Defect calculations in semiconductors through a dielectric-dependent hybrid DFT functional: the case of oxygen vacancies in metal oxides
我们研究了三种不同的金属氧化物半导体（金红石型和金红石型TiO 2，单斜晶系WO 3，和四斜晶系ZrO 2）中的氧空位的行为，使用最近提出的混合密度泛函方法，其中确切的交换分数是材料依赖的，但在自洽方案中获得从头算。特别是，我们计算相对于氧空位缺陷的电荷跃迁能级，并将计算的光学和热激发/发射能量与现有的实验结果进行比较，从而揭示潜在的激发机制和相关材料特性。我们发现，这种新的方法是能够再现不仅基态性能和能带结构的完美的大块氧化物材料，但也提供了与相应的亚化学计量缺陷系统中观察到的光学和电学行为一致的结果。
2015-09-13 cond-mat.mtrl-sci
Native point defects and low $p$-doping efficiency in $Mg_2 (Si,Sn)$ solid solutions: A hybrid-density functional study
我们进行混合密度泛函计算，调查带电的缺陷形成能量的原生点缺陷的$Mg_2 Si$，$Mg_2 Sn$，和它们的固溶体。通过混合密度泛函的带隙校正被发现是至关重要的，以确定在这些材料中的带电缺陷密度。对于$Mg_2 Si$，$Mg$材料占主导地位，并提供无意的$n$型导电性。另外，由于$Mg$空位可以在$Mg$贫乏的$Mg_2 Sn$中占主导地位，因此对于$Mg_2 Sn$，$p$型导电性是可能的.然而，在$Mg_2 Sn$中存在低形成能缺陷如$Mg_{Sn}^{1+}$和$I_{Mg}^{2+}$及其扩散可引起空穴载流子的严重电荷补偿，导致低的$p$型掺杂效率和热退化。我们的研究结果表明，除了非本征掺杂策略，合金化的$Mg_2 Si$与$Mg_2 Sn$下$Mg$ -穷人的条件将是必要的，以提高$p$型导电性与较少的电荷补偿。
2020-09-14 cond-mat.mtrl-sci
First-principles calculations of defects in metal halide perovskites: a performance comparison of density functionals
金属卤化物钙钛矿半导体具有优异的光电性能。虽然这些钙钛矿在电子上是缺陷容忍的，但缺陷会妨碍它们的长期稳定性并导致退化。密度泛函理论（DFT）计算是揭示缺陷的微观结构的重要工具，但是结果受到DFT泛函中使用的不同近似的影响。在金属卤化物钙钛矿的情况下，已经报道了具有不同泛函的定性不同的结果，预测空位或间隙点缺陷是最主要的。在这里，我们进行了广泛的泛函计算的平衡缺陷形成能量和点缺陷的原型金属卤化物钙钛矿，MAPbI $_3$的浓度进行了全面的比较。我们发现，它是必不可少的，包括远程范德瓦尔斯相互作用的功能，这是至关重要的，以自我一致的优化结构和体积的所有化合物参与缺陷的形成。为了计算平衡形成能量的点缺陷的MAPbI $_3$和类似的金属卤化物钙钛矿，我们认为，所涉及的物种的化学势的精确值，或本征费米能级，是不重要的。与简单的Schottky或Frenkel图相比，我们发现主要缺陷是MA和I空位以及Pb空位。
2021-09-01 cond-mat.mtrl-sci
Native point defects and carbon clusters in 4H-SiC: A hybrid functional study
我们报告的第一性原理计算，澄清的形成能量和电荷跃迁水平的原生点缺陷和碳团簇在4 H多型碳化硅（4 H-SiC）在富碳条件下。我们采用了一种混合功能，再现SiC的实验带隙以及提供可靠的缺陷特性。对于点缺陷，我们调查了单空位，反位，和相关网站上的Si和C的晶体。对于碳团簇，我们系统地将两个额外的C原子引入到完美的4 H-SiC晶格中，去除Si原子和不去除Si原子，并进行结构优化以确定稳定的缺陷构型。我们发现，中性Si反位是积极有利的Si点缺陷在很宽的范围内的费米能级位置周围的本征制度，而带负电荷的Si空位和带正电荷的Si间隙的网站上包围的三个Si和三个C原子成为有利的n型和p型条件下，分别。对于C点缺陷，中性C反位是有利的本征和n型条件下，而带正电的C空位成为有利的p型条件下。我们还发现，一个二碳反位是更有利的比一个C-分裂间隙，这是最稳定的形式的单碳化合物。
2019-01-17 cond-mat.mtrl-sci
Identifying defect-tolerant semiconductors with high minority carrier lifetimes: Beyond hybrid lead halide perovskites
甲基铵卤化铅（MAPbX3）钙钛矿的出现促使识别引起异常的体传输性质的独特性质，并识别具有类似性质的未来材料。在这里，我们提出，这种“缺陷容限”出现从基本的电子结构特性，包括轨道特性的传导和价带极值，有效质量，和静态介电常数。我们使用MaterialsProject.org搜索和详细的电子结构计算来证明MAPbX 3以外的其他材料的这些特性。这种材料发现的框架可以更广泛地应用，以加速基于对最近成功的新兴理解的新半导体的发现。
2015-05-21 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
Characterization of the nitrogen split interstitial defect in wurtzite aluminum nitride using density functional theory
采用Heyd-Scuseria-Ernzerhof混合密度泛函理论平面波超原胞方法对纤锌矿型氮化铝中氮分裂间隙缺陷的几何结构、形成能、跃迁能级和超精细张量进行了研究.计算的超精细张量可以为电子顺磁共振测量提供有用的指纹。
2014-11-26 cond-mat.mtrl-sci
Antisite traps and metastable defects in Cu(In,Ga)Se2 thin-film solar cells studied by screened-exchange hybrid density functional theory
