Isolating hydrogen in hexagonal boron nitride bubbles by a plasma treatment
原子薄的六方氮化硼（h-BN）通常被认为是不透气的弹性膜。h-BN具有高的热稳定性和化学稳定性，可以在极端条件下作为气体阻隔层。在这项工作中，我们展示了通过等离子体处理h-BN气泡中的氢的隔离。详细的表征表明，处理后的衬底没有显示出化学变化。发现气泡能够承受空气中的热处理，甚至在800摄氏度的温度下。扫描透射电子显微镜研究表明，h-BN多层膜具有独特的排列有序的多孔堆积特性，这是其对氢原子透明而对氢分子不可渗透的本质。我们成功地演示了从含氢元素的气态化合物或混合物中提取氢气。氢泡在h-BN薄片上的成功产生具有在纳米/微机电系统和储氢方面的进一步应用的潜力。
2019-07-05 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Epitaxial hexagonal boron nitride for hydrogen generation by radiolysis of interfacial water
本研究针对工业法制备的大面积二维材料储氢性能存疑的问题，发现外延六方氮化硼可通过电子束诱导水分解产生气泡长期储氢，还能直接监测界面水辐解产氢过程，为储氢和非常规制氢提供新方向。
2022-10-23 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Extrinsic doping in group IV hexagonal-diamond type crystals
在过去的几年中，由于新颖且非常有效的生长方法的出现，第IV族六方金刚石型晶体在半导体物理中获得了极大的关注。然而，许多问题仍然没有得到解决，其外在的掺杂能力，以及它如何比较那些类金刚石结构。这一点是在这里调查，通过数值模拟进行的密度泛函理论（DFT）的框架。对III族和V族掺杂原子的对比分析表明：i）在金刚石型晶体中，（$T_d$）通过掺杂得以保留，而在六方晶体中，杂质位置向更高的（$T_d$）或更低（$C_{3v}$）对称构型依赖于掺杂剂原子的价态; ii）对于Si和Ge，III族杂质可以更容易地引入到六边形金刚石相中，其局部$C_{3v}$对称性更好地适应杂质的三重配位，而n型杂质没有显示出任何显著的相偏好; iii）对于C，n和p掺杂剂在六方金刚石结构中比在立方金刚石结构中更稳定，但这种趋势对于n型杂质更明显。
2020-07-08 cond-mat.mtrl-sci
Hydrogen Adsorption of Back Side of Graphene
采用经典的分子动力学模拟和改进的Brenner REBO势研究了单个氢原子与单个石墨烯的相互作用。观察到三种相互作用，即吸附、反射和穿透。悬垂结构出现并在石墨烯的背面上产生吸附位点。据认为，背侧吸附发生在两个条件下，即入射的氢原子应具有大于石墨烯的六边形孔的势垒的入射能量，以及在氢原子穿过石墨烯之后，其不保持其动能被吸附位点捕获。该条件解释了随着入射能量的增加，背侧吸附的入射点在模拟中移动到石墨烯的六边形孔的外围。此外，当石墨烯的六边形孔通过氢原子入射到六边形孔的外围而扩展时，其势垒降低。
2007-10-15 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Missing links towards understanding equilibrium shapes of hexagonal boron nitride: algorithm, hydrogen passivation, and temperature effects
六方氮化硼（h-BN）纳米片形貌的实验观察和理论预测之间存在很大的差异。理论上预测的六边形终止扶手椅边缘没有观察到在实验中，和实验观察到的三角形终止锯齿形边缘理论上是不稳定的。理论研究中有两个关键问题，即h-BN边缘的绝对形成能的有效和准确的算法，以及对h-BN生长过程中氢钝化作用的良好理解。在这里，我们首先提出了一个有效的算法来计算不对称的边缘，自洽精度约为0.0014 eV/μ m。该方法也可以作为其他二维（2D）复合材料的标准方法。然后，利用这种方法，我们发现，只有当边缘被氢原子钝化，并考虑到温度的影响，才能解释的实验形态。我们进一步利用Wulff结构得到了氢钝化h-BN纳米片在其典型生长条件（T = 1300 K，p = 1 bar）下的平衡形状，发现平衡形状对氢钝化和生长条件敏感。我们的研究结果解决了实验观察和理论分析之间长期存在的差异，解释了三角形，截头三角形和六边形形状的热力学驱动力，并揭示了氢在h-BN生长中的关键作用。这些发现和算法的进步可能会打开通往实现基于h-BN的二维电子和自旋电子器件的大门。
2018-06-11 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Hydrogen Storage Performance Enhancement and Bandgap Opening of M-Decorated ($\mathrm{M}=\mathrm{Li}$, Na and K) III\textsubscript{4}-V\textsubscript{4} Monolayer by Fluorine Functionalization
研究了氟官能化对碱性修饰的Ⅲ族\textsubscript{4} -Ⅴ族\textsubscript{4}单分子膜储氢性能的影响。这种结构可以存储多达两个氢分子每个碱性原子。在这里，我们证明，功能化碱性装饰单层与高电负性元素的氟可以显着提高结合能和最大数量的存储的氢分子。在这方面，当考虑绝对结合时，氢分子储存能力从2个显著提高到4个。此外，M-修饰的III型\textsubscript{4} -V型\textsubscript{4}的F-功能化可以表现出带隙开放效应，引入半导体特性，形成新的二维半导体结构。Li-Al $_4$ P $_4$ -F的带隙为1.23 eV，非常接近太阳能峰。在M-III \textsubscript{4} -V \textsubscript{4} -F结构中产生的带隙甚至显著大于原始III \textsubscript{4} -V \textsubscript{4}单层的带隙。氢分子与碱原子的结合也通过氟官能化从0.114 eV提高到0.272 eV。
