学方法，这种方法很费力，而且精度也不高。在从头算能带理论框架下，从第一性原理出发，计算了萘晶体的电子-声子散射和声子限制空穴迁移率。我们的计算结合GW电子能带结构，从头算电子-声子散射，和玻尔兹曼输运方程。在100 $-$ ~ 300 K温度范围内，空穴迁移率的计算值与实验值符合得很好，并能高精度地预测其温度依赖性。我们发现，分子间的声子和空穴之间的散射调节的迁移率，虽然分子内的声子具有最强的耦合与空穴。我们重新审视的共同信念，只有刚性分子运动影响有机分子晶体中的载流子动力学。我们的工作提供了一个定量和严格的框架来计算有机晶体中的电荷输运，是调和能带理论和载流子跳跃计算方法的第一步。
2018-03-12 cond-mat.mtrl-sci
Towards a first-principles chemical engineering: Transport limitations and bistability in in situ CO oxidation at RuO2(110)
我们提出了一个基于第一性原理的多尺度建模方法，多相催化，集成了第一性原理动力学蒙特卡罗模拟的表面反应化学到一个流体动力学处理的反应器中的宏观流动结构。以CO在RuO_2（110）上的氧化反应为例，将该方法应用于单晶模型催化剂前的滞止流场。我们的模拟显示了传热和传质效应如何很容易掩盖现代原位实验中典型的气相条件下的固有反应性。对于一系列的气相条件下，我们还获得多个稳态，所产生的气相传输和表面动力学的耦合。这种额外的复杂性，需要考虑时，旨在使用专门的原位实验，以建立一个原子尺度的理解的功能，在技术相关的气相条件下的非均相催化剂。
2010-06-02 cond-mat.mtrl-sci
Determination of Interface Atomic Structure and Its Impact on Spin Transport Using Z-Contrast Microscopy and Density-Functional Theory
我们结合Z衬度扫描透射电子显微镜和密度泛函理论计算来确定自旋偏振光发光二极管中Fe/AlGaAs界面的原子结构。一个44%的自旋注入效率增加后发生的低温退火，产生一个有序的，连贯的界面组成的一个单一的原子平面交替的Fe和As原子。第一性原理输运计算表明，自旋注入效率的增加是由于退火界面的非线性和相干性。
2006-05-08 cond-mat.mtrl-sci
A variational principle for mass transport
固体中的质量输运的变分原理推导出重铸的局部热力学平均量的最小值的传输系数。该结果与扩散机制无关，适用于非晶态和晶态体系。这统一了不同的扩散计算方法，并提供了一个框架，用于创建新的近似方法与误差估计。它给出了格林函数的不同物理解释。最后，变分原理量化的非平凡扩散问题的竞争方法的准确性。
2018-05-29 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech
Understanding the electronic and phonon transport properties of thermoelectric material BiCuSeO: a first-principles study
利用第一性原理赝势方法和玻尔兹曼输运理论，对热电材料BiCuSeO的电子和声子输运性质进行了全面的研究。通过选择合适的交换相关能杂化泛函，我们发现该体系是半导体的，其直接带隙为~ 0.8eV，这与以前用标准泛函得到的结果有很大的不同。三维能带结构的详细分析表明，在价带最大值附近存在一个8的谷简并度，这导致了一个尖锐的态密度，并导致了一个大的p型塞贝克系数。此外，我们发现态密度有效质量大得多，导致非常低的空穴迁移率的BiCuSeO。另一方面，我们发现较大的原子位移参数的Cu原子，这表明，较强的非谐性BiCuSeO可能源于铜，而不是以前认为的Bi原子的晃动行为。
2016-08-18 cond-mat.mtrl-sci
First-principles methodology for quantum transport in multiterminal junctions
本文从第一性原理出发，提出了一种计算多端结中电子电导和I-V特性的通用方法。在Keldysh理论的框架内，采用O（N）方法计算电子结构来评估电子传输。通过求解Poisson方程，自洽地计算了在实际偏压作用下，多端结非平衡电子密度的非平衡格林函数。我们说明了两个例子的四端系统，一个radialene分子连接到碳链和两个交叉的碳链一起带来了越来越近的方法的适用性。我们描述电荷密度，电位分布，和任何两个终端之间的电子传输。最后，我们讨论了这种技术研究复杂的电子设备的适用性。
2009-09-24 cond-mat.mtrl-sci
