The role of metallic impurities in oxide semiconductors: first-principles calculations and PAC experiments
我们报告从头比较研究的电场梯度张量（EFG）和结构弛豫引入受体（Cd）和供体（Ta）杂质时，他们取代阳离子在一系列的二元氧化物：TiO 2，SnO 2，和In 2 O 3。计算是用全势线性增广平面波方法进行的，该方法使我们能够以完全自洽的方式处理电子结构和原子弛豫。我们考虑了每个杂质的不同电荷状态，并研究了这些电荷状态对电子性质和结构弛豫的依赖性。我们的结果与来自PAC实验和以前的计算的可用数据进行了比较，使我们能够获得关于金属杂质在氧化物半导体中所起作用的新见解。从我们的结果可以清楚地看出，简单的模型不能描述所测量的EFG在氧化物中的杂质，甚至近似。
2008-04-23 cond-mat.mtrl-sci
Enhanced carrier scattering rates in dilute magnetic semiconductors with correlated impurities
在III-V族稀磁半导体（DMS）如Ga $_{1-x}$ Mn $_x$ As中，杂质位置往往是相关的，这会极大地影响这些材料的电子输运性质。在记忆函数形式主义，我们推导出了一个通用的表达式为当前的弛豫内核自旋和电荷无序介质，并计算了自旋和电荷散射率在弱无序的限制。使用一个简单的模型，磁性杂质集群，我们发现一个显着增强的电荷散射。增强是敏感的集群参数，可以通过生长后退火控制。
2006-07-07 cond-mat.mtrl-sci
A first principles study of the stability and mobility of defects in titanium carbide
我们已经进行了密度泛函计算的替代过渡金属（TM）缺陷，C空位，和C间隙缺陷在TiC的形成能。此外，我们还评估了TM杂质存在下C原子的迁移能垒。我们发现，从三维TM系列中提取的TM杂质的溶解度低，只有Sc和V杂质可以溶解到TiC中的平衡。此外，我们发现，在TiC中的C的迁移能垒的存在下的TM杂质的影响很大：迁移势垒一般较低的杂质的存在下相比，纯TiC和显示出明显的依赖于TM杂质的原子尺寸。我们建议，在TiC中的C的迁移率将是最高的TM杂质的存在下，从中间的3D TM系列。
2013-03-12 cond-mat.mtrl-sci
Stability and dopability of native defects and group-V and -VII impurities in single-layer MoS2
通过密度泛函理论计算研究了单层MoS 2中的本征缺陷、VB族和VIIB族元素的Mo替代杂质以及VA族和VIIA族元素的S替代杂质。结果表明，在富Mo和富S条件下，S空位（VS）和S间隙（Si）的形成能较低，约为1 eV，但由于它们是深能级缺陷，其载流子掺杂能力较差。发现V、Nb和Ta（VB族）和Re（VIIB族）杂质容易作为Mo替代缺陷并入单层MoS 2中，其中V、Nb和Ta是浅受主，Re是所考虑的杂质中唯一的浅施主。从自然生长的MoS 2块体材料剥离的单层MoS 2中的无意的n型掺杂被认为是源于Re杂质。
2013-07-15 cond-mat.mtrl-sci
Non-Fickian current enabling the uphill diffusion of impurities diffusing by the mechanism of mobile impurity-defect pairs
导出了由移动对介导的扩散方程。除了已知的非Fickian（n-F）的行为在小的时空尺度下均匀的缺陷分布的方程预测另一种类型的n-F扩散，可能只发生在非均匀的情况下，可以在任何规模的操作。在缓慢变化的不均匀性的限制，n-F扩散电流已被确定，并示出能够诱导的上坡扩散。有人认为，后者应该在FCC金属中约三分之一的杂质中观察到。
2018-09-13 cond-mat.mtrl-sci
Electronic Conductivity in Metal-Graphene Composites: The Role of Disordered Carbon Structures, Defects, and Impurities
本文利用从头算方法研究铝-碳复合材料中非晶石墨烯界面的电子输运，发现氮杂质影响导电性，并通过空间投影揭示传导机制。
2023-11-29 cond-mat.mtrl-sci
A possible model to high TC ferromagnetism in Gallium Manganese Nitrides based on resonation properties of impurities in semiconductors
