Local Strain Heterogeneity Influences the Optoelectronic Properties of Halide Perovskites
卤化物钙钛矿是用于廉价、高性能光电子学的有前途的半导体。尽管与常规半导体相比具有显著的缺陷容限，但钙钛矿薄膜在诸如发光效率和器件性能的关键性质中仍然显示出显著的微观尺度异质性。这种行为已被归因于作为陷阱介导的非辐射复合位点的子带隙电子态的群体中的空间波动。然而，缺陷容忍度的变化，陷阱状态和程度的起源仍然是一个有争议的话题，准确的理解是至关重要的缺陷管理策略的合理设计。通过结合扫描X射线衍射光束线在两个不同的同步加速器与高分辨率透射电子显微镜，我们揭示了10微米尺度（超晶粒），甚至10纳米尺度（亚晶粒域）的异质性水平。我们发现，局部应变与增强的缺陷浓度，和局部结构和时间分辨的光致发光之间的相关性表明，这些应变相关的缺陷是非辐射复合的原因。我们揭示了缺陷浓度和非辐射损失之间的直接联系，以及跨多个长度尺度的复杂异质性，从而为卤化物钙钛矿中结构缺陷的存在和影响提供了新的线索。
2018-05-15 cond-mat.mtrl-sci
Single-step method for the immobilization of hydroxyapatite on 3D-printed porous polyetherketoneketone implants
本研究提出一种单步固定方法，在3D打印多孔PEKK植入体表面负载HAp，可保留植入体原有形貌与抗压强度，提升亲水性与干细胞黏附、成骨分化能力，为骨组织工程支架制备提供新方案。
2024-11-29 cond-mat.mtrl-sci physics.bio-ph physics.med-ph
Elucidating the Influence of Native Defects on Electrical and Optical Properties in Semiconducting Oxides: An Experimental and Theoretical Investigation
在多晶氧化物基材料中使用自掺杂或产生空位的缺陷工程对光吸收、UV光检测和电开关具有深远的影响。然而，缺陷诱导的半导体氧化物器件在光检测和光敏性方面表现出增强，因此仍然是光电子学领域的研究热点。在这项研究中，半导体氧化物材料中的缺陷工程及其在基于光电子器件的应用中的作用进行了讨论。采用密度泛函理论，通过第一性原理电子结构计算，对缺陷态的识别进行了理论研究。特别是，在这项工作中，我们专注于探测缺陷引起的光和电过程的变化，通过实验以及计算调查。因此，系统的实验测量的光吸收，电开关，电荷密度，和光电流在缺陷丰富的半导体氧化物样品已被执行。我们的研究结果表明，缺陷可以导致增强的光电性能，如光电流，开关速度，光吸收等的半导体氧化物为基础的设备。
2021-12-11 cond-mat.mtrl-sci
Optoelectronic Properties and Defect Physics of Lead-free Photovoltaic Absorbers Cs$_2$Au$^{I}$Au$^{III}$X$_6$ (X=I, Br)
混合碘化铅钙钛矿MAPbI $_3$的稳定性和毒性问题需要寻找潜在的替代品。在这里，我们揭示了有前途的光伏性质的金混合价卤化物钙钛矿Cs $_2$ Au $_2$ X $_6$（X = I，Br，Cl）。它们满足基本要求，如无毒，更好的稳定性，在可见光范围内的带隙，和低激子结合能。我们的研究表明，一个有利的电子结构，导致高的光学跃迁强度，从而在带隙附近的吸收光谱急剧上升。这又产生非常高的短路电流密度，因此与MAPbI $_3$相比产生更高的模拟效率。然而，对缺陷物理学的仔细研究揭示了取决于生长条件的深能级缺陷（例如V $_X$、V $_{Cs}$、X $_{Au}$、X $_{Cs}$、Au $_i$和Au $_X$，X = I，Br）的可能性。这些可以充当载流子陷阱并且变得对光伏性能有害。本研究应有助于采取必要的预防措施，在一个受控的化学环境中合成这些化合物，这应尽量减少性能限制的缺陷，并为这类材料的未来研究铺平道路。
2020-01-06 cond-mat.mtrl-sci
Intrinsic defect properties in halide double perovskites for optoelectronic applications
具有四元A $_2^+$ B 'B' $^{3+}$ X $_6^-$的无铅卤化物双钙钛矿最近因其无毒和增强的化学和热力学稳定性而作为铅卤化物钙钛矿基光电材料的替代物引起了强烈的兴趣。然而，对本征缺陷性质及其对载流子输运和费米能级调谐的影响的理解仍然有限。在本文中，我们表明，通过探索卤化物双钙钛矿的相图，可以控制本征缺陷对载流子俘获和费米能级钉扎的影响。我们揭示了理想的生长条件生长p型Cs $_2$ AgInCl $_6$和Cs $_2$ AgBiCl $_6$以及半绝缘Cs $_2$ AgBiBr $_6$具有低陷阱密度的目标光伏或可见光/辐射检测应用。
2018-08-16 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Influence of native defects on magneto-optoelectronic properties of $α$-MoO$_{3}$
本研究通过第一性原理DFT计算探究本征缺陷对$α$-MoO$_{3}$磁光电性质的影响，明确了不同空位的形成难易、对带隙与磁矩的作用及室温稳定性，为相关器件设计提供了理论依据。
2023-06-08 cond-mat.mtrl-sci
GeSn Defects and their Impact on Optoelectronic Properties: A Review
