Two-dimensional metallic ferroelectricity in PbTe monolayer by electrostatic doping
极性金属的铁电畸变和金属性同时并存的特点引起了人们的极大关注。在低维度下开发这样的材料仍然具有挑战性，因为传导电子和减小的维度都应该淬灭铁电性。在这里，基于第一性原理计算，我们报告的铁电行为的发现，在二维（2D）金属材料与静电掺杂，即使铁电性是非常规的原子尺度。我们发现PbTe单层膜是一种本征铁电体，其非中心对称的屈曲结构导致了明显的面外电极化的强度。在铁电单层中掺杂载流子可以保持铁电畸变，从而使掺杂的PbTe单层能够充当2D极性金属。从参数化的能量空间中提取有效哈密顿量，我们发现弹性-极性模相互作用对掺杂系统中存在鲁棒极性不稳定性具有重要意义.这种掺杂策略的应用并不局限于本晶体，而是相当普遍地应用于其他二维铁电体，以带来迷人的金属铁电性能。这一发现改变了人们对二维材料的传统认识，将有助于低维多功能材料的发展。
2020-03-21 cond-mat.mtrl-sci
Giant Electrostatic Modification of Magnetism via Electrolyte-Gate-Induced Cluster Percolation in La$_{1-x}$Sr$_x$CoO$_{3-δ}$
电磁控制是物理学和技术领域的一个长期目标，最近发展起来的电解质门控技术为实现这一目标提供了一条很有前途的途径。验证了最近的理论预测，在这里，我们证明了大的增强静电调制的铁磁顺序离子凝胶门控镧$_{0.5}$锶$_{0.5}$ CoO $_{3-δ}$的磁渗透过渡的边缘的厚度调谐。仅需3-4 V的电压就能驱动从短程有序绝缘体到强大的长程铁磁金属的转变，从而在150 K的窗口内实现巨大的静电居里温度调制。在操作极化中子反射仪证实门控铁磁性，也表现出异常深的感应磁化的渗透，进一步与理论一致。
2018-07-24 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Doping-induced magnetism in the semiconducting B20 compound RuGe
RuGe是一种抗磁性的小带隙半导体，CoGe是一种半金属半导体，与近藤绝缘体FeSi和Skyrmion晶格宿主MnSi都是同构的。本文研究了Co掺杂RuGe：Ru $_{1-x}$ Co $_x$ Ge的磁性和输运性质。对于小值的$x$，磁基态出现与$T_{c}\approx$ 5 $-$ 9 K，这是伴随着适度的电阻率和塞贝克系数，表明电子类载流子的降低。的磁化强度，磁阻，和比热容都类似于Fe $_{1-x}$ Co $_x$ Si类似的Co取代水平，这表明Ru $_{1-x}$ Co $_x$ Ge主机同样有趣的磁性和载流子传输性能。
2018-03-15 cond-mat.mtrl-sci
Itinerant magnetism in doped semiconducting beta-FeSi2 and CrSi2
新的或不寻常的磁性是一个相当感兴趣的主题，特别是在金属和简并半导体中。在这种材料中，磁性、传输和其他费米液体性质的相互作用可以导致迷人的物理行为。一个例子是在磁性半导体中，其中可以控制和使用自旋极化电流。我们报告的密度泛函计算预测磁性掺杂半导体β-FeSi 2和CrSi 2在相对较低的掺杂水平，特别是对于n型。在这种情况下，作为掺杂水平的函数，存在到半金属状态的快速交叉。结果进行了讨论，这些化合物的电子结构和其他性质。
2013-12-17 cond-mat.mtrl-sci
Emergence of half-semiconductor behavior and tunable magnetism via carrier doping in Janus VXSe (X=Cl, Br, I) monolayers
Southwest University（西南大学）；Hanhong College, Southwest University（汉弘学院，西南大学）；AECC Hunan Aviation Powerplant Research Institute（中国航发湖南航空发动机研究所）；Chengdu University of Technology（成都理工大学）；Leshan Normal University（乐山师范学院）；Shanghai Jiao Tong University（上海交通大学）
第一性原理预测Janus VXSe单层为铁磁半导体，其中VISe是本征半半导体，载流子掺杂可诱导VClSe和VBrSe的全自旋极化态并调控磁各向异性，为二维自旋电子学提供平台。
2026-06-27 cond-mat.mtrl-sci
Effect of substitutional doping and disorder on the phase stability, magnetism, and half-metallicity of Heusler alloys
自旋电子学是一个快速发展的领域，它将在优化纳米电子器件的功耗、存储器和处理能力方面发挥关键作用。Heusler合金由于其室温半金属性、高居里温度、与大多数衬底的晶格失配小以及在费米能级对电子态密度的强控制而在自旋电子学中具有潜在的应用前景。在这项工作中，我们使用密度泛函理论方法研究{替代掺杂和无序}对Heusler合金的半金属性、相稳定性和磁性的影响。我们的研究表明，半/全Heusler合金的电子和磁性能可以通过改变电子计数通过控制合金元素的化学成分的变化来调节。我们提供了一个详细的讨论替代掺杂和无序的影响上的可调谐性的半金属性质的Co $_{2}$ MnX和NiMnX的Heusler合金，其中X代表第13族\textendash 16和周期3 \textendash 6元素的周期表。{基于电子计数和无序的思想，我们预测了通过在半Heusler NiMnBi中的特定Cu和Zn组分在Ni位的取代掺杂，可能存在化学稳定的半金属多元铋化物，例如（CuNi $_{3}$）Mn $_{4}$ Bi $_{4}$和（ZnNi $_{7}$）Mn $_{8}$ Bi $_{8}$。}我们相信，基于电子数的半金属设计准则将在新型Heusler合金自旋电子学应用的电子结构工程中发挥关键作用，这将加速新型材料的开发和合成。