屏蔽交换杂化密度泛函理论的电子结构计算表明，CuInSe 2和CuGaSe 2中的Cu（In，Ga）反位都是局域空穴陷阱，这可以归因于实验观察到的N2能级.相反，GaCu反位及其与铜空位的缺陷复合物表现出电子陷阱能级，这可以限制富Ga Cu（In，Ga）Se2合金的开路电压和效率。CuGaSe 2薄膜太阳能电池中的低温光致发光测量显示在1.48 eV的能量处的自由到束缚的转变，与GaCu反位的计算的转变能量非常一致。由于内在DX中心不表现出钉扎水平内的带隙的CuInSe 2，亚稳态DX行为只能预期GaCu反位。
2012-05-11 cond-mat.mtrl-sci
The role of screening in the density functional applied on transition metal defects in semiconductors
我们用区间分离的杂化密度泛函（HSE 06）方法研究了硅和碳化硅半导体中与过渡金属相关的点缺陷。我们发现，HSE06不满足广义Koopmans定理的每一个缺陷，这是由于自相互作用的错误，在这种情况下的功能。通过对泛函的简单修正，恢复所谓的广义Koopmans条件，可以消除这种误差，使计算的电荷跃迁能级与实验数据以及多体微扰理论计算的准粒子能级非常接近。
2013-01-18 cond-mat.mtrl-sci
Hybrid micromagnetic and atomistic modeling of magnetization dynamics induced by engineered defects
Department of Physics and Astronomy, Uppsala University（乌普萨拉大学物理与天文系）；WISE - Wallenberg Initiative Materials Science for Sustainability, Department of Physics and Astronomy, Uppsala University（乌普萨拉大学物理与天文系瓦伦堡可持续性材料科学倡议）；PDC Center for High Performance Computing, KTH Royal Institute of Technology（瑞典皇家理工学院PDC高性能计算中心）
本文提出一种三维多尺度方法，研究工程缺陷诱导的磁化动力学，通过双缝结构和可调各向异性原子簇探讨领域壁和自旋波干涉及拓扑结构变化。
2026-04-15 cond-mat.mtrl-sci
Assessing the SCAN functional for deep defects and small polarons in wide-bandgap semiconductors and insulators
该研究通过与实验及杂化泛函结果对比，评估 SCAN 泛函在多种宽禁带半导体和绝缘体深层缺陷、小极化子计算中的可靠性。
2024-05-22 cond-mat.mtrl-sci
Accurate Point Defect Energy Levels from Non-Empirical Screened Range-Separated Hybrid Functionals: the Case of Native Vacancies in ZnO
本研究采用非经验性调谐的筛选范围分离杂化（SRSH）泛函结合密度泛函理论（DFT），计算ZnO中本征锌、氧空位点缺陷的电子性质及缺陷能级，结果与实验高度一致，为缺陷物理提供低成本高精度的非经验性第一性原理计算框架。
2025-04-18 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
AiiDA-defects: An automated and fully reproducible workflow for the complete characterization of defect chemistry in functional materials
在我们的日常生活中能够实现许多技术应用的功能材料将其独特的性能归功于在加工过程中精心设计并融入这些材料中的缺陷。然而，优化和表征这些缺陷在实践中是非常具有挑战性的，使得计算建模成为不可或缺的补充工具。我们已经开发了一个自动化的工作流程和代码来加速这些计算（AiiDA缺陷），它利用了AiiDA框架，这是一个强大的开源高通量材料信息学基础设施，可提供工作流程自动化，同时保留和存储完整的数据来源于可查询和可遍历的关系数据库。本文介绍了AiiDA缺陷的设计和实施细节，所使用的模型和算法，并演示了其在应用程序中的使用，以充分表征众所周知的固态锂离子导体LiZnPS 4的缺陷化学。我们预计，AiiDA缺陷将作为一种全自动和可重复的缺陷计算工具，允许以可靠和高通量的方式获得详细的缺陷化学，并为加速材料设计和发现的缺陷数据库的生成铺平道路。
2023-03-22 cond-mat.mtrl-sci
Noble gas functional defect with unusual relaxation pattern in solids
通过第一性原理计算，本研究挑战惰性气体化学惰性的传统观点，证明其在功能氧化物中可作为功能缺陷，改变电子局域态并显著影响材料性质。
2023-06-21 cond-mat.mtrl-sci
Hybrid functional calculation of electrical activity and complexing mechanism of Cu-related defects
College of Smart Materials and Future Energy, Fudan University（复旦大学智能材料与未来能源学院）；Shanghai Advanced Silicon Technology Co., Ltd.（上海先进硅技术有限公司）
本文利用HSE06功能和有限尺寸修正，研究了硅中铜相关缺陷的配置、形成能及过渡级，揭示了Cu_PL线的形成机制，为理解硅中铜沉淀的电活性缺陷和早期状态提供新视角。
2026-04-13 cond-mat.mtrl-sci
The role of screened exact exchange in accurately describing properties of transition metal oxides: Modeling defects in LaAlO3
