Local Density Approximation Description of Electronic Properties of Wurtzite Cadmium Sulfide (w-CdS)
计算了纤锌矿型硫化镉的电子和相关性质。我们的从头算，非相对论计算采用局域密度泛函近似（LDA）势和原子轨道的线性组合（LCAO）。根据Bagayoko，Zhao和Williams（BZW）方法，我们自洽地求解了Kohn-Sham方程和根据占据态的波函数给出基态密度的方程。我们计算的直接带隙为2.47 eV，在这一点上，与实验非常吻合。计算出的态密度和电子有效质量也是如此。特别是，我们的研究结果再现了导带态密度的峰值，在实验的不确定性。
2010-11-11 cond-mat.mtrl-sci
Strain induced band alignment in wurtzite-zincblende InAs heterostructured nanowires
我们研究了纤锌矿-锌钛矿多型InAs异质结构纳米线的能带排列，采用温度依赖的共振拉曼测量。研究了具有两种不同纤锌矿组分的纳米线。在共振拉曼测量中使用可见光激发波长，我们探测这些半导体纳米线的布里渊区（E $_{1}$间隙）的高对称点附近的电子能带对准。在晶体结构中的应变，从声子模式的位移，解释了观察到的带排列在纤锌矿-氧化锌界面。我们的实验结果进一步支持这种周期性异质结构界面的电子结构计算。
2015-05-20 cond-mat.mtrl-sci
Electronic and Band Structure Calculation of Wurtzite CdS Using GGA and GGA+U functionals
采用密度泛函理论，在广义梯度近似（GGA）和Hubbard修正（GGA+U）下，对CdS的纤锌矿（wz）结构进行了分析.总能量收敛评估进行了有关的能量截止（cutwfc）和k点采样。采用基于Broyden Fletcher Goldfarb Shanno（BFGS）优化算法的总能量和力最小化过程计算wz-CdS的几何优化。体积模量和晶格参数估计，以确保计算的准确性。分析了wz-CdS的电子能带结构、态密度和投影态密度。能带结构计算表明CdS为直接带隙半导体。通过改变Cd和S的价轨道U参数，改变了CdS的电子关联。电子关联的改变导致带隙收敛到实验值2.4 eV。U参数的改变对带边附近的态密度有很大的影响。
2021-06-16 cond-mat.mtrl-sci
All-electron study of InAs and GaAs wurtzite: structural and electronic properties
首次在密度泛函理论（DFT）的框架内研究了InAs和GaAs化合物纤锌矿相的结构和电子性质。我们使用全势线性缀加平面波（LAPW）方法和局域密度近似（LDA）的交换和相关，并比较相应的赝势计算的结果。从结构优化的纤锌矿多晶型的InAs，我们发现，c/a比是略大于理想的，内部参数u/c的值略小于理想的。在全电子方法中，与闪锌矿相相比，纤锌矿多晶型物的每InAs对平衡体积较小，结合能较高，而在伪处理中情况相反。然而，能量差小于标准密度泛函代码（~30 meV）的准确性，并且无法对两相的相对稳定性进行理论预测。为了研究使用LDA计算作为多体计算的激发特性的起点的可能性，我们在这里也提出了这些材料的能带结构。计算了有和没有相对论效应的能带。在InAs中，我们发现两种多晶型物的能隙是正的，当从非相对论计算获得时，否则为负。对于这两个半导体，我们确定的锌-铁电和纤锌矿相的自旋轨道分裂，以及新的纤锌矿多晶型物的晶体场分裂。
2007-01-05 cond-mat.mtrl-sci
Calculated Electronic and Related Properties of Wurtzite and Zinc Blende Gallium Nitride (GaN)
本文报道了纤锌矿和锌镓氮化镓（w-GaN，zb-GaN）的计算、电子和相关性质。我们采用局域密度近似（LDA）势和原子轨道线性组合（LCAO）形式。这种形式主义的实现遵循Bagayoko，Zhao和Williams（BZW）方法，并由Ekuma和Franklin（BZW-EF）进行了改进。计算出的电子和相关性能，为两种结构的GAN，是在良好的协议与相应的，实验数据，不同于大多数以前的从头计算结果利用密度泛函理论（DFT）的潜力。这些结果包括两种结构的电子能带，总态密度和分态密度（DOS和pDOS），以及有效质量。对于w-GaN，计算的带隙为3.29 eV，与实验一致，并且比大多数先前的从头算DFT结果平均大1.0 eV。类似地，对于室温晶格常数，zb-GaN的2.9eV的计算带隙是最接近实验值的从头算DFT结果。
2014-10-03 cond-mat.mtrl-sci
Wurtzite vs rock-salt MnSe epitaxy: electronic and altermagnetic properties
本文通过从头计算与分子束外延实验，首次发现纤锌矿相MnSe具有高于室温的交变磁自旋劈裂，并证明缓冲层选择可控制MnSe薄膜相，拓展了交变磁性材料体系。
2023-09-13 cond-mat.mtrl-sci
Energetics, electronic structure and electric polarization of basal stacking faults in wurtzite GaN and ZnO
本文利用 DFT 结合修正 Becke-Johnson 泛函研究纤锌矿 GaN 和 ZnO 中基面堆垛层错的能量、电子结构与极化性质，揭示其带隙降低及极化参数变化趋势。
2023-11-29 cond-mat.mtrl-sci
Electric-Field-Induced Domain Walls in Wurtzite Ferroelectrics
针对纤锌矿铁电体畴壁构型与电子结构不明确的问题，结合透射电镜与理论计算揭示ScGaN中新型带电畴壁及普适电荷补偿机制，实验证明其可重构导电性，为超尺度器件应用奠定基础。
2024-03-15 cond-mat.mtrl-sci
Ab initio calculations of indium arsenide in the wurtzite phase: structural, electronic and optical properties