Accurate $ab~initio$ tight-binding Hamiltonians: effective tools for electronic transport and optical spectroscopy from first principles
电子输运系数和光学性质的计算需要在倒易空间中对电子能带结构进行非常密集的插值，这在计算上是昂贵的，并且可能具有带交叉和简并的问题。利用最近发展起来的赝原子轨道投影技术，我们利用第一原理电子结构的精确紧束缚表示，目的是（1）提供一种有效的策略来探索全能带结构$E_n({\bf k})$，（2）计算直接微分哈密顿量的动量算符，（3）计算介电函数的虚部。这使我们能够确定玻尔兹曼输运系数和独立粒子近似下的光学性质。此外，紧束缚表象的局部性质便于计算具有数百个原子的系统的朗道尔理论内的弹道输运。为了验证我们的方法，我们使用ACBN 0泛函研究了CoSb $_3$和大型核壳纳米线的多谷能带结构。在钴锑$_3$，我们指出了许多带极小值有助于提高热电性能的电子传输，为核壳纳米线，我们确定了可能的机制，光电流的产生和证明存在的保护传输通道的线。
2016-08-19 cond-mat.mtrl-sci
A first-principles study on the phonon transport in layered BiCuOSe
采用第一性原理计算研究了BiCuOSe的声子输运.我们的计算再现BiCuOSe的晶格热导率。计算得到室温下的Gruneisen参数为2.4~2.6，这一较大的数值表明BiCuOSe具有很强的非谐性，这是导致其晶格热导率极低的原因。高频光学声子对总热导率的贡献大于1/3，主要由氧原子的振动贡献，与通常的高频光学声子贡献很小的情况明显不同。我们的计算表明，高群速度和低散射过程中涉及的高频光学模式的总晶格热导率有相当大的贡献。此外，我们还发现声速和体积模量沿$a$和$c$轴方向表现出很强的各向异性，从而导致BiCuOSe的热导率各向异性.
2016-03-09 cond-mat.mtrl-sci
Impact of Electron-Phonon Interaction on Thermal Transport: A Review
对固体热传导的微观图像的透彻理解对于从微电子的热管理到更高效的热电材料的广泛应用至关重要。声子是半导体和绝缘体中主要的微观热载体，其输运性质，特别是其散射机制，一直是微尺度热传导研究的中心课题。在过去的二十年里，在计算和实验上已经取得了显着的进展，探测声子声子，声子杂质，声子边界散射通道的细节。相比之下，电子-声子散射长期以来被认为对大多数材料在环境条件下的热输运的影响可以忽略不计。本文综述了第一性原理计算和实验方法的最新进展，这些方法显示了电子-声子相互作用对各种技术相关固态材料中声子输运的强烈影响的明确证据。在热平衡条件下，电子-声子相互作用可以修改总的声子散射率和重整化的声子频率，分别由声子自能的虚部和实部确定。在非平衡输运条件下，电子-声子相互作用可以通过“声子或电子拖曳”机制以及界面热输运来影响体中电子和声子的耦合输运。基于这些最新的结果，我们评估了潜在的使用电子-声子相互作用来控制固体中的热输运。我们还提供了一个展望计算和实验发展的未来方向。
2021-02-03 cond-mat.mtrl-sci
Laser-induced ultrafast transport and demagnetization at the earliest time: First-principles and real-time investigation
在这里，我们进行了第一性原理的时间依赖性计算，以调查如何快速的电子实际上在激光激发下移动和多大的电子输运影响退磁在最短的时间尺度。考虑到输运效应，我们在理论中实现了带内跃迁。在体相fcc Ni中，自旋输运对退磁的影响很小，不超过1%. Ni中的集体电子速度为0.4 $\rm Å/fs$，远小于费米速度，集体位移不超过0.1 $\rm Å$。但这并不意味着电子的运动速度不快;相反，我们发现电子在两个相反的晶体动量处的速度相互抵消。我们沿着$Γ$ -X线，发现在晶体动量空间中的速度存在巨大的色散。在Fe/W（110）薄膜中，整体退磁大于Ni，费米速度大于Ni。然而，在Fe/W（110）薄膜中，自旋输运的影响仍然很小。基于我们的数值结果和现有的实验结果，我们提出了一个不同的机制，可以解释两个最新的实验结果。我们的发现为弹道输运对退磁的影响提供了新的线索。
2018-10-06 cond-mat.mtrl-sci
High-field charge transport and noise in p-Si from first principles