利用Heyd，Scuseria，and Ernzerhof（HSE）的筛选杂化泛函研究了宽带隙半导体LaAlO_3中多种本征缺陷的性质.在原始结构中，包括在筛选的混合泛函的确切交换，简化了带隙低估的问题，这是常见的半局部泛函，这使得准确预测的缺陷属性。我们提出了修正免费缺陷能级散装LaAlO3计算使用HSE，可能作为指导的光致发光实验的解释。
2013-11-06 cond-mat.mtrl-sci
Native defects in hybrid C/BN nanostructures
采用第一性原理计算对具有半金属性质的边缘混杂C/BN纳米片和纳米管进行了替代性缺陷和空位的计算。形成能表明，缺陷形成优先在石墨烯和BN域之间的界面，而不是在这些域的中间，和取代缺陷占主导地位的空位。化学控制可用于促进缺陷在C-B界面（富氮环境）或C-N界面（贫氮环境）处的定位。虽然这里已经考虑了大的缺陷浓度（106 cm-1），但是当缺陷局限于C-B界面处时以及对于局限于C-N界面处的带负电荷的缺陷，半金属性质可以存在，因此，如果在合成期间方便地设计这些点缺陷，则理论上针对这些带负电荷的纳米界面预测的有希望的磁性可能不会被点缺陷破坏。
2011-11-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Chemical functionalization of graphene with defects
缺陷本质上不仅改变石墨烯的电子性质，而且改变其化学活性中心的化学性质。它们的功能化是修饰石墨烯的电子和晶体结构的一种方式，这对于基于石墨烯的纳米电子学可能是重要的。以氢为例，我们通过密度泛函计算模拟了一类缺陷（Stone-Wales缺陷，双空位，氮取代杂质和锯齿形边缘）的不完美石墨烯的化学。我们还研究了石墨烯纳米带的有限宽度对其化学性质的影响。它示出，在石墨烯边缘的磁性是脆弱的相对于氧化，因此，石墨烯边缘的化学保护可能需要石墨烯在自旋电子学中的应用。同时，Stone-Wales缺陷的氢化可能是制备磁性碳的一种有前景的方法。
2009-01-05 cond-mat.mtrl-sci
Quantitative Modeling of Point Defects in $β$-Ga2O3 Combining Hybrid Functional Energetics with Semiconductor and Processes Thermodynamics
本研究针对β-Ga₂O₃功率电子应用中的缺陷调控需求，开发KROGER框架结合杂化泛函DFT与热力学效应开展点缺陷定量建模，复现实验现象且方法可推广至其他材料，为工艺优化提供支撑。
2025-01-29 cond-mat.mtrl-sci
On the mechanism of gas adsorption for pristine, defective and functionalized graphene
缺陷不再被认为是石墨烯的不利方面。同时，也为石墨烯的应用拓展铺平了道路。采用密度泛函理论研究了石墨烯中的三种缺陷：缺碳、吸附原子（单一Fe）掺杂和官能团（羧基、吡喃基）的引入对NO2气体吸附的影响。我们已经观察到，缺陷石墨烯中的不饱和碳对吸引NO2分子具有高度活性。我们的研究表明，在石墨烯上引入Fe可以增强NO2的吸附过程。吸附能的计算表明，在NO2吸附的增强是更深刻的Fe掺杂的单和四空石墨烯比Fe掺杂的双和三空石墨烯。这项研究可能有助于开发石墨烯的吸附应用。
2016-10-24 cond-mat.mtrl-sci
Density functional theory study of skyrmion pinning by atomic defects in MnSi
在实验中观察到的手征磁体中的磁skyrmion是一种拓扑保护的自旋织构。由于其独特的性质，如在电流驱动下的高迁移率，skyrmions在下一代自旋电子器件中具有巨大的应用潜力。磁体中自然产生的缺陷对Skyrmions的静态和动态性质有着深远的影响。在这项工作中，我们研究了原子缺陷的skyrmion的密度泛函理论的第一性原理计算的影响，以锰硅为例。通过用不同的元素取代Mn或Si的一个位置，我们可以调节钉扎能。原子缺陷的钉扎效应可以在唯象模型中定性地理解。
2016-01-05 cond-mat.mtrl-sci
Tuning flux-pinning in epitaxial NdBa2Cu3O7-x films via engineered, hybrid nanoscale defect structures
制备了具有混合纳米级缺陷结构的外延NdBa 2Cu 3 O 7-x薄膜，该混合纳米级缺陷结构由在薄膜厚度的一半中沿c轴对齐并且在薄膜厚度的另一半中垂直于c轴对齐的BaZrO 3纳米点阵列组成。透射电子显微镜图像证实了纳米级缺陷结构的取向。的临界电流密度，Jc，在77 K，1 T的角度依赖性，表明显着降低角变化的Jc。这项研究很好地证明了如何钉扎特性可以通过调整薄膜内的纳米级缺陷结构进行调整。
2008-09-23 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
Energetics of native point defects in GaN: a density-functional study
利用密度泛函理论研究了GAN中本征点缺陷的形成能。在我们的第一性原理方案中，带边的位置符合混合密度泛函计算，从而产生与实验一致的带隙。相对于以前的半局部计算，计算出的形成能和电荷跃迁水平被发现是显着不同的定量方面，而整体定性趋势保持相似。在富Ga条件下，氮空位对应于带隙中所有费米能的最稳定缺陷，但其形成能太高而不能解释自掺杂。我们的计算还表明镓空位在n型GAN中不起任何补偿作用。
2017-04-11 cond-mat.mtrl-sci
Energetics of point defects in aluminum via orbital-free density functional theory
在无轨道密度泛函理论的框架下，采用超原胞近似方法，系统地研究了铝中各种点缺陷（包括空位和自发光）的形成能和迁移能.特别地，对有限尺寸效应和各种动能密度泛函的精度进行了检验，计算结果表明，随着超原胞的增大，有限尺寸效应引起的误差呈指数减小。值得注意的是，自介电体的形成能比空位的形成能收敛得慢得多。通过选取合适的动能密度泛函，计算结果与已有的实验数据和具有精确动力学项的Kohn-Sham密度泛函理论的计算结果符合得很好.