在（Ga，Mn）N中观察到高TC铁磁性，除TC值外，几乎所有的结果都与（Ga，Mn）As的实验结果近似。尽管所有关于磁性的标准实验都清楚地支持这个结果，但这个值还是出乎意料地高。在简要回顾了实验结果后，本文提出并讨论了高TC铁磁性的可能性。三维玻色化方法的关键问题与安德森局域化中的问题相似。
2006-07-27 cond-mat.mtrl-sci
Carrier Trapping by Oxygen Impurities in Molybdenum Diselenide
理解缺陷对载流子动力学的影响对于过渡金属双硫族化合物的基础物理和潜在应用都是至关重要的。本文用超快泵浦探测光谱研究了氧杂质俘获光激发载流子的现象。氧杂质有意地在剥离的多层MoSe 2中用Ar+等离子体照射和空气暴露产生。等离子体处理后，瞬态吸收信号先增大后减小，这是缺陷捕获载流子的特征。氧缺陷密度越大，俘获效应越显著。从瞬态吸收信号估计的陷阱缺陷密度，其增加的趋势在较长的照射样品同意从X射线光电子能谱学的结果。密度泛函理论的第一性原理计算表明，占据Mo空位的氧原子产生了带隙中的缺陷态，这是载流子俘获的原因.我们的研究结果揭示了氧缺陷作为过渡金属二硫属化物中载流子捕获剂的重要作用，并促进了相关材料和器件应用中的缺陷工程。
2017-10-15 cond-mat.mtrl-sci
Ab initio Studies of the Possible Magnetism in BN Sheet by Non-magnetic Impurities and Vacancies
我们利用第一性原理计算研究了BN片中不同浓度的非磁性杂质和空位可能引起的磁性。Be、B、C、N、O、Al和Si的原子作为杂质用于替代系统中的B或N。我们讨论了态密度的变化以及缺陷态的空间分布的程度，可能形成的磁矩，磁化能的大小，最后由于这些缺陷的存在的交换能。结果表明，在大多数缺陷系统中，随着缺陷浓度的降低，磁化能趋于增加，这意味着有限磁矩的一定偏好。计算出的交换能一般是微小的，但并不是完全无关紧要的两个研究的缺陷系统，即一个与O杂质的N和其他与B空位。
2007-03-14 cond-mat.mtrl-sci
Spin relaxation in diluted magnetic semiconductors. GaMnAs as example
报道了在居里温度以上稀磁半导体中磁性杂质自旋弛豫的研究。研究了具有高浓度磁性杂质的系统，其中发生磁关联。发展的理论假设自旋弛豫的主要通道是移动载流子提供磁性杂质之间的间接相互作用。我们的理论模型支持的实验测量锰自旋弛豫时间的GaMnAs通过自旋翻转拉曼散射。结果表明，随着温度的升高，铁磁样品的自旋弛豫速率增大，并趋于顺磁样品的自旋弛豫速率。
2021-04-01 cond-mat.mtrl-sci
Machine-learned impurity level prediction for semiconductors: the example of Cd-based chalcogenides
预测半导体中杂质掺入的可能性及其电子能级的能力对于控制其电导率以及半导体在太阳能电池、光电二极管和光电子学中的性能至关重要。实验和计算确定杂质水平的难度和费用使得数据驱动的机器学习方法变得合适。在这项工作中，我们表明，一个密度泛函理论产生的数据集的杂质在镉基硫族化物CdTe，CdSe和CdS可以导致准确和概括的预测模型的缺陷属性。通过将任何半导体+杂质系统转换成一组数值描述符，建立了杂质形成焓和电荷跃迁能级的回归模型。这些回归模型随后可以相当准确地预测混合阴离子CdX化合物（其中X是Te、Se和S的组合）中的杂质性质，证明虽然仅在终点上训练，但它们适用于中间组合物。我们对5种硫属化合物中数百种可能的杂质的费米能级依赖的形成能进行了机器学习预测，并提出了一系列杂质，这些杂质可以改变半导体中的平衡费米能级，这是由主要的本征缺陷决定的。这些由机器学习预测的主要杂质与DFT预测相比很好，揭示了机器学习模型在快速筛选可能影响半导体光电行为的杂质方面的力量。
2019-06-05 cond-mat.mtrl-sci
Role of native point defects and Hg impurities in the electronic properties of Bi$_4$I$_4$
结合输运测量与密度泛函理论计算，本文揭示Bi$_4$I$_4$中本征点缺陷及Hg替位杂质对载流子类型、浓度和电阻率的调控作用。
2024-10-23 cond-mat.mtrl-sci
Ferromagnetism from localized deep impurities in magnetic semiconductors
我们提出磁性半导体中的局域缺陷可以作为深杂质，并且可以用Anderson模型来描述。在这个模型中，d-轨道和p-轨道的杂化产生非RKKY间接交换机制，当局域d-电子通过导带和价带交换时。对于具有间接带隙的半导体，交换积分的非RKKY部分是反铁磁的，这抑制了铁磁性。在直接带隙的情况下，这种交换机制在一定条件下可以导致铁磁性的增强。间接交换积分比RKKY强得多，并且可以有足够长的范围。因此，出现了一类潜在的新型高温磁性半导体，其中掺杂载流子不需要介导铁磁性。这种磁性半导体的居里温度主要由局域杂质之间的相互作用决定，而不是齐纳机制。这种效应也可能导致某些具有直接带隙的磁性半导体（如GaMnAs）的居里温度异常高。
