Ab-initio calculation of band alignments for opto-electronic simulations
采用改进的芯-价带最大值方法计算了应变Ⅲ/Ⅴ族半导体异质结的能带偏移。该方法用于（In，Ga）As/GaAs/Ga（As，Sb）多量子阱结构的分析。所获得的偏移和由此产生的能带结构被用作输入的光致发光光谱的微观计算产生非常好的协议与最近的实验结果。
2019-01-03 cond-mat.mtrl-sci
Tuning band alignment at a semiconductor-crystalline oxide heterojunction via electrostatic modulation of the interfacial dipole
我们证明了与整个SrTiO 3/Si异质结的键合相关联的界面偶极子可以通过空间电荷进行调谐，从而使能带排列通过掺杂而改变。Si中的氧杂质作为施主，通过将电子穿过界面转移到SrTiO 3中来产生空间电荷。空间电荷感应出一个电场，改变了界面偶极子，从而将能带排列从II型调整到III型。转移的电荷，导致内置电场，并在带排列的变化表现在电输运和硬X射线光电子能谱学测量。从头算模型揭示了偏振和带偏移之间的相互作用。我们发现，带偏移可以通过调制跨界面的空间电荷的密度进行调谐。功能化的界面偶极子，使静电改变能带排列开辟了新的途径，实现半导体异质结的新行为。
2021-05-27 cond-mat.mtrl-sci
Simple linear response model for predicting energy band alignment of two-dimensional vertical heterostructure
Anderson和midgap模型常用于半导体异质结的研究，但对于范德华垂直异质结，它们只显示出非常有限的成功。使用第IV族单硫族垂直异质结构作为一个原型系统，我们提出了一个线性响应模型，并比较这些模型在预测密度泛函理论（DFT）的能带排列，带型和带隙的有效性。我们发现，DFT频带对齐是最好的预测的线性响应模型，它落在安德森和midgap模型之间。我们提出的模型可以用界面偶极$α\times(E_{m2}-E_{m1})$来表征，其中线性响应系数$α$ = 0和1分别对应于Anderson模型和midgap模型，$E_{m}$是单分子层的midgap能量，它可以被看作是一种有效的电负性.对于第IV族单硫族化物，我们发现，$α$ = 0.34最好的捕获的vdW异质结构的DFT频带对齐，我们讨论的可行性的线性响应模型考虑到其他影响，如应变和频带杂交，并得出结论与应用的模型来预测实验频带对齐。
2020-11-07 cond-mat.mtrl-sci
Defect Energy Levels in Density Functional Calculations: Alignment and Band Gap Problem
对于不同的带隙的材料，我们比较能级的原子局域化的缺陷计算半局域和混合密度泛函计划。由于后一种方案部分缓解了带隙问题，我们的研究描述了如何计算的缺陷能级移动时，带隙接近实验值。当适当地对齐时，从总能量差获得的缺陷能级密切对应，显示出不考虑带隙的至多0.2 eV的平均位移。与理想对准的系统偏差随着缺陷波函数的程度而增加。比较计算和实验缺陷水平的准则。
2008-07-29 cond-mat.mtrl-sci
Electronic bands of III-V semiconductor polytypes and their alignment
本文用LDA-1/2方法计算了GaP、GaAs、GaSb、InP、InAs和InSb四种多型体3C、6 H、4 H和2 H的准粒子能带结构，并计算了它们的自旋轨道相互作用。结果被用来获得两个多型体之间的导带和价带的带偏移$ΔE_c$和$ΔE_v$。能带结构的排列是基于每个多型体的分支点能量$E_{\rm BP}$。排列的电子结构被用来解释异质但同质结的性质。的差距和偏移量允许讨论最近获得的光谱结果在III-V纳米线的这种结。
2012-06-11 cond-mat.mtrl-sci
Band alignments of electronic energy structure in epitaxially grown \b{eta}-Ga2O3 layers
用X射线光电子能谱和光反射谱对生长在自然衬底和蓝宝石衬底上的氧化镓外延层进行了表征。XPS电子结构映射与密度泛函理论计算相结合。
2018-01-29 cond-mat.mtrl-sci
First-principles band alignment engineering in polar and nonpolar orientations for wurtzite AlN, GaN, and B$_x$Al$_{1-x}$N alloys
Arizona State University（亚利桑那州立大学）
本文通过密度泛函理论等方法计算了B$_x$Al$_{1-x}$N在不同取向下的能带对齐，发现低xB$_x$Al$_{1-x}$N/AlN具有近零价带对齐，高xB$_x$Al$_{1-x}$N则呈现I型或II型对齐，为高电子迁移率晶体管和紫外发光二极管设计提供指导。
2025-12-01 cond-mat.mtrl-sci
Band alignment of monolayer CaP$_3$, CaAs$_3$, BaAs$_3$ and the role of $p$-$d$ orbital interactions in the formation of conduction band minima