大多数III-V族半导体，其作为块体材料获得锌-尖晶石相，当以纳米线的形式生长时采用亚稳态纤锌矿相。这些是具有新的光学性质的新半导体，特别是与在锌-镍相中生长的半导体相比，具有不同的电子带隙。最近测量了纤锌矿型InAs在布里渊区γ点处的电子能隙（E_0），在低温下E_0 = 0.46eV。布里渊区的A点（相当于锌层结构中的L点，E1）的电子能隙最近也基于共振拉曼散射实验获得。本文采用全势线性缀加平面波方法，考虑自旋轨道相互作用，计算了InAs在Zn 2+和纤锌矿相中的能带结构。通过修正的Becke-Johnson交换关联势提高了电子带隙。E0和E1能隙都与实验非常吻合。从计算中，晶体场分裂为0.122 eV和自旋轨道分裂为0.312 eV（在锌掺杂InAs的实验值为0.4 eV）已获得。最后，我们计算了InAs的介电函数在锌云母和纤锌矿相，并给出了比较讨论。
2014-02-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Ab-Initio computations of electronic and transport properties of wurtzite aluminum nitride
我们报告的结果，从几个从头算，自洽计算的电子和输运性质的纤锌矿氮化铝。我们的计算利用了局域密度近似（LDA）势和高斯轨道的线性组合（LCGO）。与其他一些密度泛函理论（DFT）计算不同，我们采用了Bagayoko，Zhao和Williams的方法，由Ekuma和Franklin（BZW-EF）增强。BZW-EF方法可验证地导致占据能量的最小值;这些最小值、低未占据能量和相关波函数提供了所研究材料的基态的最变分和物理有效的密度泛函理论（DFT）描述。由于Al的多个氧化态（Al $^{3+}$到Al）和N $^{3-}$到N的可用性，BZW-EF方法需要以不同离子种类作为输入的几组自洽计算。作为输入的（Al $^{+3}$ & N $^{3-}$）的结合能比其他输入选择的结合能大1.5 eV;这里讨论的结果来自导致该输入的占据能量的绝对最小值的计算。我们计算的w-AlN在$Γ$点的直接带隙为6.28 eV，与5 K时6.28 eV的实验值非常一致。我们讨论了能带，总的和部分的状态密度，计算，有效质量。
2014-09-21 cond-mat.mtrl-sci
Heterostructure Engineering for Wurtzite LaN
本研究通过第一性原理计算，探究了纤锌矿LaN在异质结构中的晶格匹配、界面束缚电荷及能带对齐，为基于wz-LaN的电子器件开发提供了理论指导。
2024-12-30 cond-mat.mtrl-sci
Quantum-Confined Stark Effect in polar and nonpolar Wurtzite InN/GaN Heterostructures: Influence on Electronic Structure and Compensation by Coulomb Attraction
本文系统地分析了极性和非极性纤锌矿-InN/GAN量子点的电子结构及其由于本征场引起的量子限制Stark效应而引起的电子结构变化。这是通过将连续弹性理论与经验紧束缚模型相结合来描述这些氮化物系统中的弹性和单粒子电子性质来实现的。在此基础上，采用多体处理方法确定了光吸收谱。光学跃迁的效率取决于库仑相互作用和量子限制斯塔克效应之间的相互作用。我们引入了一个有效的限制势，它代表了电子结构的影响下的固有极化场和计算所需的库仑相互作用的强度，以减少电子和空穴的分离。
2013-01-11 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Effective bond-orbital model of III-nitride wurtzite structures based on modified interaction parameters of zinc-blende structures
提出了一种推导三族氮化物纤锌矿半导体有效键轨道模型的简单理论方法。在该模型中，基于双中心近似，采用锌-铅（ZB）结构的相互作用参数作为WZ结构的初始猜测。因此，III族氮化物WZ半导体的电子能带结构可以通过利用这组参数来产生，所述参数被修改为包括由于三中心积分引起的效应并且与第一性原理计算拟合。详细的半经验拟合过程，用于构建体III族氮化物WZ半导体的EBOM哈密顿量。电子能带结构的体AlN，GAN，和InN与WZ结构的EBOM与修改后的相互作用参数计算和比较从密度泛函（DFT）理论与亚广义梯度近似（mGGA）得到的结果。通过使用遗传算法进一步优化参数集。最后，分析了用最佳拟合参数的模型计算的能带结构和带心附近的电子（空穴）有效质量，并与$\mathbf{k}\cdot \mathbf{p}$模型进行了比较。
2019-11-04 cond-mat.mtrl-sci
Half-Metallicity of Wurtzite NiO and ZnO/NiO (0001) Interface: First Principles Simulation
采用基于密度泛函理论的第一性原理计算研究了纤锌矿ZnO/NiO（0001）界面的结构、电学和磁学性质.用密度泛函理论（DFT+U）方法研究了ZnO/NiO（0001）界面上纤锌矿型NiO（w-NiO）的半金属行为。通过对态密度、电荷布居和磁矩的分析，发现半金属性在界面附近减弱，但界面效应十分局域化。在界面上，系统保持铁磁基态，就像大块w-NiO一样。基于对外延生长情况的模拟，我们预测w-NiO是一种很有前途的自旋极化电流注入电极。
2011-03-14 cond-mat.mtrl-sci
Ab-initio study of the stability and electronic properties of wurtzite and zinc-blende BeS nanowires
本文采用第一性原理平面波赝势方法研究了具有三角形和六边形截面的纤锌矿（WZ）和锌尖晶石（ZB）相的硫化铍纳米线的结构稳定性和电子性质。一个唯象模型被用来解释悬挂键在纳米线稳定性中的作用。与体相相比，直径小于133.3（埃）的ZB-纳米线被发现是不太有利的WZ-纳米线，其中NW刻面上的表面悬挂键（DB）起着重要的作用，以稳定的纳米线。此外，ZB和WZ纳米线被预测为半导体，并且带隙的值取决于表面DBs以及纳米线的尺寸和形状。最后，我们通过计算表面原子以及核和边缘原子的局域态密度进行了原子投影态密度（PDOS）分析。
2009-12-09 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Wurtzite/Zincblende Crystal Phase GaAs Heterostructures in the Tight Binding Approximation