由于电子-声子相互作用的从头计算的进展，半导体电荷输运性质的无参数计算现在是常规的。许多研究集中在低场区，其中载流子温度等于晶格温度，电流功率谱密度（PSD）与迁移率成正比。高场输运和噪声特性的计算提供了对该理论的更严格的测试，因为这些关系不再成立，但很少有此类计算的报道。在这里，我们计算的高场迁移率和PSD的热空穴在硅中的第一原理在77和300 K的温度和电场高达20千伏厘米$^{-1}$沿各种晶轴。我们发现，计算定量再现实验趋势，包括各向异性和电场依赖性的空穴迁移率和PSD。实验观察到的快速变化的能量弛豫时间与电场在低温温度也正确预测。然而，在低场研究中，一般缺乏绝对的定量一致性，这种差异归因于计算的价带结构的不准确。我们的工作突出了使用高场输运和噪声特性作为半导体中电子-声子相互作用理论的严格测试。
2022-11-01 cond-mat.mtrl-sci
Phonon transport in perovskite SrTiO3 from first principles
采用第一性原理分子动力学和非简谐晶格动力学方法研究了在相变温度（~105 K）以上稳定的钙钛矿型钛酸锶（SrTiO 3）的声子输运.与传统的基态为基础的微扰方法，给出虚声子频率，目前的计算再现稳定的声子色散关系在实验中观察到的。我们发现光学声子对晶格热导率的贡献大于60%，这与通常的声子占主导地位的情况有明显的不同。模式和赝势依赖性分析表明，声学声子输运的强烈衰减源于与横向极化铁电模式的强非谐耦合。
2015-06-08 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Impact of Calcium on Transport Property of Graphene
我们测量了钙吸附物对石墨烯输运性质的影响。虽然钙使导电性线性依赖于石墨烯的载流子密度的预测，我们的实验结果偏离现有的理论计算。我们的数据暴露了任何现有理论描述石墨烯的最小电导率的不足，并表明杂质散射计算的更完整测试将需要通过最小化基底结合的带电杂质的贡献来提高实验能力，并开发在测量传输时计算吸附物数量的能力。
2011-12-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
First principles study of electronic transport through a Cu(111)|graphene junction
本文报道了Cu（111）非平衡输运性质的第一性原理研究|石墨烯界面发现Cu（111）电极诱导位于费米能级以下-0.68eV的透射最小值（TM），这是源自Cu诱导的电荷转移的特征，导致具有与TM重合的狄拉克点的n型掺杂石墨烯。所施加的偏置电压使n-石墨烯TM相对于纯石墨烯TM移位，并导致微分电导中的独特峰，其指示掺杂水平，这是在纯石墨烯中未观察到的特性。
2010-09-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Thermodynamic and electron-transport properties of Ca3Ru2O7 from first-principles phonon calculations and Boltzmann transport theory
这项工作展示了一个基于第一性原理的方法来获得有限的温度热和电子输运性质，可用于建模和理解介观结构的演变过程中的电子，磁性和结构相变。一个计算易处理的模型被引入到估计的电子弛豫时间的温度依赖性。将该模型应用于Ca 3 Ru 2 O 7，重点是了解其在48 K电子相变过程中的电阻率。晶格振动的准谐声子方法被用来解释热膨胀，而玻尔兹曼输运理论，包括自旋轨道耦合被用来计算的电子输运属性，包括电导率的温度依赖性。
2022-10-16 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el quant-ph
First principle theory of correlated transport through nano-junctions
我们报告包括电子-电子相关的从头算方案内的输运性质的计算。一个关键的步骤是重新制定的兰道尔的方法在相互作用的电子系统的有效透射率。我们应用这个框架来分析短程相互作用对铂原子线的影响，并讨论了平均场方法的相干和非相干修正。
2004-09-09 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Thermal transport properties of metal/MoS2 interfaces from first principles