2003-11-05 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Native defects and impurities in talcum quasi-2D layers
本研究对纯净及含缺陷的滑石准二维层进行全面计算分析，揭示了空位缺陷与各类杂质的电子及光学性质，为识别色心、自旋量子比特和掺杂剂奠定基础，推动滑石在量子技术中的应用。
2025-07-01 cond-mat.mtrl-sci
Role of defects and impurities in doping of GaN
我们已经计算出的形成能量和位置的所有原生缺陷和各种施主和受主杂质采用第一原理总能量计算的缺陷能级。数值结果的分析给出了直接洞察缺陷浓度和杂质溶解度相对于生长参数（温度，化学势）和限制GAN中的掺杂水平的机制。我们将展示如何补偿和钝化原生缺陷或杂质，溶解度问题，并纳入其他网站上的掺杂剂的影响受体掺杂水平。
1996-09-25 cond-mat.mtrl-sci mtrl-th
First-principles characterization of native defects and oxygen impurities in GaAs
North Dakota State University（北达科他州立大学）
本文通过混合泛函计算系统研究了GaAs中的本征点缺陷和氧杂质，揭示了GaAs中本征缺陷和氧杂质的结构、电子和光学性质，并探讨了这些缺陷在材料设计中的重要性。
2026-03-09 cond-mat.mtrl-sci
Atomic-scale detection of magnetic impurity interactions in bulk semiconductors
我们演示的基础上的从头计算模拟如何钝化的半导体表面可以利用研究bulklike的相互作用特性和波函数的磁性杂质在原子尺度上与传统的和自旋极化扫描隧道显微镜。通过应用我们的方法的$3d$过渡金属杂质接近H/Si $(111)$表面的情况下，我们显示示例性的，它们的波函数在Si中的扩展比在GaAs中的Mn少，从而阻碍在Si中的铁磁性。最后，我们讨论了这种方法对其他稀磁半导体的可能应用。
2018-05-15 cond-mat.mtrl-sci
Scattering of electrons by ionized impurities in semiconductors: quantum-mechanical approach to third body exclusion
本文提出了一个描述电子被电离杂质散射的有效模型，用于半导体中电子输运和散射过程的数值模拟。以GaAs（77 K和300 K）和Si（300 K）为例，计算了低场电子迁移率对半导体中施主杂质浓度的依赖关系。在将计算结果与已知的实验数据进行比较后，已确定理论与实验之间的最佳协议与应用所提出的模型实现。
2014-02-23 cond-mat.mtrl-sci physics.gen-ph
Symmetry breaking structural relaxation and optical transitions of native defects and carbon impurities in LiGa$_5$O$_8$
Chulabhorn Royal Academy（朱拉隆功皇家学院）；Kasetsart University（Kasetsart大学（泰国农业大学））；Case Western Reserve University（凯斯西储大学）
研究LiGa$_5$O$_8$中本征缺陷和碳杂质的对称性破缺结构弛豫及光学跃迁，探讨p型掺杂起源及带隙宽化机制，修正先前矛盾结果。
2026-04-14 cond-mat.mtrl-sci
Effect of Strain on Interactions of Σ3{111} Silicon Grain Boundary with Oxygen Impurities from First Principles
在多晶硅中，晶界与固有缺陷和/或杂质元素的相互作用对其电学行为起着决定性的作用。应变，取决于类型的GB和缺陷，在这些系统中起着重要的作用。本文从第一性原理框架出发，考虑应变的全局和局部模型，研究了间隙氧杂质存在下，Si 3111-GB的结构和电子性质之间的相关性.据观察，随着杂质原子的数量的应变分布修改的材料的能量。然而，所考虑的Si-GBs的电子性质并不特别受应变和氧杂质的影响，除非非常高的局部畸变引起额外的结构缺陷。
2022-01-19 cond-mat.mtrl-sci
Development of an interatomic potential for phosphorus impurities in iron