2016-11-23 cond-mat.mtrl-sci
Defect-induced states, defect-induced phase transition and excitonic states in bent transition metal dichalcogenide (TMD) nanoribbons: density functional vs. many body theory
本研究采用DFT与GW-BSE方法，探究含线缺陷的WS2弯曲纳米带中边缘态与缺陷态的相互作用，发现半导体-金属相变及可调谐光谱与多样激子态，为纳米/分子电子学应用提供可能。
2023-06-14 cond-mat.mtrl-sci
Hybrid mean field and real space model for vacancy diffusion-mediated annealing of radiation defects
在聚变或先进的裂变反应堆中，高能中子会在结构部件材料中诱导形成扩展的缺陷团簇，从而随着时间的推移降低其性能。这种损伤可以通过热退火处理部分恢复。因此，对于聚变和先进裂变核能系统的设计和运行，估计和预测任意结构缺陷团簇的退火时间尺度是至关重要的。在我们以前的论文[I。Rovelli，S. L. Dudarev和A. P. Sutton，J. Mech.Phys.Solids 103，121（2017）]，我们扩展了Gu，Xiang等人[Y. Gu，Y. Xiang，S. S. Quek和D. J.Srolovitz，J.Mech.Phys.Solids 83，319（2015）]中的方法来计算弯曲位错的爬升，以包括空穴和空位簇的蒸发和生长，并考虑自由表面的影响。在这项工作中，我们进一步发展这个模型，包括辐射缺陷的影响，低于实验检测限，通过平均场的方法，再加上一个明确的治疗离散缺陷集群分布在真实空间中的演变。我们发现，随机分布的小缺陷屏幕扩散较大的离散集群之间的相互作用。耦合系统的演化自洽建模。我们还模拟了缺陷在无限横向延伸的薄膜的演变，使用Ewald求和屏蔽Yukawa型扩散传播。
2018-02-13 cond-mat.mtrl-sci
Atomic defects and dopants in ternary Z-phase transition-metal nitrides CrMN with M=V, Nb, Ta investigated with density functional theory
采用密度泛函理论研究了三元Z-相变金属氮化物CrMN（M=V，Nb，Ta）中的原子缺陷和掺杂。各种缺陷形成能的原生点缺陷和替代原子的其他金属元素，丰富的钢，以及进行评估。研究了其对热力学环境的依赖性，即生长Z相沉淀物的化学条件，并比较了不同的生长情况。所获得的结果可能有助于相关的实验原子尺度的分析结果，通过原子探针断层扫描或透射电子显微镜，从二元过渡金属氮化物的Z相的形成过程的理论建模。
2017-10-06 cond-mat.mtrl-sci
Characterization of oxygen defects in diamond by means of density functional theory calculations
金刚石中的点缺陷作为实现固态量子比特、生物成像剂或超灵敏的电场或磁场传感器的候选者受到高度关注。各种人造金刚石的合成方法都会在金刚石中引入氧污染，然而，氧进入金刚石晶体以及与氧相关的点缺陷的性质在很大程度上是未知的。氧作为量子比特的来源可能是潜在的令人感兴趣的，或者它可以与其他点缺陷相互作用，这些点缺陷是公认的固态量子比特。在这里，我们采用平面波超原胞计算的密度泛函理论，为了表征各种氧相关的缺陷的电子和磁光性质。除了微不足道的单个间隙和替代氧缺陷，我们还考虑了它们与空位和氢原子的复合物。我们发现，氧缺陷大多是电活性的，并引入高度相关的轨道，构成了密度泛函理论建模的挑战。然而，我们能够在电子顺磁共振谱中识别出替位氧缺陷、氧空位和氧空位氢复合物的指纹。我们证明，第一性原理计算可以预测的运动平均的电子顺磁共振谱的缺陷，受到Jahn-Teller失真。我们发现，高自旋中性氧空位缺陷从其光学激发态表现出非常快的非辐射衰减，这可能会阻碍它作为量子比特的应用。
2016-08-13 cond-mat.mtrl-sci
Point defect formation energies in graphene from diffusion quantum Monte Carlo and density functional theory
密度泛函理论（DFT）被广泛用于研究单层石墨烯中的缺陷，以期应用范围从水过滤到电子学到石墨减速器中的辐射损伤的研究。为了评估DFT在此类应用中的准确性，我们报告了扩散量子蒙特卡罗（DMC）计算单层石墨烯中一些常见和重要的点缺陷的形成能：单空位，Stone-Wales缺陷和硅取代。我们发现，标准的DFT方法低估了约1 eV的单空位形成能。对于Stone-Wales缺陷和硅替代，DFT和DMC之间的分歧较小。我们研究振动的贡献，形成这些缺陷的自由能，发现振动的影响是不可忽略的。最后，我们比较了单层石墨烯、单层硅烯和体硅的DMC原子化能，发现体硅比单层硅烯稳定得多，每个原子稳定0.7522（5）eV。
2022-05-04 cond-mat.mtrl-sci
Non-linear hybrid surface-defect states in defective Bi$_2$Se$_3$
假设拓扑绝缘体的表面态对晶体中的非磁性缺陷具有鲁棒性。然而，最近的理论模型和实验表明，即使是非磁性的缺陷也可以扰动这些状态。我们的第一性原理计算表明，在Bi $_2$ Se $_3$中存在Se空位比仅仅n掺杂的结构具有更大的影响，这将使费米能级相对于狄拉克点移动。我们观察到一个非线性带钉扎附近的费米能级的出现，而狄拉克锥移动到更深的价带。我们属性这些功能在能带结构的表面和缺陷状态之间的相互作用，与这些状态之间的杂交本身取决于相对于表面的Se空位的位置和对称性。我们的研究结果使我们更接近于理解出现在Bi $_2$ Se $_3$中的缺陷的奇异物理，这些缺陷在先前的研究中仍然未被探索。