本综述梳理了GeSn半导体的制备与性能研究进展，重点分析了点、线缺陷对其电子及光电性能的影响，指出缺陷管控是性能瓶颈，整合相关技术与表征研究并提出领域发展方向。
2024-05-13 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Unravelling the Role of Stacking Disorder on the Optoelectronic Properties of Zn3P2
Catalan Institute of Nanoscience and Nanotechnology（加泰罗尼亚纳米科学技术研究所）；Ruhr University Bochum（波鸿鲁尔大学）；Friedrich-Schiller-Universität Jena（耶拿弗里德里希·席勒大学）；Lund University（隆德大学）；Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne（洛桑联邦理工学院）；Catania University（卡塔尼亚大学）
通过透射电镜和第一性原理计算，发现Zn3P2中一种新型平面缺陷，其形成能极低且不引入带隙态，但可能通过吸引点缺陷间接影响器件性能。
2026-06-08 cond-mat.mtrl-sci
Direct visualization and effects of atomic-scale defects on the optoelectronic properties of hexagonal boron nitride
六方氮化硼（hBN）由于具有许多优异的性能，近年来引起了人们的广泛关注。其中包括具有优异光学特性的单光子发射器的存在，这使其成为众多光子技术的理想候选者。然而，尽管有大量的实验结果和理论计算，负责观察到的发射的缺陷的结构仍在争论中。在这项工作中，我们可视化单个原子尺度的缺陷hBN与原子力显微镜在环境条件下，观察多个窄的发射线从光学稳定的发射器。这种直接观察的缺陷的结构结合密度泛函理论计算其能带结构和电子性质，使我们能够关联的存在下，观察到的缺陷的几个单光子跃迁。我们的工作揭示了hBN中单光子发射的起源，这对于光电子学和量子技术中高质量发射器的理解和可调谐性非常重要。
2022-02-11 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Interfaces in epitaxially grown Zn3P2 nanowires and their composition dependent optoelectronic properties for photovoltaic applications
本文研究了外延生长Zn3P2纳米线的界面结构及缺陷形成，通过调节V/II比实现光电性质可调谐，为光伏新材料组合提供了可能。
2025-03-31 cond-mat.mtrl-sci
Exploring self-driving labs for optoelectronic materials
Uppsala University（乌普萨拉大学）；Wallenberg Initiative Materials Science for Sustainability, Department of Materials Science and Engineering, Uppsala University（乌普萨拉大学材料科学与工程系瓦伦堡可持续发展材料科学倡议）
本文提出了一种以探索为导向的自动驾驶实验室，用于生成数据驱动的科学数据，通过系统扰动热力学和动力学合成变量，测量缺陷敏感可观测性，以改进光电子材料的合成-性质关系理解。
2026-03-23 cond-mat.mtrl-sci
Defect Tolerant Monolayer Transition Metal Dichalcogenides
由于晶体缺陷而在半导体的带隙内形成的局部电子态可能对材料的光电性质有害。具有较低的形成缺陷诱导的深隙态的倾向的半导体被称为缺陷容忍的。在这里，我们提供了一个系统的第一性原理调查的缺陷容限在29个单层过渡金属二硫属化物（TMD）的纳米级光电子学的兴趣。我们发现，基于VI族和X族金属的TMD形成深间隙状态时，创建的硫属元素（S，Se，Te）的空缺，而基于IV族金属的TMD只形成浅的缺陷能级，因此预测是缺陷容忍。有趣的是，所有的缺陷敏感的TMD具有非常相似的轨道组成的价带和导带。这表明间隙的成键/反键性质，这反过来表明悬挂键将落入间隙内。通过引入一个描述符来度量导带和价带流形的相似程度，这些想法被定量化了。最后，研究被推广到非极性纳米带的TMD，我们发现，只有缺陷敏感的材料形成的带隙内的边缘状态。
2016-04-12 cond-mat.mtrl-sci
Vacancy defects induced changes in the electronic and optical properties of NiO studied by spectroscopic ellipsometry and first-principles calculations
半导体中的本征缺陷在其光电性能中起着重要作用。氧化镍（NiO）是少数几种宽禁带p型氧化物半导体之一，并且其导电性被认为主要由Ni空位受体控制。在此，我们提出了一个系统的研究比较化学计量的NiO，富氧NiO与镍空位（NiO：VNi），富镍NiO与O空位（NiO：VO）的光电性能。光学性质通过椭圆偏振光谱法获得，而价带谱通过高分辨率X射线光电子能谱学探测。实验结果直接比较第一性原理密度泛函理论+ U计算。计算结果证实，间隙状态存在于两个NiO系统与空缺。NiO：Vo中的间隙态主要是Ni 3d态，而NiO：VNi中的间隙态由Ni 3d和O 2p态组成。的NiO：VNi样品的吸收光谱显示出显着的缺陷引起的功能低于3.0 eV的NiO和NiO：VO样品相比。NiO：VNi中的子带隙吸收的增加可以归因于在电子态密度中观察到的带隙态。研究表明，在空位浓度相近的情况下，NiO：VNi的光学常数与NiO：VO的光学常数有很大的差异。我们的实验和计算结果表明，虽然VNi是NiO中的有效受体，但它们也会降低材料的可见光透明度。因此，对于透明光电子器件应用，需要优化具有非本征掺杂的原生VNi缺陷以同时增强p型导电性和透明度。