我们提出了推导的铁磷系统的原子间作用势主要基于{ \it ab initio}数据。在这个系统中的可转移性是非常成问题的，并且潜在的是专门用于解决含有低浓度磷原子的铁中的辐射损伤和点缺陷的问题。一些初步的分子动力学计算表明，P强烈影响点缺陷迁移。
2004-06-16 cond-mat.mtrl-sci
Effect of co-doping of donor and acceptor impurities in the ferromagnetic semiconductor Zn1-xCrxTe studied by soft x-ray magnetic circular dichroism
我们对稀释铁磁半导体Zn $_{1-\textit{x}}$ Cr $_\textit{x}$ Te分别掺杂碘（I）或氮（N）（对应于电子或空穴掺杂）进行了X射线吸收光谱（XAS）和X射线磁性圆二色性（XMCD）研究。从XAS光谱中Cr $2p$吸收峰的形状可以得出结论，未掺杂、I掺杂和轻度N掺杂样品中的Cr离子是二价的（Cr $^{2+}$），而Cr $^{2+}$和三价的（Cr $^{3+}$）在重度N掺杂样品中共存。这一结果表明，掺杂的氮原子作为受体，但掺杂的空穴位于铬离子。在Cr $2p$吸收边处的XMCD信号的磁场依赖性中，在未掺杂、I掺杂和轻N掺杂的样品中观察到铁磁性行为，而在重N掺杂的样品中铁磁性被显著抑制，这与磁化强度测量的结果一致。
2011-03-25 cond-mat.mtrl-sci
Long-range ferromagnetic correlations between Anderson impurities in a semiconductor host
本文用量子蒙特卡罗方法研究了半导体基质中的双杂质安德森模型。我们发现，杂质自旋表现出铁磁相关的范围，可以大大增强比在半填充金属带。特别地，当费米能级位于价带顶部以上时，该范围最长，并且随着杂质束缚态被占据而减小。与光电子发射和光吸收实验的比较表明，该模型捕捉的基本电子结构的Ga_{1-x} Mn_xAs，原型稀磁半导体（DMS）。这些数值结果也可能是有用的合成DMS或稀氧化物铁磁体具有较高的居里温度。
2006-11-25 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Weakly Trapped, Charged, and Free Excitons in Single-Layer MoS2 in the Presence of Defects, Strain, and Charged Impurities
少数和单层MoS 2主机大量密度的缺陷。它们被认为影响掺杂水平、晶体结构和电子-空穴对的结合。我们解开所有三种效应的伴随光谱表达，并确定它们在多大程度上是材料固有的或外在的，即，与当地环境有关。我们这样做是通过使用不同来源的MoS 2-一种天然的，一种在高压和高温下制备的-和不同的衬底带来不同数量的带电杂质，并通过分离拉曼光谱中的内部应变和掺杂的贡献。光致发光揭示了各种光学活性激子复合物。我们发现了一个缺陷束缚态具有20毫电子伏的低结合能，似乎不敏感的应变和掺杂，不像带电激子。相反，缺陷不会显著掺杂或应变MoS 2。扫描隧道显微镜和密度泛函理论模拟指出了取代原子，推测是硫位上的单个氮原子。我们的工作显示了一个系统的理解的外部和内部领域的二维材料的光学性质的影响的方式。
2018-05-07 cond-mat.mtrl-sci
Ferromagnetism in a Semiconductor with Mobile Carriers via Low-Level Nonmagnetic Doping
我们发现，掺杂的立方黄铁矿，这是一个抗磁性半导体，成为铁磁性时，$p$型掺杂。我们还发现，这种材料可以表现出高自旋极化隧穿和运输设备。这些结果是基于第一性原理电子结构和输运计算。这说明了使用$p$型掺杂没有磁性杂质作为获得铁磁半导体行为的策略，与自旋电子应用，需要磁有序和良好的流动性的影响。这是一种很难通过用磁性杂质掺杂半导体来实现的组合。我们表明，磷和砷可能是实现这种行为的有效掺杂剂。
2021-04-08 cond-mat.mtrl-sci
Temperature Effect on Charge-state Transition Levels of Defects in Semiconductors
缺陷在决定半导体的整体物理性质方面至关重要。通常，电荷态跃迁能级（TEL）是决定半导体中缺陷可掺杂性的关键物理量之一，其与温度有关。然而，我们对TEL的温度依赖性知之甚少，因此，几乎所有现有的半导体缺陷理论都建立在温度无关近似的基础上。本文通过推导热致发光温度依赖性的基本公式，建立了半导体热致发光温度依赖性的两个基本规律。基于这些规则，令人惊讶的是，发现不同缺陷的TEL的温度依赖性是相当不同的：它可以变得更浅，更深，或保持不变。这种缺陷特异性行为主要由自由能校正（由电荷状态转变期间缺陷周围的局部体积变化确定）和带边变化（其对于不同半导体不同）之间的协同或相反效应确定。这些基本公式和规则，通过大量的国家的最先进的温度依赖性的缺陷计算在GAN中证实，可能会被广泛采用的理解或优化在有限温度下的半导体掺杂行为的指导方针。