最近，一些新的二维（2D）材料的基础上puckered磷烯和arsenene已被预测与适度的带隙，良好的吸收性能和载流子迁移率优于过渡金属二硫属化合物。对于异质结应用，重要的是要知道这些新的二维材料的相对能带排列。我们报道了在准粒子理论水平上（G $_0$ W $_0$）的褶皱CaP $_3$、CaAs $_3$和BaAs $_3$单分子膜的能带排列，根据电子亲和势规则计算了孤立单分子膜的能带偏移。我们的计算表明，单层CaP $_3$，CaAs $_3$和BaAs $_3$都形成II型（交错）异质结。它们的准粒子能隙分别为2.1（直接）、1.8（直接）和1.5 eV（间接）。我们还研究的趋势，在电子结构的光化学键分析。我们发现，单层BaAs $_3$的间接带隙是由相对较强的As $3p$ - Ba $5d$键合相互作用引起的，该键合相互作用使导带远离$Γ$和$S$之间的$Γ$点。
2020-12-03 cond-mat.mtrl-sci
Comparison of the Band Alignment of Strained and Strain-Compensated Gainnas QWS on Gaas and Inp Substrates
我们提出了一个比较的Ga 1-xInxNyAs 1-y的GaAs和InP衬底上的有源层在常规应变和应变补偿量子阱的情况下的能带排列。计算结果表明，InP衬底上的拉伸应变Ga_（1-x）InxNyAs_（1-y）量子阱的能带取向优于GaAs衬底上的压缩应变Ga_（1-x）InxNyAs_（1-y）量子阱，并且两种衬底都提供了更深的导电阱。因此，当需要TM偏振时，从能带对准的观点来看，InP衬底上的In浓度x<=0.53的拉伸应变Ga 1-xInxNyAs 1-y量子阱可以安全地使用。我们的计算结果也证实了应变补偿可以用来平衡阱材料中的应变，特别是改善了GaAs衬底上的稀氮化物Ga_（1-x）In_xNyAs_（1-y）有源层的能带取向。我们的计算启发了N基激光器的内在优势，并提供了传统的应变和应变补偿的GaAs和InP衬底上的Ga 1-xInxNyAs 1-y激光器系统作为高温操作的理想候选者。
2006-04-12 cond-mat.mtrl-sci
Collective Electrostatics and Band Alignment in Janus MoSTe nanotubes
University of Kansas（堪萨斯大学）；University of Florida（佛罗里达大学）
研究Janus MoSTe纳米管的集体静电效应及其对异质结构带对齐的影响，通过第一性原理计算发现其产生超过1.3V的均匀静电势，导致带边偏移1eV，实现II型带对齐。
2026-04-06 cond-mat.mtrl-sci
Challenges in Band Alignment between Semiconducting Materials: A Case of Rutile and Anatase TiO$_2$
这篇专题综述集中在最近活跃的争论之间的两个多晶型的TiO $_2$，金红石和金红石的能带排列。总结了目前常用的材料能带排列测量和计算方法。通过对最近的实验和理论报道的分析，我们指出，TiO $_2$两相能带排列的显著差异是由于影响能带排列的因素，而不需要明确的答案。根据界面的存在这一重要因素，提出了耦合和本征能带排列的新分类。这种分类确实揭示了金红石/金红石界面可以定性地改变其能带排列的类型。然而，为了更好地理解材料能带的变化，需要进一步系统地了解界面和影响能带排列的其他因素。从金红石和金红石之间的能带排列的讨论中获得的结果也可以用于其他半导体之间的能带排列。
2019-04-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Boron Arsenide Heterostructures: Lattice-Matched Heterointerfaces, and Strain Effects on Band Alignments and Mobility
BAs是具有超高热导率的III-V族半导体，但其许多电子性质尚不清楚。本工作采用预测原子计算来研究BAs异质结构的性质，如应变对能带排列和载流子迁移率的影响，考虑BAs作为晶格匹配材料的薄膜和衬底。结果表明，应变使带隙减小，与方向和符号无关。此外，双轴拉伸应变增加了面内电子和空穴迁移率超过60%相比，由于电子有效质量和空穴带间散射的减少的未应变值。此外，BAs被证明是近晶格匹配的InGaN和ZnSnN 2，两个重要的光电子半导体与可调带隙合金和阳离子无序，分别。结果预测II型带对齐，并确定这两种材料与BA的绝对带偏移。BAs的超高热导率和本征p型特性与其高电子和空穴迁移率（可通过拉伸应变进一步增加）以及与本征n型InGaN和ZnSnN 2的晶格匹配和II型能带对准的组合展示了BAs异质结构用于电子和光电子器件的潜力。
2019-09-03 cond-mat.mtrl-sci
Band alignment of two-dimensional transition metal dichalcogenides: application in tunnel field effect transistors
基于二维材料的垂直堆叠的隧道场效应晶体管（TFFET）对于低功率逻辑器件是令人感兴趣的。单层过渡金属二硫属化物（TMD）具有相当大的带隙，在构建用于TFET应用的pn结（偶）方面显示出希望。能带取向信息对于实现具有优异电子隧穿效率的断裂间隙结是必不可少的。通过密度泛函理论计算，我们认为VIB-MeX_2（Me= W，Mo; X= Te，Se）作为n型源极，IVB-MeX_2（Me = Zr，Hf; X= S，Se）作为p型漏极是一种有前途的单层TMD对.
