Instability of Amorphous Oxide Semiconductors via Carrier-Mediated Structural Transition between Disorder and Peroxide State
在非晶氧化物半导体中，占据价带尾态的受激空穴诱导形成亚稳态O $_2^{2-}$过氧化物缺陷。价带尾态至少部分由O-O ppσ* 分子轨道表征，局域空穴介导的晶格不稳定性导致过氧化物缺陷的形成。随着O-O键的形成，ppσ* 态被提升到导带，两个电子相应地被掺杂到电子基态。从O $_2^{2-}$过氧化态到正常无序态的能垒在混合密度泛函理论中被发现是0.97 eV。空穴介导的形成的亚稳定的过氧化物缺陷和它们的亚稳定性被认为是在非晶氧化物半导体中的负偏压和/或光照应力不稳定性的起源。
2011-12-21 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci
Atomic-Scale Mechanisms of Li-Ion Transport Mediated by Li10GeP2S12 in Composite Solid Polyethylene Oxide Electrolytes
University of Illinois Chicago（伊利诺伊大学芝加哥分校）；Illinois Institute of Technology（伊利诺伊理工学院）
研究通过分子动力学模拟、实验电导率测量和密度泛函理论计算，揭示了LGPS负载对PEO结构及锂离子传输的影响，发现10%以下LGPS负载时电导率呈火山形趋势，超过10%后出现新的传输机制。
2026-03-28 cond-mat.mtrl-sci
Fermi-level mediated acceleration of flash sintering of oxide ceramics
Rice University（莱斯大学）
研究探讨氧化物陶瓷快速烧结中原子层面机制，用第一性原理计算，揭示YSZ中缺陷电荷补偿使费米能级上移加速阳离子迁移，如Zr空位电荷转变降低扩散势垒，该机制可推广，对FS技术理论有重要意义。
2026-07-31 cond-mat.mtrl-sci
Role of Water Molecule in Enhancing the Proton Conductivity on Graphene Oxide at Humidity Condition
最近的实验报告在还原氧化石墨烯（rGO）膜的面内质子传导开辟了一条新的途径，质子交换膜的设计必不可少的燃料电池和化学过滤器。在高湿度条件下，附着在rGO片上的水分子预计将发挥关键作用，但在文献中几乎没有发现这种现象的理论工作。在这项研究中，我们研究质子迁移的水吸附单层和双层rGO片使用第一性原理计算，以揭示其机制。我们设计了一系列的模型，系统地改变还原度和水含量的吸附水的rGO膜，并优化其原子结构在合理的协议与实验，使用密度泛函，占范德华校正。在提出两种不同的运输机制，环氧介导的和水介导的跳跃，我们确定这些在平面质子运输的rGO片的动力学激活障碍。我们的计算表明，水介导的传输是更有可能发生，由于其远低于环氧介导的活化能，并揭示了新的前景，开发高效的固体质子导体。
2018-03-06 cond-mat.mtrl-sci
Surface-charge-mediated Formation of H-TiO2@Ni(OH)2 Heterostructures for High-Performance Supercapcitors
超级电容器或超级电容器由于其高功率密度、高充放电速率和长循环寿命性能而有希望用于高效能量存储应用。为了实现这一目标，在用于高性能超级电容器的材料的设计和制备中，通常需要大的比表面积、高的电子电导率和快速的阳离子嵌入-脱嵌过程。近年来，具有多功能性的核-壳异质结构被认为是超级电容器或超级电容器应用的有前途的材料之一。特别是，一维（1D）核-壳异质结构由于其高度的多功能性和适用性，在纳米级电子学，催化，化学传感和能量转换存储设备中的重要组成部分，引发了极大的科学和技术兴趣。迄今为止，已经研究了各种金属金属氧化物、金属金属、金属氧化物、金属氧化物和金属氧化物导电聚合物。过渡金属氢氧化物Co_3O_4、Co（OH）_2、MnO_2、Mn（OH）_2、NiO、Ni（OH）_2及其通过表面法拉第（氧化还原）反应储能的化合物通常与导电支架结合形成核壳结构。深入的研究表明，过渡金属氢氧化物的活性表面积的增大能够促进表面氧化还原反应并增强电化学性能。因此，具有高表面积的分级多孔结构的可控合成对于能量存储至关重要。
2019-10-09 cond-mat.mtrl-sci
Adsorbate-Mediated Growth of Rare-Earth Oxides on Silicon
在比较研究中，用反应分子束外延法在氯、镓和银钝化的Si（111）上沉积了超薄氧化铈薄膜。这些薄膜的结晶度已被其特征在于由X射线驻波，而氧化态的稀土氧化物（REOx）薄膜和化学界面组合物已被揭示由硬X射线光电子能谱学。使用Cl作为钝化剂导致具有处于3+氧化态的RE金属的高度结晶的REOx膜的外延生长，同时有效地抑制界面处的硅酸盐和氧化硅的形成。相比之下，Ga和Ag的预吸附产量膜的质量较差，在银的情况下，甚至更低的结晶度比没有钝化。进一步的研究表明，Cl-钝化也导致在氧化镧REOx多层膜上的氧化镧薄膜的优异质量，这有利于良好有序的氧化铈的生长。
2013-03-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Redox functionality mediated by adsorbed oxygen on a Pd-oxide film over a Pd(100) thin structure: A first-principles study