本文利用兼容闪锌矿与纤锌矿的紧束缚模型计算不同层厚 GaAs 纳米线异质结构的电子能级，解释带隙随阱宽变化的实验现象，并指出典型器件条件接近平带极限。
2023-06-21 cond-mat.mtrl-sci
Al4SiC4 würtzite crystal: structural, optoelectronic, elastic and piezoelectric properties
提出了新的实验结果支持的理论分析，铝碳化硅（Al4SiC4）。一个国家的最先进的实施密度泛函理论是用来分析实验晶体结构，玻恩电荷，弹性和压电性能。玻恩电荷张量与每个原子的局部成键环境相关。电子能带结构计算包括自洽多体校正。将Al4SiC4材料的性能与其他宽带隙纤锌矿材料进行了比较。通过椭圆偏振法对Al_4SiC_4材料光学性质的研究与理论计算结果的比较，我们得出结论：Al_4SiC_4材料的间接带隙和直接带隙分别为2.5eV和3.2eV。
2015-08-03 cond-mat.mtrl-sci
Evolution Process of Wurtzite ZnO Films on Cubic MgO (001) Substrates: a Structural, Optical and Electronic Investigation of the Misfit Structures
研究了用分子束外延技术制备的六方晶系ZnO薄膜与立方晶系MgO（001）衬底之间的界面。X射线衍射和（扫描）透射电子显微镜显示，在衬底温度高于200 ℃时，生长遵循单一的[0001]方向;而在衬底温度低于150 ℃时，生长最初沿着[0001]，然后主要改变为[0-332]变体，超过约10 nm的厚度。有趣的是，无论生长温度如何，对于沿着[0001]的生长都出现具有30度旋转角的双畴特征，实验证明了在这种异质外延中出现双旋转畴的理论预测[Grundmann等人，Phys.Rev.Lett. 105，146102（2010）]。通过X射线吸收谱（XAS）分析发现，ZnO薄膜的光学透过率受键长调制引起的生长方向突变的影响较大。XAS结果还显示了导带中的4pxy和4pz态随生长温度的升高而演化。本工作的结果有望促进ZnO在先进光电子领域的应用，并使其与其他不同相的材料集成。
2014-05-09 cond-mat.mtrl-sci
Stacking defects in GaP nanowires: Electronic structure and optical properties
在半导体纳米线的生长过程中，孪晶界的形成是非常常见的。然而，这种平面缺陷对纳米线的电子和光学性质的影响还不是很清楚。在这里，我们使用从头计算模拟和实验技术相结合来研究这些影响。在磷化镓的孪晶边界显示作为一个原子窄平面的纤锌矿相与I型同质结构带对齐。孪晶边界和堆垛层错（纤锌矿相的较宽区域）导致在光致发光研究中观察到的浅陷阱态的引入。这些效应应该对基于MEMS器件的效率产生深远的影响。
2019-03-11 cond-mat.mtrl-sci
Electronic structure and chemical bonding anisotropy investigation of wurtzite AlN
用体敏荧光产额吸收光谱和软X射线发射光谱研究了纤锌矿型AlN的电子结构和Al-N π、σ化学键的各向异性。测得的N K，铝L1，和铝L2，3 X射线发射和N 1 s X射线吸收光谱与计算光谱使用第一性原理密度泛函理论，包括偶极跃迁矩阵元素进行比较。在价带顶以下的-1.0至-1.8 eV和-5.0至-5.5 eV处确定了主要的N 2 p-Al 3 p杂化区域。此外，在价带底部的-13.5eV和-15eV附近，还发现了N2 s-Al 3 p和N2 s-Al 3s杂化区.与Al金属相比，AlN的Al L2，3发射中Al 3s态的光谱形状发生了强烈的变化，这也反映在Al L1发射中观察到的N 2 p- Al 3 p杂化中。讨论了AlN和Al金属的电子结构和化学键之间的差异与杂化区域的位置和影响大带隙大小的价带边缘的关系。
2011-12-28 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
First-principles study of electronic and optical properties in wurtzite Zn_{1-x}Cd_xO
第一性原理研究已经进行了评估的电子和光学性质的纤锌矿Zn 1-xCdxO的x=0.25。在密度泛函理论的框架内，我们采用了Perdew-Burke-Ernzerhof（PBE）形式的广义梯度近似。在不同的配置中进行了计算。随着Cd掺杂浓度的增加，Zn_（1-x）Cd_xO导带中s态的增加导致禁带宽度减小。介电函数虚部的计算结果表明，随着Cd掺杂浓度的增加，最高价带的O 2 p态和最低导带的Zn 4 s态之间的光学跃迁向低能区移动.此外，光学带隙从3.2到2.84 eV的增加镉浓度从0到0.25。同时，弯曲参数b，这已经通过拟合的光学带隙的结果得到，约为1.21 eV。讨论了纯ZnO和Zn0.75Cd0.25O的光学常数，如电导率、损耗函数、折射率和反射率。
2012-09-30 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Predicted band structures of III-V semiconductors in wurtzite phase
虽然非氮化物III-V族半导体通常具有锌钛矿结构，但它们也可以在压力下或当生长为纳米晶须时形成纤锌矿晶体。这使得电子结构计算困难，因为纤锌矿III-V族半导体的能带结构的特征很差。我们用可转移的经验赝势计算了九种纤锌矿相III-V族半导体的电子能带结构。我们发现所有的材料都有直接的间隙。我们的结果显着不同，从早期的{ \it从头计算}计算，和实验结果可用（InP，InAs和GaAs），我们计算的带隙是在很好的协议。我们制表的能量，有效质量，线性和立方Dresselhaus零场自旋分裂系数的区域中心状态。大的零场自旋分裂系数，我们发现可能会导致新的功能设计的设备，操纵自旋自由度。
2009-08-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Developing a valence force field model for wurtzite semiconductors by exploiting similarities with [111]-oriented zinc blende systems: The case of wurtzite boron nitride, III-N materials and (B,In,Ga)N alloys