2013-08-04 cond-mat.mtrl-sci
Band Alignment in Quantum Wells from Automatically Tuned DFT+$U$
两种材料之间的能带对准对于许多应用是至关重要的。然而，密度泛函理论（DFT）要么低估了带隙-如局域密度近似（LDA）或广义梯度近似（GGA）的情况下-或者是高度计算要求，如混合泛函方法的情况下。后者在描述量子阱的超晶胞的电子结构计算中可能变得令人望而却步。我们建议应用DFT的$+U$方法，与$U$为每个原子壳被视为一组调谐参数，以自动拟合体带隙和晶格常数，然后使用由此获得的$U$参数在大型超晶胞计算，以确定带对齐。我们将此过程应用于InP/In $_{0.5}$ Ga $_{0.5}$ As，In $_{0.5}$ Ga $_{0.5}$ As/In $_{0.5}$ Al $_{0.5}$ As和InP/In $_{0.5}$ Al $_{0.5}$作为量子阱，并获得了与实验结果很好的一致性。虽然这个过程需要一些实验输入，它提供了有意义的价带和导带偏移，而至关重要的是，晶格弛豫考虑在内。这个过程的计算成本与LDA的计算成本相当。我们相信，这是一个实用的程序，可以提供更复杂的合金之间的能带对齐的准确估计是有用的。
2018-05-01 cond-mat.mtrl-sci
Band alignment of grafted diamond/GaN p-n heterojunctions interfaced with ALD Al2O3 and SiNx/Al2O3
University of Wisconsin-Madison（威斯康星大学麦迪逊分校）；Texas A&M University（德克萨斯农工大学）；University at Buffalo, The State University of New York（纽约州立大学布法罗分校）；Fraunhofer USA Inc（弗劳恩霍夫美国公司）；Northrop Grumman Corporation（诺斯罗普·格鲁曼公司）
研究通过X射线光电子能谱确定生长 diamond/GaN p-n 异质结的带对齐，发现SiNx层导致带偏移增大0.42 eV，证明界面层工程可有效调控带对齐，指导设计可调整整流特性的p-n二极管。
2026-05-09 cond-mat.mtrl-sci
Momentum matching and band-alignment type in van der Waals heterostructures: Interfacial effects and materials screening
本研究通过密度泛函理论计算，揭示了界面效应（准化学键和偶极子）对范德华异质结能带对齐和动量匹配的影响，并提出了一种实用的筛选方法，用于设计稳健的动量匹配II型异质结。
2023-06-22 cond-mat.mtrl-sci
Favorable band alignment for photocatalysis at the strontium germanate interface with silicon
针对高效低成本固态光催化剂匮乏的问题，本研究通过第一性原理计算，采用先进密度泛函理论近似分析Si(100)上锗酸锶外延层的界面能带排列，证实其III型能带结构适合作为光阴极，为光催化分解水材料设计提供参考。
2022-12-20 cond-mat.mtrl-sci
Band alignment of metal/amorphous-oxide interface using atomic orbitals projection of plane-wave: a first principle study at the Al/a-SiO2 interface
非晶态绝缘氧化物在现代电子工业中发挥着重要作用。了解非晶结构异质界面的能带排列有助于更好地控制界面处的载流子输运性质。经典的带偏方法开发以前排队的本征能级相对于一个理想的散装参考或真空水平。然而，非晶结构的局部无序使得体参考模糊不清。因此，不能使用经典方法。在这项研究中，我们介绍了一种新的方法的基础上的线性组合的原子轨道（LCAO）的波函数投影线带在金属/氧化物界面。波函数的LCAO投影考虑了所有的金属/氧化物界面效应，例如内建电压、界面偶极子、虚拟氧化物减薄、势垒变形等。因此，它提供了精确的能带对准。在Al/非晶SiO2进行的计算表现出良好的协议之间现有的实验和模拟数据。我们还观察到，在界面处的空间电荷区导致在氧化物中的非线性能带弯曲，这实际上减少了其厚度，从而降低了介电强度。
2017-05-15 cond-mat.mtrl-sci
Translating XPS Measurement Procedure for Band Alignment into Reliable Ab-initio Calculation Method
固体间的能带排列是凝聚态物理和电子器件中的一个关键问题。虽然XPS方法已被用作测定谱带排列的常规方法，但通过复制XPS谱带排列过程进行的理论计算通常与测量结果不匹配。本文在XPS方法的基础上，考虑到表面极性和晶格畸变，提出了一种可靠的能带排列从头计算方法。应用我们的方法对金红石型和金红石型TiO_2进行了计算，结果与实验吻合良好。此外，我们的方法可以产生两种类型的带对齐：耦合和本征，这取决于是否涉及固体/固体界面效应。耦合和固有的带对齐对应的XPS和电化学阻抗分析，分别测量的对齐，解释了为什么这两个实验报告的带对齐是相当不一致的。
2017-03-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Shear banding in metallic glasses described by alignments of Eshelby quadrupoles
金属玻璃在低于玻璃化转变温度时发生的塑性形变导致剪切局部化形成剪切带。据信，剪切带起源于具有四极对称性的单个应力集中区。为了阐明剪切带形成的基本机制，使用透射电子显微镜对剪切带进行了微观结构研究。在这里，我们展示了一个特征签名存在于剪切带中的正弦密度变化的形式表现的证据。我们提出了一个解析解观察到的变形后的状态来自连续介质力学使用的四极应力场扰动的塑性事件对齐。由于我们观察到的三种不同类型的金属玻璃，跨越整个范围内的金属玻璃的特征性质的定性相似的功能，我们得出结论，报告的变形行为是通用的所有金属玻璃，因此具有深远的影响一般的非晶态固体的变形行为。
2017-01-17 cond-mat.mtrl-sci
Growth and band alignment of Bi2Se3 topological insulator on H-terminated Si(111) van der Waals surface