2022-02-27 cond-mat.mtrl-sci
CBVB-nH complexes as prevalent defects in metal-organic vapor-phase epitaxy-grown 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）
研究通过从头计算探讨了CBVB-nH复合物的热力学稳定性及光学性质，揭示其在氮气富集条件下形成机制，并解释了1.90 eV和2.24 eV发射峰的起源。
2025-10-15 cond-mat.mtrl-sci
Magnetic properties of a new cobalt hydrogen vanadate with a dumortierite-like structure: Co13.5(OH)6(H0.5VO3.5)2(VO4)6
报道了一种新型钴基钒酸氢盐化合物Co_（13.5）（OH）_6（H_（0.5）VO_（3.5））_2（VO_4）_6的磁性。这种新的磁性材料是使用常规的水热方法以单晶形式合成的。其晶体结构由单晶X射线衍射数据确定，并通过扫描电子显微镜进行了表征。它的晶体框架有一个dumortierite结构组成的大型六方和三角通道;大型六方通道包含一维链面共享CoO 6八面体连接到框架的VO 4四面体环，而三角通道被无序V2 O 4金字塔群链占据。这种材料的磁性进行了研究，通过直流磁测量，这表明反铁磁相互作用的发生。
2019-11-17 cond-mat.mtrl-sci
Gallium Bismuth Halides GaBi-X2 (X= I, Br, Cl) Monolayers with Distorted Hexagonal Framework: Novel Room-Temperature Quantum Spin Hall Insulators
量子自旋霍尔（QSH）绝缘体具有一个大的拓扑非平凡的体隙是至关重要的未来应用的QSH效应。其中，III-V族单分子膜及其具有椅子结构（规则六方框架，RHF）的卤化物被广泛研究。利用第一性原理计算，我们提出了一种新的功能化III-V族单分子膜的结构模型，该模型由具有扭曲六角骨架（DHF）的GaBi-X_2（X=I，Br，Cl）矩形单分子膜组成.这些结构具有比具有椅子结构的GaBi-X2单层低得多的能量。值得注意的是，DHF GaBi-X2单层都是QSH绝缘体，其具有相当大的非平凡带隙，范围从0.17 eV到0.39 eV。这些带隙可以通过施加不同的自旋轨道耦合（SOC）强度进行广泛的调谐，从而产生扭曲的狄拉克锥。
2016-09-22 cond-mat.mtrl-sci
Designing Hydrogen Permeation Barriers in Titanium Aluminium Nitride through First Principles Density Functional Theory Calculations
该研究利用DFT计算立方与六方TiAlN的氢嵌入及迁移能垒，揭示晶体结构主导抗吸收性、局部化学环境控制扩散，证明其适用于高压氢环境。
2024-10-02 cond-mat.mtrl-sci
Enhanced Hydrogen Evolution Catalysis of Pentlandite due to the Increases in Coordination Number and Sulfur Vacancy during Cubic-Hexagonal Phase Transition
本研究首次确定富硫空位六方针镍矿（hPn）的晶胞参数及与立方针镍矿（cPn）的相界，发现hPn因高配位数、更多硫空位和高导电性而显著提升析氢催化性能，为功能材料设计提供新途径。
2024-03-15 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Dipole-quadrupole interactions and the nature of phase III of compressed hydrogen
利用恒压从头计算分子动力学和密度泛函微扰计算方法，对压缩态H2的第三相进行了研究，发现了一类新的强红外活性结构.这些是作为低压四极相的畸变而获得的平面四极结构，在它们由于带边界软声子而在约150 GPa下变得不稳定之后。II-III过渡的性质和IR活性的起源是合理的，通过简单的静电学，作为一个稳定的偶极-四极相互作用的开始。
1999-09-27 cond-mat.mtrl-sci
Efficient Photocatalytic Hydrogen Production on Defective and Strained Black Bismuth (III) Oxide
本研究针对氧化铋(III)光催化制氢效率不足的问题，通过高压扭转法合成缺陷型应变黑Bi₂O₃，利用氧空位和晶格应变提升光吸收、窄化带隙并减少电子-空穴复合，实现水分解效率10倍提升及优异循环稳定性。
2024-11-30 cond-mat.mtrl-sci
Topotactic synthesis, structure and magnetic properties of a new hexagonal polytype of silver cobaltate(III) AgCoO2+δ
在AgNO3-NH4NO3熔融体系中，用Na0.75CoO2在175 ℃下进行离子交换，制备了一种新的铜铁矿型AgCoO2 + δ。其结构由XRD数据通过Rietveld精修确定;其为六方晶系，空间群P63/mmc，a = 2.871和c = 12.222 π。它的结构不同于先前报道的AgCoO2（R-3m，3R多型）的堆叠的Co-O层;在新的阶段的2H堆叠的前体Na0.75CoO2，与一个topotactic离子交换的Na银。发现新相含有轻微的氧过剩（δ = 0.06）。磁化率测量表明，没有磁性转变和弱居里项，符合非磁性字符的Co 3+离子。