采用基于Landauer形式的原子声子输运模型和第一性原理计算，分析了金属/MoS 2界面的热输运性质.所考虑的结构包括化学吸附的Sc（0001）/MoS 2和Ru（0001）/MoS 2，物理吸附的Au（111）/MoS 2，以及具有中间特性的Pd（111）/MoS 2。计算结果说明了一个独特的界面微观结构的细节上的热传递的依赖性。更具体地说，具有较强结合的化学吸附情况表现出通常比物理吸附更小的界面热阻。金属/MoS 2和金属/石墨烯系统之间的比较表明，金属/MoS 2的电阻明显更大。晶格动力学的进一步研究确定了多个不同的原子平面和键合模式的存在下，在界面处观察到的大热阻的关键起源。
2014-07-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Design of efficient vdW thermionic heterostructures from first principles
这项工作是理解石墨烯/磷烯/石墨烯范德华异质结构与金电极接触的电子输运性质的第一步，通过使用基于密度泛函理论的第一性原理计算结合真实空间格林函数形式主义。我们发现，单层磷烯的异质结构，量子隧穿占主导地位的运输。通过添加更多的磷烯层，可以从隧穿主导的传输切换到电子主导的传输，导致每个载流子传输更多的热，从而增强性能的冷却系数。在600 K时，所提出的器件的电子性能系数为18.5，对应于0.13的等效ZT，这对于纳米级器件是重要的。
2016-03-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Minimum Dissipation Principle in Nonlinear Transport
本研究将Onsager最小耗散原理推广至仅受局域平衡约束的定态，通过分解热力学力结合原有证明实现推广，支持微观不可逆性与通量-力非线性依赖，并用二维非线性扩散示例验证。
2015-07-12 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech
Phonon Transport in Patterned Two-Dimensional Materials from First Principles
声子尺寸效应诱导纳米材料的弹道输运，挑战傅立叶定律。非扩散热传输由Peierls-Boltzmann传输方程（BTE）捕获，通常在松弛时间近似（RTA）下求解，该方程假设对角散射算子。虽然RTA在很宽的温度范围内对许多相关材料（如硅）都是准确的，但它低估了大多数二维（2D）系统（众所周知的石墨烯）中的热传输。在这里，我们提出了一种形式主义，基于BTE与完整的碰撞矩阵，用于计算任意图案化的二维材料的有效热导率。我们将我们的方法应用于多孔石墨烯，并发现具有微米量级特征尺寸的配置中具有较强的热传输抑制;这一结果植根于石墨烯中的大型广义声子MFP，证实了通过相对粗糙的图案化具有较强的热传输可调谐性的可能性。最后，我们提出了一个有前途的材料配置与低导热系数。我们的方法使热电和热路由应用的二维材料的无参数设计。
2020-03-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
High-field transport and hot electron noise in GaAs from first principles: role of two-phonon scattering
半导体中的高场电荷输运具有重要的理论意义和实用价值。虽然低场输运的\textit{ab initio}处理已经发展得很好，但高场输运的处理却少得多，特别是对于据报道与GaAs相关的多声子过程。在这里，我们报告的高场输运性质和电流功率谱密度（PSD）的GaAs中的第一性原理，包括壳层上的双声子（2 PH）散射的计算。上壳2 PH散射率被发现定性地改变高场分布函数，通过增加动量和能量弛豫率，以及有助于显着的谷间散射。这一发现调和了一个长期存在的分歧，在GaAs谷间散射的强度从运输和光学研究推断。PSD随电场的特征非单调趋势在该理论水平上未被预测。我们的工作表明，如何\textit{ab initio}计算高场输运和噪声可能被用来作为一个严格的测试在半导体中的电子-声子相互作用。
2022-07-06 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
First-Principles Origins of Charge Transport in Molecular Semiconductors
Harvard University（哈佛大学）
研究电荷传输从原子结构预测的难题，提出无参数框架从第一性原理计算传输，通过非微扰格林 - 库博动力学揭示传输机制，推翻DNTT微观机制，给出二维传输图及设计原则，突出菲族的前景。
2026-07-29 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Spatiotemporal spin transport from first principles