2021-11-09 cond-mat.mtrl-sci
Tunable Half-metallic Magnetism in Atom-thin Holey Two-dimensional C$_2$N Monolayer
探索具有磁有序的二维（2D）材料是当前研究的焦点。在不引入外来磁性原子或缺陷的情况下，在单原子厚度的材料中实现可调谐磁性仍然是一个挑战。在这里，基于第一性原理计算，我们建议，可调铁磁性可以实现在最近合成的多孔2D C $_2$ N（$h$ 2D-C $_2$ N）单层通过纯电子掺杂，可以很容易地实现通过门控。我们发现，由于能带结构中显著的范霍夫奇异性，即使在很小的掺杂水平下，该材料也表现出铁磁性。值得注意的是，在4 $\times$ 10 $^{13}$ /cm $^2$至8 $\times$ 10 $^{13}$ /cm $^2$的宽掺杂范围内，系统变为半金属，载流子完全自旋极化。估计居里温度可高达320 K。除了门控，我们发现磁性也可以有效地调整晶格应变。我们的研究结果表明，$h$ 2D-C $_2$ N作为第一个具有单原子厚度的材料，可以托管门可调室温半金属磁性，这表明它是一个有前途的平台，探索纳米磁性和灵活的自旋电子器件。
2017-08-28 cond-mat.mtrl-sci
Engineering bandgaps of monolayer MoS2 and WS2 on fluoropolymer substrates by electrostatically tuned many-body effects
本征电学和激子性质的单层过渡金属二硫属化物的CYTOP氟聚合物基板上进行了研究，大大抑制无意掺杂和介电屏蔽。采用固态回溯法在单层WS2中观察到双极输运行为。单层MoS2和WS2的激子性质由绷带重整化、泡利阻断和载流子屏蔽对载流子掺杂之间的复杂相互作用决定。
2016-04-27 cond-mat.mtrl-sci
Half-metallic ferromagnetism in layered CdOHCl induced by hole doping
下一代自旋电子器件将受益于低维性、铁磁性和半金属性，可能由电场控制。我们发现这些技术上有吸引力的功能相结合的异国情调的微观起源的磁性掺杂CdOHCl，范德华材料，从2D层可以剥离。通过第一性原理模拟，我们预测均匀空穴掺杂会在体相和单层相中产生$p$带磁性，并根据Stoner不稳定性解释我们的发现：由于费米能级通过类2D态密度中的奇异性经由空穴掺杂来调谐，铁磁性以每个空穴1 $μ_B$的大饱和磁化强度发展，导致层载流子密度为10 $^{14}$ cm $^{-2}$量级的半金属行为。此外，我们提出了静电掺杂作为一个额外的处理，以诱导磁性的CdOHCl的单层和双层。当施加垂直于原子薄膜的临界电场（在双层和单层情况下分别低至0.2 V/ $A°$和0.5 V/ $A°$）时，我们设想磁性半金属态的出现。单层与双层系统的不同行为，以及所观察到的不对称的响应，积极和消极的电场在双层，被解释在CdOHCl原子堆，材料的一个显着特点的固有极性。在透视图中，给定CdOHCl双层中实验可获得的临界场的幅度，可以设想在小型化自旋电子器件中利用$p$带磁性。
2020-08-13 cond-mat.mtrl-sci
The coexistence of magnetism and ferroelectricity in 3d transition metal doped SnTe monolayer
实现二维纳米材料的多铁性对于设计先进的纳米电子器件如非易失性多态数据存储至关重要。在本工作中，铁磁性和铁电性共存的单层SnTe系统的过渡金属（TM）掺杂的报告。基于第一性原理计算，在铁电SnTe单层膜中进行TM掺杂可以实现自发自旋极化。在Mn（Fe）掺杂的SnTe单分子膜中，除了出现面内铁电极化外，还出现了面外铁电极化，这是由于TM从表面的内部位移引起的。有趣的是，随着掺杂元素原子序数的增加，以TM为中心的晶场以及掺杂元素与Te之间的相互作用逐渐增强，这解释了形成能降低的原因。SnTe单层膜多铁性的实现为低维多铁性材料的实验制备提供了理论指导。
2019-06-25 cond-mat.mtrl-sci
Proximity Eliashberg theory of electrostatic field-effect-doping in superconducting films
在邻近效应Eliashberg理论框架下，计算了电场对s波单带超导体临界温度的影响。在弱静电场极限下，该理论没有自由参数，而一般来说，唯一的自由参数是电场作用的表面层的厚度。我们的结论是，提高临界温度的最佳情况是有一个非常薄膜的超导材料的电子-声子（玻色子）常数的强烈增加充电。
2017-04-26 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
The interplay between dopants and oxygen vacancies in the magnetism of V-doped TiO2
密度泛函理论计算表明，V到金红石型TiO 2的Ti晶格位置的结合导致磁性V4+物种，但掺杂剂磁矩之间的耦合的延伸和符号确认，铁磁有序不能通过在无缺陷氧化物中的低浓度掺杂而达到。氧空位可以引入额外的磁中心，我们在这里表明，钒掺杂的影响之一是减少这些缺陷的形成能。在V掺杂剂和O空位的存在下，所有的自旋倾向于以相同的取向对齐。我们得出结论，V掺杂有利于TiO2的铁磁行为，不仅通过引入与掺杂剂中心相关的自旋，而且还通过增加氧空位相对于纯氧化物的浓度。