2022-01-01 cond-mat.mtrl-sci
Monovacancy and Substitutional Defects in Hexagonal Silicon Nanotubes
本文利用第一性原理研究了单空位和替代缺陷的六方单壁硅纳米管的几何结构和电子结构。选择C、Al或P原子作为替代杂质。研究发现，单空位或替代杂质等缺陷会导致六边形单壁硅纳米管的变形。在这两种情况下，由于这种局部变形，在费米能级附近出现相对局部化的未占据态。讨论了不同替代杂质的几何和电子性质的差异。
2007-09-10 cond-mat.mtrl-sci
Characterisation of negative-U defects in semiconductors
这篇评论的目的是提供一个回顾，以及描述的国家的最先进的和未来的前景，关于半导体负U缺陷的理论和实验表征。这是通过补充说明的工作，导致了一些最详细的，但更复杂的半导体缺陷模型的帐户。给出了负U行为的基本物理机制，包括电子关联、电子-声子耦合、双折射、缺陷跃迁能级和跃迁速率。还介绍了用于分析实验数据和建模的技术，即缺陷统计、载流子捕获和发射动力学、缺陷变换、配置坐标图和其他工具。最后，我们还展示了几项工作，这些工作导致了对IV族和化合物半导体中一些最具影响力的负U缺陷的识别。
2020-05-13 cond-mat.mtrl-sci
Inter-impurity and impurity-host magnetic correlations in semiconductors with low-density transition-metal impurities
在低掺杂绝缘相的（Ga，Mn）As的实验表明，在价带以上110 meV的杂质带的存在的证据。本文的目的是研究杂质带在决定稀磁半导体低掺杂区磁关联中的作用。为此，我们提出的Haldane-Anderson模型的过渡金属杂质在半导体主机，这是通过使用Hirsch-Fye量子蒙特卡罗（QMC）算法得到的结果。特别是，我们目前的结果杂质杂质和杂质主机磁关联在二维和三维半导体二次带色散。此外，我们利用紧束缚近似和实验确定的参数，得到了GaAs中Mn杂质的宿主能带结构和杂质-宿主杂化。当化学势位于价带顶和杂质束缚态之间时，杂质表现出最长射程的铁磁关联。我们表明，这些FM相关产生的反铁磁耦合的主机电子自旋杂质磁矩。最后，我们得到了100 meV的IBS能量，这是一致的实验值为110 meV，通过结合QMC技术与紧束缚的方法在GaAs中的Mn杂质。
2008-06-01 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Lieb-Mattis ferrimagnetism in diluted magnetic semiconductors
我们展示了长程亚铁磁有序的可能性，饱和磁化强度为1玻尔磁子每自旋的顺序为任意低浓度的磁性杂质在半导体中，只要杂质形成一个超结构满足条件的Lieb-Mattis定理。这种超结构的纤锌矿晶格的明确的例子，亚铁磁转变的温度估计从高温膨胀。精确的对角化研究表明，该结构的小片段在低温下表现出增强的磁响应和各向同性超顺磁性。考虑了强磁场中的量子跃迁，并讨论了立方半导体中类似的超结构。
2016-02-06 cond-mat.mtrl-sci
Transition metal impurities in Silicon: Computational search for a semiconductor qubit
半导体为量子比特的物理实现提供了一个有前途的平台，但它们的广泛采用目前受到有限的可扩展性和/或非常低的工作温度的阻碍。从金刚石中的氮空位中心学习，我们的目标是在晶体硅中找到等效的光学活性点缺陷中心，这可能有利于它们的可扩展性和与经典器件的集成。硅中的过渡金属（TM）杂质是常见的顺磁深缺陷，但考虑广义Koopmans条件的整个3个$d$系列的综合理论研究却缺失。我们应用HSE 06（+U）方法来研究它们作为光学活性自旋量子比特的潜力，并确定了七种在硅带隙内具有光学允许的三重态-三重态跃迁的TM杂质。这些结果为硅基量子比特提供了第一步，具有更高的工作温度，用于量子传感。此外，这些点缺陷可能导致硅基量子比特和中红外自由空间通信设备中的自旋光子界面。
2022-08-19 cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Accurately Determining Defect Ionization Energy in Low-Dimensional Semiconductors: Charge Corrected Jellium Model
低维半导体中缺陷电离能的确定一直是第一性原理缺陷计算中一个未解决的问题，这是因为基于Jeltron模型的常用方法在材料和真空区引入了非物理的均匀分布的电荷密度，导致了众所周知的带电缺陷形成能发散问题。本文通过考虑缺陷电离的物理过程，提出了一种基于能带边缘电荷密度代替非物理的能带边缘背景电荷密度的电荷修正方法，来处理带电缺陷。结果表明，该方法具有物理意义、定量准确、技术简单等优点，解决了缺陷电离能计算中的难题.我们提出的方法可以适用于任何尺寸的半导体。