2008-12-15 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
Wafer-scale CVD Growth of Monolayer Hexagonal Boron Nitride with Large Domain Size by Cu Foil Enclosure Approach
在铜箔上化学气相沉积制备厚度均匀的大畴六方氮化硼（h-BN）具有很大的挑战性，这源于极高的成核密度和反向氢蚀刻竞争反应。我们在此报告的晶片规模的高品质的h-BN单层膜的最大的单晶域尺寸高达72微米的边长使用折叠的铜外壳的方法的成功生长。这种简单而独特的方法高度限制了生长空间，使成核中心急剧减少，并有效抑制了氢蚀刻反应。首次揭示了h-BN单层膜的取向与生长衬底的晶面密切相关，Cu（111）是生长高质量h-BN单层膜的最佳衬底，这与密度泛函理论的计算结果一致。本研究为生长高质量的h-BN薄膜提供了一条切实可行的途径，加深了对h-BN生长过程的基本认识。
2015-01-08 cond-mat.mtrl-sci
Hexagonal Nanopits with the Zigzag Edge State on Graphite Surfaces Synthesized by Hydrogen-Plasma Etching
我们研究了，通过扫描隧道显微镜，在石墨表面通过氢等离子体蚀刻在各种条件下，如H $_2$压力，温度，蚀刻时间，和RF功率的等离子体产生的单层深度的纳米孔的形态。除了已知的压力诱导的纳米孔形态的转变，我们发现了一个尖锐的温度诱导的转变，从许多小而圆的纳米孔的~150 nm的尺寸到几个大的六边形的300-600 nm的在一个狭窄的温度范围内。远程和直接的等离子体模式切换机制，这是提出来解释的压力引起的转变，是不直接适用于这个新发现的转变。通过该方法在石墨表面处制造的六边形纳米孔的边缘的扫描隧道光谱（STS）测量显示了位于锯齿形边缘（边缘状态）处的特有电子状态的清晰特征，即，费米能附近的一个显著的峰值，伴随着局部态密度两侧的supplement。这些观察结果表明，六边形纳米孔由高密度的锯齿形边缘组成。STS数据还揭示了边缘态的畴结构，其中电子态沿着边缘在约3 nm的长度尺度上变化。目前的研究将铺平道路的各向异性蚀刻机制和自旋极化的锯齿形纳米带，这是未来的石墨烯纳米电子学有前途的关键要素的微观理解。
2019-08-01 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
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
Metallization of hydrogen
在以前的工作中，1我们表明，氢金属化在第三阶段的温度低于200 K和压力接近350 GPa。在这里，我们在200-400 GPa的压力范围和80-300 K的温度范围内对第III相的电导率R（T）进行了详细的研究，我们表明氢已经在~315 GPa从半导体状态转变为金属状态。这种转变也得到拉曼光谱的支持：拉曼信号强度随着压力的降低而降低，与电导率的出现和增加一致。此外，拉曼和电学测量在氢相III和V之间产生相同的边界。
2021-09-23 cond-mat.mtrl-sci
No evidence of isostructural electronic transitions in compressed hydrogen
Ji等人报告了对压缩到超过250 GPa的氢进行X射线衍射（https：//doi.org/10.1038/s41586-019-1565-9）。这是一项了不起的技术成就。然而，本文中提出和讨论的实验数据并不支持氢经历同构相变并在达到最高压力时保持六方密堆积（hcp）结构的主要结论。在所研究的压力范围内，压缩氢的行为不能用电子拓扑跃迁（ETT）来解释。
2019-10-23 cond-mat.mtrl-sci
High-pressure II-III phase transition in solid hydrogen: Insights from state-of-the-art ab initio calculations
本研究通过多种高精度从头算方法探究固态氢高压II-III相变，明确交换关联精确处理对相变压力的影响，揭示II相低对称结构的成因及相变实验特征的来源，阐明零点振动能对III相的稳定作用。
2022-09-11 cond-mat.mtrl-sci
Hydrogen diffusion in TiCr$_2$H$_x$ Laves phases: A combined ab initio and machine-learning-potential study
University of Stuttgart（斯图加特大学）；Ruhr-Universität Bochum（波鸿鲁尔大学）；Max-Planck-Institut for Sustainable Materials（马克斯·普朗克可持续材料研究所）；Kyushu University（九州大学）；Mitsui Chemicals, Inc.（三井化学株式会社）
研究利用DFT和MLIPs分析氢在TiCr$_2$H$_x$ Laves相中的扩散行为，发现氢迁移受键断裂影响，且扩散系数随浓度和温度变化呈现非单调关系。
2026-01-27 cond-mat.mtrl-sci
High Temperature Raman analysis of Hydrogen Phase IV from Molecular Dynamics
我们扩展了我们以前的研究固体氢的第四阶段，采用更大的细胞和k-采样。我们表明，需要弱束缚G”层中的不相关六边形旋转来解释实验测量的拉曼光谱。在大型模拟中，我们没有发现质子扩散或层波动的证据，我们认为这是有限尺寸效应的结果。在计算中，在较高的压力（400 GPa以上），我们确定了一个新的可能的第四阶段的候选人。最后，我们提出了一个修正的相图，根据我们以前和现在的结果。