2011-05-06 cond-mat.mtrl-sci
Magnetism in Cr-doped ZnS: Density-functional theory studies
采用密度泛函理论计算了立方结构Zn 1-xCrxS的磁性和聚集趋势，结果表明：所有研究的构型都表现出基态半金属铁磁性（HMF），Cr杂质在能量上有利于平面团簇形成δ掺杂结构. Zn0.75Cr0.25S和Zn0.875Cr0.125S的单层δ掺杂结构的铁磁稳定能（Δ EAF）分别为0.551和0.561 eV/Cr-Cr对。Zn0.875Cr0.125S的半层δ掺杂结构和Zn0.75Cr0.25S的双层δ掺杂结构的Δ EAF分别为0.394和0.166 eV/Cr-Cr对。此外，我们的研究表明，立方ZnS/CrS异质结构，一个极端的情况下，δ掺杂结构，也显示出基态HMF。HMF的起源进行了讨论，使用一个简单的晶体场模型。最后，我们展望了Zn_（1-x）Cr_xS在自旋电子学方面的潜在应用。
2009-10-13 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Probing the metal-insulator transition of NdNiO3 by electrostatic doping
调制的载流子密度在莫特材料中的远程掺杂从一个高度掺杂的常规带绝缘体提出测试的莫特金属-绝缘体过渡的带填充控制的理论预测，而不引入晶格畸变或无序，是化学掺杂的情况下。该方法是实验测试，使用外延生长的La掺杂的SrTiO 3薄膜的NdNiO 3（2.5 nm）薄膜。我们发现，远程掺杂系统地改变了载流子密度在NdNiO 3膜，并导致在金属-绝缘体转变温度的适度移位。这些结果进行了讨论的背景下，这类材料表现出金属-绝缘体过渡的理论模型。
2011-10-18 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Complementary-like Graphene Logic Gates Controlled by Electrostatic Doping
用石墨烯实现逻辑电路对于高速纳米电子学是非常有吸引力的。然而，固有的双极性质阻碍了具有传统互补架构的石墨烯逻辑器件的形成。使用静电掺杂调制，我们在这里展示了一种简便的方法来控制电荷中性点，并形成一个互补的结构，其中双极导电被用来作为一个好处，而不是一个缺点，以构建逻辑器件。在沟道中还引入带隙以提高石墨烯晶体管的开关比。第一次展示了互补的NOR和NAND逻辑门。该方法为双极性石墨烯的逻辑电路提供了一条可能的路线，原则上也可以推广到其他双极性半导体，如有机化合物和碳纳米管薄膜。
2011-04-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Tunable magnetism in ferroelectric α-In2Se3 by hole-doping
二维（2D）多铁性材料由于其潜在的科学意义和潜在的应用前景吸引了广泛的研究。虽然已经观察到/预测了许多2D系统是铁电或铁磁的，但具有两种铁电性质的2D材料仍然很少。通过第一性原理计算，我们预测空穴掺杂可以在二维铁电体α-In 2 Se 3中诱导出强的铁磁性，这是由于其独特的平坦能带结构，居里温度（TC）可以远高于室温。此外，掺杂浓度、应变和层数可以有效地调制材料的磁矩和TC。有趣的是，在空穴掺杂的多层α-In 2Se 3的表面处发现了强的磁电耦合，这允许非易失性电控制磁化。我们的工作提供了一个可行的方法来设计/搜索二维多铁性材料在未来的设备应用，如存储器设备和传感器的巨大潜力。
2021-02-18 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Impact of Electrostatic Doping Level on the Dissipative Transport in Graphene Nanoribbons Tunnel Field-Effect Transistors
采用量子微扰理论（QPT）和扩展最低阶展开（XLOE）方法研究了静电掺杂对扶手椅型GNR-TFET耗散输运的影响。结果表明，GNR-TFET的源极和漏极侧的掺杂水平对声子对载流子输运过程的贡献有显着的影响。不同于在其他类似的研究中，声子被认为有一个恒定的不利影响的ION/IOFF比和亚阈值摆动（SS）的TFET器件由于声子吸收辅助隧穿，我们表明，通过适当的工程的掺杂水平的源极和漏极，声子吸收辅助隧穿可以有效地抑制。我们还表明，随着温度的升高，器件的开关性能恶化的弹道和耗散输运制度，并存在一个依赖于温度的临界掺杂水平，该设备具有最佳的开关行为。
2019-06-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
The effect of Al doping on the structure and magnetism in cobaltite CaBaCo4O7
本文报道了Al掺杂对CaBa（Co $_{1-x}$ Al $_{x}$）$_4$ O $_7$（0 $\leq$ x $\leq$ 0.25）的结构和磁性的影响。当Al含量超过$x =$ 0.1时，该体系表现出从正交对称到六方对称的结构转变。居里温度和磁化强度随Al掺杂量的增加而降低，表明亚铁磁基态逐渐被抑制。对于$x >$ 0.1，基态最终转变为自旋玻璃态。此外，短程磁关联，这发生在高温下在CaBaCo $_4$ O $_7$，被发现逐渐抑制随着Al含量的增加，并最终消失为$x =$ 0.25。通过与其他Co位掺杂情况的比较，我们认为CaBaCo $_4$ O $_7$的晶格和自旋自由度是相对解耦的.