2022-07-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Density functional study of native point defects in CaO
Inha University（延世大学）；Department of Physics, Inha University（延世大学物理系）；Institute of Quantum Science, Inha University（延世大学量子科学研究所）
采用第一性原理密度泛函计算研究CaO中本征点缺陷的结构、电子和光学性质，发现氧空位在贫氧条件下占优，钙空位在富氧条件下占优，空位复合物热力学稳定且能经受高温退火，光学跃迁能表明实验吸收和发射峰可归因于带负电的空位复合物和孤立氧空位。
2026-07-03 cond-mat.mtrl-sci
Structural and Electronic Properties of Defective AlN/GaN Hybrid Nanostrutures
由于其广泛的应用前景，原子级薄的二维异质结构引起了人们的广泛关注。在这项工作中，使用第一性原理计算，我们研究了平面AlN/GaN混合异质结的结构和电子特性的存在下，在其界面上的空位。我们的结果表明，一个单一的空位，由铝或镓原子的去除产生，产生类似的电子能带结构的带隙内的局域态。我们还观察到了一个强大的磁性行为。另一方面，氮空位诱导形成具有降低的整体磁化的中间带隙状态。我们还研究了通过卷起这些异质结形成的纳米管。我们观察到，管的曲率并没有显着影响其母AlN/GaN异质结的电子和磁性。对于扶手椅状管，从直接到间接带隙的过渡被观察到作为一个结果，从二维到准一维的改变系统的几何形状。AlN/GaN缺陷晶格所呈现的磁性特征使它们成为开发新的自旋电子技术的良好候选者。
2020-01-28 cond-mat.mtrl-sci
Design of defect spins in piezoelectric aluminum nitride for solid-state hybrid quantum technologies
宽带隙半导体中的自旋缺陷是在固态环境中实现量子比特或量子比特的有前途的系统。到目前为止，缺陷量子位只在具有强共价键的材料中实现。在这里，我们介绍了一个应变驱动的计划，合理地设计功能离子晶体中的缺陷自旋，这可能是潜在的量子比特。特别是，使用最先进的从头计算的混合密度泛函和多体微扰理论的基础上的组合，我们预测，带负电荷的氮空位中心的压电氮化铝表现出自旋三重态基态在现实的单轴和双轴应变条件下，这样的状态可以利用量子比特的实现。这里采用的应变驱动策略可以很容易地扩展到其他宽带隙半导体中的各种点缺陷，为控制离子系统中缺陷的自旋特性铺平了道路。
2016-02-02 cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Incorporation and control of defects with quantum functionality during sublimation growth of cubic silicon carbide
基于超导体的量子计算的主要缺点是工作温度需要液氦冷却。克服量子技术这一障碍的一种有希望的方法是基于半导体中的深能级缺陷，金刚石中的氮空位（NV）中心是最突出的例子。不幸的是，足够质量的金刚石是稀缺的，这促使人们努力在碳化硅（SiC）中找到类似的缺陷。到目前为止，许多报道集中在辐照3C-SiC和生长材料中的点缺陷的研究。然而，所调查的缺陷或多或少是两者巧合的产物。虽然在辐照材料中，故意产生特定缺陷是相当具有挑战性的，但在采购材料中，缺陷实际上更多是生长和工艺条件的无意副产品。本工作提出了一种新的途径：通过外延升华生长的方法在3C-SiC中引入和控制深能级缺陷。在近红外中观察到的缺陷在175 K/200 K范围内显示出明亮的发光，并且在高达300 K的温度下仍然是可激发的。这可以使工作温度高于低温极限。所有检测到的缺陷的联合起源被分配到碳空位。
2019-06-18 cond-mat.mtrl-sci
Electronic structure and stability of hydrogen defects in diamond and boron doped diamond: A density functional theory study
采用密度泛函理论计算方法研究了金刚石基体中孤立氢和氢对。本文研究了纯金刚石和掺硼金刚石中孤立和成对氢缺陷在不同可能晶格位置上的电子结构和稳定性。计算表明，孤立的氢缺陷在纯金刚石的键心位置和硼掺杂金刚石的键心褶皱位置是稳定的。在氢对的情况下，H2缺陷（一个氢在键中心，第二个在反键位置）对于纯金刚石是稳定的，而对于硼掺杂金刚石B-H2 BC复合物（一个H原子在B-C键中心的褶皱位置，另一个在B原子的C-C键第一邻居的褶皱位置）是最稳定的。还研究了掺硼金刚石中的多个氢捕获位置。计算结果进行了讨论，并与以前报道的理论结果进行了详细的比较。
2014-04-25 cond-mat.mtrl-sci
Deep-blue light emitting diode based on defect variations of a 2D hybrid organic-inorganic low dimensional perovskite semiconductor
2D杂化有机-无机半导体（HOIS）是低成本的自组装半导体，由于其固有的稳定激子，即使在室温下也被证明对于新型光电子器件至关重要。2D HOIS相对于3D类似物是化学稳定的，但其固有的各向异性使其在器件（包括电致发光（EL）器件）中的实现复杂化。我们报告的合成，表征，阴极发光和EL的一个新的二维HOIS，（4-氟苯乙胺-H）2 PbBr 4，和它的缺陷变化（DVs）。后者，与原始材料相比，允许第一次通过在导电阳极基板上涂覆DV并使用Ga/In液滴阴极来简单制造原型蓝色EL器件。DV的优化可以导致改进的发光器件（LED），并且这里的工作预计将为利用HOIS DV提供激励，因为这些DV与工业规模合成兼容。与其薄膜容易提供EL的原始碘类似物相反，在仔细沉积后，只有DV或与MoS 2纳米尺寸片晶的混合物提供EL。这些表现出破坏微米级2D HOIS片晶的平面非导电性质的缺陷，通常平行于基板排列，从而提供电流流动的机制。最后，与使用未改性的胺相比，由于胺尾部之间的排斥，氟改性的胺的选择增强了DV作为LED材料的功能性，从而导致弱结合的稳定的装饰的2D无机片材。
