Assessing the potential of perfect screw dislocations in SiC for solid-state quantum technologies
本文通过第一性原理计算发现3C-SiC中螺位错可吸引双空位形成一维阵列，并调制其电子态和电荷转变能级，从而将位错从有害缺陷转变为量子计算中的主动构建模块。
2023-04-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci quant-ph
All-optical coherent population trapping with defect spin ensembles in silicon carbide
碳化硅中的双空位缺陷具有长寿命的电子自旋态和尖锐的光学跃迁，其性质类似于金刚石中的氮空位缺陷。我们报道了在4 H-SiC上研究自旋态零声子线跃迁的全光寻址实验。我们的磁谱结果确定了自旋$S=1$结构的基态和激发态，并通过系统间交叉衰变的作用。我们使用这些结果证明相干布居捕获的自旋态与双空位合奏，具有特定的方向在SiC晶体。
2014-11-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Doping of epitaxial graphene on SiC intercalated with hydrogen and its magneto-oscillations
我们研究了由氢嵌入产生的准自由单层石墨烯与表面受体态之间的电荷转移。我们考虑了两种受主态密度模型来解释石墨烯中观察到的高空穴密度，并发现了对栅极电压的密度响应。通过研究载流子密度的磁振荡，我们提供了一种实验方法来确定相关的模型。
2011-07-24 cond-mat.mtrl-sci
Theoretical polarization of zero phonon lines in point defects
在量子技术中，半导体中的点缺陷变得越来越重要。了解零声子线的频率、强度和偏振是很重要的。最后两个属性是本文的主题。我提出了一种方法来计算这些属性，并显示使用波函数从地面和激发态的重要性。通过对4 H-SiC中双空位的分析，验证了该方法的有效性。在这里，计算出的极化和寿命与实验测量非常吻合。一般来说，这种方法可以帮助识别点缺陷并估计合适的应用。
2020-02-27 cond-mat.mtrl-sci
Towards Identifying the PL6 Center in SiC: From First-Principles Screening to Hyperfine Validation of Competing Defect Candidates
University of Science and Technology of China（中国科学技术大学）；CAS Center for Excellence in Quantum Information and Quantum Physics, University of Science and Technology of China（中国科学院量子信息与量子物理前沿卓越中心，中国科学技术大学）；School of Biomedical Engineering and Suzhou Institute for Advanced Research, University of Science and Technology of China（中国科学技术大学生物医学工程与先进技术学院，苏州）；Institute of Quantum Sensing and School of Physics, Zhejiang University（浙江大学量子传感研究所和物理学院）；Hefei National Laboratory, University of Science and Technology of China（合肥国家实验室，中国科学技术大学）
本研究通过第一性原理计算和超精细验证，确定SiC中PL6中心的微观结构为OV(hh)，并揭示PL5和PL6可能具有不同的起源。
2025-08-02 cond-mat.mtrl-sci
Giant magneto-optical Kerr enhancement from films on SiC due to the optical properties of the substrate