Tyndall National Institute（丁达尔国家研究所）；University College Cork（科克大学）
本文提出了一种用于纤锌矿半导体的价力场模型，利用纤锌矿与[111]取向锌_blende结构的相似性，通过解析表达式和最小化程序构建模型，准确重现了纤锌矿III-N材料、BN及(B,In,Ga)N合金的性质。
2025-12-15 cond-mat.mes-hall 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
Engineering direct-indirect band gap transition in wurtzite GaAs nanowires through size and uniaxial strain
采用第一性原理计算研究了纤锌矿GaAs纳米线[0001]方向的电子结构。结果表明，当纳米线直径小于28 μ m时，GaAs纳米线的带隙发生了由直接到间接的转变。对于具有间接带隙的薄GaAs纳米线，发现如果施加适度的外部单轴应变，可以将带隙调节为直接带隙。拉伸和压缩应变都可以触发间接到直接的间隙转变。带隙转变的临界应变由导带中两个态的能量交叉决定。
2012-08-06 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
From wurtzite nanoplatelets to zinc blende nanorods: Simultaneous control of shape and phase in ultrathin ZnS nanocrystals
超薄半导体纳米晶（NC）由于其独特的物理化学性质如强量子限制、大的表面积体积比和巨振子强度而受到越来越多的关注，其中至少一维小于其激子玻尔半径。这些优异的性能高度依赖于半导体NC的形状和晶相。纳米粒子的形状和相态的微小变化可以引起其性质的显著变化。因此，可控地合成半导体NC至关重要。在这里，我们不仅展示了强大的定义良好的ZnS纳米片（NPLs）与激子吸收和发射的合成，而且精确的形状和相位控制的ZnS NC的基础上的软模板策略。我们的方法的关键特征是硫前体量的调节，导致在中等温度（150度）下纤锌矿（WZ）ZnS NPL和锌尖晶石（ZB）ZnS纳米棒（NR）之间的同时形状/相变。紫外-可见吸收光谱和光致发光（PL）光谱显示了WZ-ZnS NPL和ZB-ZnS NRs之间非常不同的光学性质。WZ-ZnS NPL的UV-vis吸收光谱清楚地表现出在ZB-ZnS NR中未观察到的尖锐的激子峰。此外，光致发光特性表明，WZ-ZnS纳米线具有窄的激子发射峰（292 nm），而ZB-ZnS纳米线则具有宽的集体发射带（335、359、395和468 nm）。用密度泛函理论（DFT）模拟了ZnS纳米线吸收光谱中的带间电子跃迁，解释了激子特征的出现.所提出的简单有效的合成策略为进一步合成具有形状和相位控制的纳米晶体开辟了一条新的途径，用于电子学和光子学的高级应用。
2019-07-04 cond-mat.mtrl-sci
Polytypic nanowhiskers: electronic properties in the vicinity of the band edges
纳米晶须的技术应用的兴趣日益增加，导致观察到的锌共混物/纤锌矿多型性。多型纳米晶须也可以通过它们的特性在光学和电子器件的设计中发挥重要作用。在这项工作中，我们提出了一个理论模型来计算多型锌混合物/纤锌矿结构的带边附近的电子性质。我们的配方是基于$\vec{k} \cdot \vec{p}$方法连接的两个不同的结晶相的界面中的不可约表示的群论参数。通过分析$Γ$点的态组成和包络函数的重叠积分，预测了与实验光致发光光谱一致的能量跃迁。
2011-01-11 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Realistic multiband k.p approach from ab initio and spin-orbit coupling effects of InAs and InP in wurtzite phase
基于非氮化物III-V族化合物的半导体纳米线可以在一定的生长条件下合成，以有利于纤锌矿晶相的出现。尽管文献中报道了这些纤锌矿化合物的从头算能带结构，但我们仍然缺乏有效的多带模型和参数集，可以简单地用于研究此类系统的物理性质，例如，在量子限制效应下。为了解决这一问题，我们采用从头计算方法计算了纤锌矿相InAs和InP的能带结构，并提出了一个8 $\times$ 8 k.p哈密顿量来描述$Γ$点附近的能带.我们表明，我们的k.p模型是强大的，可以拟合描述的从头算能带结构的重要特征。由于纤锌矿晶体中缺乏反转对称性而产生的自旋分裂效应的正确描述，是通过在哈密顿量中的$k$依赖的自旋轨道项得到的，而这在文献中常常被忽略。对于面内自旋期望值，所有能带都显示出类似Rashba的自旋织构。我们还提供了态密度和载流子密度作为费米能量的函数。或者，我们显示的导带的分析描述，有效的接近$Γ$点。相同的拟合过程应用于6 $\times$ 6价带哈密顿量。然而，我们发现，最可靠的方法是8 $\times$ 8 k.p哈密顿量的两种化合物。我们在本文中开发的k.p哈密顿量和参数集提供了一个可靠的理论框架，可以很容易地应用于研究InAs和InP基纳米结构的电子，输运，光学和自旋性质。
2016-06-10 cond-mat.mtrl-sci
Electric field effect on the thermal conductivity of wurtzite GaN
氮化镓（GAN）是一种宽禁带半导体材料，由于其高电子迁移率和高击穿电压，在电力电子器件中得到了广泛的应用。其相对较高的热导率使GAN成为此类应用的有利材料，其中散热是器件效率和长期稳定性的主要问题。然而，在GaN基晶体管中，有源区可以承受极强的电场，场效应对热输运性质的影响迄今为止很少引起关注。在这项工作中，我们采用第一性原理方法来研究纤锌矿GAN的声子性质的存在下，沿不同的晶体方向施加的近击穿电场。我们发现，电场通过影响键的刚度和离子性以及晶体的对称性，显着改变热导率，虽然它对声子色散的影响很小。面外电场的存在增加（降低）了平行于（垂直于）电场的热导率，这归因于Ga-N键刚度和离子性的不同变化。当施加面内电场时，沿所有方向的热导率的大幅度降低归因于增强声子-声子散射的晶体对称性破缺。我们的研究提供了深刻的见解极端外部电场的影响声子输运性质的宽禁带半导体。
2021-02-12 cond-mat.mtrl-sci