2020-10-07 cond-mat.mtrl-sci
First principles study of chalcogen vacancy effect on the optoelectronic and photocatalytic properties of transition metal dichalcogenides monolayers
Department of Control Engineering, Faculty of Electrical Engineering, Czech Technical University in Prague（布拉格捷克理工大学电气工程学院控制工程系）；Engineering Materials & nCATS, FEE, University of Southampton（南安普顿大学电气工程学院工程材料与nCATS）
研究硫族元素空位对过渡金属二硫属化物单层光电子和光催化性能的影响，用量子力学计算，发现空位改变结构、影响带隙等，含缺陷单层有光催化能力，可为相关实验合成提供指导。
2026-07-07 cond-mat.mtrl-sci
Understanding the UV luminescence of zinc germanate: The role of native defects
在光电子器件中，实现高效且稳定的紫外发射是一个具有挑战性的目标。在这里，我们调查的紫外发光锗酸锌Zn2GeO4微丝的光致发光测量作为温度和激发条件的函数。所发射的UV光由与原生缺陷结构相关联的两个带（宽带和窄带）组成。此外，借助密度泛函理论（DFT）计算了Zn_2GeO_4中与本征缺陷有关的电子能级的能量位置。特别是，我们的研究结果支持，锌化合物是负责窄的紫外波段，这是，反过来，分为两个组件具有不同的温度依赖性行为。根据Zn_i在晶格中的特殊位置解释了这两个组分的来源，并与DFT计算结果相一致。此外，动力学发光模型，提出了确定这种UV发射的温度演变。这些结果铺平了道路，利用缺陷工程在实现功能性光电子器件在紫外区工作。
2020-07-30 cond-mat.mtrl-sci
3D-mapping and manipulation of photocurrent in an optoelectronic diamond device
结合电荷态敏感光学显微与氮空位中心光电探测，实现金刚石光电器件内载流子流动的三维时间分辨成像，并按需光学操控背景杂质电荷态以重构导电通道，为宽禁带定制光电学提供新诊断与操控方法。
2024-02-11 cond-mat.mtrl-sci
Ab initio Description of Optoelectronic Properties at Defective Interfaces in Solar Cells
为了优化新型太阳能电池结构的光电性能，例如硅异质结器件中的非晶-晶体界面，我们计算和分析了该界面和体a-Si：H中的局部微观结构，特别是材料不均匀性的影响。微观信息用于提取宏观材料特性，并识别局部缺陷状态，这些缺陷状态控制着以Shockley-Read-Hall理论中使用的捕获截面等量编码的重组特性。为此，使用分子动力学生成a-Si：H和a-Si：H/c-Si界面的原子构型。然后将密度泛函理论计算应用于这些配置，以获得电子波函数。这些进行了分析和表征相对于他们的本地化和他们的贡献（本地）的态密度。GW计算进行a-Si：H配置，以获得准粒子校正的吸收光谱。结果表明，准粒子修正可以通过Kohn-Sham能量的剪刀差来近似。
2016-11-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Controlling Nanogap Quantum Dot Photoconductivity through Optoelectronic Trap Manipulation
纳米尺度器件因其可调的电子和光学特性而被广泛研究，但杂质和缺陷的影响在这些长度尺度上被放大，并可能导致半导体材料特性的变化知之甚少。通过在核壳结构的CdSe/ZnS半导体纳米晶体桥接的纳米间隙中进行大量的光电导测量，我们发现了影响固态电荷陷阱种群的光电方法。我们引入了一个模型，统一了以前的工作，并转换成一个可重复的和强大的光电流响应由于陷阱状态操纵的问题，在电子特性的不可重复性。由于陷阱在许多物理过程中占主导地位，这些发现可能会导致通过控制和优化杂质和缺陷来改善各种纳米级应用的性能和器件可调谐性。
2009-10-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Effect of FABr Over-Stoichiometry on the Morphology and Optoelectronic Properties of Wide-Bandgap FAPbBr_3 Films
Istituto di Struttura della Materia - CNR (ISM-CNR)（物质结构研究所-意大利国家研究委员会）；Centre for Hybrid and Organic Solar Energy (CHOSE), Department of Electronic Engineering, Tor Vergata University of Rome（罗马托尔维加塔大学电子工程系混合与有机太阳能中心）；Department of Chemical Sciences and Technologies, Tor Vergata University of Rome（罗马托尔维加塔大学化学科学与技术系）