采用第一性原理电子结构计算方法，在广义梯度近似下，确定了Pd（100）薄膜上的稳定氧位，其表面晶胞为（sqrt {5} × sqrt{5}）R27 ^circ.吸附的单原子氧进入桥接两个2-重配位的Pd原子的位点或进入桥接2-重配位的Pd原子和4-重配位的Pd原子的位点。CO氧化PdO膜还原和N_2O氧化PdO膜还原的反应能均为放热反应。使用轻推弹性带方法，其中吸附的氧的平移运动的能量势垒可以成为SIM 0.45 eV，这是足够低，以允许在高温下的表面氧的流动性之间的吸附的氧原子的运动进行评估。PdO膜上存在2-折叠配位的Pd原子，其局部结构与用于Suzuki-Miyaura交叉偶联的Pd催化剂的结构相似，从而允许氧的流动性。虽然NO_x（包括NO_2和NO）的还原并不总是由PdO膜催化的，但我们认为，当NO_x和CO的流入持续进行时，当反应循环保持在一个设计良好的氧表面上时，在Pd表面结构上吸附氧的PdO膜可能会发生连续的氧化还原反应。
2009-09-30 cond-mat.mtrl-sci
Peak splitting and bias fields in ferroelectric hafnia mediated by interface charge effects
该研究通过在不同电容器叠层中引入氧化铌层，结合XPS与TEM表征，揭示界面带电空位和电荷俘获形成的偏置场如何导致或消除铁电氧化铪初始态的峰分裂与印记。
2025-03-14 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
High temperature mediated rocksalt to wurtzite phase transformation in cadmium oxide nano-sheets and their theoretical evidence
本文用密度泛函理论研究了化学法生长的CdO薄膜中的高温相变，并进一步研究了相应的电子起源。特别地，通过X射线衍射证实了在900 ℃退火的CdO薄膜中立方岩盐到六方纤锌矿的PT，这与高分辨率透射电子显微术一致。这种高温处理还导致光学带隙从2.2到3.2eV的显著增强，如通过UV-可见光谱所表明的。此外，原子力显微镜和扫描电子显微镜清楚地证明了通过在纤锌矿相氧化镉薄膜中形成纳米片网络的结构演化。X射线吸收谱表明，随着退火温度的升高，Cd 3d和O 1 s的吸收边拐点发生明显的移动，而X射线光电子能谱学表明，随着退火温度的升高，CdO 2相逐渐减少。此外，不同的补充技术，包括卢瑟福背散射，拉曼光谱也被用来了解上述PT及其结构相关性。最后，分子动力学模拟与密度泛函理论计算表明，在布里渊区边界的对称性修改提供了一个简洁的签名，这样的PT在氧化镉薄膜。
2019-04-24 cond-mat.mtrl-sci
Magnetoelectric effect in mixed valency oxides mediated by charge carriers
我们证明了自由载流子的存在下，在一个物质可以产生多铁性行为。也就是说，如果物质具有混合价离子，其可以提供自由载流子并且具有电偶极子和自旋矩，则所有三种类型的长程序（铁磁、铁电和磁电（ME））都可以在低温下发生。这种效应的物理根源是载流子通过自旋-自旋（RKKY）、偶极-偶极和偶极-自旋相互作用介导多铁性行为。我们的相互作用的大小的估计表明，存在一个最佳的载流子浓度，在该浓度下，ME相互作用的强度是最大的，并与自旋-自旋RKKY相互作用的强度相媲美。这允许得出结论，在物质中，其中局部自旋之间的RKKY相互作用不小，可以发生大量的自由载流子介导的ME相互作用。我们的分析表明，在上述物质的无序不抑制多铁性效应。
2008-03-16 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci
Lattice-Distortion-Mediated Proton Pairing and Trapping in Solid State Oxides
Beijing Normal University（北京师范大学）；Chang'an University（长安大学）；Northwestern Polytechnical University（西北工业大学）；Hebei Normal University（河北师范大学）；Shanghai Institute of Ceramics, Chinese Academy of Sciences（中国科学院上海陶瓷研究所）
研究揭示了固态氧化物中晶格畸变介导的质子成对与捕获机制，阐明多质子扩散机制，为提升质子导电性电解质设计提供理论依据。
2025-11-26 cond-mat.mtrl-sci
A Facile Strategy for the Growth of High-Quality Tungsten Disulfide Crystals Mediated by Oxygen-Deficient Oxide Precursors
化学气相沉积（CVD）已被确立为用于大规模合成过渡金属二硫属化物（例如二硫化钨（WS 2））的通用路线。然而，前体组合物对CVD工艺的效率的作用在很大程度上仍然是未知的，有待探索。在这里，我们采用脉冲激光沉积（PLD）在两个阶段的过程中，调整氧化钨（WO 3-x）前体中的氧含量，并证明了氧空位的存在下，在前体膜导致更容易转换从WO 3-x到WS 2。使用基于从头计算密度泛函理论（DFT）计算和实验的联合研究，我们解开，在WO 3-x的氧空位可以作为壁龛，通过硫原子进入晶格，并可能促进WS 2晶体的有效生长。通过单独调节前驱体的化学计量比，WS 2的光致发光发射可以大大增强，而WS 2域的尺寸显著增加。原子分辨率扫描透射电子显微镜（STEM）显示，钨空位是占主导地位的本征缺陷的单层和双层WS 2。此外，我们的数据表明，双层WS 2中的晶界出现在AA'和AB-取向的晶体合并后，而湍流静莫尔图案起源于底部和底层之间形成明显的晶界。原子分辨率的图像显示局部应变积累双层WS 2由于复杂的晶界的竞争效应。我们的研究提供了一种手段来调整前体组合物，以控制横向生长的TMD，同时揭示了不同的途径形成的双层WS 2的晶界的见解。
2022-02-23 cond-mat.mtrl-sci
When Trace Water Dominates: Hydration-Mediated Dielectric and Transport Behaviour in BiFeO$_3$
Ariel University（阿里埃尔大学）