我们报告了一个巨大的增强中红外（MIR）磁光复合克尔角（反射光的偏振变化）在各种材料上生长的SiC。在外延生长的多层石墨烯中，克尔角增强了68倍，这与克尔信号建模非常一致。在SiC和Al掺杂体SiC上生长的Fe薄膜中也观察到了很强的克尔增强。我们的实验和建模表明，增强发生在高能量的SiC reststrahlen带的实分量的复折射率n通过统一的边缘。此外，由于当n=1时信号大大增强，因此预测对于自支撑膜，在整个可见/红外（IR）光谱上存在增强。我们还预测了类似的巨大增强的法拉第（传输）和克尔旋转的薄膜上的超材料基板的折射率n=-1。这项工作表明，在MOKE测量中使用的衬底必须仔细选择时，调查磁光材料与弱MOKE信号或设计时，MOKE为基础的光电子器件。
2019-01-19 cond-mat.mtrl-sci
Optical charge state control of spin defects in 4H-SiC
碳化硅（SiC）中的缺陷已经成为光学活性自旋量子技术的有利平台。自旋量子位存在于这些缺陷的比荷状态中，其中控制这些状态的能力可以提供量子位的增强的自旋相关读出和长期电荷稳定性。我们研究了4 H-SiC中两个主要自旋量子比特，双空位（VV）和硅空位（Vsi）的电荷状态控制，获得了这些缺陷的亮态和暗态之间的双向光电荷转换。我们测量增加的光致发光VV合奏高达三个数量级，使用近紫外线激发，这取决于基板，而不会降低电子自旋相干时间。这种电荷转换在低温下保持稳定数小时，允许相对电荷状态群体的空间和持久图案化。我们开发了所涉及的缺陷和光学过程的综合模型，为改进材料设计和开发SiC中的量子应用提供了坚实的基础。
2017-05-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Defects in Silicon Carbide as Quantum Qubits: Recent Advances in Defect Engineering
本综述介绍了可作为量子比特的碳化硅缺陷，梳理了硅空位、双空位等核心缺陷类型及多种制备技术，为该领域青年研究者提供入门参考。
2025-04-09 cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Isolated electron spins in silicon carbide with millisecond-coherence times
SiC缺陷的消除促进了其进入光电子和电力电子行业的前沿。尽管如此，由于SiC缺陷的电子态可以具有尖锐的光学和自旋跃迁，它们越来越被认为是量子信息和纳米尺度传感应用的宝贵资源。在这里，我们表明，在高度纯化的单晶4 H-SiC中的单个电子自旋态可以被隔离和相干控制。绑定到中性双空位缺陷，这些国家表现出异常长的合奏哈恩回波自旋相干性，超过1毫秒。相干控制单自旋在一种材料适合先进的生长和微加工技术是一个令人兴奋的路线，晶圆级量子技术。
2014-06-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Optical switching of defect charge states in 4H-SiC
我们展示了4 H-SiC中明亮和黑暗的带电双空位缺陷之间的光致开关。光致发光激发和时间分辨光致发光测量揭示了这种电荷转换的激发条件。对于低于~ 1.3eV（高于~950 nm）的能量，PL被抑制超过两个数量级。在存在较高能量的再泵激光的情况下，PL被恢复，其时间平均强度小于激发场的0.1%。在2.33 eV（532 nm）的再泵浦下，PL迅速增加，时间常数约为30 $μ$ s。相比之下，当再泵关闭时，PL首先在约100-200 $μ$ s内下降，然后是几秒的慢得多的衰减。我们将这些效应归因于两种不同电荷状态之间的转换。在低于1.3eV的能级的激发下，V $_{Si}$ V $_C$ $^0$被转换成暗电荷状态。能量高于1.3eV的再泵浦激光可以激发该带电态并恢复明亮的中性态。这种光诱导电荷转换会导致电荷状态波动，但可以用于长期数据存储或基于核自旋的量子存储器。
2017-10-06 cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Controlled Spalling of Single Crystal 4H-SiC Bulk Substrates
本文通过应力层厚度控制和裂纹萌生创新，首次实现高断裂韧性单晶4H-SiC体衬底上10-50微米薄膜的受控剥离，并验证衬底再利用及剥离薄膜中79.7 μs的准体自旋相干性。
2024-06-30 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
F+ Center Exchange Mechanism and Magneto Crystalline Anisotropy in Ni doped 3C-SiC