2013-04-04 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Tuning of dielectric properties and magnetism of SrTiO3 by site-specific doping of Mn
结合实验与第一性原理计算，我们表明，特定位置的掺杂到SrTiO 3的Mn对这些掺杂系统的介电性能具有决定性的影响。我们发现，声子贡献的介电常数总是急剧减少掺杂在任何网站。然而，一个相当大的，随机的偶极贡献，仅为Mn在Sr网站产生从一个强大的偏心位移的Mn，尽管Mn是在一个非d0状态，这导致在较高的温度下的介电常数大，并在较低的温度下产生弛豫铁电行为。我们还详细研究了磁性，并严格重新评估了在这种系统中真正的多玻璃态的可能性。
2011-10-01 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Doping induced magnetism and half-metallicity in nanoribbons of quartic dispersion materials
研究通过掺杂诱导四次散射材料纳米带的磁性和半金属特性，发现其自旋极化能显著增强，且受边缘钝化和带宽影响，偏离Stoner机制。
2025-12-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Tuning the Magnetic and Electronic Properties of Monolayer VI3 by 3d Transition Metal Doping: A First-Principles Study
具有强磁性的二维材料在自旋电子学中有着广阔的应用前景，引起了人们极大的关注。最近，本征铁磁三碘化钒（VI 3）已被实验合成。为了提高其自旋电子学性能，我们对VI 3进行了间隙掺杂，并用第一性原理计算研究了VI 3和3d过渡金属（TM）掺杂的VI 3单层膜的几何结构、形成能、电子性质和磁性.在八种过渡金属（Sc-、Ti-、V-、Cr-、Mn-、Fe-、Co-和Ni-）掺杂的VI 3材料中，其中四种（Ti-、V-、Mn-和Ni-掺杂的VI 3）显示出在费米能附近具有全自旋极化的稳健磁性。我们的研究表明，Ti掺杂的VI 3导致半金属半导体特性（HMS），而V掺杂的VI 3和Ni掺杂的VI 3导致半半导体特性（HSC）。令人惊讶的是，Mn掺杂的VI 3表现出不寻常的双极磁性半导体性质（BMS）。这种强铁磁性和100%自旋极化与半金属、半导体或双极半导体性质的独特组合使得3d TM掺杂的VI 3成为下一代半导体自旋电子应用的潜在候选者。这些自旋极化材料将是非常有用的自旋电流产生和其他自旋电子应用。
2021-09-25 cond-mat.mtrl-sci
Electrostatic carrier doping of GdTiO3/SrTiO3 interfaces
异质结构和超晶格组成的原型莫特绝缘体，GdTiO 3，和带绝缘体SrTiO 3的分子束外延生长，并显示出内在的电子重建，约1/2电子每个表面晶胞在每个GdTiO 3/SrTiO 3接口。片状载流子密度在所有结构中包含一个以上的SrTiO 3晶胞是独立的层厚度和生长序列，表明移动载流子是在一个高浓度，二维电子气绑定到界面。这些载流子密度紧密地满足用于补偿这些极性界面处的固定电荷的静电要求。基于实验结果，深入了解界面能带排列，电荷分布和不同的静电边界条件的影响。
2011-11-20 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Emergence of Flat-Band Magnetism and Half-Metallicity in Twisted Bilayer Graphene
利用第一性原理计算证明了压缩扭曲双层石墨烯的平带磁性和半金属性。我们表明，动态带结构工程在扭曲的双层石墨烯是可能的，通过控制化学成分与外部掺杂，层间耦合强度与压力，和磁有序与外部电场。通过改变旋转顺序和减少层间分离，电荷密度的不平衡分布导致局部磁矩的自发显现，而不破坏双层的结构完整性。在大晶胞中估计了磁矩之间的弱交换相关。外部电场将局部磁有序从铁磁转变为反铁磁。取代掺杂改变了一个自旋分布的化学势，导致半金属性。压缩扭曲双层石墨烯片表现出自发磁化，这表明磁矩之间的相关性并不是其形成的必要条件。
2019-05-28 cond-mat.mtrl-sci
Charge-Doping driven Evolution of Magnetism and non-Fermi-Liquid Behavior in the Filled Skutterudite CePt4Ge12-xSbx
填充的方钴矿化合物CePt4Ge12位于接近Ce的中间价和重费米子行为之间的边界。用Sb取代Ge驱动系统进入强相关，并且最终在进一步增加Sb浓度时进入反铁磁有序状态。我们的实验证明了新兴的近藤物理和本地4f时刻的形成微妙的相互作用。一个扩展的非费米液体区域，这可以理解的近藤无序模型的框架，观察。能带结构的计算支持的结论是，物理性质是由通过Sb替代和伴随的体积效应的电子供应的相互作用。
2012-09-14 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Magnetisms in $p$-type monolayer gallium chalcogenides (GaSe, GaS)
用密度泛函方法研究了$p$型单层GaX（X=S，Se）的磁性.由于价带边缘附近的态密度很大，这些单层半导体在很小的空穴掺杂范围内是铁磁的。本征Ga空位能提高局域磁矩，而Se空位不能。空位引起的局部磁矩之间的磁耦合是铁磁性的，并且令人惊讶地长范围。结果表明，磁化强度可以通过空穴掺杂诱导，并可以通过控制缺陷的产生来调节。
2014-09-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Rationally Correcting Impurity Levels Positions Based on Electrostatic Potential Strategy for Photocatalytic Overall Water Splitting
针对传统掺杂杂质能级预测方法的不足，本研究以磷掺杂g-C3N5为例，提出基于静电势策略调控杂质能级，实现可见光吸收拓宽、载流子氧化还原能力提升及水分解效率增强，为高效光催化全解水催化剂设计提供新策略。
2023-08-23 cond-mat.mtrl-sci
Impact of the Fe Doping on Magnetism in Perovskite Cobaltites