研究痕量水对BiFeO$_3$陶瓷介电弛豫、电荷传输和界面极化特性的影响，发现水含量对介电响应有显著影响，揭示了受限水在氧化物陶瓷中的作用。
2026-03-25 cond-mat.mtrl-sci
Electron-phonon mediated superconductivity in La$_6$Ni$_5$O$_{12}$ nickel oxides
Laboratoire CRISMAT, CNRS UMR 6508, ENSICAEN, Normandie Université（卡昂国立高等化学学院，诺曼底大学）；Unite Mixte de Physique, CNRS, Thales, Université Paris Sud, Université Paris-Saclay（巴黎南大学，巴黎萨克雷大学）
研究揭示La$_6$Ni$_5$O$_{12}$中电子-声子介导的超导机制，通过理论模拟发现CBO绝缘相被淬灭后形成金属相，并计算出与实验一致的临界温度。
2024-07-19 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
Origin and control of ferromagnetism in dilute magnetic semiconductors and oxides
本文综述了磁掺杂杂质半导体和氧化物中空穴介导的铁磁性以及不含价带空穴的材料中高温铁磁性的起源。有人认为，在这些系统中，旋节分解成区域的大和小浓度的磁性组件发生。这种磁性纳米晶体的自组织组装可以通过共掺杂和生长条件来控制。这些多组分系统的功能一起描述了它们在自旋电子学，纳米电子学，光子学，等离子体激元学和热电的应用前景。
2007-11-02 cond-mat.mtrl-sci
Acidity-Mediated Metal Oxide Heterointerfaces: Roles of Substrates and Surface Modification
本研究构建$\rm Pr_{0.2}Ce_{0.8}O_{2-δ}$纳米线阵列模型平台，验证了表面添加剂与衬底的相对酸度可通过空间电荷势和阳离子扩散调制的晶界调控氧化物电导率，为纳米功能氧化物的导电性能设计提供了新策略。
2025-05-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Oxide layer dependent orbital torque efficiency in ferromagnet/Cu/Oxide heterostructures
本研究针对轨道转矩效率的决定机制问题，系统探究不同氧化物下Cu/氧化物界面轨道Rashba-Edelstein效应主导的轨道转矩变化，发现其变化幅度约2倍，且Cu与氧的电子跃迁是关键因素，为界面手性轨道Rashba织构的材料设计提供依据。
2023-07-19 cond-mat.mtrl-sci
Growth of $α-Ga_2O_3$ on $Al_2O_3$ by conventional molecular-beam epitaxy and metal-oxide-catalyzed epitaxy
本研究通过 In 介导的金属氧化物催化外延（MOCATAXY）在 $m$ 面 $Al_2O_3$ 上生长 $α-Ga_2O_3$，相比常规 MBE，显著提升了生长速率、扩大了生长窗口并降低了面外镶嵌展宽。
2023-01-30 cond-mat.mtrl-sci
Mechanism responsible for initiating room temperature ferromagnetism and spin polarized current in diluted magnetic oxides
实现稀磁氧化物（DMO）自旋电子学的主要障碍是与其高TC铁磁性和自旋极化电流相关的未知电子结构以及如何通过制造技术来操纵所需的电子结构。我们证明，微调的电子结构和能带结构可以修改启动DMO性能。有趣的是，在半导体状态下，掺杂的Co离子和氧空位贡献了不可忽略的磁矩;并且这些磁矩之间的磁耦合由局域载流子通过高度自旋极化跳跃输运介导。这些结果揭开了自旋电子特性与理想的电子状态的起源的神话，从而为未来的应用重新打开了大门。
2015-11-09 cond-mat.mtrl-sci
Ionic Disorder-Mediated Exfoliation and Optical Birefringence in a Non-van der Waals Oxide
本研究通过离子紊乱介导的剥离技术，开发出具有高光学双折射的非vdW光学材料NZTO，为离子传输与光学控制的融合提供了新平台。
2025-12-10 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Frequency Dependence of Magnetoelectric Interactions in Layered Structures of Ferromagnetic Alloys and Piezoelectric Oxides
磁致伸缩相和压电相的层状结构中的磁电（ME）相互作用由机械变形介导。在这里，我们讨论的双层和三层的Permendur，铁磁合金，和锆钛酸铅的ME耦合的频率依赖性。ME电压系数与频率曲线的数据显示，在机电谐振的巨大ME耦合。90 V/cm Oe的最大电压系数比低频值高三个数量级。横向场的ME相互作用比纵向场强一个数量级。这些结果与理论相符。因此，共振ME效应是一种提高复合材料中磁场-电场转换效率的新工具。
2003-07-09 cond-mat.mtrl-sci
Thin Film Growth Effects on Electrical Conductivity in Entropy Stabilized Oxides
熵稳定化作为一种新的材料设计方法受到了广泛的关注。这一领域的大部分工作都集中在块体陶瓷加工上，而熵稳定薄膜的研究相对较少。多晶（Mg $_{0.2}$ Co $_{0.2}$ Ni $_{0.2}$ Cu $_{0.2}$ Zn $_{0.2}$）O薄膜通过脉冲激光沉积（PLD）沉积的广泛的多变量调查后，在这里示出，衬底温度和沉积压力对膜织构和晶格参数具有强烈的和可重复的影响。进一步的分析表明，在较低温度和较低氧室压力下沉积的膜的导电性比在较高温度和压力下生长的其他相同膜高$\sim$ 40倍。这种电子电导率被假设为是由过渡金属价态变化介导的极化子跳跃的结果，该过渡金属价态变化补偿了氧的非化学计量。