Electronic and optical properties of boron containing GaN alloys: The role boron atom clustering
本文采用经杂化泛函基准校验的mBJ DFT，研究B含量至7.4%的（B,Ga）N合金，揭示B原子团簇通过价带局域化、应变与极化场显著影响带隙，且团簇微结构取向作用关键。
2023-08-15 cond-mat.mtrl-sci
Comments on "Band gap and band parameters of InN and GaN from quasiparticle energy calculations based on exact-exchange density-functional theory" [Appl. Phys. Lett. 89, 161919 (2006)]
忽略了Rinke等人对纤锌矿和立方InN以及纤锌矿GAN的带隙的一些先前的密度泛函计算[Appl.Phys.Lett. 89，161919，2006]导致了相对于密度泛函理论（DFT）描述这些材料的电子性质的局限性的不准确和误导性的陈述。这些评论是针对这一声明提出的。特别是，他们表明，一些局域密度近似（LDA）计算已经正确地描述或预测这些系统的电子和相关性质[物理评论B 60，1563，1999;应用物理杂志96，4297，2004和97，123708，2005]。这些成功的计算自洽地解决了定义LDA的方程组，即，Kohn-Sham方程和根据占据态的波函数给出基态电荷密度的方程。
2011-02-02 cond-mat.mtrl-sci
Multiband effective bond-orbital model for nitride semiconductors with wurtzite structure
一个多带经验紧束缚模型与纤锌矿结构的III族氮化物半导体已被开发和应用到体系统和嵌入式量子点。作为一个最小基组，我们假设一个s轨道和三个p轨道，定位在六角Bravais晶格的单位晶胞，从其中形成一个导带和三个价带。非零矩阵元素的第二个最近的邻居考虑。确定这些矩阵元素，使得得到的紧束缚能带结构再现已知的伽玛点参数，其也用于最近的kp处理。此外，紧束缚能带结构也可以拟合到从实验或从第一原理计算已知的布里渊区边界的其他特殊对称点处的能带能量。在本文中，我们描述了参数化的细节，并提出了由此产生的紧束缚能带结构的块状GAN，AlN，和InN与纤锌矿结构。作为纳米结构的第一个应用程序，我们目前的结果嵌入在GAN矩阵的透镜形InN量子点的单粒子电子特性。
2010-04-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Electronic Phases and Phase Separation in the Hubbard-Holstein Model of a Polar Interface
从平均场解的Hubbard-Holstein模型，我们表明，丰富的各种不同的电子相可以导致在两个极性材料之间的界面，如LaAlO $_3$ /SrTiO $_3$。根据各种竞争相互作用的强度，即，电子动能、电子-声子相互作用、库仑能和电子屏蔽强度，电子可以（i）被强烈地限制在界面上，形成2D金属相或绝缘相，（ii）更深地扩散到块体中，形成3D相，或（iii）变得局限在单个位点上，形成Jahn-Teller极化子相。在极化相，库仑相互作用可以导致未成对电子，从而导致磁近藤中心。在适当的条件下，电子相分离也可能发生，导致在界面处的金属和绝缘区域的共存。
2010-12-04 cond-mat.mtrl-sci
Electronic structure and band parameters for ZnX (X = O, S, Se, Te)
采用第一性原理密度泛函方法研究了锌单硫族化合物的锌纤锌矿和锌双硫族化合物的结构。结果表明，局域密度近似低估了Zn-3d态的带隙，错位了Zn-3d态的能级，高估了晶场分裂能.没有自旋轨道耦合，在VB的顶部的状态的顺序被发现是正常的所有的ZnX相考虑。在计算中包含的自旋轨道耦合，ZnO在锌-钙钛矿和纤锌矿型相变得异常。结果表明，Zn-3d电子是导致反常有序的主要原因。计算了电子和空穴的有效质量，发现空穴是各向异性的，并且比电子重，这与实验结果一致。计算的带隙和相关参数的典型误差源于强库仑相关，这被发现是非常显着的ZnO。LDA+U的方法被发现，以纠正强相关的Zn-3d电子，从而提高与实验建立的位置的Zn-3d能级的协议。因此，它大大增加了纯LDA计算中低估的参数。
2006-08-04 cond-mat.mtrl-sci
First-principles studies of orbital and spin-orbit properties of GaAs, GaSb, InAs, and InSb zinc-blende and wurtzite semiconductors
我们采用第一性原理技术，以适当地描述半导体（修改后的贝克-约翰逊势添加到交换相关功能），以获得电子能带结构的锌锗和纤锌矿相的GaAs，GaSb，InAs，和InSb。我们提取相关的价带和导带在区中心的自旋轨道场，通过拟合的自旋分裂所造成的缺乏空间反演对称性的这些大块晶体结构，已知的功能形式-三阶多项式。我们还确定了自旋轨道矢量场（导带）和平均自旋（价带）在动量空间中的取向。我们描述了自旋轨道参数对阳离子和阴离子原子量的依赖性。这些结果应该是有用的自旋输运，自旋弛豫，和自旋光学取向建模的半导体异质结构，以及为现实的研究基于超导体的马约拉纳纳米线，自旋轨道耦合的准确值是必要的。
2016-06-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Electronic structure studies of Fe- ZnO nanorods by x-ray absorption fine structure
采用共沉淀法合成了多晶Zn_{1-x} Fe_xO（x = 0.0，0.01，0.03和0.05）纳米棒，利用X射线吸收精细结构（XAFS）研究了其电子结构. X射线衍射（XRD）结果表明，Fe掺杂ZnO晶体为单相纤锌矿结构，无第二相。从XRD图谱中观察到，随着Fe掺杂，峰位置向低2θ值移动。随着Fe含量的增加，峰位置的变化清楚地表明Fe离子正在取代ZnO基质中的Zn离子。Fe K边的线性组合拟合（LCF）表明Fe以混合价态（Fe 3 +/Fe 2+）存在，Fe 3+：Fe 2+的比例约为7：3。利用IFEFFIT和Artemis对XAFS数据进行了拟合。结果表明，Fe以四面体对称的方式取代了ZnO基体中的Zn位.