系统地研究了Fe掺杂钙钛矿型钴酸盐多晶样品：Pr $_{1-y}$ Ca $_{y}$ Co $_{1-x}$ Fe $_x$ O $_3$（$y$ =0.3，$x$ =0-0.15; $y$ =0.45，$x$ =0-0.3）和Gd $_{0.55}$ Sr $_{0.45}$ Co $_{1-x}$ Fe $_x$ O $_{3}$（$x$ =0-0.3）的磁性和输运性质。Fe掺杂使Pr $_{1-y}$ Ca $_{y}$ Co $_{1-x}$ Fe $_x$ O $_3$体系的铁磁性增强，但铁磁性随Fe含量的进一步增加而被抑制，在高Fe掺杂水平下观察到自旋玻璃行为。相反，只要Fe被掺杂，在系统Gd $_{0.55}$ Sr $_{0.45}$ Co $_{1-x}$ Fe $_x$ O $_{3}$中的铁磁性被抑制，并且在Fe掺杂高达0.3的样品中没有观察到自旋玻璃行为。通过Fe $^{3+}$ -O-（LS）Co $^{4+}$的铁磁相互作用与通过Fe $^{3+}$ -O-Fe $^{3+}$和Fe $^{3+}$ -O-（IS）Co $^{3+}$的反铁磁相互作用之间的竞争被认为是上述行为的原因。A位上离子的平均半径在确定Fe掺杂主要引入哪种类型的相互作用方面起着关键作用。
2007-01-14 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Magnetism and metal-insulator transition in oxygen deficient SrTiO$_3$
采用第一性原理计算方法研究了不同掺杂条件和掺杂浓度下，体相缺氧SrTiO $_3$（STO）的电子和磁性.在缺氧STO的磁性外观是不是仅仅由一个单一的氧空位的存在下，但由自由载流子的密度和相对接近的空位。我们发现，而一个孤立的空位作为一个非磁性的双施主的行为，掺杂条件的操纵允许一个单一的施主状态的稳定性，与紧急的本地时刻耦合的载流子在导带中的铁磁。强的局部晶格畸变增强了这种状态的结合。通过正交应变可以进一步调节带隙局部矩的能量。因此，我们发现，自由载流子密度和应变的基本组成部分，以获得捕获的自旋极化电子在缺氧STO，这可能有重要的意义，在光学器件的设计。
2014-08-15 cond-mat.mtrl-sci
Interplay of Magnetism, Band Gap Tuning, Optical, and Thermoelectric Responses in Fe-Doped YMnO$_3$: Insights from First-Principles Calculations
本文利用GGA与meta-GGA第一性原理计算研究Fe掺杂六方YMnO$_3$，揭示其稳定G型反铁磁序、带隙降至1.19 eV及光学、介电和热电响应增强。
2025-10-21 cond-mat.mtrl-sci
Electrostatic co-assembly of magnetic nanoparticles and fluorescent nanospheres: a versatile approach toward bimodal nanorods
多峰纳米颗粒的制备由于其在光电子学、光子学特别是生物成像等许多应用领域的巨大潜力而引起了人们的极大兴趣。纳米粒子（Nanoparticles，NPs）具有多种性质（光学、电化学、磁性），可以利用互补的刺激来探测纳米粒子与周围环境的相互作用，因此，纳米粒子（Nanoparticles，NPs）已经成为一种备受推崇的工具，可以对细胞和组织进行成像，其对比度与生物材料的尺寸以及由尺寸减小引起的量子限制效应的存在相匹配。在这种情况下，磁性和发射特性（如荧光）的组合对于非侵入性研究、细胞分选或药物载体化显得特别有吸引力。因此，结合荧光和磁性需要精细的混合组装结构。大多数磁性纳米颗粒由金属氧化物或合金制成，例如γ-Fe 2 O3、Fe 3 O 4、FePt，而目标荧光实体通常是有机染料或量子点（QD）。
2009-07-23 cond-mat.mtrl-sci
Magnetism and $T-x$ phase diagrams of Na and Ag substituted EuCd$_2$As$_2$
EuCd $_2$ As $_2$是一种反铁磁半金属，根据其磁性状态和激发态，可以具有非平凡的拓扑性质。在这里，我们报道了Eu（Cd $_{1-x}$ Ag $_x$）$_2$ As $_2$和Eu $_{1-y}$ Na $_y$ Cd $_2$ As $_2$的合成和表征，并研究了掺杂后磁序的演变和性质。温度取代相图构造的电阻和磁化率数据。我们观察到分裂的磁性转变成两个不同的过渡，并逐渐增加的过渡温度与Ag和Na取代。另一个过渡或多或少与掺杂无关。我们进一步表明，一个净铁磁矩的磁性状态是稳定的Ag和Na掺杂，这可以解释考虑由于取代的能带填充的变化，建议由密度泛函理论（DFT）计算。因此，我们表明，化学取代和随后的能带填充的变化可能是一种途径，以调整磁基态和稳定的铁磁相EuCd $_2$作为$_2$。
2022-11-16 cond-mat.mtrl-sci
Effect of doping and pressure on magnetism and lattice structure of Fe-based superconductors
使用第一性原理计算，我们分析了结构和磁性的趋势作为一个功能的电荷掺杂和压力BaFe $_2$作为$_2$，并比较实验建立的事实。我们发现，密度泛函理论，而准确地再现在环境压力下的结构和磁有序，未能再现一些结构的趋势，随着压力的增加。最值得注意的是，Fe-As键长，这是一个规范的大小的磁矩，$μ$，是刚性的实验，但软计算，表明残留的本地库仑相互作用。通过计算磁有序能的大小，我们表明，作为压力或掺杂的函数的磁序的破坏可以定性地再现，但在计算中，它是通过减少$|μ|$，因此可能不反映相同的物理实验中检测到的。我们还发现，作为掺杂的函数的条纹顺序的强度是强烈的网站依赖性：磁性与在Fe站点掺杂的电子数单调下降，但与在Ba站点掺杂的电子数单调增加。面内磁有序能（棋盘和条纹有序之间的差异）和面间耦合都遵循类似的趋势。我们还研究了正交畸变的演变，$e=(a-b)/(a+b),$作为$μ$的函数，并发现在实验发现线性关系的制度，我们的计算是不可能收敛的，这表明在密度泛函理论，过渡是一阶的，信号异常大的高阶项的朗道功能。
2010-04-13 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
Edge-Insensitive Magnetism and Half Metallicity in Graphene Nanoribbons
在石墨烯/碳纳米结构中实现磁性是一个长达十年的挑战。锯齿形石墨烯纳米带中的磁边缘状态和半金属性是特别有前途的[Y. W. Son等人，Nature 444，347（2006）]。然而，它的实验实现一直受到单氢化锯齿形边缘的严格要求的阻碍。使用第一性原理计算，我们预测，自由载流子掺杂可以克服这一挑战，实现铁磁性和半金属性的一般类型的边缘结构的窄石墨烯纳米带。这种磁性存在于栅极掺杂实验的密度范围内（~1013 cm-2），并且具有高达17 meV/载流子的大自旋极化能量，这引起了相当于几百特斯拉的外部磁场的塞曼分裂。最后，我们追踪这种边缘不敏感磁性的形成机制，带边附近的电子态的量子限制，并揭示了磁性与带宽的标度律。我们的研究结果表明，结合掺杂和量子限制可能是一个通用的工具，实现轻元素纳米结构中的过渡金属的磁性。