2020-06-25 cond-mat.mtrl-sci
Factors controlling oxygen interstitial diffusion in the Ruddlesden-Popper oxide La2-xSrxNiO4+delta
Ruddlesden-Popper（RP）氧化物作为氧交换和传输材料的发展将受益于对氧如何通过这些材料传输的机理的理解。使用密度泛函理论，我们发现有两种不同的氧间隙扩散机制，涉及两种不同的氧间隙物种，可以在La 2-xSrxNiO 4 + δ，我们相信，在超化学计量RP氧化物一般是活跃的。第一种机制是先前提出的扩散氧化物介导的机制，其由扩散氧化物介导的机制组成。第二种机制是新发现的，在这项工作中，由氧化物和过氧化物间隙物种。这种机制表现出类似的或可能低于高氧化态的迁移势垒比的双金属性机制。氧化物间隙和过氧化物间隙之间的相对稳定性的变化是导致氧间隙扩散的机制。氧化物和过氧化物的稳定性以及两种氧扩散机制之间的竞争对系统的总体氧化状态敏感。因此，氧扩散机制是材料组成、氧非化学计量、操作温度和氧分压的函数。我们还研究了外延应变对两种氧扩散机制的影响，并发现高达2%的拉伸和压缩外延应变对氧间隙形成、迁移和活化能的影响小于100 meV/（%应变），并且对于-2%至+2%的外延应变，总可实现的活化能降低可能小于100 meV。间隙氧扩散的因素，提出的理解有显着的影响，在许多替代能源技术的RP氧化物的工程。
2018-10-11 cond-mat.mtrl-sci
Using ultrashort optical pulses to couple ferroelectric and ferromagnetic order in an oxide heterostructure
利用时间分辨二次谐波（SHG）技术研究铁电/铁磁氧化物异质结构，实现了超快时间尺度上电磁序耦合的全光检测和控制.我们利用飞秒光脉冲改变Ba $_{0.1}$ Sr $_{0.9}$ TiO $_{3}$（BSTO）/La $_{0.7}$ Ca $_{0.3}$ MnO $_{3}$（LCMO）异质结的自旋取向，并利用二次谐波选择性地探测铁电响应。在这种异质结构中，泵浦脉冲光激发LCMO中的非平衡准粒子，这些准粒子在几十皮秒的时间尺度上经历自旋晶格弛豫之前与声子快速相互作用。这减少了LCMO中的自旋-自旋相互作用，通过磁致伸缩对BSTO施加应力。然后，这通过压电效应在比从LCMO到BSTO的激光诱导热扩散快得多的时间尺度上修改FE极化。因此，我们已经证明了超快间接磁电效应介导的FE/FM异质结构通过弹性耦合，与时间尺度主要由自旋晶格弛豫FM层。
2015-01-08 cond-mat.mtrl-sci
Emergent electric field control of phase transformation in oxide superlattices
电场可以改变材料的结构和性质，从而实现从电池到自旋电子学的各种应用。近年来，电解门控技术被认为是实现电场控制相变的有效手段，它可以产生大电场和电压驱动的离子转移。过渡金属氧化物（TMO）类提供了许多在电解选通下呈现强响应的潜在候选物。然而，很少有在室温下显示可逆的结构转变。在这里，我们报告实现了一个数字合成的TMO，显示了一个可逆的，电场控制的不同晶相之间的转换在室温下。在超晶格组成的交替一个单晶胞的SrIrO3和La0.2Sr0.8MnO3，我们发现一个可逆的相变与7%的晶格变化和戏剧性的调制的化学，电子，磁性和光学性质，介导的氧和氢离子的可逆转移。引人注目的是，这种相变是不存在的组成氧化物，固溶体和较大的周期超晶格。我们的发现为电压控制功能开辟了一类新的材料。
2020-02-25 cond-mat.mtrl-sci
Electron Localization Enhances Cation Diffusion in Transition Metal Oxides: An Electronic Trebuchet Effect
离子扩散是材料制造、形变、相变、结构稳定性和电化学器件等物理过程的核心部分。传统的理论侧重于介导扩散的缺陷，并解释了它们的人口如何受到氧化，还原，辐照和掺杂的影响，可以增强扩散。然而，我们发现同样的影响也可以在几个典型的过渡金属氧化物中将它们的迁移率提高几个数量级。第一性原理计算从根本上将后一种观察与迁移离子的局部结构联系起来，迁移离子的局部结构固有地柔软并且具有破缺的对称性，使其容易受到电子或空穴局部化的影响，从而实现较低的鞍点能量。这一发现解决了过去30年来物理陶瓷领域的一个悬而未决的问题：为什么在还原氧化锆、二氧化铈和结构相关的陶瓷中，阳离子扩散与经典非化学计量缺陷物理学的预测相反？它还表明，使负U态成为可能的鞍点电子-声子相互作用类似于使投石机成为可能的配重效应。这个简单的过渡态图像解释了为什么经常发生由自由基离子迁移介导的增强动力学，特别是在极端条件下。
2019-08-20 cond-mat.mtrl-sci
Remarkably Enhanced Dynamic Oxygen Migration on Graphene Oxide Supported by Copper Substrate
氧化石墨烯（GO）的动态共价性质是广泛的科学领域和技术应用的基本兴趣。获得用于可逆地断裂/重整GO上的氧官能团的共价键的可行的动态反应仍然是一个挑战，尽管这些反应可以通过光子或机械途径诱导，或者通过吸附的水介导。利用密度泛函理论计算，我们证明了在铜衬底支撑的氧化石墨（GO@copper）上，氧的动态迁移过程明显增强，并伴随着相邻环氧基和羟基之间的C-O键断裂反应和质子转移.与GO上相比，GO@ Cu上氧迁移的能垒大大降低，其能垒小于或相当于热涨落，同时GO与铜衬底之间的晶体匹配诱导了GO@ Cu上新的氧迁移路径。这项工作有助于理解金属基底增强的GO动力学性质，并证明了调整二维界面氧基团活性以用于各种潜在应用的策略。
2022-01-26 cond-mat.mtrl-sci