2009-08-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Hyperparameter Optimization and Force Error Correction of Neuroevolution Potential for Predicting Thermal Conductivity of Wurtzite GaN
针对机器学习驱动的分子动力学模拟低估纤锌矿GaN等高热导率材料热导率的问题，本研究优化神经进化势（NEP）超参数并实施力误差校正方法，准确预测其室温热导率为259 W/m-K，为宽带隙半导体热管理提供支持。
2025-02-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Electronic and Lattice Dynamics in The Photoinduced Ionic-to-Neutral Phase Transition in a One-Dimensional Extended Peierls-Hubbard Model
采用一维混合堆电荷转移复合物TTF-CA的一维扩展Peierls-哈伯德模型，采用交变电势，研究了光诱导离子-中性相变过程中电荷密度和晶格位移的实时动力学.电子部分和晶格部分分别用含时的薛定谔方程和经典的运动方程求解。我们展示了中性域如何在离子背景中生长。随着光激发变得强烈，产生更多的中性域。在阈值强度以上，最终实现中性相。在光激发后，也出现了具有错误极化的离子畴。与平均电离度相比，它们迅速降低了平均交错晶格位移。随着初始晶格无序度的增加，不同极化方向的离子畴之间会出现更多的孤子，阻碍中性畴的生长，使相变变慢。
2002-11-21 cond-mat.mtrl-sci
Onsite and intersite electronic correlations in the Hubbard model for halide perovskites
卤化物钙钛矿（HPs）由于其在可见光范围内具有良好的禁带宽度而被广泛认为是一种很有前途的光伏和发光材料。采用（半）局部交换相关泛函的密度泛函理论（DFT）计算通常低估了这些系统的带隙。要准确描述HP的电子结构，通常需要更高阶的理论，例如Heyd-Scuseria-Ernzerhof（HSE）混合密度泛函和GW近似，这些近似比标准DFT计算昂贵得多。在这里，我们研究了三种代表性类型的HP，ABX 3卤化物钙钛矿，空位有序双钙钛矿（VODP），和键合的卤化物钙钛矿（BDHPs），使用DFT+U+V与现场U和intersite V Hubbard参数计算自洽没有先验假设。包括哈伯德校正提高了所有三种类型的HP的带隙预测精度的先进方法的类似水平。此外，自洽的Hubbard U是一个有意义的指标，在HP中的多价金属原子的真实局部电荷状态。包含的intersite Hubbard V是至关重要的，以适当地捕获在BDHPs，具有卤素八面体的呼吸模式失真的相邻原子上的价电子之间的杂化。特别是，哈伯德参数和晶体几何形状的同时收敛使得BDHPs的带隙预测精度优于HSE，但成本仅为一小部分。我们的工作突出了使用自洽的Huabbard参数时，往往具有复杂的竞争现场本地化和站点间杂交处理HP的重要性。
2022-07-13 cond-mat.mtrl-sci
Machine-Learned Atomic Cluster Expansion Potentials for Fast and Quantum-Accurate Thermal Simulations of Wurtzite AlN
Tsinghua University（清华大学）；University of Oxford（牛津大学）
本文基于原子簇展开框架开发了机器学习原子间势，用于快速且量子精度地模拟纤锌矿AlN的声子输运与热导率，并揭示了双轴应变对其热导率的重要调控作用。
2024-01-21 cond-mat.mtrl-sci cs.LG physics.comp-ph
Accurate electronic properties and intercalation voltages of olivine-type Li-ion cathode materials from extended Hubbard functionals
锂离子电池新型阴极材料的设计将极大地受益于对含有过渡金属元素的化合物的结构、电子和磁性以及嵌入电压的准确的第一性原理预测。对于这样的系统，密度泛函理论（DFT）与标准的（半）本地交换相关泛函是有限的使用，因为它经常失败，由于强自相互作用的错误，特别是在部分填充的$d$壳。在这里，我们使用四种电子结构方法：DFT、DFT+ $U$、DFT+ $U$ + $V$和HSE 06，对磷橄榄石阴极材料Li $_x$ MnPO $_4$、Li $_x$ FePO $_4$和混合过渡金属Li $_x$ Mn $_{1/2}$ Fe $_{1/2}$ PO $_4$（$x=0, 1/4, 1/2, 3/4, 1$）进行详细的比较研究。我们发现，DFT+ $U$ + $V$，现场$U$和intersite $V$哈伯德参数确定从第一原理和自洽的结构参数，通过密度泛函微扰理论（线性响应），提供了最准确的描述这些具有挑战性的化合物的电子结构。特别是，我们表明，DFT+ $U$ + $V$显示非常清楚的“数字”的过渡金属离子在所有化合物中的氧化态的变化，包括在中间锂浓度发生的混合价相，导致电压与实验显着一致。我们发现，列入站点间哈伯德相互作用是必不可少的热力学量的准确预测，平衡驱动器的本地化诱导的现场$U$与站点间$V$轨道杂交。
2022-11-02 cond-mat.mtrl-sci
Carrier-induced refractive index change and optical absorption in wurtzite InN and GaN: Fullband approach