2018-10-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Stability of edge states and edge magnetism in graphene nanoribbons
我们批判性地讨论了锯齿形边缘石墨烯纳米带（ZGNRs）的边缘态和边缘磁性的稳定性。我们指出，磁边缘状态可能不存在于真实的系统中，并表明，至少有三个非常自然的机制-边缘重建，边缘钝化，和边缘关闭-这大大减少边缘状态的影响，在ZGNRs，甚至完全消除它们。即使可以制造出具有磁性边缘状态的系统，其内在磁性在室温下也不会稳定。电荷掺杂和边缘缺陷的存在进一步破坏了这种系统的固有磁性。
2010-12-09 cond-mat.mtrl-sci
AFe2As2 (A = Ca, Sr, Ba, Eu) and SrFe_(2-x)TM_(x)As2 (TM = Mn, Co, Ni): crystal structure, charge doping, magnetism and superconductivity
磷属元素化合物族$RE$ OFeAs（$RE$ = La，Ce，Pr，Nd，Sm），$A$ Fe $_{2}$ As $_{2}$（$A$ = Ca，Sr，Ba，Eu），LiFeAs和FeSe的电子结构和物理性质十分相似。在这里，我们专注于$A$ Fe $_{2}$ As $_{2}$家族的成员，其样品组成，质量和单晶生长与其他系统相比更好地可控。利用第一性原理能带结构计算，我们着重研究了$A$ Fe $_{2}$ As $_{2}$体系的晶体结构、电荷掺杂和磁性之间的关系。我们将详细说明的四方晶系正交结构的扭曲，以及相关的磁序和各向异性，掺杂的影响，以及在$A$网站上的Fe网站，和电子结构的变化作为压力的函数。在实验上，我们研究了其它三种$d$过渡金属（$TM$ = Mn，Co，Ni）对SrFe $_{2-x}TM_{x}$ As $_{2}$中Fe的取代。与Co或Ni部分取代Fe（电子掺杂）相反，相应的Mn部分取代并不导致反铁磁序的抑制或超导电性的出现。大多数计算的性质与测量的性质吻合良好，但其中一些是敏感的作为$z$的位置。对于这个新的超导体家族的电子结构的微观理解，这种与Fe-As相互作用有关的结构特征是至关重要的，但其正确的从头计算处理仍然是一个悬而未决的问题。
2009-03-02 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
Spin-glass state induced by Mn-doping into a moderate gap layered semiconductor SnSe$_2$
各种类型的磁性可以出现在新兴的量子材料中，如范德华层状材料。在这里，我们报告的成功掺杂锰原子到后过渡金属二硫属化物半导体：SnSe $_2$。采用化学气相传输法（CVT）合成了$\textit{x}$ = 0.04的Sn $_{1-x}$ Mn $_x$ Se $_{2}$单晶，并用X射线衍射（XRD）和X射线能谱（EDS）对其进行了表征。磁性表明，从磁化强度的温度依赖性以及磁滞回线来看，共存的铁磁和反铁磁相互作用之间存在竞争。这意味着团簇内部存在铁磁相互作用，团簇之间存在短程反铁磁相互作用，在~ 60 K以下出现自旋玻璃态。此外，我们通过$\textit{ab initio}$计算证实，铁磁相互作用来自锰掺杂剂的3个$\textit{d}$电子。我们的结果提供了一个新的材料平台，以了解和利用磁性的范德瓦尔斯层状材料。
2021-06-23 cond-mat.mtrl-sci
Anomalous enhancement of magnetism by nonmagnetic doping in the honeycomb-lattice antiferromagnet ErOCl
本研究发现蜂窝晶格反铁磁体ErOCl中非磁性Lu³⁺掺杂可反常增强Er³⁺磁矩，揭示化学压力致c轴收缩、轴向晶场参数增大进而提升磁各向异性的机制，为调控稀土材料磁性能提供新途径。
2025-10-28 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Defects-driven magnetism in bulk $α$-Li$ _{3}$N
采用基于密度泛函理论和局域自旋密度近似的\textit{Ab-initio}方法研究了$α$ -Li $ _{3}$ N体材料的缺陷驱动磁性.计算结果表明，体相Li $ _{3} $ N是一种非磁性半导体.两种类型的Li空位（Li-I和Li-II）被认为是，Li空位（Li-I或Li-II类型）可以在Li $ _{3}$ N中感生磁性，其总磁矩为1.0 $μ_{\rm B}$，这主要是由于Li空位周围的N- $p$ -轨道被部分占据而产生的。缺陷形成能表明，Li $ _{2}$ N面的Li-Ⅱ空位比Li-Ⅰ空位更稳定. Li空位的电子结构表现为半金属性质。另一方面，N-空位不诱导磁性，并且具有比Li-空位更大的形成能。费米能级处的N空位导带主要由Li原子贡献。碳也掺杂在Li-I和Li-II位点处，并且预期与Li-II位点相比，在Li-I位点处掺杂C在化学上更稳定。当C掺杂在Li-I位时，可以在零磁矩的情况下诱导金属性，而当Li-II位被C杂质原子占据时观察到磁性，并且C驱动的磁性也遍布N原子。在Li $ _{3}$ N中N位掺杂碳也能产生半金属磁性，并且与Li-II位掺杂相比，具有更小的缺陷形成能。研究了C原子间的铁磁（FM）和反铁磁（AFM）耦合，发现FM态比AFM态更稳定。
2018-07-02 cond-mat.mtrl-sci
Hole doping as an efficient route to increase the Curie temperature in monolayer CrI$_3$
针对二维范德华磁体的磁性调控问题，本研究通过多尺度理论框架揭示空穴掺杂对单层CrI₃交换相互作用的影响，发现其可增强铁磁交换与磁各向异性，使居里温度超200K，推进了掺杂调控二维材料磁性的理解。
2025-08-15 cond-mat.mtrl-sci
Electronic structure and magnetism in X_xW_{1-x}O_3 (X=Nb,V,Re) from supercell calculations