我们报告的实验证据支持在室温铁磁性Ni掺杂3C-SiC。居里温度> 350 K。变温电子顺磁共振（EPR）研究表明，Ni的价态为2+，具有环境对称性。XRD和拉曼峰的明显位移证实了Ni在主体晶格中的掺入。由于掺杂导致的空位$V_{\mathrm{Si}}$、$V_{\mathrm{C}}$的数目和自由电子的数目的变化与系统的磁化强度的变化一致。建立了铁磁有序度与F ~+中心交换机制的直接关系。各向异性常数的温度变化使用接近饱和定律（LAS）确定。结果表明，有效磁各向异性常数随温度的升高而减小。退火样品的EPR谱线宽度随温度的降低而增加，而积分强度随温度的降低而减小。这可能是由于Si $_{x}$ Ni $_{1-x}$ C中轨道角动量的不完全猝灭。除此之外，在立方晶场中，诸如Ni的快速弛豫杂质的轨道简并没有被完全去除。这导致线宽随着温度的升高而减小。
2021-10-25 cond-mat.mtrl-sci
Room temperature coherent manipulation of single-spin qubits in silicon carbide with a high readout contrast
碳化硅（SiC）中的自旋缺陷随着成熟的晶圆级制造和微/纳米加工技术而引起了人们的广泛关注。虽然已经证明了SiC中色心的室温单自旋操纵，但是通常检测到的对比度小于2%，并且光子计数率也很低。在这里，我们提出了在环境条件下，具有高读出对比度（~ 30%）和高光子计数率（每秒150千计数）的4 H-SiC中的单双空位自旋的相干操纵，这与金刚石中的氮空位（NV）中心竞争。还观察到单个缺陷自旋与附近核自旋之间的耦合。通过对缺陷能级和衰减路径的分析，我们进一步从理论上解释了高读出对比度的原因。由于高读出对比度在量子技术的许多应用中至关重要，因此这项工作可能为具有许多先进性能的主体材料的SiC基量子器件开辟新的领域。
2021-07-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Narrow magneto-optical transitions in Erbium implanted silicon carbide-on-insulator
University of New South Wales（新南威尔士大学）；RMIT University（皇家墨尔本理工大学）；The University of Melbourne（墨尔本大学）
研究展示铒掺杂硅碳化物基板具有窄磁光跃迁，通过高分辨率共振光谱和低温光谱空洞燃烧技术，揭示了亚兆赫均质线宽，并识别出最佳稳定发射体的两个晶格位，确立了该平台作为芯片级量子网络的稳健可扩展平台。
2025-11-01 cond-mat.mtrl-sci
Low temperature transport properties of multigraphene structures on 6H-SiC obtained by thermal graphitization: evidences of a presence of nearly perfect graphene layer
研究了SiC热石墨化制备的6 H-SiC衬底上多层石墨烯的输运性质。主要结果是，这些结构被证明包含位于SiC衬底和multgraphene层之间的近乎完美的石墨烯层。结果发现，磁电阻和Shubnikov-de Haas振荡的曲线显示了单层石墨烯的典型特征。耐低温性表现出随着温度增加而增加，这也对应于单层石墨烯的典型行为（反局域化）。然而，在较高的温度下，电阻随温度的升高而降低，这对应于弱的局部化。我们认为，所观察到的行为可以解释为单层石墨烯和多层石墨烯的导电性的贡献的平行组合，后者允许逃脱大气效应对石墨烯的损害。
2012-12-18 cond-mat.mtrl-sci
Stark Tuning and Electrical Charge State Control of Single Divacancies in Silicon Carbide
碳化硅（SiC）中的中性电荷双空位是顺磁性色心，其长相干时间和近电信工作波长使其有望用于与现有光纤网络兼容的可扩展量子通信技术。然而，局部应变的不均匀性会随机地扰动它们的光学跃迁频率，这会降低从单独缺陷发射的光子的不可分辨性，并阻碍它们与光学腔的耦合。在这里，我们表明，电场可以用来调谐的光学跃迁频率的单个中性双空位在4 H-SiC在几个GHz的范围内通过直流斯塔克效应。同样的技术也可以在微秒的时间尺度上控制缺陷的电荷状态，我们使用它来稳定不稳定或非中性的双空位进入它们的中性电荷状态。使用基于荧光的电荷态检测，我们表明975 nm和1130 nm激发都可以制备其中性电荷态，效率接近1。