采用物理气相沉积法在氢钝化的Si（111）（H：Si）衬底上进行了Bi_2Se_3单晶薄膜的范德瓦尔斯外延。用X射线光电子能谱和紫外光电子能谱研究了Bi_2Se_3/H：Si异质结的价带结构。在Bi 2Se 3-H：Si界面处测得的肖特基势垒高度为0.31 eV。研究结果为经济地制备异质结和多层拓扑绝缘体的层状化合物家族铺平了道路。
2012-12-31 cond-mat.mtrl-sci
All 2D Heterostructure Tunnel Field Effect Transistors: Impact of Band Alignment and Heterointerface Quality
范德华异质结构是隧道场效应晶体管（TFFET）的理想材料平台，因为由于理想的无悬挂键的异质界面，带-带隧穿（BTBT）主导电流在室温（RT）下是可行的。然而，实现低于玻尔兹曼极限的60 mVdec-1的亚阈值摆幅（SS）值仍然具有挑战性。本文系统地研究了n-MoS 2沟道异质结TFT的能带取向和异质界面质量。通过选择具有足够高掺杂水平的p+-MoS 2源，实现了对III型能带对准的稳定栅极调制，而不管MoS 2沟道层的数量。对于栅极叠层的形成，发现作为顶栅极的Al 2 O3的沉积在反向偏压下为生成电流引入了缺陷态，而h-BN顶栅极的集成提供了无缺陷的清洁界面，通过将III型n-MoS 2/p+-MoS 2异质结构与h-MoS 2/p+-MoS 2异质结构组合而产生的所有2D异质结构TFTs都是通过将III-MoS 2/p+-MoS 2异质结构与h-MoS 2异质结构组合而产生的。BN顶栅绝缘体在RT下导致低SS值。
2020-12-02 cond-mat.mtrl-sci
Role of Carrier Mobility and Band Alignment Engineering on the Efficiency of Colloidal Quantum Dot Solar Cells
我们研究基于物理的胶体量子点（CQD）太阳能电池的设计，使用自洽的计算模型。定量地探讨了带取向工程和优化载流子迁移率的意义，作为在体CQD中的亚带隙缺陷密度（N_t）的函数。对于$N_t \leq 10^{15} cm^{-3}$，在CQD和金属接触界面附近的能带对准工程可以通过抑制正向偏压暗电流来显著提高开路电压。对于较薄的$(< 1 μm)$ CQD层，该效应可将电池效率提高至约37%。对于较厚的$(> 1 μm)$ CQD层，能带工程的影响被减弱，因为正向偏压暗电流变得扩散受限并且较少依赖于界面能带偏移。CQD中的最佳载流子迁移率在~ 10^{-2} cm ^2/Vs - 10^0 cm ^2/Vs的范围内，并且显示出作为CQD层厚度和界面带偏移的函数的变化。对于$N_t \approx 10^{14} cm^{-3}$，最佳设计的电池可以在AM 1.5G太阳光谱下提供约20%的效率，而不采用先进的结构优化，如纳米结构电极。这些物理见解有助于更好地理解量子点太阳能电池设计，从而进一步实现高效和低成本的太阳能电池技术。
2016-02-10 cond-mat.mtrl-sci
Type-II Band Alignment in the $β$-Ga$_2$O$_3$/Rutile GeO$_2$ Heterojunction toward Solar-Blind Photodetection: A first-principles study
MOE Key Laboratory for Nonequilibrium Synthesis and Modulation of Condensed Matter, School of Physics, Xi’an Jiaotong University（西安交通大学物理学院非平衡凝聚态物质合成与调制教育部重点实验室）
本研究通过第一性原理计算发现β-Ga₂O₃/金红石相GeO₂异质结存在II型能带排列，利于光生载流子分离，且明确界面氧空位对能带偏移的影响，为其在严格日盲光电探测器的应用提供理论支撑。
2025-09-24 cond-mat.mtrl-sci
Manipulating the Optical Response of TaIrTe4 Heterostructures through Band Alignment Strategy
本文通过第一性原理计算研究 TaIrTe4 与 WTe2、MoTe2、h-BN 异质结构的能带对齐策略，揭示层间耦合、电荷转移和内建电场对光响应的调控机制，为自供电光电器件设计提供理论依据。
2024-11-23 cond-mat.mtrl-sci
Interlayer excitons and Band Alignment in MoS$_2$/hBN/WSe$_2$ van der Waals Heterostructures
范德华异质结构（vdWH）为探索原子尺度上的光-物质相互作用提供了理想的场所。特别地，具有II型能带对准的结构可以产生对自由载流子到光子转换过程的详细洞察，这对于例如太阳能电池和发光二极管是核心的。在描述这种过程中的一个重要的第一步是获得存在于界面处的层间激子态的能量。在这里，我们提出了一个通用的第一性原理方法来计算电子准粒子（QP）的能带结构和激子结合能的无公度vdWHs。该方法结合了我们的量子静电异质结构（QEH）模型获得的介电函数与多体GW近似和广义2D Mott-Wannier激子模型。我们计算了双层MoS $_2$ /WSe $_2$的能级排列以及层内和层间激子结合能，发现与实验光致发光光谱非常一致。与密度泛函理论计算的比较表明了自能和电子-空穴相互作用效应的关键作用。
2016-12-17 cond-mat.mtrl-sci
Band alignment at epitaxial BaSnO3/SrTiO3(001) and BaSnO3/LaAlO3(001) heterojunctions
我们用光谱法测定了BaSnO_3与SrTiO_3（001）和LaAl O_3（001）外延界面处的能带偏移。BaSnO 3中的导带底的电子能量分别比SrTiO 3和LaAlO 3中的导带底的电子能量低0.6 +/- 0.1 eV和3.7 +/- 0.1 eV。因此，在SrTiO 3和LaAlO 3中产生并分别通过调制和极化掺杂转移到BaSnO 3的电子预期在电场的影响下漂移，而不经历杂质散射和相关的迁移率损失。这一结果预示着氧化物为基础的，高迁移率，二维电子系统，可以在环境温度下工作的实现。
2016-01-31 cond-mat.mtrl-sci
Evolution of the band alignment at polar oxide interfaces