2018-03-02 cond-mat.mtrl-sci
A comparative study of density functional and density functional tight binding calculations of defects in graphene
密度泛函紧束缚方法（DFTB）非常适合于研究石墨烯基体系中的点缺陷和线缺陷。在简要回顾使用DFTB在这方面，我们提出了一个比较研究的缺陷结构，能量和动力学之间的DFTB的结果使用DFTB+代码，密度泛函结果使用局部高斯轨道代码，AIMPRO。DFTB精确地再现了一系列点缺陷结构的结构和能量，例如石墨烯中的空位和Stone-Wales缺陷，以及各种未官能化和羟基化的石墨烯片边缘。迁移障碍的空缺和斯通-威尔士缺陷形成障碍准确地再现使用轻推弹性带的方法。最后，我们探讨了使用DFTB的动态缺陷模拟的潜力，作为一个例子，在石墨烯的电子辐照损伤。
2012-07-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Density-functional theory study of the interaction between NV$^{-}$ centers and native defects in diamond
本研究结合量子嵌入结果与密度泛函理论计算，量化了金刚石本征缺陷对NV$^{-}$色心的应变及电场影响范围，并提出通过测量多个邻近NV$^{-}$色心判定缺陷类型与电荷态的方法。
2025-07-30 cond-mat.mtrl-sci
Excited state properties of point defects in semiconductors and insulators investigated with time-dependent density functional theory
本文提出自旋守恒与自旋翻转混合TDDFT公式并实现解析力计算，在GPU和CPU上高效研究金刚石、4H-SiC和MgO中点缺陷的激发态性质，揭示激发态结构弛豫对光学吸收和发射机制的重要性。
2023-12-04 cond-mat.mtrl-sci
The role of nitrogen related defects in high-k dielectric oxides: Density functional studies
利用从头算密度泛函总能量和分子动力学模拟，研究了不同形式的氮沉积后退火（PDA）对Al2O3作为场效应晶体管（FET）栅介质的电学性质的影响.我们考虑的原子结构和能量的含氮的缺陷，可以在PDA过程中形成的各种N基气氛：N2，N+2，N，NH3，NO，N2O。我们分析了这种缺陷在固定电荷积累，电子捕获和生长的界面SiOx层中的作用。我们发现，氮退火的氧化物导致一个有效的固定原生缺陷，如氧空位和间隙氧离子，这可能会抑制二氧化硅层的生长。任何形式的氮都有效地结合到预先存在的氧空位中，因此可以降低浅电子陷阱的浓度。然而，任何形式的氮都不可能显著减少电介质中的固定电荷。
2004-10-04 cond-mat.mtrl-sci
Intrinsic Electronic Defect States of Anatase using Density Functional Theory
在这项工作中的整体电子结构，包括各种本征缺陷的位置和形成能计算使用密度泛函理论辅助哈伯德校正（DFT+U）的双金属氧化物。这里考虑的本征点缺陷是氧空位（$V_O$）、氧间隙（$O_i$）、钛空位（$V_{Ti}$）和钛间隙（$Ti_i$）。在所有考虑的本征缺陷中，发现$V_{Ti}$和$Ti_i$在平衡条件下是最稳定的。而TiO2的导带主要由Ti 3d态组成，O 2p态的贡献很小，价带主要由O 2p态组成，Ti 3d态的贡献很小.发现$V_O$和$Ti_i$在带隙中形成局域态。此外，在有效质量的各向异性。最后，利用平板超原胞计算得到的真空势作为参考，对所有本征缺陷态的能带图进行了排列。这一第一原理研究将有助于理解缺陷诱导的绝缘导电转变的光催化和光电领域，这将有重大影响。
2021-03-11 cond-mat.mtrl-sci
A fourfold coordinated point defect in silicon
由于它们在技术上的重要性，硅中的点缺陷是研究得最好的物理系统之一。对埋藏在块体中的点缺陷进行实验检测是困难的，并且通常是间接的。硅中缺陷的模拟已经在各种复杂程度上进行，从快速力场到精确的密度泛函计算。从这些研究中，人们普遍接受的观点是空位和自发光是硅中的基本点缺陷。我们挑战这一观点，提出密度泛函计算表明，有一个新的四重协调点缺陷的能量较低的硅。
2002-01-11 cond-mat.mtrl-sci
Hybrid Topological Defects in Ferroelectric Nematic Fluids
Southern University of Science and Technology（南方科技大学）；The Hong Kong University of Science and Technology（香港科技大学）；South China Advanced Institute for Soft Matter Science and Technology (AISMST), School of Emergent Soft Matter, South China University of Technology（华南理工大学 emergent soft matter 学院/华南软物质科学与技术先进研究院）；Guangdong Provincial Key Laboratory of Functional and Intelligent Hybrid Materials and Devices, South China University of Technology（华南理工大学 广东省功能性与智能性杂化材料器件重点实验室）；Center for Complex Flows and Soft Matter Research, Southern University of Science and Technology（南方科技大学 复杂流动与软物质研究中心）