在全带电子结构计算的基础上，我们首先考虑了n型掺杂对纤锌矿InN和GAN的光吸收和折射率的影响。我们确定在任何一种情况下完全不同的介电响应，而InN显示出显着的转变，由于n型掺杂的吸收边，这是掩盖GAN由于有效的取消Burstein-Moss效应的带隙重整化。对于高掺杂水平的InN的带内吸收变得显着。此外，我们观察到，自由载流子等离子体的折射率变化的贡献变得更重要的比带填充和带隙重整为电子密度以上的10 $^{19}$ ~cm $^{-3}$在GAN中，和10 $^{20}$ ~cm $^{-3}$在InN中。由于上述两个不同的特性，与GAN相比，InN中由于n型掺杂引起的折射率的总体变化高得多，在1.55~ $μ$ m波长处，对于10 $^{19}$ ~cm $^{-3}$的掺杂，InN中的折射率的总体变化超过4%。最后，我们考虑在强光激发下的本征InN，它引入了等密度的电子和空穴热化到各自的带边。观察到在1.55-$μ$ m处的折射率的变化类似于n掺杂的情况，直到载流子密度为10 $^{20}$-cm $^{-3}$。然而，在光激发的情况下，由于$Γ^v_5 \to Γ^v_6$价带内跃迁，这现在伴随着在该波长区域中的强吸收。我们的研究结果表明，在$_x$ Ga $_{1-x}$ N的合金组合物可以在富铟区进行优化，以便受益于高载流子诱导的折射率变化，同时在透明区操作，以最大限…
2010-04-22 cond-mat.mtrl-sci
Local structures of polar wurtzites Zn_{1-x}Mg_{x}O studied by Raman and {67}Zn/{25}Mg NMR spectroscopies and by total neutron scattering
用Raman光谱、固体核磁共振（NMR）谱和中子对分布函数（PDF）分析研究了Zn_{1-x} Mg_{x} O合金的局部组成和结构。Zn_{1-x} Mg_{x} O的E2（低）和E2（高）拉曼模式分别显示高斯型和洛伦兹型分布。在较高的镁取代，这两种模式变得更广泛，而它们的峰位置在相反的方向移动。从Zn_{1-x} Mg_{x} O固溶体的拉曼光谱的演变进行了讨论的晶格变形与Zn和Mg的不同的配位偏好。固态魔角自旋（MAS）NMR研究表明，局域电子环境的{67}Zn在ZnO中只有微弱的修改由15%的Mg取代Zn。Zn_{0.85} Mg_{0.15} O的{25}Mg MAS光谱显示出不寻常的高场位移，表明Zn在附近的氧化物配位球中具有突出的屏蔽能力。使用对应于Zn_{7} MgO_{8}的2x2 x1超晶胞对Zn_{0.875} Mg_{0.125} O进行的中子PDF分析表明，MgO_{4}碎片的平均局部几何形状与先前基于密度泛函理论（DFT）的六方纤锌矿MgO的结构弛豫一致。MgO_{4}四面体沿其c轴被显著压缩，并且体积比ZnO_{4}单元小约6%。Zn_{1-x} Mg_{x} O中的Mg原子与$c$轴向氧原子的键比与三个侧向氧原子的键短，这与Zn的配位不同。精确的结构，本地和平均，Zn_{0.875} Mg_{0.125} O从飞行时间总中子散射获得支持的观点，即Mg…
2008-08-04 cond-mat.mtrl-sci
Composition dependent $\mathbf{k}\cdot\mathbf{p}$ band parameters for wurtzite (Al,Ga)N alloys from density functional theory
本文通过密度泛函理论计算，系统提取了(Al,Ga)N合金全成分范围的k·p带参数，发现其显著偏离线性插值，需引入成分依赖弯曲参数，并指出晶体场劈裂能的非线性影响能带排序及光偏振特性。
2025-05-26 cond-mat.mtrl-sci
Electronic band structure engineering in InAs/InSbAs and InSb/InSbAs superlattice heterostructures
本文报道了两种超晶格异质结构的从头算研究，其中一种是CuPt有序InSb_（0.5）As_（0.5）的单胞。这种异质结构的合金部分是拓扑半金属。每个系统的另一个组成部分是半导体，闪锌矿-InSb和纤锌矿-InAs。两种异质结构都是半导体。理论分析表明，InSb/InSb_（0.5）As_（0.5）异质结中InSb层厚度的变化会直接或间接地改变带隙。这项研究为制造异质结构提供了希望，其中层的厚度的调制改变了这些系统中的载流子袋的数量。
2018-09-14 cond-mat.mtrl-sci
Electronic structure of the high and low pressure polymorphs of MgSiN$_{2}$
我们对II-IV族氮化物MgSiN $_{2}$进行了密度泛函计算。在约20 GPa的压力下，基态纤锌矿结构的MgSiN $_{2}$结构（LP-MgSiN $_{2}$）转变为岩盐结构（HP-MgSiN $_{2}$），这与前人的理论和实验研究结果一致.两个相都是宽带隙半导体，其间接带隙分别在5.58 eV（LP-MgSiN $_{2}$）和5.87 eV（HP-MgSiN $_{2}$）处平衡。随着压力的增加，两种相的带隙都变得更大，然而，LP-MgSiN $_{2}$中的带隙比HP-MgSiN $_{2}$中的带隙增加得更快，并且在足够高的压力下，LP-MgSiN $_{2}$中的带隙变得大于HP-MgSiN $_{2}$中的带隙。
2016-05-02 cond-mat.mtrl-sci
First-principles studies of ground- and excited-state properties of MgO, ZnO, and CdO polymorphs
采用基于密度泛函理论的从头计算赝势方法，采用广义梯度交换和关联修正以及投影增强波，研究了MgO，ZnO和CdO在岩盐，氯化铯，氧化锌和纤锌矿结构中的结构，能量，电子和光学性质.在MgO的情况下，我们还研究了砷化镍结构和石墨相。研究了岩盐（MgO，CdO）和纤锌矿（ZnO）基态相在静水压力和双轴应变下的稳定性。我们还提出了所有多晶型物的能带结构以及伴随的介电函数。我们讨论了基态几何形状和基本间隙与氧化物中的第II族阳离子的大小的异常化学趋势的物理原因。的浅Zn3d和Cd4d电子的作用是严格审查。
2006-07-06 cond-mat.mtrl-sci
Interrelation of structural and electronic properties of InGaN/GaN quantum dots using an eight-band k.p model
提出了一个用于计算纤锌矿半导体量子点（QD）电子结构的八带k.p模型，并将其应用于由InGaN层中组分涨落形成的铟氮化镓（InGaN）QD。八带k.p模型考虑了应变效应、压电和热释电、自旋轨道和晶场分裂。激子结合能的计算使用自洽Hartree方法。利用这个模型，我们研究了InGaN量子点的电子性质及其对结构性质的依赖性，即，它们的化学成分，高度和横向直径我们发现了一个占主导地位的内置的压电和热电场的影响，导致空间分离的束缚电子和空穴状态和红移的激子跃迁能量。量子点的单粒子能量和激子能量在很大程度上取决于量子点的组成和几何形状。