Effect of Edge Roughness on Electronic Transport in Graphene Nanoribbon Channel Metal Oxide Semiconductor Field-Effect Transistors
报道了量子力学模拟结果，研究了石墨烯纳米晶金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）中边缘无序对输运的影响。边缘无序的添加显著降低了导通状态电流并增加了截止状态电流，并且在器件之间引入了广泛的可变性。这些效果会随着色带宽度的增加和边缘的平滑而减小。然而，带隙随着宽度的增加而减小，从而增加了带间隧穿介导的亚阈值漏电流，即使是完美的纳米带。这些结果表明，如果在制造过程中没有原子级精确的边缘控制，通过使用石墨烯来实现MOSFET性能增益将是困难的。
2007-12-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Large magnetoelectric coupling in multiferroic oxide heterostructures assembled via epitaxial lift-off
外延过渡金属氧化物膜的应变相关功能特性可以通过衬底选择来显著地修改。然而，大的晶格失配阻碍了铁电衬底上的无位错外延生长，其应变状态被施加的电场改变。在这里，我们克服了这种失配的问题，通过沉积的外延膜的铁磁La0.7Sr0.3MnO3的晶格匹配SrTiO 3的单晶衬底上通过SrRuO 3，我们随后溶解的膜，允许无应变的La0.7Sr0.3MnO3的铁电衬底的0.68Pb（Mg 1/3 Nb 2/3）O3 0.32PbTiO 3在不同的晶体取向的转移。铁电畴切换，和伴随的铁电相变，产生大的非易失性的磁化强度的变化，介导的磁畴旋转在由微结构定义的位置-揭示通过高分辨率的矢量图的磁化强度从光电子显微镜数据构建，与X射线磁性圆二色性的对比。在未来，我们的方法可能会被利用来控制任何成分的位错自由外延膜的功能特性。
2020-06-02 cond-mat.mtrl-sci
Enhanced thermal stability of SiGeSn by suppressing surface-mediated degradation
École Polytechnique de Montréal（蒙特利尔高等理工学院）
本研究通过原位光谱椭圆偏振法发现，超薄氧化物覆盖层可抑制SiGeSn合金表面Sn传输，从而显著提升其热稳定性，为亚稳IV族合金在硅光子学中的集成提供了实用途径。
2026-09-18 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Hydrogen-doping mediated solid state thermal switch
本研究通过氢掺杂调控NdNiO₃薄膜热导率，证实高浓度氢可完全抑制电子热贡献并将声子贡献减半，为固态热开关等器件设计提供关键依据。
2024-05-14 cond-mat.mtrl-sci
Multifunctional Oxide Nanosheets: Frictional, Hall, and Piezoelectric Deformation of 2D Ga2O3
本研究针对二维氧化物多功能特性研究不足的问题，采用多种AFM技术探究β-Ga₂O₃纳米片的摩擦、输运及机电特性，揭示其偏压可调摩擦、超宽禁带及缺陷诱导压电响应等特性，为多功能氧化物纳米器件提供新平台。
2025-10-02 cond-mat.mtrl-sci
Self-ordered Mo-oxide Nanotube Arrays as Precursor for Aligned MoOx/MoS2 Core-Shell Nanotubular Structures with a High Density of Reactive Sites
在目前的工作中，我们证明了自组织形成的阳极钼氧化物纳米管阵列生长在钼片在适当的电化学条件下，在甘油/NH 4F电解质。所得到的非晶管可以通过退火到MoO 2或MoO 3来结晶。然后，管壁可以进一步完全或部分硫化成Mo硫化物，以形成垂直排列的MoOx/MoS 2纳米管的有序阵列。在优化的条件下，限定的MoS 2片以逐层低角度之字形排列形成在氧化物壁上，其提供高密度的反应性堆垛层错。这些核-壳纳米管阵列由具有导电低氧化物核和功能性高缺陷密度MoS 2涂层的管组成，对于诸如电催化（析氢）或离子插入装置的应用是非常有前途的。
2016-10-20 cond-mat.mtrl-sci
Amplified Photocurrent in Heterojunctions comprising Nano-rippled Zinc Oxide and Perovskite-inspired Cs3Cu2I5
本研究通过引入精确优化的ZnO纳米波纹结构，改善Cs3Cu2I5光电探测器中的电荷传输路径，显著增强光电流，为低导电性0D材料在光电子和物联网传感中的应用开辟了新途径。
2025-10-27 cond-mat.mtrl-sci
Reproducible Performance Improvements to Monolayer MoS2 Transistors through Exposed Material Forming Gas Annealing
金属介导的剥离已被证明是一种很有前途的方法，用于获得大面积薄片的二维材料，以制造原型纳米电子。然而，必须克服与2D材料和栅极氧化物的界面处的有机污染相关的若干处理挑战，以实现具有高产率的鲁棒器件。在这里，我们展示了一个优化的过程，实现高性能的场效应晶体管（FET）阵列从大面积（~5000 μ m2）单层二硫化钼的产量为85%。该工艺的中心要素是暴露材料形成气体退火（EM-FGA），其导致均匀的FET性能度量（即，场效应迁移率、阈值电压和接触性能）。补充的分析测量表明，EM-FGA工艺通过减少有机污染来减少有害的沟道掺杂效应，同时还减少了绝缘氧化钼的存在，有效地改善了MoS 2-栅极氧化物界面。通过在大面积2D材料薄片上应用EM-FGA技术实现的均匀FET性能指标和高器件成品率将有助于推进复杂2D纳米电子器件的制造，并表明需要改进2D材料-栅极氧化物界面的工程设计。