第一性原理计算证实了La 0.7A 0.3MnO 3的能带排列的演化|La 1-xAx |TiO2| SrTiO 3（001）异质界面，其中A = Ca、Sr或Ba，因为界面A位组成La 1-Ax在x = 0.5至x = 1.0之间变化。该变化导致SrTiO 3价带偏移相对于La 0.7A 0.3MnO 3金属电极的费米能级的线性变化，并因此导致该界面处的肖特基势垒高度的线性变化。这种效应的产生是由于极性界面的静电屏蔽改变了界面偶极子，从而改变了该界面处的静电势阶跃。我们发现，这两个La0.7A0.3MnO3和SrTiO 3层有助于筛选与电子和离子筛选是重要的界面偶极子的变化。计算结果与最近的实验数据一致。
2010-07-08 cond-mat.mtrl-sci
Layer-dependent Band Alignment and Work Function of Few-Layer Phosphorene
利用第一性原理计算，我们研究了少层磷烯的电子性质，重点研究了带隙、功函数、能带排列和载流子有效质量随层的变化。结果表明，少层磷烯具有良好的直接带隙特性，其带隙随层数的增加呈幂律减小。功函数从单层（5.16 eV）到三层（4.56 eV）迅速减小，然后在进一步增加层数时缓慢减小。与单层磷烯相比，双层磷烯的空穴有效质量沿脊（锯齿形）方向急剧下降，表明了较强的层间耦合和屏蔽效应。我们的研究表明：1）。具有层相关带隙和鲁棒的直接带隙特性的少层磷烯有望用于高效的太阳能收获。2）。少层磷杂环烯比单层磷杂环烯具有更轻的载流子有效质量、更高的载流子密度和更弱的散射。3）。少层磷烯的层相关的带边和功函数允许肖特基势垒的修改与增强的载流子注入效率。预计少层磷烯将为大量新的电子应用提供丰富的机会。
2014-09-30 cond-mat.mtrl-sci
Band gap and band alignment prediction of nitride based semiconductors using machine learning
氮化物在光电子领域有着广泛的应用前景，因此受到了人们的广泛关注，同时也为材料的设计和发现留下了很大的空间。在这里，已经设计了大量的氮化物，通过结合机器学习的第一性原理计算来研究它们的带隙和排列。通过HSE和DFT-PBE的筛选混合泛函的组合精确计算的纤锌矿GAN的带隙和带偏移被用于训练和测试机器学习模型。在不同的机器学习技术之间的比较，当元素属性作为特征，径向核的支持向量回归（SVR）进行最好的预测的带隙和带偏移的预测均方根误差（RMSE）分别为0.298 eV和0.183 eV。前者在HSE计算不确定性范围内，后者足够小，可以提供可靠的预测。此外，当通过DFT-PBE计算的带隙被添加到特征空间中时，带隙预测RMSE降低到0.099 eV。通过特征工程算法，基于元素特征空间的带隙预测RMSE进一步下降约0.005 eV，并且揭示了元素性质对于带隙预测的相对重要性。最后，所有设计的氮化物的带隙和带偏移进行了预测，并注意到两个趋势，随着阳离子类型的数量增加，带隙趋于变窄，而带偏移趋于上升。预测结果对氮化物工程的精确研究具有指导意义。
2019-04-08 cond-mat.mtrl-sci
Electric-Dipole Effect of Defects on Energy Band Alignment of Rutile and Anatase TiO2
钛白材料由于其光催化应用而得到了广泛而深入的研究。一个长期存在的问题是金红石和金红石型TiO2相的能带排列，这会影响复合体系中的光催化过程。关于这两种TiO2相的取向，基本上存在两种相互矛盾的观点：1）跨骑型和2）交错型。在本工作中，我们的DFT加U计算发现，完美的金红石（110）和金红石（101）表面具有跨骑型能带排列，而有缺陷的表面可以将能带排列转变为交错型。缺陷引起的电偶极子是导致能带反转的主要原因。因此，在材料的制备和后处理过程中引入的缺陷可能是上述关于能带排列的开放问题的答案，这可以在实际实践中考虑以调节材料的光催化活性。
2015-11-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Asymmetric Electronic Band Alignment and Potentially Enhanced Thermoelectric Properties in Phase-Separated Mg2X (X=Si,Ge,Sn) Alloys
Korea Electrotechnology Research Institute (KERI)（韩国电子技术研究 institute）；University of Warwick（华威大学）；Korea Institute of Materials Science (KIMS)（韩国材料科学研究所）；German Aerospace Center (DLR)（德国航空航天中心）；University of Duisburg-Essen（杜伊斯堡-埃森大学）；Justus Liebig University（吉森大学）；University of Science and Technology（科学技术大学）
该研究通过第一性原理计算发现Mg2X合金相分离界面处价带偏移远大于导带偏移，可利用能量过滤效应显著提升p型材料的热电功率因子。
2025-07-24 cond-mat.mtrl-sci
Fermi surface complexity, effective mass, and conduction band alignment in n-type thermoelectric Mg3Sb2-xBix from first principles calculations
利用第一性原理计算，从从头计算能带结构出发，研究了n型Mg3 Sb 2-xBix（x = 0，1，2）的导带取向、有效质量和费米面复杂因子.我们发现，随着Bi含量的增加，K和M带底远离导带底CB 1，而单简并的$Γ$带底迅速下移并接近导带底。但有利的六重简并CB 1带底仍然占据导带底的主导地位，并且在$Γ$和CB 1带底之间没有带交叉。此外，我们表明，CB 1的载流子袋的能级接近带底M的连接可以强烈地增强载流子袋的各向异性和费米表面的复杂性因子，这可能是在理论功率因子的局部最大值的电子起源。计算结果还表明，随着Bi含量的增加，带隙、态密度、有效质量、Seebeck系数和费米面复杂因子均减小，不利于电输运.然而，随着Bi含量的增加而降低导电有效质量有利于通过提高载流子迁移率和加权迁移率来进行电输运，只要有害的双极效应是微不足道的。结果表明，与n型Mg3 Sb 2相比，n型Mg3 SbBi具有更高的功率因数和更低的理论功率因数的最佳载流子浓度，这在实验中很容易实现。
2019-07-04 cond-mat.mtrl-sci