2013-07-28 cond-mat.mtrl-sci
First-principles study of hydrogen storage over Ni and Rh doped BN sheets
用第一性原理方法研究了氢分子在镍、铑掺杂六方氮化硼（BN）片上的吸附。Ni原子最稳定的位置是氮原子的顶面，而Rh原子在六方BN片层上有一个中空的位置。第一个氢分子解离吸附在Rh原子上，并以分子形式吸附在Ni掺杂的BN片上。Ni和Rh原子都能够化学吸收多达三个氢分子，并且金属原子到BN片的距离随着氢分子数量的增加而增加。最后，我们的计算提供了解释的性质的金属原子和氢分子之间的键合，这是由于杂化的金属d轨道与氢的s轨道。这些计算结果有助于理解掺杂金属与BN片之间的相互作用以及它们与氢分子的相互作用。
2008-12-11 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech
Graphene physics and insulator-metal transition in compressed hydrogen
压缩的氢气穿过一系列的分层结构，其中这些层可以被视为扭曲的石墨烯片。这些层状结构的电子结构可以通过研究简单的模型系统来理解-一个理想的单氢石墨烯片和由这种片组成的三维模型晶格。能量稳定的结构由模型石墨烯基系统的结构畸变引起，所述结构畸变归因于朝向Peierls的电子不稳定性或与带隙的打开相关联的其他畸变。两个因素在压缩氢的金属化中起关键作用：（i）由于拓扑结构导致的六方或石墨烯类层中的导带和价带的交叉，以及（ii）具有$2p_z$ $π$特征的键合态的形成。
2013-05-20 cond-mat.mtrl-sci
Multiple topological electronic and phononic quasiparticle excitations in hexagonal TTe (T=Hf, Zr & Ti) crystals
Indian Institute of Technology Mandi（印度技术学院曼迪分校）
本研究通过从头算计算，提出HfTe类材料，其电子与声子谱中同时存在多种拓扑准粒子激发，且该类材料的拓扑相具有实验可观测性。
2026-08-19 cond-mat.mtrl-sci
Theory of reactions between hydrogen and group-III acceptors in silicon
本文基于第一性原理研究了硅中氢与III族受主反应的热力学，阐明了受主-氢配对机制，发现BH₂复合物是LeTID过程的关键副产物，其反应能垒与实验活化能相符，并预测较重双氢化受主无显著非辐射复合活性。
2023-07-28 cond-mat.mtrl-sci
Giant spontaneous polarization in zincblende III-V semiconductors
本文论证层状六方结构是纤锌矿自发极化计算的唯一正确参考，并据此发现闪锌矿III-V半导体自发极化约为纤锌矿的三倍，推翻其为零的旧假设。
2025-05-26 cond-mat.mtrl-sci
Enhanced H$_2$ storage capacity of the bilayer hexagonal Boron Nitride(h-BN) incorporating Van der Waals interaction under applied external electric field
轻质2D材料由于其大的表面积正在研究其储氢应用。研究了氢在电场诱导h-BN双层膜上的吸附特性。根据我们的理论计算，双层的总存储容量为6.7重量%，Eads为0.308 eV/H $_2$。在没有外加电场的情况下，H-$_2$分子从h-BN双层体系中的脱附温度为243 K。在外加电场作用下，E $_{\rm ads}$在0.311-0.918 eV/H $_2$范围内，脱附温度为245-725 K。电荷转移分析表明，h-BN双层膜与H $_2$分子之间的电荷转移为0.001-0.008 |e|。吸附机理为弱范德华相互作用。我们的研究结果表明，外部电场提高了平均吸附能以及脱附温度，从而使h-BN双层储氢的一个有前途的候选人。
2021-05-31 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Black metal hydrogen above 360 GPa driven by proton quantum fluctuations
金属氢的产生是物理学三大公开任务之一。最近的低温实验报告了不同的金属化压力，从360 GPa到490 GPa不等。在这项工作中，我们模拟的结构特性，振动拉曼光谱，红外光谱和光学光谱的氢相III占质子量子效应。我们证明了核量子涨落使振动子频率降低了25%，在拉曼光谱中引入了宽的线形，并使光学带隙减小了3eV。我们表明，氢金属化发生在380 GPa的第三阶段，由于频带重叠，在良好的协议与运输数据。通过模拟光学性质，我们预测这种状态是一种特殊的黑色金属，在IR中是透明的。透明窗口在450 GPa时关闭，但反射率仍然很低，在490 GPa时观察到的闪亮金属丢弃了III相。我们预测的电导率开始增加70 GPa和透明窗口增加1.3eV时，在0 K下用氘取代氢，强调金属化是由量子涨落驱动的，因此是同位素依赖的。我们展示了氢在不同压力下如何获得金属特征（导电性和亮度），解释了现有实验方案中的明显矛盾。
2020-01-28 cond-mat.mtrl-sci
Quantum Monte Carlo Study of High Pressure Solid Molecular Hydrogen