2006-10-17 cond-mat.mtrl-sci
Improved predictions of the physical properties of Zn- and Cd-based wide band-gap semiconductors: a validation of the ACBN0 functional
我们研究了Zn $X$（$X$ =O，S，Se，Te）和Cd $X$（$X$ =O，S，Se，Te）的物理性质在锌精矿，岩盐，纤锌矿结构使用最近开发的完全$ab$ $initio$伪杂化哈伯德密度泛函ACBN 0。我们发现，这些宽带隙半导体的电子和振动特性的PBE值和再现密切的实验测量系统地改善。结构参数，特别是体积模量的精度相似。ACBN 0的结果比较以及与混合功能计算的一小部分的计算成本。
2015-05-20 cond-mat.mtrl-sci
Coulomb correlation effects in zinc monochalcogenides
采用第一性原理密度泛函理论方法，在不同近似下研究了锌单硫族化合物的电子结构和能带特性.结果表明，局域密度近似低估了Zn-3d的带隙和价带顶态间的能量分裂，错位了Zn-3d的能级，高估了晶场分裂能.无论考虑的结构类型，自旋轨道耦合能量被发现是高估的ZnO和低估的ZnS与纤锌矿型结构，和或多或少正确的ZnSe和ZnTe与zinc-x-type结构。在价带的顶部的状态的顺序被发现是异常的ZnO在锌的纤锌矿型结构，但被认为是正常的其他锌单硫族化物。结果表明，Zn-3d电子及其与O-2 p电子的干涉是导致有序度异常的主要原因.计算的带隙和相关参数的ZnO的典型误差源于强库仑相关，这被认为是非常显着的这种化合物。LDA+U的方法是由和大发现，以纠正强相关的Zn-3d电子，从而提高与实验建立的位置的Zn-3d能级的协议相比，来自纯LDA计算。
2006-08-04 cond-mat.mtrl-sci
Weak effects of electron-phonon interactions on the lattice thermal conductivity of wurtzite GaN with high electron concentrations
本文揭示超高电子浓度下电子-声子相互作用对n型GaN晶格热导率影响很弱，Fröhlich相互作用可忽略，并借助费米面嵌套函数解释其与p型GaN的差异，结论可推广至其他宽禁带半导体。
2024-05-06 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Quasiparticle self-consistent $GW$ electronic band structures of Be-IV-N$_2$ compounds
用准粒子自洽$GW$方法计算了BeSiN $_2$和BeGeN $_2$化合物的电子能带结构.晶格参数计算的纤锌矿为基础的晶体结构中常见的其他II-IV-N $_2$化合物与$Pbn$ 2 $_1$空间群。它们是在局部密度近似（LDA）和广义梯度近似（GGA）中确定的，它们提供了下限和上限。在GGA晶格常数下，这使得晶格常数更接近实验值，发现BeSiN $_2$具有6.88 eV的间接带隙，并且其在$Γ$处的直接带隙为7.77 eV，而在BeGeN $_2$中，带隙直接在$Γ$处并且等于5.03 eV。为了解释BeSiN $_2$中的间接能隙，与母体III-N化合物w-BN能带结构进行了比较。有效质量参数也进行了评估，发现从BeSiN $_2$到BeGeN $_2$降低。
2019-02-06 cond-mat.mtrl-sci
Assessing the magnetic states and the accuracy of first-principles Hubbard corrections for the battery cathode Li$_x$CoO$_2$ ($x=0,1$)
Paul Scherrer Institute（保罗谢勒研究所）；École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL)（洛桑联邦理工学院）；Università degli Studi di Milano-Bicocca（米兰比可卡大学）；University of Bremen（不来梅大学）
本研究通过第一性原理Hubbard修正和磁态系统探索，评估了LiCoO2和CoO2的结构、电子及电化学性质，发现磁态探索对确定基态至关重要，插层电压与实验偏差仅2%。
2026-09-14 cond-mat.mtrl-sci
First-principles calculation of the electronic and optical properties of Gd$_{2}$FeCrO$_{6}$ double perovskite: Effect of Hubbard U parameter
合成了$_{2}$（GFCO）双钙钛矿结构，晶体结构为单斜晶系，空间群为P2 $_{1}/$ n。紫外-可见光谱和光致发光光谱分析证实了其直接带隙半导体性质。利用实验获得的结构参数进行第一性原理计算，研究了GFCO双钙钛矿的自旋极化电子能带结构、载流子有效质量、态密度、电荷密度分布和光吸收特性.采用广义梯度近似（GGA）和GGA+U方法，对Fe-3d和Cr-3d轨道应用Hubbard $_{eff}$参数（0 ~ 6 eV），研究了在位d-d库仑相互作用能（U-$_{eff}$）对电子和光学性质的影响.当U $_{eff}$在1至5 eV范围内时，观察到上自旋和下自旋带结构都是直接的。载流子有效质量也被发现从U $_{eff} =$ 1 eV到5 eV逐渐增加，但是，这些值对于U $_{eff} =$ 0和6 eV是反常的。这些结果表明，在计算GFCO双钙钛矿结构、电子和光学性质时，U $_{eff}$应限制在1 ~ 5 eV的范围内。我们观察到，考虑U $_{eff} =$ 3 eV，理论计算的光学带隙1.99 eV与实验获得的值2.0 eV匹配良好。我们的发现的结果意味着，3 eV的U $_{eff}$值最准确地定位了GFCO的Fe-3d和Cr-3d轨道，使来自其他轨道的自相互作用误差的影响几乎可以忽略不计。因此，我们可以推荐U $_{eff} =$ 3 eV用于可能在光催化和…
2021-11-02 cond-mat.mtrl-sci