Band alignment study at the $SrTaO_2N/H_2O$ interface varying lattice constants and surface termination from first-principles calculations
在寻找新的可再生能源来取代化石燃料的过程中，氢是清洁能源生产最有前途的候选能源之一。但廉价的氢气分离和储存仍然是一个巨大的挑战。光电化学装置有望将水分子分解为$2H_2+O_2$。每天都有新的材料和组合被发现或发明，以提高复杂的整个过程的效率。光电化学过程在没有偏置电压的情况下工作的必要条件是半导体导带（CBM）的最小值必须比$H^{+}$到$H_2$的还原电势更正，而半导体价带（VBM）的最高值必须比$H_2O$到$O_2$的氧化电势更负。因此，半导体与水界面能带排列的研究变得至关重要。在这项工作中，第一性原理计算的基础上的密度泛函理论（DFT）的全电子和赝势的方法已被执行的能带排列在$SrTaO_2N/H_2O$界面的分析。不同的表面终端进行了分析，连同依赖的间隙和带对齐与晶格常数的系统上生长的失配衬底。水的结构由经典分子动力学建立，其电子结构用DFT计算。计算结果表明，$SrTaO_2N$（001）在很宽的晶格常数a范围内（除了压缩/伸长为-2%、-1%和3%）都适用于光电化学应用，而$SrTaO_2N$（110）在很宽的晶格常数a范围内（从-1%到3%）都适用于光电化学器件。
2022-11-09 cond-mat.mtrl-sci
Understanding the Effects of Dielectric Property, Separation Distance, and Band Alignment on Interlayer Excitons in 2D Hybrid MoS2/WSe2 Heterostructures
过渡金属二硫属化物（TMDC）半导体的二维范德华异质结显示了一类具有特殊性质的空间分离激子。层间激子（XI）已被广泛研究，但调制XI的机制仍然没有很好地理解。在这里，我们介绍了几个有机层嵌入的混合异质结，二硫化钼/有机/WSe 2，研究的结合能XI。我们发现，准粒子的介电屏蔽减少与有机分子由于降低介电常数和更大的TMDC层之间的分离距离。因此，在层间发射中观察到明显的蓝移。我们还发现，在异质界面的能带排列是至关重要的。当有机层提供交错能态时，层间电荷转移可以从隧穿转变为带辅助转移，由于更强的偶极相互作用而进一步增加XI发射能量。XI的形成也可以用电子或空穴捕获分子显著抑制。这些发现应该是有用的，在实现基于XI的光电子学。
2021-02-27 cond-mat.mtrl-sci
Band alignment at semiconductor-water interfaces using explicit and implicit descriptions for liquid water
在这项工作中，我们研究和对比隐式溶剂化模型对明确的原子，量子力学模型在水环境中的半导体的能带排列的描述，使用基于密度泛函理论的模拟。我们发现一致的结果，这两种方法的9个不同的终端在6种不同的材料，每当第一溶剂化壳被明确处理，量子力学。有趣的是，当水被吸附而不是解离时，这第一层明确的水更相关，暗示了用量子力学键饱和表面的重要性。此外，我们提供了绝对的路线，通过确定的位置的平均静电参考电位在散装区域的显式和隐式水相对于真空。结果表明，当隐式势低于真空参考能级0.33 V时，显式和隐式模拟的绝对能级排列在$\sim 0.1-0.2$ V范围内一致。通过研究隐式和显式水之间的接口，我们能够追溯到这个偏移的起源，在隐式模型中的水表面偶极子的情况下，以及一个小的额外的固有极化整个隐式-显式接口。
2019-04-03 cond-mat.mtrl-sci
Band alignment of grafted monocrystalline Si (001)/$β$-Ga$_2$O$_3$ (010) p-n heterojunction determined by X-ray photoelectron spectroscopy
本文利用XPS系统研究了接合单晶Si/β-Ga₂O₃异质结的能带对齐，通过芯能级峰法和价带谱法构建能带图，证明界面缺陷密度低、无费米能级钉扎，可用电子亲和势规则预测能带对齐。
2023-12-01 cond-mat.mtrl-sci
Band alignment and charge transfer in complex oxide interfaces
过渡金属异质结构的合成是目前新型功能材料设计中最活跃的领域之一。在本文中，我们提出了一个简单的计划来预测\emph{band alignment }和\emph{charge transfer}在复杂的氧化物界面。对于半导体异质结构，带对准规则（如众所周知的Anderson或Schottky-Mott规则）是基于体组分的功函数或电子亲合势的比较。由于最近显示的单一功函数近似的无效性，该方案对于氧化物失效（Phys. Rev. B 93，235116; Adv. Funct. Mater. 26，5471）。在这里，我们提出了一个新的计划，这是建立在一个连续性条件的价态起源于化合物的共享网络的氧。它允许的符号和相对幅度的固有电荷转移的预测，作为输入的唯一信息的组件的批量属性。我们支持我们的索赔的数值密度泛函理论模拟以及（在可用的）实验证据。具体应用包括i）使用4 $d$和5 $d$过渡金属氧化物对SrTiO $_3$层的受控掺杂和ii）通过调谐电荷转移控制锰氧化物中的磁有序。
2016-11-26 cond-mat.mtrl-sci
Hydrogen defects as probes of band alignment in metal-organic frameworks
Center for Computationally Assisted Science and Technology & Department of Physics, North Dakota State University（北达科他州立大学计算辅助科学与技术中心及物理系）
提出利用氢缺陷作为探针，通过定义有效缺陷能级作为电荷中性水平，实现金属有机框架能带结构的绝对能量对齐，并与实验一致。
2026-03-21 cond-mat.mtrl-sci
Band alignment of epitaxial SrTiO3 thin films with (LaAlO3)0.3-(Sr2AlTaO6)0.7 (001)