Rensselaer Polytechnic Institute（伦斯勒理工学院）；University of Wisconsin–Madison（威斯康星大学麦迪逊分校）；nOhm Devices, Inc.（nOhm 设备有限公司）；Catalan Institute of Nanoscience and Nanotechnology (ICN2)（加泰罗尼亚纳米科学与技术研究所）
提出 Wigner 函数框架下的第一性原理密度矩阵输运方法，可在器件尺度纳入电子-声子散射，并揭示材料中相干与非相干自旋输运及三类弛豫机制。
2026-10-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Orbital eigenchannel analysis for ab-initio quantum transport calculations
我们展示了如何从纳米导体的第一性原理量子输运计算中提取轨道对输运本征通道的贡献。这是通过计算和对角化的第一原理传输矩阵减少到选定的散射截面。作为一个例子，本征通道的镍nanocontacts的情况下的轨道性质进行了探讨，强调固有的困难，使用非正交基组和第一原理哈密顿。
2006-02-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Impact of Size Effect on Graphene Nanoribbon Transport
石墨烯在纳米电子应用中表现出令人印象深刻的特性，包括高迁移率和宽度依赖的带隙。石墨烯在纳米电子学中的使用最可能是石墨烯纳米带（GNR）的形式，其中带宽度预计小于20 nm。已经对边缘散射对GNR中载流子输运的影响进行了许多理论预测-大多数研究指出迁移率（GNR）以及开/关比（GNR FET）的退化。这项研究提供了第一个明确的实验证据，在图案化GNRs的尺寸效应的开始;它表明，对于W<60 nm，GNRs中的载流子迁移率是有限的边缘散射。
2010-01-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
First-principles investigation of magnetic and transport properties in hole-doped shandite compounds Co$_3$In$_x$Sn$_{2-x}$S$_2$
钴基方硅钙石Co $_3$ Sn $_2$ S $_2$是磁性Weyl半金属的一个代表性例子，表现出丰富的输运现象。利用第一性原理计算，我们对空穴掺杂的Shandite化合物Co $_3$ In $_x$ Sn $_{2-x}$ S $_2$的磁性和输运性质进行了深入的研究.计算再现非线性减少的异常霍尔电导率与掺杂In的Co $_3$ Sn $_2$ S $_2$，如在实验中报道的，对线性减少的铁磁磁矩内的虚拟晶体近似。我们发现，费米表面的带宇称字符的急剧变化，由于与In掺杂大力提升节环，导致强烈增强的异常能斯特电导率与反转其符号在Co $_3$在$_x$ Sn $_{2-x}$ S $_2$。
2020-11-30 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Novel time-saving first-principles calculation method for electron-transport properties
我们提出了一个节省时间的模拟器的密度泛函理论的框架内计算电子通过纳米结构之间的半无限电极悬浮的输运性质。通过引入傅里叶变换和预处理共轭梯度算法，可以高效地计算半无限大凝胶电极间纳米结构的散射波函数和电子输运性质.为了证明本算法的性能，我们研究了金属纳米线的电导和起源的振荡行为的电导的Ir纳米线。它被证实的$s$ - $d_{z^2}$通道的Ir纳米线表现出的周期为两个原子长度的传输振荡，这也是占主导地位的实验获得的电导迹线。
2010-09-27 cond-mat.mtrl-sci quant-ph
First-Principles Molecular Dynamics Investigation of the Atomic-Scale Energy Transport: From Heat Conduction to Thermal Radiation
采用基于密度泛函理论平面波/赝势实现的第一性原理分子动力学模拟来研究半导体（硅和锗）的原子尺度能量输运。通过施加恒温器以保持纳米级薄层的恒定温度，在真空条件下建立相邻层之间的初始热不平衡。建立了以晶格常数增量为间隔的变间隙模型，并对温度演化曲线进行了统计比较。并计算了不同硅或/和锗层组合从非平衡态到热平衡态的平衡时间。结果表明，不同材料和温度组合下的传热有明显差异。对平衡时间进行了进一步的讨论，以解释模拟结果。作为第一个从热传导到热辐射的原子尺度能量输运的研究工作，本文的模拟结果显示了第一性原理分子动力学在热工程中的应用前景。