2017-10-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Characterization and formation of NV centers in 3C, 4H and 6H SiC: an \emph{ab initio} study
近年来，固体中的荧光顺磁缺陷已成为量子信息处理的一个有吸引力的系统。主要的竞争者之一是具有可见光发射的金刚石中的带负电荷的氮空位缺陷，但在技术成熟的宿主中的替代解决方案是该领域许多应用的直接追求。最近已经发现，作为具有晶片级技术的标准半导体的碳化硅（SiC）的各种多型体可以承载氮空位缺陷（NV），其可以是具有近红外区域中的发射的替代量子位候选者。然而，人们对这种缺陷的了解比钻石中的缺陷少得多。多型体内的不等价位点和多型体变体提供NV缺陷家族。然而，有一个不足的知识，这些配置的磁光特性。在这里，我们进行密度泛函理论计算，以表征的NV缺陷的许多形式在最常见的多型体的SiC，包括3C，4H和6H，我们也提供了新的实验数据在4H SiC。我们的计算介导的SiC多型体中的单个NV量子位的识别。此外，我们还讨论了SiC中NV缺陷的形成过程，给出了SiC中NV缺陷的详细电离能，揭示了SiC中NV缺陷电离的临界光学激发能。我们的计算揭示了用理想的纺丝浴在SiC中产生NV缺陷的挑战。
2017-08-11 cond-mat.mtrl-sci
Point defects in SiC as a promising basis for single-defect, single-photon spectroscopy with room temperature controllable quantum states
金刚石中氮空位（NV）中心的独特量子特性促使人们努力寻找碳化硅（SiC）中具有类似特性的缺陷，这可以扩展金刚石无法获得的此类系统的功能。电子顺磁共振（EPR）和光检测磁共振（ODMR）研究表明，SiC中与硅空位（VSi）有关的点缺陷具有与金刚石中NV中心类似的性质，这使它们成为红外区单缺陷和单光子光谱的一个有前途的量子体系。根据缺陷类型，温度，SiC多型体，和结晶位置，两个相反的计划已被观察到的基态自旋子级人口的VSI相关的缺陷与非偏振光照射后的光学对准。自旋系综的VSI相关的缺陷被证明是准备在一个相干叠加的自旋状态，即使在室温下。零场ODMR显示了通过施加射频场来操纵基态自旋布居的可能性。这些共同使得SiC中与VSi相关的缺陷成为自旋电子学、量子信息处理和磁力测量的非常有利的候选者。
2013-01-09 cond-mat.mtrl-sci
Entanglement and control of single quantum memories in isotopically engineered silicon carbide
固体状态下的核自旋既是退相干的原因，也是自旋量子比特的宝贵资源。在这项工作中，我们证明了在碳化硅（SiC）中的孤立的29Si核自旋的控制，以创建一个光学活性的双空位自旋和强耦合的核寄存器之间的纠缠态。然后，我们将展示SiC的同位素工程如何解锁单个弱耦合核自旋的控制，并提出一种从头算方法来预测最佳同位素分数，最大限度地提高可用核存储器的数量。我们通过报告高保真电子自旋控制（F=99.984（1）%）、延长的相干时间（T2=2.3 ms，T2DD>14.5 ms）以及来自同位素纯化的退相时间（T2*）增加>40倍来支持这些结果。总的来说，这项工作强调了在固态系统中控制核环境的重要性，并提供了将单光子发射器与工业可扩展材料中的核存储器联系起来的里程碑式演示。
2020-05-15 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph quant-ph
First-principles calculations of internal conversion processes in spin defects
Pritzker School of Molecular Engineering, University of Chicago（芝加哥大学普里茨克分子工程学院）；Initiative for Computational Catalysis, Flatiron Institute（Flatiron研究所计算催化倡议）；Department of Chemistry, University of Chicago（芝加哥大学化学系）；Materials Science Division and Center for Molecular Engineering, Argonne National Laboratory（阿贡国家实验室材料科学部与分子工程中心）