2019-04-03 cond-mat.mtrl-sci
A Stepped Oxide Hetero-Material Gate Trench Power MOSFET for Improved Performance
在这项工作中，我们提出了一种新的阶梯氧化物异质材料沟槽（SOHMT）功率MOSFET的三个部分的沟槽栅极（一个N+多晶硅栅极夹在两个P+多晶硅栅极），并具有不同的栅极氧化物厚度（从源极侧增加到漏极侧）。不同的栅极氧化物厚度用于同时实现（i）对沟道电荷的良好栅极控制和（ii）较小的栅极到漏极电容的目的。因此，我们获得了更高的跨导以及更小的开关延迟，使所提出的器件既适合RF放大又适合高速开关应用。另外，具有不同功函数栅极材料的夹层栅极修改沟道中的电场分布，从而导致改进的击穿电压。使用二维模拟，我们已经表明，所提出的器件结构表现出约32%的击穿电压增强，25%的开关延迟减少，20%的峰值放大和10%的品质因数（导通电阻和栅极电荷的产品）减少相比，传统的沟槽栅MOSFET。
2010-08-18 cond-mat.mtrl-sci
Contrary Effect of B and N Doping into Graphene and Graphene Oxide Heterostructures with MoS$_2$ on Interface Function and Hydrogen Evolution
二硫化钼（MoS $_2$）作为一种高效、低成本的制氢光催化剂受到关注，但其电导率低，光生载流子复合率高。在这项工作中，我们研究了MoS $_2$异质结构与石墨烯变体（GV），包括石墨烯，氧化石墨烯，以及它们的硼和氮掺杂的变体，通过使用第一性原理计算。对石墨烯和氧化石墨烯复合材料进行了系统的比较，阐明了B和N掺杂对界面功能和析氢的相反影响。我们发现，在形成的接口的一些量的电子电荷转移从GV侧的MoS $_2$层，诱导界面偶极子的创建和功函数的减少，这是更明显的氧化石墨烯复合材料。此外，我们的研究结果表明，N掺杂通过形成施主型界面态来增强界面功能，而B掺杂通过形成受主型界面态来降低这些功能。然而，B掺杂体系表现出较低的吉布斯自由能差的GV侧的氢吸附比N掺杂体系，这值得考虑在新的功能光催化剂的设计。
2020-11-25 cond-mat.mtrl-sci
Anomalous conduction band fluctuation in silicon carbide metal-oxide-semiconductor structures revealed by electrical characterization of field effect transistors combined with self-consistent numerical calculations
通过数值计算再现了碳化硅（SiC）金属氧化物半导体（MOS）场效应晶体管（MOSFET）的实验电流-电压特性，确定了其导带边附近的界面态密度（$D_{\rm it}$）分布。在计算中，通过求解泊松方程和薛定谔方程，分别计算了反型层中的势分布和能量子带。我们证明，MOSFET的栅极特性很好地描述了考虑的界面态是由自由电子态密度的波动在一个二维系统。的$D_{\rm it}$分布几乎是唯一确定的氧化物形成过程（氧化或界面氮化）和独立的受体浓度（$3\times10^{15}-1\times10^{18}\ {\rm cm^{-3}}$）。
2019-04-18 cond-mat.mtrl-sci
Novel Reconfigurable Logic Gates Using Spin Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistors
我们提出并数值模拟采用自旋金属氧化物半导体场效应晶体管（自旋MOSFET）的新型可重构逻辑门。自旋MOSFET的输出特性取决于源极和漏极的铁磁接触的相对磁化配置，即，平行磁化中的高电流驱动能力和反平行磁化中的低电流驱动能力[S. Sugahara和M. Tanaka：Appl. Phys. Lett. 84（2004）2307]。可重构NAND/NOR逻辑门可以通过使用自旋MOSFET作为具有神经元MOS输入级的互补MOS（CMOS）反相器的驱动器或有源负载来实现。其逻辑功能可以通过改变自旋MOSFET的铁磁源极和漏极的相对磁化结构来切换。一个用于所有对称布尔函数的可重构逻辑门可以仅使用包括四个自旋MOSFET的五个CMOS反相器来配置。这些可重构逻辑门的操作通过使用自旋MOSFET的简单器件模型的数值模拟来确认
2004-09-10 cond-mat.mtrl-sci
A spin metal-oxide-semiconductor field-effect transistor using half-metallic-ferromagnet contacts for the source and drain
我们提出并理论分析了一种新型的金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）类型的自旋晶体管（以下简称为自旋MOSFET）的MOS栅极结构和半金属铁磁体（HMF）的源极和漏极接触。当HMF源极和漏极之间的磁化配置平行（反平行）时，从HMF源极注入到沟道的高度自旋极化的载流子被传输到HMF漏极中（被HMF漏极阻挡），导致依赖于磁化配置的输出特性。我们的二维数值分析表明，自旋MOSFET表现出高（低）电流驱动能力的平行（反平行）磁化，并可以获得非常大的磁流比。此外，自旋MOSFET满足了"自旋电子"集成电路的其他重要要求，例如高放大能力、低功率延迟积和低截止电流。
2003-10-27 cond-mat.mtrl-sci
Chemo-Mechanical Phase-Field Modeling of Iron Oxide Reduction with Hydrogen