2020-01-12 cond-mat.mtrl-sci
Hf defects in HfO2/Si
研究了HfO 2 Si基金属氧化物半导体器件中Si沟道中存在Hf缺陷的可能性。我们用从头计算密度泛函理论研究了c-Si中不同电荷态的替位和间隙Hf杂质。结果表明：1）四面体间隙缺陷比替位缺陷在能量上更有利; 2）Si带隙中存在多种稳定的电荷态。由于库仑散射，Si沟道中可能存在的这些带电杂质可能导致迁移率降低。
2006-08-30 cond-mat.mtrl-sci
Native defects, hydrogen impurities, and metal dopants in CeO$_2$
本研究通过杂化密度泛函计算，揭示了CeO2中本征缺陷、氢杂质及金属掺杂的行为，阐明了电子极化子与氧空位的主导作用及掺杂对导电性的影响。
2025-08-29 cond-mat.mtrl-sci
A Finite-Size Supercell Correction Scheme for Charged Defects in One-Dimensional Systems
我们提出了一个新的有限尺寸修正方案，在密度泛函理论中计算一维系统中带电缺陷和杂质的形成能。超原胞几何结构中的能量修正是通过求解由各向异性介电常数张量描述的连续介质模型中的泊松方程来获得的，其中缺陷电荷分布来自第一性原理计算。我们实施我们的计划来研究硅纳米线中的杂质和悬挂键，并证明了带电缺陷的形成能量随着超晶胞尺寸迅速收敛。
2014-02-24 cond-mat.mtrl-sci
Defects and Oxygen Impurities in Ferroelectric Wurtzite Al$_{1-x}$Sc$_x$N Alloys
本研究通过第一性原理计算分析铁电纤锌矿Al$_{1-x}$Sc$_x$N合金的本征缺陷与氧杂质，明确氮空位和氧替位缺陷的特性与影响，为该类铁电器件的研发提供缺陷物理基础。
2023-08-28 cond-mat.mtrl-sci
Performance engineering of semiconductor spin qubit systems
研究了一个量子计算系统的性能，量子比特由填充两个电子的耦合量子点中的磁性杂质表示。磁性杂质是由电子操纵的。主要噪声源是磁性杂质和主体纺丝浴之间的电子介导的间接耦合。作为电子介导耦合的结果，噪声特性和基本门操作所需的时间两者取决于可控系统参数，诸如量子点的尺寸和几何形状以及外部电场和磁场。我们发现磁性杂质的每相干时间的最大量子操作数随着电子自旋单重态三重态能隙的减小而增加。磁性杂质在弱耦合和大磁场下优于电子的优点将被说明。
2010-07-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Defect correlations, metal-insulator transition, and magnetic order in ferromagnetic semiconductors
稀释的铁磁III-V族半导体通常表现出高度的补偿。补偿与任一符号的带电缺陷的可比密度的存在有关。这自然导致在生长和退火期间缺陷位置之间的强相关性的发展。我们表明，这些相关性需要了解实验观察到的运输和磁性，以及持久性的能隙掺杂磁性离子。
2002-09-03 cond-mat.mtrl-sci
Point defects on III-V semiconductor surfaces
用密度泛函理论计算了GaAs、GaP和InP（110）面上点缺陷的基本性质（原子几何形状、电荷转移能级位置和形成能）。基于这些结果，我们讨论了表面缺陷的电子特性，缺陷偏析，和补偿。
2000-10-23 cond-mat.mtrl-sci
Computational study of the thermal conductivity in defective carbon nanostructures
我们使用非平衡分子动力学模拟来研究包括同位素杂质在内的缺陷对碳纳米管、石墨烯和石墨烯纳米带的热导率的不利作用。我们发现，即使在结构完美的纳米管和石墨烯，同位素杂质降低了高达一半的热导率，通过减少声子平均自由程，甚至更大的热导率降低，具有相同的物理起源，发生在存在结构缺陷，包括空位和窄石墨烯纳米带的边缘。我们的计算调和以前的研究结果，不同的数量级，通过确定各种计算方法的局限性。
2012-08-30 cond-mat.mtrl-sci
Spinney: post-processing of first-principles calculations of point defects in semiconductors with Python