铁电向列流体中通过表面锚定研究混合拓扑缺陷的形成与演化，揭示了不同维度缺陷的相互作用及极性缺陷结构的工程潜力。
2026-08-18 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Point Defects in Twisted Bilayer Graphene: A Density Functional Theory Study
我们采用从头计算密度泛函理论，结合范德华修正，研究扭曲双层石墨烯（TBLG）的斯通-威尔士缺陷或单空位中的一个层。我们将这些结果与单层石墨烯或Bernal堆叠石墨烯中的缺陷进行比较。缺陷形成的能量学对层的堆叠或产生缺陷的特定位置不是非常敏感，这表明层间耦合较弱。然而，层间耦合的特征清楚地表现在电子能带结构中。对于TBLG中的“$γγ$“Stone Wales缺陷，我们观察到两个在动量空间和能量上都发生位移的Dirac锥。这种能量的上/下移是由两个石墨烯层之间的电荷转移和层之间的化学相互作用的组合效应引起的，其模拟了横向电场的效应。电荷密度图表明，狄拉克点附近的状态有显着的混合物之间的两个层。对于石威尔士在TBLG的其他网站的缺陷，这种基本结构的修改，在能源交叉点的迷你差距的创建。对于单空位，原始层的狄拉克锥在能量上移动$\sim0.25$ eV，这是由于具有不同数量的电子、电荷转移和化学相互作用的两个层之间的费米能量平衡的要求的组合。这两种缺陷都增加了费米能级的态密度。单空位还导致自旋极化，缺陷上的磁矩为1.2 - 1.8 $μ_B$。
2014-05-08 cond-mat.mtrl-sci
Unraveling the varied nature and roles of defects in hybrid halide perovskites with time-resolved photoemission electron microscopy
随着光转换效率的快速增长，混合钙钛矿太阳能电池已成为下一代低成本光伏技术的有前途的竞争者。然而，在制造过程中形成的纳米级缺陷簇的存在对于整个器件操作（包括效率和长期稳定性）仍然至关重要。为了成功部署混合钙钛矿，我们必须了解不同类型缺陷的性质，评估它们在器件性能中的潜在不同作用，并了解它们如何响应钝化策略。在这里，通过相关的光电发射和同步辐射扫描探针X射线显微镜，我们揭示了三种不同类型的缺陷集群在国家的最先进的三重阳离子混合卤化物钙钛矿薄膜。将超快时间分辨率转换为我们的光电发射测量，我们表明，起源于晶界的缺陷簇是最有害的光生载流子捕获，而碘化铅缺陷簇是相对良性的。杂散多型缺陷簇仅个别地轻微有害，但如果大量发生则可具有显著的整体影响。我们还表明，钝化缺陷与氧在光的存在下，以前使用的方法，以提高效率，有不同类型的缺陷的影响。即使仅用温和的氧处理，晶界缺陷也完全愈合，而碘化铅缺陷开始显示出化学变化的迹象。我们的研究结果强调了需要多管齐下的策略，以选择性地解决混合钙钛矿太阳能电池中不同缺陷类型的不利影响。
2021-07-27 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph physics.optics
A Hybrid-DFT Study of Intrinsic Point Defects in $MX_2$ ($M$=Mo, W; $X$=S, Se) Monolayers
本文利用杂化密度泛函理论结合虚晶近似电荷补偿，系统研究了单层MX2（M=Mo/W，X=S/Se）本征点缺陷的结构、电子性质、稳定性及振动特征，并揭示了带电缺陷和温度效应对缺陷稳定性的重要影响。
2023-05-04 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Leveraging Plasmonic Hot Electrons to Quench Defect Emission in Metal -- Semiconductor Nanostructured Hybrids: Experiment and Modeling
该研究通过实验与半经典建模，揭示了嵌入金纳米颗粒的氧化锌纳米棒中缺陷发光猝灭、近带边发射增强的机制，为杂化等离子体系统热载流子动力学研究提供了通用基础。
2023-07-19 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
A comparative first-principles investigation on the defect chemistry of TiO$_2$ anatase
了解本征点缺陷是理解$_2$陶瓷在技术应用中的性能的基础。为了研究这种材料的缺陷化学性质，已经进行了几项第一性原理研究。然而，报告的数值分散在很大范围内。在这篇手稿中，我们进行了比较研究，采用不同的方法的基础上半局部，DFT+ $U$和筛选的混合泛函，以调查的依赖性缺陷的性质，如形成能量和电荷跃迁能级，对所采用的计算方法。虽然在超导体中的缺陷，像在大多数过渡金属氧化物中，通常会引起原子位置上的电子或空穴的本地化，我们注意到，提供了一个对齐的价带已执行，使用半本地泛函计算的缺陷形成能量和过渡能级是在一个公平的协议与使用混合泛函获得的。对于Ti-O体系的热化学和元素化学势的极限值也可以得到类似的结论。我们解释这是一个自相互作用的错误和O $_2$分子在半局部泛函的过度结合之间的错误的取消。在电子哈密顿量中加入一个$U$项，可以方便地得到缺陷体系更精确的几何构型和电子构型.