通过调节FABr配比优化FAPbBr_3薄膜的光电子性质和性能，提升钙钛矿太阳能电池效率。
2026-02-09 cond-mat.mtrl-sci
Optoelectronic and Transport Properties of Vacancy Ordered Double Perovskite Halides: A First-principles Study
本研究利用第一性原理计算系统分析了空位有序双钙钛矿卤化物的稳定性、光电与输运性质，发现14种稳定和1种亚稳态化合物，其中6种具有理想带隙和高光学吸收，并揭示了极性光学声子散射对迁移率的限制机制，为设计无铅光电材料提供了重要指导。
2023-09-12 cond-mat.mtrl-sci
Disentangling the effects of doping, strain and defects in monolayer WS2 by optical spectroscopy
过渡金属二硫属化合物（TMdC）单层膜是实现新一代光电子器件的理想材料。然而，这些二维材料的光学性质在薄片之间或甚至在单个薄片之间变化，并且随着时间的推移而变化，所有这些都使得光电性质的控制具有挑战性。有许多不同的扰动可以改变光学性质，包括电荷掺杂、缺陷、应变、氧化和水嵌入。识别存在哪些扰动通常并不简单，需要使用多种实验模式进行多次测量，这在尝试优化这些材料的制备时存在障碍。在这里，我们应用高分辨率光致发光和差分反射高光谱成像原位CVD生长的WS 2单层。通过结合这两个光学测量和使用统计相关分析，我们能够解开三个贡献调制这些材料的光电性能：电子掺杂，应变和缺陷。在分离这些贡献，我们还观察到，B-激子的能量是不太敏感的掺杂密度比A-激子的变化。
2019-09-18 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph physics.optics
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
Defect-Engineered Multifunctionality in Cu-Doped Bi2Te2: Interplay of Thermoelectric, Piezoelectric, and Optoelectronic Properties from First-Principles Insights
University of West Bohemia（西波希米亚大学）；Riphah International University（里帕赫国际大学）；Northern Border University（北部边界大学）
铜掺杂Bi₂Te₃通过缺陷工程增强其热电、压电和光电子性能，为混合能源收集和红外探测提供多功能材料。
2025-12-12 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Orbital-Energy Splitting in Anion Ordered Ruddlesden-Popper Halide Perovskites for Tunable Optoelectronic Applications
能带边缘的电子轨道特性对钙钛矿光伏材料的电学、光学和缺陷性质起着重要的决定作用。建立基础原子轨道和光电性质之间的关系作为最大化光伏性能的指导是非常期望的。在这里，使用第一性原理计算并以阴离子有序Ruddlesden-Popper（RP）相卤化物钙钛矿Cs $_{n+1}$ Ge $_n$ I $_{n+1}$ Cl $_{2n}$为例，我们演示了如何合理地优化光电性能（例如，带隙、跃迁偶极矩阵元、载流子有效质量、带宽）。结果表明，降低B位原子p轨道的分裂能$|Δc|$可以有效地降低带隙和载流子有效质量，同时大大提高可见光区的光吸收。因此，通过双轴压缩应变很好地建立了与$Δc$的轨道-性质关系。最后，它表明，这种方法可以合理地扩展到其他几个非立方卤化物钙钛矿在导带边缘具有类似的p轨道特性。因此，我们相信我们提出的轨道工程方法为理解和优化层状钙钛矿太阳能电池的器件性能提供了原子级指导。
2020-05-29 cond-mat.mtrl-sci
First-principles calculations of indirect Auger recombination in nitride semiconductors
俄歇复合是光电子器件中一种重要的非辐射载流子复合机制。微观俄歇过程可以是直接的或间接的，由额外的散射机制，如电子-声子相互作用介导。声子辅助的俄歇复合在氮化物材料中特别强，并且影响氮化物光电子器件在高功率下的效率。在这里，我们提出了一个第一性原理计算形式主义的直接和间接俄歇复合在直接带隙半导体的研究，并将其应用到氮化物材料的情况下。我们表明，直接俄歇复合是弱的氮化物，不能占实验测量。另一方面，载流子散射声子和合金无序使间接俄歇过程，可以解释所观察到的设备中的损失。我们分析了主要声子对俄歇重组率的贡献以及温度和应变对俄歇系数值的影响。由带电缺陷散射辅助的俄歇过程比声子辅助的弱得多，对于实际的缺陷密度，并且对器件性能不重要。该计算方法具有通用性，可用于其它类型光电材料俄歇系数的计算。
2015-08-10 cond-mat.mtrl-sci
Point defects in CdTe and CdTeSe alloy: a first principles investigation with DFT+U
本文采用DFT+U第一性原理计算，全面研究了CdTe和CdTeSe合金中的本征与外来缺陷特性，揭示了缺陷对材料电学和光学性质的影响。
2024-08-28 cond-mat.mtrl-sci
Fundamental cause for superior optoelectronic properties in halide perovskites