最近，一些杂质半导体显示出超导性或弱铁磁性。本文研究了立方XW_{26} O_{81}（X=Nb，V，Re）超晶胞的电子结构和磁性条件。未掺杂的材料是绝缘体，尽管轻微掺杂的材料是金属，但它远未达到磁性的斯通纳标准。局域态密度随能量迅速变化的条件类似于掺杂六硼化物。虚晶近似用于改变掺杂水平。一个小的时刻出现，如果费米能量符合一个大的导数的DOS。
2003-05-13 cond-mat.mtrl-sci
Electron doping and magnetic moment formation in N- and C-doped MgO
掺杂C和N的MgO中磁矩的形成是Hund耦合、杂化和Jahn-Teller畸变之间微妙相互作用的结果。这种平衡取决于许多环境变量，包括电子掺杂。我们调查这样的依赖性自相互作用校正的密度泛函理论，我们发现，时刻形成相对于电子掺杂是强大的。相比之下，掺杂剂周围的局部对称性更脆弱，并且可以稳定两种不同的几何形状。至关重要的是，磁矩总是极其局域化的，这使得任何载体介导的d^0磁体中的磁性图像都不太可能。
2009-05-14 cond-mat.mtrl-sci
Defect-induced magnetism and Yu-Shiba-Rusinov states in twisted bilayer graphene
原子缺陷对石墨烯系统的低能性质有显著影响。通过第一性原理计算和紧束缚模型，我们提供的证据表明，化学杂质修改扭曲双层石墨烯的正常和超导状态。一个单一的氢原子连接到双层表面产生一个三点交叉，而自掺杂和三倍的破缺是由一个空位。这两种类型的缺陷导致时间反转击穿和局部磁矩的产生。氢诱导磁性也被发现存在于魔角石墨烯超晶格中出现超导性的掺杂水平。结果表明，超导有序和缺陷诱导磁性的共存在魔角扭曲双层石墨烯中产生了带隙Yu-Shiba-Rusinov激发。
2019-06-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Electronic structure and magnetism in slightly doped SrB_6
在局域自旋密度近似下计算了SrB $_{6}$超晶胞的自旋极化能带，其中La-、In-或Al-杂质或空位取代Sr。适度大的细胞与8个公式单元（56个原子）进行了研究，所有的掺杂和大的27个公式单元（189个原子）的情况下，镧掺杂。未掺杂的系统在费米能级（E $_F$）处具有消失的态密度（DOS），而额外的La-d带使E $_F$进入带隙以上的带。Al（或In）杂质则相反，E_F向带隙下方出现类刚性带移。在前一种情况下，添加一个d-电子使得靠近La原子的电子结构发生局部的、类似杂质的变化。正如在以前的出版物中所示，它可以导致弱铁磁状态。通过189个原子的单元计算，该结果在甚至更低的掺杂下持续存在，每个La杂质的矩为0.1 $μ_B$。In杂质加上一个p电子，则没有类似的效果。磁性状态可以从电荷转移和额外的势能增益来理解，因为施加了自旋分裂。为了显示电荷转移和磁矩的大小之间的相关性，提出了不同的模型与修改的本地化的La带。
2001-03-08 cond-mat.mtrl-sci
Atomic-resolution imaging of magnetism via ptychographic phase retrieval
本研究通过电子叠层衍射精确恢复相位，将磁性相位与静电相位分离，实现了磁性材料与自旋电子器件中自旋织构的原子级分辨率成像。
2022-11-24 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el physics.app-ph
Gate-controlled Magnetotransport and Electrostatic Modulation of Magnetism in 2D magnetic semiconductor CrPS$_4$
针对多数二维磁性半导体能带过窄阻碍晶体管工作的问题，本研究利用带宽近1 eV的CrPS$_4$制备出低温可正常工作的场效应晶体管，测得其完整磁相图，发现栅压可大幅调控磁电导与磁态，为栅可调半金属导体提供了候选材料。
2023-05-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Enhanced and continuous electrostatic carrier doping on the SrTiO$_{3}$ surface
在相关氧化物的精细表面上存在高电子载流子迁移率的情况下，高达10 $^{13}$·cm $^{-2}$的电荷载流子密度的顺电调谐是利用金属-非金属转变的场效应晶体管（FET）的技术突破的关键。在这里，我们介绍了Parylene-C/Ta $_{2}$ O $_{5}$混合栅绝缘体，并在单晶SrTiO $_{3}$上制备FET器件，SrTiO被认为是氧化物电子学的基础材料。栅极绝缘体累积高达$\sim10^{13}$ cm $^{-2}$的载流子，而场效应迁移率即使在室温下也保持在10 μ m，cm $^2$ /Vs。除了我们的器件的优异性能之外，高载流子密度和高迁移率的增强兼容性揭示了SrTiO $_{3}$表面上静电掺杂载流子分布的长期困惑的机制。即场域和电流丝的形成和持续演化。
2013-05-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Energetics, electronic states, and magnetism of iron phthalocyanine on pristine and defected graphene layers
过渡金属酞菁（TMPc）在自旋电子学领域受到严格审查，因为它们可能是有前途的存储器件。这种分子的简单和廉价增加了它们的商业潜力。人们正在积极研究如何改变这种分子金属中心的磁矩。在这里，我们特别考虑石墨烯层上的铁酞菁分子（FePc）作为基底。我们研究了石墨烯缺陷（Stone-Wales缺陷、B掺杂、N掺杂、S掺杂以及B（N，S）掺杂的Stone-Wales缺陷）如何改变FePc的电子结构。我们提出了从头算研究的系统，这是使用几种方法：基于周期性平面波密度泛函理论（DFT），线性组合的原子轨道（LCAO）DFT与石墨烯的集群表示，和multiconfigurational方法与芘分子作为一个graphenised石墨烯集群。首次采用多构型方法对FePc/石墨烯杂化体系进行了处理。结果表明，掺杂B和N的杂化体系具有准简并基态，必须超越一个Slater行列式的近似。
2022-10-03 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Why magnetism in CeO$_{1-x}$F$_x$FeAs and LaO$_{1-x}$F$_x$FeAs is different