用碳载体还原铁矿石是该行业最大的温室气体排放源之一，促使全球活动以氢基直接还原（HyDR）取代焦炭基高炉还原。氢还原铁氧化物已在实验和理论上进行了广泛的研究。该过程包括多种类型的化学反应、固态和缺陷介导的扩散（通过氧和氢物种）、几种相变以及大量体积收缩和机械应力积累。本文建立了化学-机械耦合相场（PF）模型，探讨了相变、化学反应、组分扩散、大弹塑性形变和微观结构演化之间的相互作用。该模型的能量本构关系是基于系统的自由能，这是校准的热力学数据库的帮助下。该模型已首次应用于经典的核-壳（方铁矿-铁）结构。模拟结果表明，从方铁矿到α-铁的相变可以导致高应力和快速减速的反应动力学。机械应力可以向系统贡献弹性能量，使得相变困难。因此，观察到缓慢的反应动力学和低金属化。然而，如果应力变得相对较高，则可以将自由能的形状从双阱情况转移到单阱情况，并加速转变。该模型已被进一步应用于模拟一个实际的氧化铁试样，其复杂的微观结构，其特征在于电子显微镜。模拟结果表明，在微观结构中的孤立的孔隙充满水蒸气在还原过程中，影响当地的反应气氛和动力学的效果。
2021-11-22 cond-mat.mtrl-sci
Electrically induced negative differential resistance states mediated by oxygen octahedra coupling in manganites for neuronaldynamics
针对低功耗计算硬件需求，本研究在LSMO/LAO异质结中实现两种负微分电阻态，构建了振荡器与漏电积分发放人工神经元，并通过材料建模揭示了氧八面体耦合机制，确立了LSMO在神经形态计算中的重要地位。
2025-01-31 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Ferroelectric metal-oxide-semiconductor capacitors using ultrathin single crystalline SrZrxTi1-xO3
多功能氧化物在半导体上的外延生长已经开辟了将新功能引入半导体器件技术的途径。特别是，集成在半导体上的铁电材料可能会导致低功率场效应器件，可用于逻辑和存储器。铁电金属氧化物半导体（MOS）电容器的发展是实现这种场效应器件的关键，其中铁电栅极的极化耦合到半导体沟道的表面电势。在这里，我们表明，铁电MOS电容器可以实现使用单晶SrZrxTi 1-xO 3（x = 0.7），已外延生长在Ge上。我们发现，SrZrxTi 1-xO 3的铁电性能是非常强大的，作为栅极层薄至5 nm对应的等效氧化物厚度仅为1.0 nm表现出一个~ 2 V的滞后窗口的电容-电压特性。具有纳米栅厚度的铁电MOS电容器的发展为纳米电子器件开辟了新的前景。
2017-03-01 cond-mat.mtrl-sci
Dinitrosyl formation as an intermediate stage of the reduction of NO in the presence of MoO_3
我们目前的密度泛函理论和赝势方法的框架下的第一性原理计算，旨在模拟的中间阶段的还原NO在MoO $_3$（010）的存在下。特别是，我们研究了形成二亚硝酰基，这被证明是一个重要的中间阶段，在催化还原。我们发现，一个氧的MoO $_3$的NO的替代是积极有利的，该系统进一步降低其能量的形成（NO）$_2$。此外，吸附的二亚硝酰基的几何形状和电荷分布表明两个氮原子和两个氧原子之间的金属氧化物介导的耦合。我们讨论了二亚硝酰基的形成机制和氧化物在反应中的作用。
2003-02-10 cond-mat.mtrl-sci
Tunable and Persistent Macroscopic Polarization in Nominally Centrosymmetric Defective Oxides
本研究通过在中心对称CGO薄膜中制造宏观电荷不对称性，利用氧空位重分布实现可切换且持久的极化，产生约180 μC·m⁻²·K⁻¹的热释电系数，为开发可持续极性薄膜材料提供新途径。
2025-09-26 cond-mat.mtrl-sci
Impact of charge transition levels on grain boundary properties in acceptor doped oxide ceramics: A phase-field study
Technische Universität Darmstadt（达姆施塔特工业大学）；IMDEA Materials（IMDEA材料研究所）；Karlsruhe Institute of Technology（卡尔斯鲁厄理工学院）；RWTH Aachen University（亚琛工业大学）；Max Planck Institute for Solid State Research（马克斯·普朗克固体的研究研究所）；University of Stuttgart（斯图加特大学）
本文通过相场模型研究电荷跃迁能级对空间电荷层演变的影响，揭示其在控制晶界性质中的作用，提出了一种与缺陷化学一致的模型，用于分析电荷跃迁能级对空间电荷层形成的影响。
2026-04-08 cond-mat.mtrl-sci
Spin-dependent transport properties of a GaMnAs-based vertical spin metal-oxide- semiconductor field-effect transistor structure
我们制作了一个垂直自旋金属氧化物半导体场效应晶体管（spin-MOSFET）结构，它是由外延单晶异质结与铁磁半导体GaMnAs源/漏构成，并研究了它的自旋相关输运性质。在3.5K下，栅源电压为+或-10.8V时，漏源电流IDS可调约为+或-0.5%;改变GaMnAs源/漏的磁化结构，IDS可调高达60%。磁电阻比在自旋MOSFET的先前的研究中获得的两个数量级以上。我们的结果表明，当器件尺寸减小到亚微米或纳米尺度时，垂直结构是自旋MOSFET最有希望的候选结构之一。
2015-10-26 cond-mat.mtrl-sci
High Dielectric Ternary Oxides from Crystal Structure Prediction and High-throughput Screening