SrTiO $_{3}$（STO）外延薄膜和异质结构由于其具有广泛的功能而受到人们的极大关注。合金钙钛矿（LaAlO $_{3}$）$_{0.3}$ -（Sr $_{2}$ AlTaO $_{6}$）$_{0.7}$（LSAT）由于其与STO的结构相容性以及在LSAT上生长的STO膜中的应变诱导铁电响应而通常用作这些材料结构的衬底。然而，令人惊讶的是，很少有人知道的STO/LSAT接口的电子特性，尽管它的潜在的重要作用，影响系统的整体电子结构。我们研究的STO/LSAT异质结的能带对准使用X射线光电子能谱学的外延STO薄膜沉积使用两种不同的分子束外延方法。我们发现价带偏移范围从+0.2（1）eV到-0.2（1）eV，取决于膜表面终止。从这些结果中，我们提取了从-2.4（1）eV到-2.8（1）eV的导带偏移，表明导带边缘在STO中更深地束缚，并且LSAT将不充当支撑膜或多层中电子的阱或陷阱。
2015-09-18 cond-mat.mtrl-sci
Efficient Computational Design of 2D van der Waals Heterostructures: Band-Alignment, Lattice-Mismatch, Web-app Generation and Machine-learning
本研究开发了计算数据库、网络应用和机器学习模型，基于DFT生成并分类了226,779种二维异质结，验证了能带对齐结果，以加速光催化剂等新型二维材料的筛选与设计。
2022-09-12 cond-mat.mtrl-sci
Band alignment at metal/ferroelectric interfaces: insights and artifacts from first principles
基于第一性原理理论的最新进展，我们建立了一个金属/铁电界面能带偏移的一般模型。我们表明，根据极化的薄膜，可能会发生一种病态的制度，金属载流子填充的能带的绝缘体，使其金属。由于密度泛函理论最常见的近似值受到绝缘体基本带隙的系统性低估的影响，这种情况很可能是模拟的伪像。我们提供了一些严格的标准，连同广泛的实际例子，系统地确定这个问题的情况下，在计算的铁电系统的电子和结构特性。我们讨论我们的研究结果的背景下，早期的文献研究，在这项工作中所描述的问题往往被忽视。我们还讨论了正式的类比在LaAlO 3/SrTiO 3接口的极性补偿的物理，并建议有前途的途径，为今后的研究。
2011-03-02 cond-mat.mtrl-sci
Tunable Band Alignment with Unperturbed Carrier Mobility of On-Surface Synthesized Organic Semiconducting Wires
分子材料的可调特性使其成为各种未来一代器件的最爱。此外，为了保持目前这些设备小型化的趋势，可能很快就需要脱离目前自上而下的生产方法，自组装似乎是最有前途的替代方法之一。表面合成结合了分子材料和自组装的承诺，以及共价键合结构的坚固性：未来应用的理想场景。根据这一想法，我们报告的功能扩展纳米线的自组装合成。特别地，产物对应于一维有机半导体。由我们的衬底模板提供的单轴对齐使我们能够通过将局部探针与空间平均技术相结合来访问其电子特性的精美细节，包括完整的价带色散。我们展示了如何通过选择性地掺杂分子前体，可以在不损害电荷载流子的迁移率的情况下调整产品的能级排列。
2016-06-24 cond-mat.mtrl-sci
Band alignment and directional stability in abrupt and polar-compensated Si/ZnS interface calculations
我们对[111]、[100]和[110]方向的Si/ZnS界面性质进行了第一性原理研究，包括单取代极性补偿界面。一般界面方向的不对称性对标准计算方法提出了已知的挑战：界面差异的多样性、人工电场和取向稳定性的不确定性。通过将每个不同的接口在各种超级细胞的环境中，我们证明，传播的频带偏移和接口的扩展是可以接受的小合理的细胞长度，消除了需要涉及不适当的假设或计算昂贵的结构的校正。突变的（111）锌双晶界面的取向和离子特性都影响能带排列和界面焓。我们发现补偿和突变的（111）和（100）界面的带偏移位于总宽度大于1.2 eV的强双峰分布上，而（110）带偏移位于分布中点附近。结果表明，生长的宏观（111）界面在微观界面中具有明显的选择性。在大多数生长条件下，极性补偿界面比相应的突变界面更稳定。
2014-10-09 cond-mat.mtrl-sci
Surface termination control of charge transfer and band alignment across a semiconductor-crystalline oxide heterojunction
异质结之间的电荷重新分布长期以来一直被用来诱导材料系统中的功能响应。在这里，我们研究如何终止表面的组合物影响电荷转移的异质结组成的Si和晶体复合氧化物SrTiO 3。由于表面耗尽，Si中的流动电子穿过界面向SrTiO 3的表面迁移。电子转移又产生了一个电场跨越界面，修改与SrTiO 3和Si之间的键合相关联的界面偶极子，导致从II型到III型的能带排列的变化。通过用BaO、SrO或TiO 2的超薄层覆盖SrTiO 3表面，可以减弱或抑制跨界面的电荷转移。从头算模型暗示的驱动表面耗尽SrTiO 3中的氧的吸附。表面和掩埋界面之间的电子耦合扩展了半导体-晶体氧化物异质结的功能。
2023-03-25 cond-mat.mtrl-sci
Hybrid density functional study of band alignment in ZnO/GaN and ZnO/(Ga1-xZnx)(N1-xOx)/GaN heterostructures
ZnO/GAN和相关异质结构中的能带对准对于太阳能收集技术的应用至关重要。在这里，我们报告了我们的密度泛函计算的能带排列和光学性质的ZnO/GAN和ZnO/（Ga 1-xZnx）（N1-xOx）/GAN异质结构使用Heyd-Scuseria-Ernzerhof（HSE）混合功能。我们发现，传统的GGA泛函不仅低估了这些异质结构的带隙，但也带偏移。使用混合泛函计算，我们表明，（Ga 1-xZn x）（N1-xOx）固溶体的直接带隙约为2.608 eV，与实验数据吻合良好。更重要的是，这种固溶体与主体材料形成II型能带排列。提出了一种GAN/（Ga 1-xZnx）（N1-xOx）/ZnO核壳结构太阳电池模型，以提高其对可见光的吸收能力和载流子收集效率。
2012-06-09 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Natural band alignment of $\rm MgO_{1-x}S_{x}$ alloys
本研究通过第一性原理计算了MgO$_{1-x}$S$_x$合金的形成焓、带隙和自然能带对齐，发现其存在大混溶间隙和强带隙弯曲，并预测S含量10-18%时可实现表面电荷转移掺杂，为设计p型氧硫化物材料提供了范例。