本文用扩散量子蒙特卡罗（DMC）方法计算了固态分子氢的基态相图，并考察了相对于金属晶体分子氢而言最重要的绝缘相的稳定性。我们开发了一种新的方法来解释有限尺寸的错误相结合的扭曲平均边界条件的使用与使用Kwee-Zhang-Krakauer（KZK）功能在密度泛函理论获得的修正。为了研究带隙闭合并找到金属化压力，我们使用$GW$方法进行精确的准粒子多体计算。在静态近似下，我们的DMC模拟表明在375 GPa左右从绝缘Cmca-12结构过渡到金属Cmca结构。Cmca-12的$GW$带隙在大致相同的压力下关闭。在动态DMC相图中，其中包括零点能量的影响，Cmca-12结构保持稳定高达430 GPa，远高于$GW$带隙关闭的压力。我们的研究结果预测，在360 GPa左右实验观察到的半金属态[Phys. Rev. Lett. { \bf 108}，146402（2012）]可以对应于带隙关闭的压力附近的Cmca-12结构。动态DMC相图表明，六方密排$P6_3/m$结构，它具有最大的带隙的绝缘结构考虑，是稳定的高达220 GPa。这与最近在高达183 GPa的压力下获得的X射线数据一致[Phys. Rev. B { \bf 82}，060101（R）（2010）]，其也报道了氢分子的六方紧密堆积排列。
2013-07-04 cond-mat.mtrl-sci
Thermodynamic Phase Stability, Structural, Mechanical, Optoelectronic, and Thermoelectric Properties of the III-V Semiconductor AlSb for Energy Conversion Applications
S.U. Umarov Physical-Technical Institute of NAST（纳兹尔科学院苏·乌马尔物理技术研究所）；School of Optoelectronic Engineering & CQUPT-BUL Innovation Institute, Chongqing University of Posts and Telecommunications（重庆邮电大学光电工程学院与CQUPT-BUL创新学院）
本研究通过第一性原理方法分析了AlSb在不同相中的热力学、结构、机械、光电和热电性能，发现立方相更稳定，且六方相在热电应用中具有优势。
2025-12-30 cond-mat.mtrl-sci
A Density Functional Study of Atomic Hydrogen and Oxygen Chemisorption on the Relaxed (0001) Surface of Double Hexagonal Close Packed Americium
在密度泛函理论的框架下，采用全势能全电子线性缀加平面波加局域轨道方法，对氢原子和氧原子在双六方堆积的镅（0001）表面的化学吸附进行了从头算总能量计算.化学吸附能量进行了优化相对于吸附原子从松弛表面的三个吸附位点，即顶部，桥，和中空的六方桉网站，在所有情况下，吸附层结构对应于覆盖率的0.25单层的距离。在标量相对论水平（无自旋轨道耦合NSOC）和完全相对论水平（有自旋轨道耦合SOC）计算化学吸附能。在NSOC和SOC理论水平下，O的最稳定吸附位是两重桥吸附位，化学吸附能分别为8.204 eV和8.368 eV; H的最稳定吸附位是三重空心hcp吸附位，化学吸附能分别为3.136 eV和3.217 eV.发现H和O吸附原子与表面的距离分别为1.196 Ang。1.164安总的来说，我们的计算表明，在SOC的情况下，化学吸附能比NSOC的情况下，在0.049-0.238 eV的范围内，稍微更稳定。与裸dhcp Am（0001）表面相比，所有情况下的功函数和净磁矩分别增加和减少。利用松饼罐内的部分电荷、差分电荷密度分布和局域态密度详细分析了原子与原子间的键相互作用。化学吸附对Am 5 f电子定域-离域的影响也进行了讨论。
2009-10-17 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Ambipolar High Mobility Hexagonal Transistors on Hydrogen-Terminated Silicon (111) Surfaces
我们在化学制备的氢封端的Si（111）表面上制备了双极晶体管，其中通过改变通过真空间隙施加的全局栅极的栅极电压，二维电子系统（2DES）或二维空穴系统（2DHS）可以填充在同一导电沟道中。取决于栅极偏置，离子注入的n $^+$和p $^+$区域用作欧姆接触或平面内栅极，其横向限制由全局栅极引起的载流子。在一个器件上，分别获得高达$7.8\times10^{11}$ cm $^{-2}$和$7.6\times10^{11}$ cm $^{-2}$的电子和空穴密度。在300 mK下，峰值电子迁移率为$1.76\times10^5$ cm $^{2}$ /Vs，峰值空穴迁移率为$9.1\times10^3$ cm $^{2}$ /Vs;约20的比率主要是由于Si（111）表面上的电子和空穴的非常不同的谷简并（6：1）。在另一个器件上，在300 mK时达到$2.2\times10^5$ cm $^{2}$ /Vs的峰值电子迁移率。这些设备是六边形的，以调查潜在的对称性的2DES，它有一个六倍谷简并在零磁场。利用三重旋转对称性的磁阻测量方法确定了不同磁场下2DES的对称性。在填充因子$1 < ν< 2$下，观察到的各向异性可以用复合费米子（CF）的单个谷对占据来解释。定性的CF保存谷各向异性，除了双重谷简并。在磁场高达35 T时，观察到2/3分数量子霍尔态，霍尔平台发展良好;在$ν<2/3$…
2015-09-13 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Equation of state and Raman-active $E_{2g}$ lattice phonon in phases I, II, and III of solid hydrogen and deuterium
我们提出的$P-V$状态方程的晶格动力学计算的结果和拉曼活性$E_{2g}$晶格声子的压力依赖性$p-$ H $_2$和$o-$ D $_2$在一个宽的压力范围高达$\sim$ 2兆巴使用我们最近开发的半经验多体势，和密度泛函理论。与现有的实验和理论结果的比较表明，所采用的多体势是一个可靠的基础，高精度计算的第一，第二和第三阶段的固体氢。