针对卤化物钙钛矿卓越光电特性的物理起源尚不明确的问题，提出由离子能量库驱动的电子上转换（解陷）是其根本原因，并通过引入离子-电子耦合等概念建立跨时间尺度的动力学关联，为提升器件性能提供理论指导。
2023-08-02 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
First-principles identification of defect levels in Er-doped GaN
掺铒GAN在光电子领域的应用已经得到了广泛的研究，但其缺陷物理机制仍然没有得到很好的理解。在这项工作中，我们报告的第一性原理混合密度泛函研究的结构，能量学，和热力学跃迁水平的铒相关的缺陷复合物在GAN。我们首次发现Er $_{\rm Ga}$ -C $_{\rm N}$ - $V_{\rm N}$，一种Er、C杂质和N空位的缺陷复合物，和Er $_{\rm Ga}$ -O $_{\rm N}$ - $V_{\rm N}$，一种Er、O杂质和N空位的复合物，分别在导带以下0.18和0.46 eV处形成缺陷能级.连同Er $_{\rm Ga}$ - $V_{\rm N}$，Er和N空位的缺陷复合物，最近发现其产生0.61 eV的施主能级，这些缺陷复合物为实验中观察到的Er相关缺陷能级提供了解释。这些缺陷的发光Er中心的光激发的作用进行了讨论。
2017-10-26 cond-mat.mtrl-sci
Experimental determination of the local optical conductivity of a semiconducting carbon nanotube and its modification at individual defects
纳米级光学特性的测量对于光电子器件的表征具有重要意义。然而，传统的光探针测量方法很难确定具有纳米不均匀性的单个量子物体的局域光学性质。在这里，我们展示了第一次成功的测定的绝对光学常数，包括光学电导率和吸收系数，为一个单独的碳纳米管的缺陷，通过比较能量损失光谱和光吸收。从某种类型的缺陷获得的光学电导率确实呈现出在最低激发峰（E11）附近的特征修改，其中强烈涉及激子和非辐射跃迁以及声子耦合激发。对E11峰的详细线形分析清楚地表明了不同程度的激子寿命缩短和电子态修改，这是可变的缺陷类型。
2017-09-12 cond-mat.mtrl-sci
Parallel Exploration of the Optoelectronic Properties of (Sb,Bi)(S,Se)(Br,I) Chalcohalides
Swiss Federal Laboratories for Material Science and Technology (EMPA)（瑞士联邦材料科学与技术研究院）；University of Basel（巴塞尔大学）；Universitat Politècnica de Catalunya (UPC)（加泰罗尼亚理工大学）
本文通过PVD法合成八种三元硫化物，研究其带隙和PL特性，并结合DFT计算揭示结构-性质关系，为优化光电应用材料提供蓝图。
2025-08-25 cond-mat.mtrl-sci
Accurate electronic and optical properties of hexagonal germanium for optoelectronic applications
高质量的无缺陷的硅和锗的朗斯代尔石现在可以生长在六角纳米线衬底。这些六方相的第IV族半导体已被预测表现出改善的电子和光学性能的光电应用。虽然朗斯代尔硅是一种良好的间接半导体，实验数据和可靠的计算朗斯代尔锗是稀缺的，并不一致的性质，其差距。利用从头算密度泛函理论，我们计算了六方锗的精确结构，电子和光学性质。鉴于众所周知的灵敏度的电子结构计算Ge的基本近似，我们系统地测试了几个交换相关泛函，包括元GGA和混合泛函的性能。我们首先验证我们的方法立方锗，获得原子几何形状和能带结构与现有的实验数据非常吻合。然后，同样的方法被应用到预测的电子和光学性质的lonsdaleite锗。我们描绘朗斯代尔锗直接半导体只有弱偶极活性的最低光学跃迁，小的带隙，巨大的晶场分裂，和强烈的各向异性的有效质量。出乎意料的小的直接间隙和最低的光学跃迁的振子强度解释的对称性和回折的金刚石结构的能带。
2018-12-05 cond-mat.mtrl-sci
Native point defects of semiconducting layered Bi2O2Se
Bi 2 O2 Se是一种新兴的半导体、空气稳定的层状材料（Nat.Nanotechnol. 2017，12，530; Nano Lett. 2017，17，3021），在电子迁移率方面可能超过MoS 2和磷烯，并在下一代高速和低功率电子器件中与典型的范德华堆叠层状材料相媲美。它具有功能多样性的承诺，引起了包括光电子学、热电子学和压电学在内的各个学科的迅速增长的兴趣。在这项工作中，我们全面研究了Bi 2 O2 Se中的本征点缺陷的电学性质，作为理解这种材料的基本原理的重要一步。研究了缺陷形貌与费米能和原子组分化学势的关系。随着体缺陷分析，表面性质的补充检查，在电荷中性水平模型的简单背景下，阐明了所观察到的n型特性的Bi 2 O2 Se基FET。这项工作提供了重要的指导，工程缺陷的Bi 2 O2 Se所需的性能，这是成功应用的关键，这种新兴的层状材料。
2021-09-11 cond-mat.mtrl-sci
Magnetic, Optoelectronic, and Rietveld refined structural properties of Al3+ substituted nanocrystalline Ni-Cu spinel ferrites: An experimental and DFT based study
本文结合溶胶-凝胶实验、XRD/Rietveld精修、VSM与DFT计算，研究Al3+取代Ni-Cu纳米尖晶石铁氧体的结构、磁性及光电特性。