提出一种结合TDDFT多组态效应和解析非绝热耦合的全声子模式贡献的框架，精确计算自旋缺陷的内转换速率，解决NV⁻中心和SiC双空位寿命的实验偏差。
2026-06-15 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
ADAQ: Automatic workflows for magneto-optical properties of point defects in semiconductors
自动缺陷分析和鉴定（ADAQ）是一个自动工作流程的集合，用于半导体中点缺陷磁光特性的高通量模拟。这些工作流程通过自动化过程来处理大量缺陷，以松弛主体材料的单位晶胞、构建超晶胞、创建点缺陷簇以及在电子基态和激发态中执行计算。主要的输出是磁光特性，包括零声子线，零场分裂，和超精细耦合参数。此外，还计算了形成能。我们证明了ADAQ的能力，通过执行一个完整的表征碳化硅中的硅空位的多型4 H（4 H-SiC）。
2021-08-09 cond-mat.mtrl-sci
Exhaustive characterization of modified Si vacancies in 4H-SiC
碳化硅中的带负电荷的硅空位（$\mathrm{V_{Si}^-}$）是量子应用中被充分研究的点缺陷。与此同时，对系综光致发光和电子顺磁共振测量的仔细检查揭示了丰富的相关但迄今尚未识别的信号。在这项研究中，我们寻找4 H-SiC中的缺陷，解释了自动缺陷分析和鉴定（ADAQ）工作流程生成的缺陷数据库中的上述磁光信号。这项研究只揭示了一类在数据中表现出类似硅空位性质的原子结构：在距离硅空位亚纳米距离内的碳反位（$\mathrm{C_{Si}}$）仅轻微改变后者，而不影响电荷或自旋状态。这样的微扰在能量上是有界的。我们认为形成的$\mathrm{V_{Si}^-+C_{Si}}$到2 nm的距离，并报告其零声子线和零场分裂值。此外，我们在硅空位区进行高解析度的光致发光实验，发现大量的发光线。比较我们的计算和实验结果，几个配置显示出很大的一致性。我们的工作证明了在量子应用中搜索缺陷的高吞吐量结果数据库的有效性。
2022-10-19 cond-mat.mtrl-sci
Growth of monolayer graphene on 8deg off-axis 4H-SiC (000-1) substrates with application to quantum transport devices
使用高温退火条件，其中石墨帽覆盖8度离轴4 H-SiC样品的C面，已经生长了大且均匀的单个外延石墨烯层。拉曼光谱显示这些单层石墨烯片的几乎独立的特征的证据，这是由磁输运测量证实。我们发现一个温和的p型掺杂，高载流子迁移率和半整数量子霍尔效应典型的高品质石墨烯样品。这为石墨烯与构成当今SiC行业标准的晶圆上的SiC器件的完全兼容集成开辟了道路。
2010-07-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Identification of silicon vacancy-related electron paramagnetic resonance centers in 4H SiC
碳化硅（SiC）中的带负电荷的硅空位[V $_\text{Si}(-)$ ]是六方SiC中的顺磁性和光学活性缺陷。V型$_\text{Si}(-)$缺陷具有$S = 3/2$自旋，自旋相干时间长，即使在室温下也可以进行光学操纵。最近，除了与SiC的4 H多型体中的V $_\text{Si}(-)$缺陷相关的信号之外，还观察到电子自旋共振信号。相应的中心具有与V $_\text{Si}(-)$缺陷相似的性质，因此它们可能是量子技术应用的有希望的候选者。然而，新信号的确切来源尚不清楚。在本文中，我们报告V $_\text{Si}(-)$相关的对缺陷模型作为可能的候选人的未知中心。通过密度泛函理论（DFT）计算确定了相应的电子结构和磁光性质。我们提出了最近观察到的电子顺磁共振中心的模型，预测其在未来的实验中识别的光学信号。
2021-04-09 cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Demonstration of defect-defect ferromagnetic coupling in Gd doped GaN epitaxial films: A polarization selective magneto-photoluminescence study