新型高介电材料的开发对于现代电子学的进步至关重要。氧化物是一类具有高介电常数和大禁带宽度的高介电材料，被认为是最有前途的高介电材料。以往对高介电常数的研究大多局限于已知材料。在这项研究中，我们进行了广泛的搜索，高掺杂超过一组三元氧化物相结合的晶体结构预测和密度泛函微扰理论计算。从这次搜索中，我们采用了多阶段筛选，以确定440个新的低能量高介电材料。在这些材料中，有33种被认为是有利于现代设备应用的潜在高性能材料。我们的研究为结合晶体结构预测和高通量筛选探索新型高介电材料开辟了一条途径。
2019-09-09 cond-mat.mtrl-sci
Spin mediated enhanced negative magnetoresistance in Ni80Fe20 and p-silicon bilayer
在这项工作中，我们提出了一个实验研究自旋介导的增强负磁电阻在Ni_（80）Fe_（20）（50 nm）/p-Si（350 nm）双层。电阻测量显示，对于3 T的面外施加的磁场，双层样品的电阻降低约2.5%，而氧化物样品上的Ni 80 Fe 20（50 nm）的电阻降低1.3%。在Ni_（80）Fe_（20）薄膜中，负磁电阻效应归因于各向异性磁电阻效应。我们认为自旋霍尔效应引起的自旋极化是双层膜中观察到的负磁电阻增强的根本原因。硅具有弱的自旋轨道耦合，因此自旋霍尔磁阻测量是不可行的。我们用V2ω和V3ω作为磁场和磁场在垂直于电流方向上的角旋转的函数来解释自旋霍尔效应。磁场的角旋转对V2ω和V3ω都表现出正弦行为，这归因于自旋-霍尔效应介导的自旋极化引起的自旋-声子相互作用。我们认为自旋极化导致空穴-声子散射的减少，从而导致负磁电阻的增强。
2017-01-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Ambient condition production of high quality reduced graphene oxide
还原氧化石墨烯成为应用于各种光学、电子和传感器器件的最受欢迎的材料之一。尽管已经报道了许多用于还原氧化石墨烯合成的方法，但它们通常会引起与其效率，质量和环境影响相关的问题。这项工作展示了一种简单，环保和有效的方法，在环境条件下使用纳秒红外激光照射还原氧化石墨烯。结果，拉曼谱带强度比I（G）/I（D）为4.59，平均微晶尺寸为~90 nm。这种石墨烯的质量比大多数现有方法所能达到的质量更高。此外，所展示的还原技术允许选择性还原氧化石墨烯并控制材料表面上官能团的量。根据所提出的技术制造的气体传感器有效地检测NO $_2$、NH $_3$和H $_2$ S，灵敏度低至10 ppm。
2018-05-07 cond-mat.mtrl-sci
Origin of ferromagnetic response in diluted magnetic semiconductors and oxides
本文综述了目前对稀磁半导体、稀磁氧化物以及一些名义上无磁材料铁磁响应起源的认识。有人认为，这些系统可以分为四类。第一种属于复合材料，其中已知的铁磁性、亚铁磁性或反铁磁性化合物的沉淀物在高温下具有磁性特征。第二类形成的合金显示出化学纳米级的相分离成区域与小和大浓度的磁性成分。第三类属于（Ga，Mn）As、重掺杂p-（Zn，Mn）Te和相关半导体。在这些固溶体中，建立在p-d Zener空穴介导铁磁性模型和Kohn-Luttinger kp理论或多轨道紧束缚方法上的理论定性地描述了许多相关性质，并且通常定量地描述了许多相关性质。最后，在一些载流子掺杂的DMS和DMO之间的竞争长程铁磁和短程反铁磁相互作用和/或接近的本地化边界导致电子纳米级的相分离。
2007-11-02 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Phase evolution of layered cobalt oxides versus varying corrugation of the cobalt-oxygen basal plane
利用密度泛函方法对一类新近合成的层状钴氧化物（LCO）提出了一个普遍的自旋态模型和一个定性的物理图像。随着钴氧层的平面晶格常数的减小，LCO从高自旋（HS）超交换耦合反铁磁（AFM）绝缘体演变为几乎HS AFM/铁磁（FM）竞争系统，其中FM耦合通过p-d交换介导，主要具有平面O 2 p特征的离域pdσ空穴的数量增加。初步认为，在波纹弱化的LCO中，每个CoO_{2}基底正方形中超过0.3个的离域孔可能是绝缘体-金属和/或AFM-FM转变所必需的。可以通过经由钴-氧层两侧上的相邻层的离子尺寸变化来改变平面介电常数（从而修改空穴浓度），在LCO中实现相位控制。此外，还提出了一些实验来检验本模型和图像。
2002-10-17 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Oxygen-deficiency-driven phase segregation enables enhanced hole transport in amorphous tellurium oxides
Institute for Materials Research, Tohoku University（东北大学物质材料研究所学）；Organization for Advanced Studies, Tohoku University（东北大学先进研究机构）
通过机器学习加速的从头算分子动力学和杂化泛函缺陷计算，发现氧缺乏导致非晶碲氧化物中形成互穿的非晶Te和非晶TeO₂纳米域，其中Te空位提供空穴，而Te-5p渗流路径实现高迁移率空穴传输。
2026-06-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Flexible transistors exploiting P3HT on paper substrates and graphene oxide films as gate dielectrics: proof of concept
在本文中，我们报告：GO在水溶液中作为栅极介电材料的用途，其在基于有机半导体的MOS晶体管中的应用，以及纸作为衬底材料的用途。
2013-02-06 cond-mat.mtrl-sci