2023-01-26 cond-mat.mtrl-sci
Unveiling Defect-Mediated Carrier Dynamics in Monolayer Semiconductors by Spatiotemporal Microwave Imaging
原子级薄的过渡金属二硫属化物的光电性质与材料中缺陷的存在密切相关，这对于某些应用来说不一定是有害的。例如，缺陷可以导致增强的光电导，这是一个复杂的过程，涉及时域中的电荷产生和复合以及空间域中的载流子传输。在这里，我们报告同时在两种类型的WS2单分子膜的激光照明微波阻抗显微镜的空间和时间的光电导成像。扩散长度和载流子寿命分别从微波信号的空间分布和时间弛豫中直接提取。时间分辨实验表明，光激发载流子的临界过程是空穴从陷阱态的逃逸，这一过程决定了导带中可移动电子的表观寿命。因此，与直觉相反，CVD样品的光电导性比具有较低缺陷密度的剥离单层更强。我们的工作揭示了范德华材料对光激发的电响应的内在时间和长度尺度，这对于它们在新型光电子器件中的应用是至关重要的。
2020-03-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Intrinsic point defects and the $n$- and $p$-type dopability of the narrow gap semiconductors GaSb and InSb
窄禁带半导体GaSb和InSb中缺陷的存在影响它们的可掺杂性，从而影响它们在一系列光电应用中的适用性。在这里，我们报告的混合密度泛函理论为基础的计算在两个系统中的本征点缺陷的性质，包括自旋轨道耦合效应，强烈影响其能带结构。与混合DFT方法，我们采用，我们得到了很好的协议，我们计算的能带色散，结构，弹性和振动性质和可用的测量。我们计算在这两个系统中的点缺陷形成能，发现反位无序往往占主导地位，除了在一定条件下，阳离子空位可以形成显着的浓度在GaSb。计算的自洽费米能和平衡载流子和缺陷浓度确认的内在$n$ -和$p$ -型行为的两种材料在阴离子丰富和阴离子贫乏的条件下。此外，通过计算补偿的缺陷浓度，由于电离的施主和受主的存在下，我们解释了所观察到的掺杂的GaSb和InSb。
2019-07-30 cond-mat.mtrl-sci
Defect physics of BaCuChF (Ch=S, Se, Te) p-type transparent conductors
利用密度泛函理论计算、自洽热力学模拟和各种实验技术研究了BaCuChF中的本征点缺陷、缺陷复合物和氧杂质。无意的p型导电性BaCuChF的解释与过渡水平的价带中的铜空位的存在。这些受体类缺陷的部分补偿施主类硫族元素空位与过渡水平深的差距。硫族空位也导致实验观察到的子间隙光致发光，光吸收，和持久的光电导BaCuSF和BaCuSeF。在热力学平衡中，铜和硫族元素空位都具有低的形成能力，并且很可能在它们之间以及与氟化合物形成缺陷复合物。计算得到的BaCuChF的费米能级钉扎范围较窄，靠近价带最大值。这使得BaCuChF成为用于光电应用的合适的透明p型接触层，但阻碍了使用该材料制造透明薄膜晶体管的尝试。氧相关的缺陷不影响批量BaCuChF的性能，但表面氧化减少了自由空穴的平均自由程几乎一个数量级。
2010-10-13 cond-mat.mtrl-sci
Effect of Oxygen Vacancy Defects on Electronic and Optical Properties of $MgO$ Monolayers: First Principles Study
用密度泛函理论的混合水平研究了MgO（111）单分子膜中氧空位缺陷引起的光电性质。HSE计算表明，由于引入氧空位，MgO单层的电子带隙显着减少。原始单分子膜具有宽带隙（4.84 eV，间接）半导体行为，当氧空位缺陷浓度分别增加6.25%和12.5%时，带隙分别变为2.97 eV（间接）和2.28 eV（直接）。因此，氧空位的存在导致能量红移的观察到的光学现象与原始单层。最重要的是，具有两个连续空位的双空位系统显示出最强的光学吸收，并且在电磁波谱中从可见光到紫外区域的光谱范围内也变得光学响应。因此，在MgO单层中产生氧钒可能是获得合适的太阳能材料的富有成效的技术。
2022-04-19 cond-mat.mtrl-sci
Optoelectronic and stability properties of quasi-2D alkylammonium based perovskites
采用密度泛函理论（DFT）计算研究了准二维烷基铵钙钛矿的电子和稳定性，并在选定的化合物上进行了实验验证。我们的分析集中于式（A）$_2$（A $'$）$_{n-1}$ Pb $_n$ X $_{3n+1}$的钙钛矿结构，其中大阳离子A =丁基-、戊基-、己基铵（BA、PA、HXA），小阳离子A $'$ =甲基铵、甲脒、乙基铵、胍（MA、FA、EA、GA），卤素X = I、Br、Cl。卤素离子的作用概述的能带结构，稳定性和缺陷形成能量。两个相反的趋势被发现的吸收效率与稳定性，后者进行评估方面可能的降解机制。对基于戊基铵阳离子的准2D钙钛矿进行实验验证，即：（PA）$_2$ PbX $_4$和（PA）$_2$（MA）Pb $_2$ X $_7$，其通过抗溶剂辅助的气相结晶合成。结构和光学分析与基于DFT的计算一致。此外，热重分析表明溴和氯基化合物的稳定性增强，与理论预测一致。
2022-10-10 cond-mat.mtrl-sci
Structural and Optoelectronic Properties of Thin Film LaWN$_3$
本研究针对首个无氧氮化物钙钛矿LaWN₃漏电流大阻碍铁电翻转的问题，采用两步合成法制备薄膜，发现其结构、光电性质对阳离子化学计量比高度敏感，证实了光响应特性，为该材料的应用提供了成分调控方向。
2023-04-28 cond-mat.mtrl-sci