2012-03-03 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Sound velocities of hexagonal close-packed H2 and He under pressure
采用基于多体势的半经验晶格动力学和广义梯度近似下的密度泛函理论，计算了密排六方结构中氢和氦的体、剪切和压缩聚集体声速.声速用于计算德拜温度的压力依赖性。实验和第一性原理和半经验计算之间的比较提供了在零温度极限的分子间相互作用的密度依赖性的约束。
2013-12-02 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Nuclear magnetic resonance spectroscopy as a dynamical structural probe of high pressure hydrogen
一个明确的晶体结构的解决方案所观察到的阶段II-VI的高压氢不存在由于标准的结构探针在极端压力下的故障。在这项工作中，我们提出，核磁共振光谱提供了一个互补的结构探针高压氢。我们发现，最好的结构模型可用于第二，第三，第四阶段的高压氢表现出明显不同的核磁共振光谱，因此可以用来区分它们之间。作为一个例子，我们演示了如何核磁共振光谱可以用来建立是否第三阶段表现出多态性。我们的计算还揭示了一个强大的重整化的核磁共振响应所产生的量子涨落，以及一个强大的同位素效应。随着实验技术的发展，核磁共振谱有望成为高压实验中有用的补充结构探针。
2019-04-01 cond-mat.mtrl-sci
Empirical Tight-Binding Parameters for Wurtzite group III-V(non-Nitride) and IV Materials
许多常用的立方半导体的最近邻紧束缚模型在转换到六方多型体时经常导致不准确的能带结构。由此产生的带隙系统太小，在某些情况下，计算可能会错误地预测纤维锌矿多型体的金属。我们计算了一组非氮化物III-V族和V族半导体六方相的$\rm spds^*$紧束缚参数，这些参数与实验数据和经验赝势计算相吻合。我们的拟合过程约束的参数是尽可能接近的立方多型体，使参数最大限度地转移。我们的参数，当与现有的立方参数相结合，提供了一个模型，适用于建模的多型异质结构包含纤锌矿和锌的晶体相的电子结构。
2022-04-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Structures of solid hydrogen at 300K
我们目前的结果预测实验可测量的结构量从氢的分子动力学研究。在这样做的过程中，我们提出了一个实验主义者的范式转变-从这样的计算预测应该被视为最有可能的假设。具体而言，实验结果应该旨在区分候选低能结构，而不是旨在解决与数据一致的最简单结构。我们表明，氢相I，III，IV和V的室温X射线衍射图案非常相似，只有小峰表示从hcp相I的结晶断裂。因为它们包含原子位移，所以由分子动力学计算所暗示的XRD图案与由结构搜索发现的静态最小焓结构所产生的图案非常不同。模拟还表明，在第一阶段的分子变得越来越局限于基面，并建议一个不寻常的临界点终止的第一-第三阶段的边界线的可能性。
2019-10-11 cond-mat.mtrl-sci
Anhamonic finite temperature effects on the Raman and Infrared spectra to determine the crystal structure phase III of solid molecular hydrogen
我们目前的拉曼光谱和红外光谱的理论计算，以及在零和有限的温度下的电子性质，以阐明固体分子氢的第III相的晶体结构。我们发现，非调和有限温度是特别重要的，定性地影响的主要结论。虽然P6 $_3$ /m在核基态是最有可能的第三相的候选者，在有限的温度下，C2/c结构似乎更合适。
2013-12-31 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other cond-mat.supr-con
Reversible switching of surface texture by hydrogen intercalation
氢原子与铑上的单层六方氮化硼的相互作用导致h-BN表面杂质的去除。该过程是可逆的，因为氢可以通过退火到约500 K而被排出，于是纳米尺度上的织构被恢复。这种效应可以追溯到氢嵌入。这是预期有影响的应用，如氢的存储，剥离sp2杂化层从固体基板或控制的润湿角，仅举几例。
2009-11-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Stable magnetostructural coupling with tunable magnetoresponsive effects in hexagonal phase-transition ferromagnets
在马氏体相变系统中，结构相变和磁相变之间的磁结构耦合对磁响应效应起着至关重要的作用。基于这种耦合的各种磁响应效应的组合可以促进主体材料的多功能应用。在这里，我们证明了一种可能性，以获得一个稳定的磁结构耦合在一个广泛的温度窗口从350至70 K，显示可调的磁响应效应，同时操纵的相稳定性和磁结构的基础上，通过适当的化学取代铁在MnNiGe。所得MnNiGe：Fe表现出从顺磁性奥氏体到铁磁性马氏体的磁场诱导马氏体转变，其特征在于（i）大的体积增加，（ii）明显的磁化强度变化，（iii）小的热滞后和（iv）巨大的负磁热效应。结果表明，在六方结构的相变系统中，可以实现稳定的磁结构耦合，从而获得宽调谐范围的磁响应效应。
2012-02-21 cond-mat.mtrl-sci
Predicted Novel Hydrogen Hydrate Structures under Pressure from First Principles