用分子束外延技术在c-SiC衬底上生长了掺Gd的GAN外延层，在1.5~K温度下进行了磁场相关的偏振选择性光致发光（PL）研究。已经发现，在GAN中掺入Gd导致产生三种类型的施主类缺陷，其导致在低温PL中的中性施主束缚激子特征。研究表明，所有三个激子功能的自旋翻转散射的速率变得几乎$B$独立的，这表明这些信号必须是源于相互铁磁耦合的缺陷。这是进一步证实了与Si和Gd共掺杂的GAN样品上进行的研究，其中发现的缺陷是铁磁耦合，而Si-施主没有显示出任何参与耦合。
2018-12-13 cond-mat.mtrl-sci
Vacancy-related color centers in twodimensional silicon carbide monolayers
本文通过密度泛函理论计算表征二维碳化硅中碳空位、硅空位及碳反位-空位对缺陷的超精细张量和光学激发态，并提出带负电碳反位-空位可用于近红外单光子发射，中性碳空位可用于可见光波段量子传感。
2023-12-19 cond-mat.mtrl-sci
Photoluminescence spectra of point defects in semiconductors: validation of first principles calculations
半导体中的光学和磁活性点缺陷是固态量子技术发展的有趣平台。它们的光学性质通常通过测量光致发光光谱来探测，光致发光光谱提供了关于激发能和电子与晶格振动相互作用的信息。我们提出了一个相结合的计算和实验研究金刚石和SiC中的缺陷的光致发光光谱，旨在评估的有效性的理论和数值近似中使用的第一性原理计算，包括使用的弗兰克-康登原理和位移谐振子近似。我们专注于固态量子比特的原型例子，在SiC和金刚石中的氮空位的双空位中心，我们报告计算的光致发光光谱作为温度的函数，与测量的非常好的协议。正如预期的那样，我们发现，使用混合泛函导致更准确的结果比半局部泛函。有趣的是，我们的计算表明，约束密度泛函理论（CDFT）和含时的混合DFT在描述三重态的激发态势能面方面表现得同样好;我们的研究结果表明，CDFT，一个相对便宜的计算方法，是足够准确的计算的光致发光光谱的缺陷在这里研究。最后，我们发现只有通过修正有限尺寸效应并外推到稀释极限，才能得到理论与实验的良好一致。我们的研究结果提供了一个详细的验证协议的光致发光光谱的第一性原理计算，必要的实验解释和半导体中点缺陷的电子性质的稳健预测。
2021-08-09 cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Introduction of spin centers in single crystals of Ba$_2$CaWO$_{6-δ}$
发展量子信息科学（QIS）领域取决于设计可行的量子比特，量子计算中的最小单位。创建量子位的一种方法是将顺磁缺陷引入半导体或绝缘体中。这类量子比特已经以金刚石中的氮空位中心、SiC中的双空位缺陷和Si中掺杂的P的形式取得了成功。这些材料在低核自旋环境中具有顺磁缺陷，以减少核自旋对电子自旋相干性的影响。在这项工作中，我们报告的Ba $_2$ CaWO $_{6-δ}$的单晶生长，和可控引入的W $^{5+}$自旋中心产生的氧空位的相干特性。Ba $_2$ CaWO $_{6-δ}$（$δ$ = 0）是具有温度依赖性八面体倾斜的B位有序双钙钛矿，其中氧空位产生W $^{5+}$（d $^1$），$S = \frac{1}{2}, I$ = 0中心。我们通过测量T = 5 ~ 150 K的自旋-晶格（$T_1$）和自旋-自旋弛豫（$T_2$）时间来表征这些缺陷。在T = 5 K时，$T_1$ = 310 ms和$T_2$ = 4 $μ$，建立这些量子位候选者的生存能力。随着温度的升高，$T_2$在T = 60 K时保持恒定，然后在T = 90 K时降低到$T_2$ $\approx$ 1 $μ$ s，并且在T = 150 K之前保持大致恒定，这表明$T_2$随温度升高具有显著的稳定性。总之，这些结果表明，双钙钛矿结构中的受控缺陷产生可以为量子应用产生可行的顺磁点中心，并扩大QIS潜在材料的…
2020-01-01 cond-mat.mtrl-sci
All-optical scanning vector magnetometry based on fine and hyperfine interactions in spin-$\frac{3}{2}$ centers in silicon carbide
提出利用4H-SiC中S=3/2自旋色心的LAC谱随磁场取向变化，实现无需微波、可基于单个中心的全光扫描矢量磁力测量。