Programing optical properties of single-walled carbon nanotubes with benzoyl peroxide derivatives of tailored chemical characteristics
本研究通过合成具有不同电子和空间性质的过氧化苯甲酰衍生物，调控单壁碳纳米管的发光缺陷密度和发射波长，揭示了缺电子反应物修饰获得最佳光学特性的原因。
2025-08-08 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
Exciton Energy Routing via Defect Networks in hBN/2D-Perovskite Hybrids
Kiel University（基尔大学）；Tarbiat Modares University（塔比阿特·莫达雷斯大学）；University of Stuttgart（斯图加特大学）；University of Tehran（德黑兰大学）
该研究利用阴极发光光谱证明在hBN与二维Ruddlesden-Popper钙钛矿异质结构中，激子通过耦合hBN缺陷中心及缺陷间相互作用实现最远150微米的超长距离能量转移，并提升发光性能，为室温激子器件开辟新途径。
2025-08-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Experimental Evidence for Defect Tolerance in Pb-Halide Perovskites
本文首次通过比较高灵敏度方法测得的2D、2D-3D和3D铅碘化物钙钛矿的结构质量与光电特性，提供了缺陷容忍性的直接实验证据，为解释和设计具有缺陷容忍性的材料奠定基础。
2024-02-22 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Defect emission and its dipole orientation in layered ternary Znln2S4 semiconductor
该研究结合光谱表征与理论计算，揭示少层六方ZnIn₂S₄中Zn-In反位缺陷导致的能级、DAP发射的栅控可调性及其面内偶极取向。
2023-04-27 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Tuning Penta-Graphene Electronic Properties Through Engineered Line Defects
五石墨烯是一种准二维碳同素异形体，由五角晶格组成，其中存在sp2和sp3样碳。与石墨烯不同，penta-graphene具有非零的带隙，这为其在光电应用中的应用开辟了可能性。然而，由于观察到的带隙是大的，需要间隙调整策略，如掺杂。在这项工作中，密度泛函理论计算被用来确定不同数量的替代氮或硅原子的线缺陷的五石墨烯的电子行为的影响。我们的研究结果表明，这种掺杂可以诱导半导体，半金属，或金属的行为取决于掺杂原子和有针对性的杂交（sp2或$sp3样碳）。特别是，我们观察到，sp2类碳原子的氮掺杂可以产生半金属和半导体行为之间的带隙调制。这些结果表明，工程线缺陷可以是一种有效的方式来调整penta-graphene电子行为。
2020-01-16 cond-mat.mtrl-sci
Persistence of Layer-Tolerant Defect Levels in ReS2
Materials Research Centre, Indian Institute of Science（印度科学学院材料研究中心）
研究揭示了ReS2中缺陷能级在层厚变化时的稳定性，通过分析发现其电子和光子特性在不同层厚下保持一致，为可扩展的量子光子应用提供新平台。
2026-04-07 cond-mat.mtrl-sci
Gate-induced insulator to band-like transport transition in organolead halide perovskite
了解有机铅卤化物钙钛矿中的本征电荷输运对于开发高效光电子器件和其他光电子器件至关重要。尽管有机铅卤化物钙钛矿在光伏和光电应用中的快速发展，但这些材料中的本征载流子传输仍然难以捉摸，部分原因是制造电气器件和获得良好电接触的困难。在这里，我们报告的有机铅卤化物钙钛矿微板与单层石墨烯作为低势垒电接触的制造。一个系统的电荷输运研究揭示了绝缘体带状运输转变。我们的研究表明，从绝缘体到类能带的输运转变依赖于有机铅卤化物钙钛矿微片的正交到四方相变温度和缺陷密度。我们的研究结果不仅对电荷传输行为的基本理解很重要，而且还为基于有机铅卤化物钙钛矿的光电子学和光电应用提供了有价值的实际意义。
2016-10-09 cond-mat.mtrl-sci
Localized Excitons in Defective Monolayer Germanium Selenide
硒化锗（GeSe）是一种具有良好光电性能的范德华键合层状材料，已被实验合成用于二维半导体应用。在单层中，由于降低了维数，因此，筛选环境，扰动，如缺陷的存在对其性能有显着的影响。我们应用密度泛函理论和多体微扰理论来理解在$-2$电荷态中含有单个硒空位的GeSe的电子和光学性质。我们预测，空位的结果在中间间隙的“陷阱状态”，强烈本地化的电子和空穴密度，并导致尖锐的，低能量的光吸收峰低于预测的原始光学带隙。激子波函数的分析表明，原始单层的2D Wannier-Mott激子高度局部化在缺陷周围，使其玻尔半径减小四倍，并且由于缺陷引起的对称性破缺而沿面外轴产生偶极矩。总的来说，这些结果表明，空位是一个强烈的扰动系统，证明了在材料设计的背景下考虑缺陷的重要性。
2020-05-20 cond-mat.mtrl-sci