天然气水合物是最重要的系统。特别是氢水合物是冰卫星和彗星的潜在材料，并可用于储氢。我们探讨了在0-100 GPa的压力范围内的H2O-H2系统的从头变组成演化模拟。根据我们的计算和前人的实验结果，H_2 O-H_2体系在压力作用下发生了一系列的转变，形成了已知的开网状笼形结构（sII，C_0）、致密的“填充冰”结构（C_1，C_2）和两种新的水合物相。其中之一是基于六边形冰框架，并在低压和相似焓下具有与C 0相相同的H2O：H2比（2：1）（我们将此相命名为Ih-C 0）。另一个新预测的水合物相具有1：2的H2O：H2比和基于立方冰的结构。这个阶段（我们命名为C3）被预测在38 GPa以上是稳定的，包括范德华相互作用和零点振动能，并解释了以前神秘的实验X射线衍射和拉曼测量。这是最富氢的水合物，并且该相具有显著的重量密度（18重量%）。容易提取的氢。
2014-03-29 cond-mat.mtrl-sci
Grain Boundaries in Chemical Vapor Deposited Atomically Thin Hexagonal Boron Nitride
用于技术应用的大面积二维（2D）材料现在可以通过化学气相沉积（CVD）来生产。不幸的是，由于具有不同结晶取向的晶粒的聚结而普遍引入晶界（GB）。众所周知，材料的性能在很大程度上取决于GB结构。本文利用透射电子显微镜对CVD生长的h-BN多晶单层膜中的GB结构进行了系统的研究。有趣的是，这些GB中的大多数都是通过相邻晶粒之间的重叠形成的，这与在其他2D材料中通常观察到的共价键合的GB不同。进一步的密度泛函理论（DFT）计算表明，氢在重叠GB的形成中起着至关重要的作用。本工作对CVD生长h-BN薄膜中晶界的微观结构和形成机制有了深入的了解，对大面积单晶h-BN和其他二维材料的精确控制合成具有指导意义。
2018-11-19 cond-mat.mtrl-sci
Spectroscopic Studies of the Vibrational and Electronic Properties of Solid Hydrogen to 285 GPa
本文报道了在85-140 K、285 GPa静压下固体氢的拉曼散射和可见-近红外吸收光谱。我们得到的振动子和声子模式的压力依赖性与先前确定的较低的压力。结果表明，有序的分子相III的最高压力达到的稳定性，并提供对绝缘体到金属的过渡压力的约束。
2001-10-04 cond-mat.mtrl-sci
Neutron Diffraction Reveals the Existence of Confined Water in Triangular and Hexagonal Channels of Modified YPO4 at Elevated Temperatures
我们提供的实验证据，在高温下高达600 K，使用粉末中子衍射的六方结构的YPO 4的孔中的水分子的限制。为了避免氢原子的非相干散射，采用氘代掺杂的YPO_4：Ce-Eu样品进行衍射测量。通过对衍射图的详细模拟和对实验数据的Rietveld精化，建立了六边形结构中三角形和六边形孔中水分子的存在。在中子衍射图案中，观察到水的存在特别导致Q = 1.04 Ω-1附近的峰强度的抑制，而Q= 1.83 Ω-1附近的峰强度增强。我们估计在300 K时每个分子式单元的水分子数为2.36（6），六边形和三角形孔的尺寸分别为7.2（1）nm和4.5（1）nm。随着温度的升高，在450 K以上，两种孔隙中的水含量都逐渐减少，在600 K左右几乎消失。粉末衍射数据分析表明，含孔的六方结构在1273 K之前一直存在，在1323 K转变为另一种结构。高温相不具有锆石或独居石型结构，而是单斜晶系（空间群P2/m），晶格参数am= 6.826（4）<$，bm= 6.645（4）<$，cm= 10.435（9）<$，\b{eta} = 107.21（6）°。单斜结构的体积比六方结构小约14%，这基本上反映了孔的塌陷。的相变和体积的变化也证实了通过X-射线衍射测量。发现六方晶到单斜晶的相变在冷却到室温时是不可逆的。
2017-05-18 cond-mat.mtrl-sci
Room-Temperature Structures of Solid Hydrogen at High Pressures
采用第一性原理的超自洽模拟，我们探讨了300 K结构的固体氢在压力范围150-300 GPa。在200 GPa下，我们发现环境压力下无序的六方密堆积（hcp）相转变为绝缘的部分有序hcp相（po-hcp），即有序的石墨烯状H2层和其他层弱耦合的无序H2分子的混合物。在该相内，氢保持在配对状态，并产生较短的分子内键，这是导致高于4000 cm-1的非常高的实验拉曼峰的原因。在275 GPa下，我们的模拟预测了从po-hcp到有序分子金属Cmca相（4个分子/细胞）的转变，该相先前被提出仅在400 GPa以上稳定。300 K下的吉布斯自由能计算证实了po-hcp和金属Cmca相分别在220-242 GPa和>242 GPa下在所有已知结构上的能量稳定性。我们的模拟强调了温度在调节相稳定性中所起的主要作用，并为在300 K下低于300 GPa的固体氢金属化提供了理论支持。
2012-07-31 cond-mat.mtrl-sci
GW space-time method: Energy band-gap of solid hydrogen
King's College London（伦敦国王学院）；Imperial College London（帝国理工学院）；University of Zurich（苏黎世大学）；University of Warwick（华威大学）
本文提出有限温度GW时空方法，用切比雪夫多项式在实空间和虚时间表示G和W，通过硅和锗验证后计算六方固态氢带隙，结果表明270 GPa以上固态氢不能采用hcp结构，并为图解蒙特卡洛扩展奠定基础。
2021-12-06 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph physics.comp-ph