2019-12-16 cond-mat.mtrl-sci
Interfaces between buckling phases in Silicene: Ab initio density functional theory calculations
硅烯的屈曲结构导致了新类型的线缺陷的可能性，这些线缺陷将具有反向屈曲相的区域分开。在目前的工作中，我们发现这些新的晶界具有非常低的形成能，比石墨烯中的晶界小一个数量级。这些缺陷沿不同的方向是稳定的，并且它们都可以通过STM图像来区分。所有这些缺陷都表现为Si原子之间的局部二聚化，形成$π$ -键。因此，与原始区域相比，这些缺陷是优先吸附位点。因此，这些缺陷的低形成能和较高反应性的组合可以巧妙地用于设计嵌入硅烯中的新纳米结构。
2013-12-11 cond-mat.mtrl-sci
Accuracy of electron densities obtained via Koopmans-compliant hybrid functionals
我们评估的电子密度和准粒子的混合泛函给出的能隙的准确性直接比较这些从解决多电子薛定谔方程得到的确切数量。我们通过几个物理上合理的约束之一，包括广义Koopmans定理，确定混合Hartree-Fock交换近似交换相关在我们的混合泛函。我们发现，混合泛函产生惊人的准确的电子密度和间隙在交换为主的相关系统。我们还讨论了屏蔽的Fock算子的混合泛函的成功的作用。
2018-03-29 cond-mat.mtrl-sci
Calculation of point defects in rutile TiO2 by the Screened Exchange Hybrid Functional
采用屏蔽交换（sX）混合密度泛函方法计算了金红石型TiO2中氧空位和钛间隙的形成能，得到的禁带宽度为3.1 eV，与实验值接近.的O空位引起的间隙状态躺在0.7 eV以下的导带边缘，其电荷密度是本地化周围的两个三个Ti原子旁边的空位。Ti间隙在带隙中产生四个缺陷态，其未成对电子位于间隙和相邻的Ti 3d轨道上。对于贫氧化学势，中性O空位的形成能为1.9 eV，与中性Ti间隙的形成能相似，并且对于富氧条件下的Ti间隙具有较低的形成能。这表明O空位和Ti间隙都与金红石型TiO 2中的氧缺乏有关，但在富O条件下O空位将占主导地位。这解决了文献中关于缺陷定位和缺陷优势的问题。
2012-07-11 cond-mat.mtrl-sci physics.atm-clus
Efficient lattice constants and energy band gaps for condensed systems from a meta-GGA level screened range separated hybrid functional
发展了一个适用于固体电子结构理论的Meta广义梯度水平屏蔽距离分离杂化泛函。对本泛函的评价表明，本泛函可以有效地在meta-GGA水平上描述固体晶格常数和带隙的性质.具体地，本发明的固体带隙泛函的性能表明，本发明的间位-GGA水平筛选的杂合体泛函在GGA水平之外是相当有生产力的。目前的形式主义最吸引人的特点是，已经提出了一种方法，这是基于一个准确的半局部功能。
2018-03-10 cond-mat.mtrl-sci
Can we rely on hybrid-DFT energies of solid-state problems with local-DFT geometries?
混合泛函经常大大提高密度泛函计算的精度，特别是由能带结构产生的量。在平面波（PW）计算中，这种好处是以计算时间增加几个数量级为代价的。由于这个原因，大规模的问题内解决的PW形式主义必须依赖于预松弛的原子几何，获得更便宜的本地或半本地交换相关泛函。我们研究了这些几何结构在插入单点混合DFT计算时的适用性。基于几个案例的研究，我们发现两个重要的来源的错误源于（i）键应变和（ii）之间的过度混合缺陷和结晶状态。第一个起因于预松弛的几何形状和随后的混合DFT水平松弛后获得的几何形状之间的失配。第二种情况发生时，缺陷状态边缘低估的带隙人工混合与结晶状态，影响局部成键特性的缺陷，因此导致虚假的混合DFT能量。由于抵消效应，延迟应变对基于预松弛结构的能量差的量的误差条的贡献很小（$\lesssim10$ meV）。来自状态过度混合的误差不会受益于抵消效应，并且必须谨慎地进行监测。
2019-02-01 cond-mat.mtrl-sci
Computational Design Of Surfaces, Nanostructures and Optoelectronic Materials
工程材料的性质通常受到缺陷的影响，所述缺陷例如点缺陷（空位、位错、替代缺陷）、线缺陷（位错）、平面缺陷（晶界、自由表面/纳米结构、界面、堆垛层错）和体积缺陷（空隙）。基于经典物理的分子动力学和基于量子物理的密度泛函理论可以用于设计具有受控缺陷性质的材料。本论文采用基于经验势的分子动力学方法研究了含能多原子离子对聚合物的表面改性、金属-陶瓷界面和纳米结构的热力学和力学，并采用密度泛函理论对光电材料中的取代基进行了筛选。
2016-05-26 cond-mat.mtrl-sci