Energy-efficient, Reconfigurable Optoelectronic Artificial Synapses Based on MoWS$_2$ Alloy for Pattern Recognition and Color Image Filtering Applications
Indian Institute of Technology Kharagpur（印度理工学院卡拉格普尔分校）
本研究采用微腔CVD法制备MoWS₂合金光电突触器件，实现低功耗神经形态学习，在MNIST数据集上达92.43%识别准确率，还可用于彩色图像滤波，为节能神经形态视觉应用提供新路径。
2026-08-19 cond-mat.mtrl-sci
Revealing the Competing Contributions of Charge Carriers, Excitons, and Defects to the Non-Equilibrium Optical Properties of ZnO
由于其宽的带隙和高的载流子迁移率，ZnO是一种有吸引力的材料，用于光捕获和光电应用。然而，它的功能效率，是强烈的影响缺陷相关的间隙状态，打开外在的衰减通道和修改弛豫时间尺度。因此，几乎每个ZnO样品的行为都不同，导致无法重现甚至相互矛盾的观察结果。在这里，一组互补的时间分辨光谱被施加到两个不同的缺陷密度的ZnO样品解开的竞争贡献的载流子，激子，和缺陷的非平衡动力学光激发后：时间分辨光致发光，激发态传输，和电子和频产生。值得注意的是，缺陷影响ZnO的瞬态光学性质跨越超过八个数量级的时间，开始与正常占用的缺陷状态的飞秒时间尺度上的光耗尽，然后由竞争的自由激子发射和激子捕获在缺陷的位置在皮秒内，缺陷束缚和自由激子的纳秒时间尺度上的光致发光，并深深地被困的孔微秒的寿命。这些发现不仅提供了ZnO中电荷和激子弛豫途径的第一个全面的图像，而且还揭示了这种具有挑战性的材料中先前相互矛盾的观察结果的微观起源，从而提供了克服困难的方法。
2019-04-15 cond-mat.mtrl-sci
Understanding and reducing deleterious defects in metastable alloy GaAsBi
新型亚稳态材料的技术应用经常被这些材料中存在的大量缺陷所抑制。利用第一性原理方法研究了具有重要技术意义的亚稳合金GaAsBi中的点缺陷热力学和相偏析。我们的计算预测的缺陷能级与丰富的先前的实验，并澄清引起这些水平的缺陷结构。我们发现，在某些电荷状态的空位成为亚稳态或不稳定的反位形成，这种不稳定性是一个普遍的特点，锌的半导体与小的离子性。预测降低电子和光学性能的主要点缺陷为As $_G$ $_a$，Bi $_G$ $_a$，Bi $_G$ $_a$ +Bi $_A$ $_s$，作为$_G$ $_a$ +Bi $_A$ $_s$，V $_G$ $_a$和V $_G$ $_a$ +Bi $_A$ $_s$，其中前四个和后两个缺陷分别是少数电子和少数空穴陷阱。V $_G$ $_a$通过介导Bi的扩散和聚集在控制亚稳Bi过饱和中也起着关键作用。为了减少这些有害缺陷的影响，我们建议转移的生长远离富As条件和/或使用氢钝化，以减少少数载流子陷阱。我们希望这项工作能有助于GaAsBi在新型电子和光电子器件中的应用，并为控制其他亚稳态材料中的有害缺陷提供参考。
2016-11-09 cond-mat.mtrl-sci
Antiphase boundary in CH$_3$NH$_3$PbI$_3$ repels charge carriers while promotes fast ion migrations
有机-无机杂化钙钛矿（OIHP）中的缺陷严重影响其光电性能。识别和更好地理解OIHP中存在的缺陷是制造高性能钙钛矿太阳能电池的重要一步。然而，直接可视化的缺陷仍然是一个挑战，由于他们的灵敏度在电子显微镜表征的OIHP。本文利用低剂量扫描透射电子显微镜技术，观察到CH $_3$ NH $_3$ PbI $_3$（MAPbI $_3$）中普遍存在的反相界（APB），解析了它的原子结构，并将其与电子/离子活性和结构不稳定性联系起来。这种APB是由[PbI $_6$ ] $_4$ -八面体沿[100]/[010]方向的半晶胞位移引起的，导致从本体MAPbI $_3$中的共角[PbI $_6$ ] $_4$ -八面体转变为APB处的共边[PbI $_6$ ] $_4$ -八面体。基于确定的原子尺度配置，我们进一步进行密度泛函理论计算，并揭示了APB在MAPbI $_3$排斥电子和空穴，而作为一个快速的离子迁移通道，导致快速分解成PbI $_2$，这是不利于光电性能。这些发现提供了宝贵的见解OIHP的结构和光电性能之间的关系，并建议，控制APB是必不可少的，他们的稳定性。
2022-01-12 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Ab-initio investigation of Er3+ defects in tungsten disulfide
我们利用密度泛函理论（DFT）研究了单层$WS_{ 2}$中$Er_{ W}$点缺陷的物理性质.我们的计算表明，电子本地化在与钨空位（$V_{W}$）和在$Er^{ 3+}$离子网站，即使在存在净负电荷的超电池中的悬挂键。该系统具有一组间隙内的缺陷状态，其中一些是令人想起那些存在于孤立的$Er^{ 3+}$离子。在这两种情况下，杂交水平都很低，即，轨道表现出强的Er或W特征。通过计算的吸收光谱作为波长的函数，我们确定了一个广泛的过渡，包括一个可能与在其他主机中观察到的$Er^{ 3+}$ $4I_{ 15/2} \rightarrow 4I_{ 13/2}$一致。结合自旋活性核的低原生浓度以及宿主的二维性质，这些性质揭示了$Er:WS_{ 2}$作为实现自旋量子位的潜在平台，该自旋量子位随后可以与其他纳米级光电子器件集成。
2022-01-28 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