2024-04-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Intrinsic Terahertz Plasmons and Magnetoplasmons in Large Scale Monolayer Graphene
我们发现，在SiC上外延生长的石墨烯中，由于自然的纳米级不均匀性，如衬底梯田和皱纹，Drude吸收被转化为强的太赫兹等离子体峰。等离子体激元的激发极大地改变了磁光响应，特别是法拉第旋转。这使得石墨烯成为等离子体控制磁光现象的独特场所，这要归功于回旋质量比传统等离子体材料（如贵金属）小2个数量级。
2012-04-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Epitaxial graphene homogeneity and quantum Hall effect in millimeter-scale devices
在5.6 x 5.6 mm^2外延石墨烯器件中观察到量子化的磁输运，该器件在高温（1900 °C）下使用SiC（0001）的Si面上的高度约束升华生长。精确的量子化霍尔电阻Rxy = h/2e^2在T = 3.1 K和9 T时保持在临界电流Ixx = 0.72 mA的最高记录水平，拉曼显微镜显示出低而均匀的应变。在第二个器件中，吸附诱导的分子掺杂降低了载流子浓度，接近狄拉克点（n ~ 1 E10（1/cm^2）），在10 mm^2的面积上测得迁移率为43700 cm^2/Vs。原子力，共聚焦光学，和拉曼显微镜被用来表征大规模的设备，并揭示了改进的SiC平台形貌和石墨烯层的结构。我们的研究结果表明，通过面石墨加工生产的外延石墨烯的结构均匀性有助于毫米级的输运均匀性，并将证明对科学和商业应用有用。
2016-06-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Optical line shapes of color centers in solids from classical autocorrelation functions
提出基于分子动力学直接采样自相关函数的MD-ACF方法，结合机器学习势预测固体色心光学线型，突破GF方法在非谐性、高温及非晶体系中的限制。
2024-08-13 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph physics.comp-ph
Tuning the electron-phonon coupling in multilayer graphene with magnetic fields
利用磁拉曼散射研究了生长在SiC碳表面上的多层外延石墨烯中的E $_{2g}$光学声子。在4.2K的磁场高达33 T，我们观察到一系列明显的避免交叉每次光学活性间朗道能级跃迁调谐在共振与E $_{2g}$声子激发（在196 meV）。声子拉曼散射响应的宽度也显示出明显的变化，并在共振条件下增强。实验结果很好地再现了一个模型，直接给出的电子-声子相互作用的强度。
2009-07-31 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
First-principles predictions of Hall and drift mobilities in semiconductors
在过去的十年中，在实际材料中载流子迁移率的无参数计算方面取得了重大进展;然而，各种近似的作用仍然不清楚，缺乏统一的方法。在这里，我们提出并分析了一个全面的和有效的方法来计算本征，声子限制漂移和霍尔载流子迁移率的半导体，在第一性原理玻尔兹曼输运方程的框架内。该方法利用了一种新的方法来估计四极张量，并将它们包括在电子-声子相互作用中，并利用了一个严格而有效的数值收敛程序。在这项工作中达到的精度可以评估常见的近似，包括交换和相关泛函，自旋-轨道耦合，赝势，Wannier插值，布里渊区采样，偶极子和四极校正的作用，以及弛豫时间近似。详细的分析展示了十个原型半导体，即金刚石，硅，GaAs，3C-SiC，AlP，GaP，c-BN，AlAs，AlSb和SrO。通过比较这一广泛的数据集与现有的实验数据，我们探讨了声子限制的载流子输运和磁输运现象在这些化合物的内在本质。我们发现，最准确的计算预测霍尔迁移率高达两个大于实验数据的因素，这可能指向有前途的实验改进的样品质量，或密度函数理论的局限性，在预测载流子的有效质量和过度筛选的电子-声子矩阵元素。通过制定可靠性和再现性的严格标准，本工作旨在促进数据和软件的验证和验证，以预测半导体中传输现象的计算。
2021-05-10 cond-mat.mtrl-sci