使用国家的最先进的第一性原理计算，我们研究了CeOFeAs的磁性行为。我们发现Ce层的磁矩垂直于Fe层的磁矩。非公度磁结构的分析表明，Ce-Ce磁耦合是相当弱的，然而，一个强的Fe-Ce耦合。的四方晶系的正交结构的变形CeOFeAs和LaOFeAs的起源比较显示出显着的差异，在CeOFeAs的失真是稳定的降低在费米能级的光谱权重，而在LaOFeAs的减少磁挫折。最后，我们研究了电子掺杂对CeOFeAs的影响，结果表明，虽然基态Fe磁矩在很大程度上保持不变的掺杂，磁序的稳定性为零的掺杂，以及相应的消失的Néel温度。
2009-03-13 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
Highly tunable layered exciton in bilayer WS$_2$: linear quantum confined Stark effect versus electrostatic doping
在1H单层过渡金属二硫属化物中，反转对称性被破坏，而反射对称性被保持。相反，在双层中，反转对称性得到恢复，但反射对称性被破坏。作为这些对比对称性的结果，在这里，我们表明，双层WS $_2$表现出量子限制斯塔克效应（QCSE），是线性与所施加的平面外电场，在相反的二次一个单层。双层中的独特层自由度与场驱动的层内和层间激子之间的部分相互转换之间的相互作用产生激子振子强度的巨大可调谐性。这使得双层WS $_2$成为在激子共振下原子级薄的可调谐电吸收调制器的有希望的候选者，特别是当堆叠在提供超快非辐射弛豫通道的石墨烯层的顶部上时。通过调整偏置配置，我们进一步表明，激子响应可以很大程度上通过静电掺杂，有效地转移从中性带电激子的振子强度调谐。这些发现对于下一代光电子学的高度可调、原子薄、紧凑和轻的片上可重构组件具有前瞻性。
2020-11-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Dynamical defects in a two-dimensional Wigner crystal: self-doping and kinetic magnetism
本文用半经典瞬子方法和有效 Hamilton 量精确对角化研究二维 Wigner 晶体的间隙与空位动力学，发现自掺杂失稳并提出中等密度的“金属电子晶体”相。
2023-12-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Signature of gate-tunable magnetism in graphene grafted with Pt-porphyrins
在石墨烯中诱导磁性有很大的希望，例如控制与栅电极的交换相互作用和产生奇异的磁相。迄今为止，用磁性分子或原子涂覆石墨烯主要导致石墨烯迁移率降低。在目前的工作中，我们表明，铂卟啉吸附在石墨烯上导致增强的流动性和栅极依赖的磁性。我们报道了卟啉可以是供体或受体，这取决于石墨烯的初始掺杂。卟啉在石墨烯上的带电杂质周围转移电荷和电荷，减少石墨烯掺杂并增加其迁移率。此外，电离的卟啉带有磁矩。利用介观输运对磁性的敏感性，特别是超导邻近效应和电导涨落，我们探讨了电离卟啉的相互作用磁矩在石墨烯中诱导的磁序。在磁性的签名中，我们发现了具有奇数分量的两端磁阻波动，这是零场时反对称性破缺的一个标志，在未涂覆的石墨烯样品中不存在。当石墨烯连接到超导电极时，感应的磁性导致超电流的栅极电压依赖性抑制、修改的磁干涉图案和栅极电压依赖性磁滞。对于长超导体石墨烯超导体结和具有最高初始掺杂的样品，磁性特征是最大的，与更大数量的电离的并且因此磁性的卟啉相容。我们的研究结果表明，长程磁性通过电离的卟啉磁矩通过石墨烯诱导。这种磁相互作用由石墨烯中载流子的密度控制，这种可调谐性可以在自旋电子学应用中加以利用。
2016-01-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Topological phonons in an inhomogeneously strained silicon-4: Large spin dependent thermoelectric response and thermal spin transfer torque due to topological electronic magnetism of phonons
非均匀应变硅与金属双层结构中，弯电子掺杂与拓扑声子的叠加导致声子的拓扑电子磁性。在铁磁金属和Si双层结构的情况下，挠曲电子掺杂也将产生更大的自旋电流，这将导致由于声子的拓扑电子磁性而导致的大的自旋到电荷转换。通过在施加的应变梯度下向铁磁金属/Si双层结构施加温度差，可以产生大的热电响应。在这项实验研究中，我们报告了一个大的自旋相关的热电响应在Ni 80 Fe 20/Si双层结构。自旋相关的响应被发现是一个数量级大于Pt薄膜和类似的拓扑绝缘体表面状态，尽管可以忽略不计的内在自旋轨道耦合的Si。这种大的响应归因于声子的挠曲电子掺杂和拓扑电子磁性，这是使用拓扑能斯特效应测量发现的。这种使用非均匀应变工程来解决自旋电流密度和自旋到电荷转换的替代和新颖的方法可以为使用金属和掺杂半导体层状材料实现自旋电子学和自旋热电子学器件打开新的窗口。
2021-10-11 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Tune of Magnetism and Electronic Structures of Alkali Metal Carbides with Rocksalt Structure
采用全势电子程序求解Kohn-Sham方程，计算了岩盐结构碳化物的电子结构。通过构造基于极大局域化Wannier函数的紧束缚哈密顿量，分析了成键特性。发现这些化合物中的阳离子作为电子提供者，并且框架由碳原子形成。费米能级附近的电子态主要来自C的p轨道。压力和掺杂是调节这些化合物的磁性和电子性质的两种有效方法。事实证明，通过施加高达数十吉帕斯卡的流体静压，可以获得无自旋带隙的半导体。较高的压力诱导的绝缘体金属转变，因为带加宽。IA族化合物（Na，K，Rb，Cs）在室温下为磁性半导体。与IIA元素合金化根据$3-x$定律降低磁矩，其中$x$是IIA元素与IA元素的相对原子比。化合物在压力和掺杂作用下的行为可以用刚性带模型来理解。
2012-11-08 cond-mat.mtrl-sci
Self-consistent Analysis of Doping Effect for Magnetic Ordering in Stacked-Kagome Weyl System
基于有效模型和Hartree-Fock方法，从理论上研究了堆叠kagome系统$\rm{{Co}_3{Sn}_2{S}_2}$中载流子掺杂对磁性的影响.我们给出了磁序参量的电子填充和温度依赖关系。空穴掺杂抑制了垂直铁磁有序，未掺杂的$\rm{{Co}_3{Sn}_2{S}_2}$表现出磁性外尔半金属态。此外，在电子掺杂制度，我们发现一个非共线的反铁磁有序。特别地，在非共线反铁磁态，通过考虑一定的自旋-轨道耦合，得到了有限轨道磁化强度和反常霍尔电导率。
2021-10-18 cond-mat.mtrl-sci