Nuclear Spin Crossover in Dense Molecular Hydrogen
量子力学的定律经常被用来测试元素周期表中最轻的元素氢的行为。氢分子最显著的性质之一是分子转动性质和核自旋取向之间的耦合，产生了自旋异构体邻氢和仲氢。在高压下，由于分子间相互作用显著增加，H2分子的自由旋转越来越受阻，因此可以预期分子旋转性质和核自旋系统之间的耦合的修改。到目前为止，高压实验方法还不能在接近100 GPa的压力下观察到核自旋态，因此高压对核自旋统计的影响不能直接测量。在这里，我们提出了原位高压核磁共振数据的分子氢在其六方相I高达123 GPa在室温下。虽然我们的测量证实了存在的I=1 ortho-hydrogen在低压下，高于70 GPa，其中分子间和分子内的距离变得可比，我们观察到一个交叉的核自旋统计从自旋1四极自旋1/2偶极系统，证明损失的自旋异构体的区别。这些观测结果代表了量子固体中核自旋交叉现象的一个独特案例。
2020-07-24 cond-mat.mtrl-sci
Correct implementation of polarization constants in wurtzite materials and impact on III-nitrides
热释电材料之间极化不连续性的精确值对于理解和设计异质结构的电子特性至关重要。对于纤锌矿材料，文献中已使用锌的结构作为参考，以确定有效的自发极化常数。我们表明，由于锌结构具有非零的正式极化，这种方法的结果在一个虚假的贡献材料之间的自发极化差异。此外，我们解决了正确的选择“不当”与“正确”的压电常数。对于技术上重要的III族氮化物材料GAN，AlN和InN，我们确定使用一致的参考的层状六方结构和正确选择的压电常数的基础上的极化不连续性，并讨论现有的实验数据的结果。
2016-05-24 cond-mat.mtrl-sci
Methane Hydrate under High Pressure: Searching for Centering of Hydrogen Bonds
采用第一性原理电子结构计算方法研究了甲烷水合物高压相（MH-III）的结构、电子和光谱性质。对原子位置的详细分析表明，氢键水分子的{\it电离}发生在40 GPa附近，氢键的{\it中心化}或对称化发生在70 GPa附近。这些压力比电离低得多，约为55 GPa，纯冰中的压力约为100 GPa。可以观察到的过渡与低温红外/拉曼光谱的OH伸缩模式或中子衍射。
2003-06-28 cond-mat.mtrl-sci
Structural Phase Transition at High Temperatures in Solid Molecular Hydrogen and Deuterium
本文用路径积分蒙特卡罗方法研究了1000K以下温度对稠密仲氢和正氘分子结构的影响。我们发现一个结构相变从取向无序的六方密堆积（hcp）的Cmca对称性的正交结构熔化前。这种转变基本上是由热涨落引起的，但质子（氘核）的量子涨落通过有效地硬化分子间相互作用在确定转变温度方面很重要。我们估计hcp和Cmca相之间的相线以及Cmca固体的熔点线。
2001-04-12 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech
Electronic Structure and Electron-Phonon Interaction in Hexagonal Yttrium
为了了解压力引起的钇的电子结构和电子-声子相互作用的变化，我们研究了六方密堆积（hcp）钇，在环境压力下稳定和双六方密堆积（dhcp）钇，稳定到44 GPa左右，使用密度泛函为基础的方法。结果表明，从hcp钇到dhcp钇，存在（i）从s → d的电荷转移，d带发生大范围的变化，费米能级处的态密度显著降低，（ii）声子模的刚性化，电子-声子耦合覆盖整个频率范围，（iii）电子-声子耦合常数λ从0.55增加到1.24，导致超导转变温度Tc从0.3 K变化到15.3 K（μ*=0.2）。
2006-12-27 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
Systematic comparison of approximations and functionals in first-principle calculations of aluminum-based III-V ferroelectric nitrides
University of Arkansas（阿肯色大学）；Guangdong Technion – Israel Institute of Technology（广东以色列理工学院）；Colorado School of Mines（科罗拉多矿业学院）；National Laboratory of the Rockies（落基山国家实验室）；Tel Aviv University（特拉维夫大学）；Université Paris-Saclay（巴黎萨克雷大学）；CentraleSupélec（中央苏佩雷勒高等电信学院）
通过比较虚拟晶体近似和特殊准随机结构以及多种泛函，系统评估了化学无序和交换关联近似对Al1-xScxN和Al1-xBxN结构、铁电和电子性质预测的影响，发现SQS结合SCAN泛函提供最一致的理论框架。
2026-05-23 cond-mat.mtrl-sci
Phase and sulfur vacancy engineering in cadmium sulfide for boosting hydrogen production from catalytic plastic waste photoconversion
本研究针对硫化镉光催化剂载流子复合快、活性位点少的问题，结合相变与硫空位生成策略制备高效催化剂，实现无共催化剂下产氢与塑料降解效率23倍提升，为微塑料光重整提供新途径。
2025-01-17 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