2016-01-31 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
QEHeat: An open-source energy flux calculator for the computation of heat-transport coefficients from first principles
我们给出了详细的理论和数值实现的表达式的绝热能流在扩展系统中，来自密度泛函理论。该表达式可用于从平衡从头计算分子动力学，使用传输系数的Green-Kubo线性响应理论来估计热导率。我们的表达式是在量子力学材料建模的QE计算机代码套件的开源组件中实现的，该组件正在公开提供。
2021-12-17 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech physics.comp-ph
Electronic, transport and optical properties of monolayer $α$ and $β-$GeSe: A first-principles study
黑色磷烯的特殊性质和新颖的应用引起了人们对IV族单硫族化合物的研究兴趣。在这里，使用第一性原理计算，我们系统地研究单层$α-$和$β-$ GeSe的电子，传输和光学性质，后者是最近实验实现的。结果表明，单层$α-$ GeSe是直接带隙为1.6 eV的半导体，单层$β-$ GeSe是间接带隙为2.47 eV的半导体.对于单层$β-$ GeSe，电子/空穴传输是各向异性的，具有沿Z字形方向的7.84 $\times10^4$ $cm^2/V\cdot {s}$的极高电子迁移率，与黑色磷烯相当。此外，对于$β-$ GeSe，观察到几乎与沿Z字形方向施加的拉伸应变无关的鲁棒带隙。单层$α-$和$β-$ GeSe在可见光谱中都表现出各向异性的光吸收。
2017-04-11 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Size-dependent Transport Study of In0.53Ga0.47As Gate-all-around Nanowire MOSFETs: Impact of Quantum Confinement and Volume Inversion
采用自顶向下的方法，研制了沟道长度小于50nm的InGaAs栅环纳米线MOSFET。系统地研究了纳米线的输运性质与尺寸的关系。结果表明，纳米线尺寸越小，由于量子限制和体积反转效应的增强，纳米线的导通电流、载流子浓度和有效迁移率越高。采用TCAD量子力学模拟方法研究了纳米线内部的反转电荷分布。InGaAs纳米线MOSFET的体积反转效应出现在比Si纳米线MOSFET更大的尺寸上。
2012-04-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Impact of Electrostatic Doping Level on the Dissipative Transport in Graphene Nanoribbons Tunnel Field-Effect Transistors
采用量子微扰理论（QPT）和扩展最低阶展开（XLOE）方法研究了静电掺杂对扶手椅型GNR-TFET耗散输运的影响。结果表明，GNR-TFET的源极和漏极侧的掺杂水平对声子对载流子输运过程的贡献有显着的影响。不同于在其他类似的研究中，声子被认为有一个恒定的不利影响的ION/IOFF比和亚阈值摆动（SS）的TFET器件由于声子吸收辅助隧穿，我们表明，通过适当的工程的掺杂水平的源极和漏极，声子吸收辅助隧穿可以有效地抑制。我们还表明，随着温度的升高，器件的开关性能恶化的弹道和耗散输运制度，并存在一个依赖于温度的临界掺杂水平，该设备具有最佳的开关行为。
2019-06-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Semiclassical Electron and Phonon Transport from First Principles: Application to Layered Thermoelectrics
本文综述了基于第一性原理和半经典玻尔兹曼输运方程计算设计热电材料的方法，并以锡和锗硒化物层状热电材料为例，展示了热电优值的确定流程与实用评估指南。
2023-05-31 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