理解和预测半导体和绝缘体中点缺陷的热力学性质将极大地帮助设计新材料，并允许调整现有材料的性质。事实上，基于密度泛函理论和超原胞方法的第一性原理计算已经成为研究固体中点缺陷的标准工具。然而，在稀释极限，最感兴趣的新型半导体材料的设计，原始DFT计算需要大量的后处理。Spinney是一个开源Python软件包，旨在处理第一性原理计算，以获得几个感兴趣的量，如化学势限制，确保缺陷负载系统的热力学稳定性，缺陷电荷跃迁能级，缺陷形成能量，包括有限尺寸效应的静电校正，以及缺陷和载流子浓度。在本文中，我们展示了能力的Spinney代码使用c-BN，Mg掺杂的GAN，TiO 2和ZnO为例。
2020-07-08 cond-mat.mtrl-sci
First principles predictions of magneto-optical data for semiconductor defects: the case of divacancy defects in 4H-SiC
半导体中磁光活性单点缺陷的研究和设计由于其在量子比特和单光子发射器应用中的潜力而迅速发展。详细了解候选缺陷的性质对于这些应用是必不可少的，并且需要识别缺陷的微观构型和电子结构。多组分半导体通常具有两种或更多种非等效的点缺陷配置。这些配置通常表现出类似的电子结构和基本功能，然而，它们在细节上不同，这在考虑单个缺陷应用时非常重要。因此，识别点缺陷的非等效配置对于成功的单缺陷操作和应用是必不可少的。一个有前途的方法来识别缺陷是通过比较实验测量和第一原理计算的结果。我们调查的可能性，以产生准确的从头算数据的零声子线和超精细耦合参数，需要系统的量子位搜索。我们专注于可能使用的双空位缺陷的量子位在4 H-SiC的相关属性。我们提供了一个决定性的识别4 H-SiC中的双空位配置和澄清4 H-SiC双空位零声子光致发光线的先前预测的差异。
2017-08-15 cond-mat.mtrl-sci
The influence of impurities on the charge carrier mobility of small molecule organic semiconductors
基于小分子和聚合物的无定形有机半导体用于许多应用，最突出的是有机发光二极管（OLED）和有机太阳能电池。杂质和电荷陷阱普遍存在于大多数目前可用的有机半导体中，并限制电荷传输，从而限制器件效率。这些陷阱的微观原因以及化学性质目前还不清楚。使用多尺度模型，我们描述了杂质对小分子非晶有机半导体的态密度和电荷输运的影响。我们利用该模型定量描述了水分子和水氧复合物对电子和空穴迁移率的影响。这些物种被视为影响的状态密度的形状，并作为明确的电荷陷阱内的能隙。我们的结果表明，在广泛使用的材料中，由分子氧引入的陷阱态可以足够深以限制电子迁移率。
2020-11-08 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft physics.chem-ph
Suppression of spin-polarization in graphene nanoribbon by edge defect and impurity
我们研究了边缘缺陷（空位）和杂质（替代掺杂剂）对锯齿形边缘石墨烯纳米带（GNRs）中自旋极化鲁棒性的影响，采用密度泛函理论计算。我们发现自旋态的稳定性和它的磁矩随缺陷或杂质浓度的增加而不断降低。该系统通常在每10埃一个边缘缺陷（杂质）的浓度下变成非磁性的。自旋抑制被证明是由减少和删除的费米能量的边缘状态。我们的分析意味着一个重要的标准GNR样品的自旋电子学应用。
2008-02-21 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
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
Effect of Group-V Impurities on the Electronic Properties of Germanium Detectors: An Insight from First-Principles Calculations
本文利用杂化泛函密度泛函理论计算HPGe中的点缺陷，揭示V族P、As、Sb形成浅施主而N形成深陷阱，且其与Ge空位的复合物会形成深陷阱并损害探测器性能。
2025-07-23 cond-mat.mtrl-sci
Extrinsic point defects in aluminum antimonide
采用第一性原理计算研究了锑化铝（AlSb）中IV族（C，Si，Ge，Sn）和VI族（O，S，Se，Te）杂质以及P和H的热力学和电子学性质.为此，我们计算了各种可能的缺陷配置的形成能，包括具有最重要的本征缺陷的缺陷复合物。我们还获得了这些缺陷的相对散射交叉强度，以确定其对载流子迁移率的影响。此外，我们采用自洽的电荷平衡计划，以确定不同的温度和杂质浓度的净载流子浓度。因此，我们能够研究生长过程中掺入的杂质的影响，并确定实现补偿材料的最佳工艺条件。主要调查结果概述如下。在IV族元素中，C、Si和Ge替代Sb并作为浅受主，而Sn可以替代Sb或Al并显示两性特征。在第VI族元素中，S、Se和Te取代Sb并充当深施主。相比之下，O最有可能作为间隙结合并主要充当受体。作为V族元素，P取代Sb并且是电惰性的。C和O是对载流子传输最有害的杂质，而Sn、Se和Te具有适度至低的影响。因此，Te可用于补偿在生长过程中无意中掺入的C和O杂质，对载流子迁移率的影响最小。