2022-12-27 cond-mat.mtrl-sci
Creating a Nanoscale Lateral Heterojunction in a Semiconductor Monolayer with a Large Built-in Potential
设计原子级薄的纳米级横向异质结（HJ）的能力对于为未来的二维（2D）器件技术奠定基础至关重要。然而，通过直接生长两种不同材料的异质结构来产生异质结的传统方法限制了可用的能带偏移，并且仍然不清楚对于2D材料是否可以获得大的内建电势。原子薄的半导体过渡金属二硫属化物（TMDs）的电子性质不是静态的，它们的激子结合能和准粒子带隙强烈地依赖于邻近环境。最近的研究表明，这种效果可以利用工程单层TMD的横向带分布，以创建异质结。在这里，我们展示了在hBN/Ru（0001）衬底的界面处通过插入Se在单层MoSe 2中合成纳米级横向异质结。Se嵌入产生局部hBN/Ru功函数的空间突变调制，其被直接压印到上覆的MoSe 2单层上以产生0.83 eV的大的内建电势。我们空间上解决的MoSe 2带的轮廓和功函数，使用扫描隧道光谱绘制出纳米级的耗尽区。Se嵌入还修改了介电环境，影响局部带隙重整化并使MoSe 2带隙增加~0.26 eV。这项工作表明，环境邻近工程提供了一种强大的方法来间接操纵2D材料的能带分布超出其固有特性的限制，为未来的设备设计提供了途径。
2022-08-09 cond-mat.mtrl-sci
Built-in potential and validity of Mott--Schottky analysis in organic bulk heterojunction solar cells
我们研究了聚（3-己基噻吩-2，5-二基）：[6，6]-苯基-C_（61）丁酸甲酯体异质结（BHJ）太阳能电池的脉冲光电流、温度依赖的电流-电压和电容-电压测量。我们表明，Mott-Schottky（MS）分析从无机器件到有机BHJ太阳能电池的直接转移通常不适合确定内置电位，因为所得电位取决于有源层厚度。脉冲光电流测量使我们能够直接研究的情况下，准平带（QFB）的太阳能电池的大部分。它远低于内建电位，并通过接触处的扩散诱导带弯曲而不同。与MS分析相反，相应的电势与活性层厚度无关，因此与MS分析相比，它是BHJ太阳能电池本体中平带条件的更好测量。
2011-09-26 cond-mat.mtrl-sci
The impact of interfacial chemistry on the band offset of GaAs/Ga$_2$O$_3$ heterostructures
Univ Rennes, INSA Rennes, CNRS, Institut FOTON – UMR 6082（雷恩大学，雷恩国立应用科学学院，法国国家科学研究中心，FOTON研究所）；Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL)（洛桑联邦理工学院）
采用杂化密度泛函理论系统研究GaAs/Ga$_2$O$_3$界面的能带排列，发现界面化学计量决定排列类型：Ga-O富集界面呈II型排列，As和As-O富集界面呈I型排列，归因于界面偶极形成。
2026-06-08 cond-mat.mtrl-sci
Composition and Surface Termination Control Band Alignments in P3HT/Perovskite Heterostructures
Faculty of Engineering and Natural Sciences, Sabanci University（萨班哲大学工程与自然科学学院）；Materials Science and Nano Engineering Program, Sabanci University（萨班哲大学材料科学与纳米工程项目）
通过高通量第一性原理计算，系统研究了820种P3HT/钙钛矿异质结构的能带排列，发现组分和表面终止可调控排列类型，混合阳离子CsMASnBr3稳定形成Type-I结，为界面工程设计提供原则。
2026-09-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Band structure and energy level alignment of chiral graphene nanoribbons on silver surfaces
手性石墨烯纳米带由于其低的带隙和自旋极化边缘态的潜在发展而成为非常有趣的结构。在这里，我们研究了它们在低功函数银表面上的能带结构，并评估了电荷转移对其性质的影响。
2021-07-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Generalized energy band alignment model for van der Waals heterostructures with a charge spillage dipole
针对范德华异质结构能带对齐，提出含电荷溢出偶极的广义线性响应模型，仅用两个输入即可高精度复现DFT结果，适用于高通量筛选。
2025-06-23 cond-mat.mtrl-sci
Band Alignment in Black Phosphorus/Transition Metal Dichalcogenide Heterolayers: Impact of Charge Redistribution, Electric Field, Strain and Layer Engineering
本工作的目的是通过密度泛函理论（DFT）模拟研究电荷重新分布、外加层法向电场、外加应变和层工程对黑磷（BP）/二硫化钼（MoS 2）异质结构能带排列的影响。黑磷是一种p型材料，具有高迁移率，机械灵活性和对层数的敏感性。将其与电负性更强的材料结合，MoS 2导致强载流子限制和II型异质结构。层间的电荷重新分布改变了电子亲合规则所预期的能带排列。所施加的外部场、应变和多个BP层提供在II型范围内的能带对准可调性和/或向I型和III型异质结构的过渡。BP/MoS 2异质结构的可调谐性可用作隧道场效应晶体管、具有可调谐势垒高度的整流二极管、可重构FET和电光调制器。此外，考虑单层BP与其他单层过渡金属二硫属化物（TMD）的异质结构表明实现不同能带排列类型的能力。在我们的模拟中，I型排列被发现与二硒化钨（WSe 2）、二硒化钼（MoSe 2）和二硫化钨（WS 2），以及三硫化铪（HfS 2）和二硒化铪（HfSe 2）的III型排列。
2022-08-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