2010-09-01 cond-mat.mtrl-sci
Theoretical study of dislocation nucleation from simple surface defects in semiconductors
大规模的原子计算，使用模拟半导体的经验势，已被执行的应力系统与线性表面缺陷，如步骤。虽然具有表面缺陷的系统的弹性限度仍然接近理论强度，但结果表明，这些缺陷削弱了原子结构，初始化了塑性形变，特别是位错。位错形核的性质可以通过考虑与外加应力方向相关的切应力和Peierls应力来预测。在低温下，只观察到滑移集平面内的滑移事件。然后，它们逐渐消失，并在高于900 K的温度下被非晶化/熔化区所取代。
2007-09-11 cond-mat.mtrl-sci
Defect-Assisted Recombination in Semiconductors and Photovoltaic Device Parameters from First Principles
Technical University of Denmark（丹麦技术大学）；S. N. Bose National Centre for Basic Sciences（S.N. 玻色基础科学国家中心）
本文提出一种基于首原理计算半导体中缺陷辅助肖克利-莱德-霍尔复合速率的方法，评估缺陷对七种新兴光伏半导体器件参数的影响，揭示传统近似方法的局限性。
2025-07-24 cond-mat.mtrl-sci
Heavily Doped Semiconductor Nanocrystal Quantum Dots
杂质原子对半导体的掺杂使其在微电子和光电子学中得到了广泛的技术应用。对于胶体半导体纳米晶体，一种新兴的材料家族，其尺寸，成分和形状控制提供了广泛可调的光学和电子特性，掺杂已被证明是难以捉摸的。这既源于如何引入单一杂质的合成挑战，也源于对强量子限制下的重掺杂极限缺乏基本理解。我们开发了一种方法来掺杂半导体纳米晶体与金属杂质提供控制的带隙和费米能量。结合光学测量，扫描隧道光谱和理论揭示了一个有限的杂质带和带尾的出现。掺杂的成功控制及其理解提供了n-和p-杂质半导体纳米晶体，其极大地增强了这种材料在太阳能电池、薄膜晶体管和光电子器件中的潜在应用。
2021-05-23 cond-mat.mtrl-sci
Native defects and erbium impurities in CaWO4
Inha University（仁荷大学）；University of California, Santa Barbara（加州大学圣塔芭芭拉分校）；US Naval Research Laboratory（美国海军研究实验室）；Princeton University（普林斯顿大学）
通过杂化密度泛函计算研究CaWO4中本征缺陷的稳定性、电子性质、光学跃迁和迁移势垒，并分析Er掺杂行为及其对发光性能的影响。
2026-05-24 cond-mat.mtrl-sci
Scanning Tunneling Microscopy of Defect States in the Semiconductor Bi$_2$Se$_3$
Bi $_2$ Se $_3$掺杂过量Bi的扫描隧道光谱图像揭示了具有类似三叶草叶子的引人注目的形状的电子缺陷状态。用一个简单的紧束缚模型，我们表明，在Bi $_2$ Se $_3$的缺陷态的几何形状可以直接相关的位置的起源杂质。只有Bi缺陷的Se网站五个原子层以下的表面实验观察到。我们发现，这种效果可以解释的缺陷和表面电子结构的相互作用。
2002-09-04 cond-mat.mtrl-sci
Electronic States and Magnetism of Mn Impurities and Dimers in Narrow-Gap and Wide-Gap III-V Semiconductors
本文系统地研究了窄禁带和宽禁带$III$ - $V$半导体中单个$Mn$杂质和二聚体的电子态和磁性。已经发现，在单个$Mn$杂质的基态下，当$p$-$d$杂化$V_{pd}$大并且空穴能级$E_{v}$和杂质能级$E_{d}$都接近中间带隙时，$Mn$-$As(N)$复合物是反铁磁（AFM）耦合;或者当$V_{pd}$小并且$E_{v}$和$E_d$都在价带深处时，是非常弱的铁磁（FM）耦合。在$Mn$二聚体的情况下，$Mn$自旋是AFM耦合的半填充或充满$p$轨道;相反，Mn自旋是双交换的FM耦合的任何$p$ -轨道远离半填充。我们认为，稀释的$III$ - $V$半导体中的FM有序是由强的{ \it p-d}杂化双交换机制引起的.
2004-11-24 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
