Making BaZrS3 chalcogenide perovskite thin films by molecular beam epitaxy
我们演示了分子束外延（MBE）的BaZrS 3薄膜的制备。BaZrS 3以正交畸变钙钛矿结构形式存在，ZrS 6八面体为共角八面体。单步MBE工艺导致薄膜在原子尺度上平滑，具有近乎完美的BaZrS 3化学计量比和与LaAlO 3衬底的原子级尖锐界面。薄膜通过两种相互竞争的生长模式外延生长：缓冲外延，具有自组装界面层，减轻了外延应变，和直接外延，具有旋转立方体上立方体生长，其容纳氧化物和硫化物钙钛矿之间的大晶格常数失配。这项工作为开发硫属钙钛矿作为一个家庭的半导体合金的性能，可以调整与应变和高品质的外延薄膜的组成，已经建立了长期的其他系统，包括硅锗，III-Vs和II-Vs的阶段。这里展示的方法也代表了气体源硫属MBE的复兴。
2021-05-21 cond-mat.mtrl-sci
Ti-alloying of BaZrS3 chalcogenide perovskite for photovoltaics
BaZrS 3是一种典型的硫属钙钛矿，已被证明具有直接带隙，异常强的近带边光吸收和良好的载流子传输。由于其稳定性好，对地球上丰富的元素无毒，因此它是一种很有前途的薄膜太阳能电池。然而，其报道的1.7- 1.8eV范围内的带隙大于达到单结太阳能电池的Shockley-Queisser极限所需的最佳值。在这里，我们报告的Ba（Zr 1-xTix）S3钙钛矿化合物的合成具有降低的带隙。据发现，钛合金化是非常有效的BaZrS 3的带隙减少：仅4原子%的合金化降低带隙从1.78至1.51 eV，导致在理论上的最大功率转换效率为32%。较高的Ti合金化浓度被发现不稳定的扭曲的硫属钙钛矿相。
2020-04-08 cond-mat.mtrl-sci
Epitaxial Thin Films of a Chalcogenide Perovskite
硫系钙钛矿材料是一种新型的电子材料，但由于缺乏高质量的外延薄膜，其基本性能和应用受到限制。我们报道了用脉冲激光沉积法外延生长BaZrS 3（一种典型的硫属化物）薄膜。X射线衍射研究表明，薄膜是强烈的织构面外，并有一个明确的面内外延与衬底的关系。电子显微镜的研究证实存在的外延的前几层的膜在界面处，即使远离界面的膜是多晶与大量的扩展的缺陷，这表明有潜力进一步改善生长。X射线反射率和原子力显微镜显示光滑的薄膜表面和衬底与薄膜之间的界面。薄膜在带边附近有很强的光吸收，在可见光区有很强的光致发光。的光电探测器设备显示快速和有效的光响应与最高的开/关比BaZrS 3膜迄今为止报道。我们的研究为实现硫系钙钛矿的外延薄膜、异质结构和超晶格提供了机会，以探测基本物理现象和由此产生的电子和光子器件技术。
2021-05-24 cond-mat.mtrl-sci
Chalcogenide Perovskites- an Emerging Class of Ionic Semiconductors
本文报道了一类新型的离子半导体材料--无机硫系钙钛矿的合成与表征。采用高温硫化法合成了BaZrS 3、CaZrS 3、SrTiS 3和SrZrS 3等化合物。用XRD和EDX分别表征了它们的晶体结构和组成。紫外-可见光和光致发光测量证实，它们是直接带隙半导体，带隙值与理论预测一致。通过采用阴离子合金化的方法，我们表现出广泛的可调带隙从1.73 eV至2.87 eV。这些强离子半导体为能量收集、固态照明和传感等应用的半导体特性工程提供了新的途径。
2016-10-16 cond-mat.mtrl-sci
Chalcogenide perovskite BaZrS3 thin-film electronic and optoelectronic devices by low temperature processing
由于其优异的可见光吸收和高化学稳定性，硫属钙钛矿钡锆硫化物在过去几年中作为用于光电子学的混合卤化物钙钛矿的潜在替代物而引起了显著关注。然而，BaZrS 3薄膜在1000 ℃以上的高加工温度严重限制了它们在器件应用中的潜力。在此，我们报告的BaZrS 3薄膜的合成温度低至500 ℃，通过改变化学反应途径。X射线衍射和拉曼光谱证实了BaZrS 3薄膜为单相结构。原子力显微镜和扫描电子显微镜表明，晶体尺寸和表面粗糙度一致降低退火温度。较低的温度进一步消除了与高温处理相关的硫空位和碳污染。在较低温度下合成硫属化物钙钛矿薄膜的能力消除了其器件制造的主要障碍。光电探测器表现出快速响应和80的开/关比。所制造的场效应晶体管显示出双极行为，电子和空穴迁移率分别为16.8 cm 2/Vs和2.6 cm 2/Vs。
2021-04-16 cond-mat.mtrl-sci
Origins of chalcogenide perovskite instability
本研究利用密度泛函理论评估81种ABS3硫族钙钛矿的稳定性，揭示多晶型与凸包不稳定性的化学键及诱导效应起源。
2025-08-29 cond-mat.mtrl-sci
Ferroelectric Polarization in Antiferroelectric Chalcogenide Perovskite BaZrS3 Thin Film
块状硫族化合物钙钛矿BaZrS 3（BZS）在可见光区具有直接带隙，是一种重要的光伏材料，但由于其反铁电（AF）性质而具有有限的适用性。目前，铁电（FE）钙钛矿基光致发光材料因其环境稳定性和更好的能量转换效率而引起了极大的关注，这是由于反转对称中心的丢失而导致的。利用变温拉曼光谱和第一性原理计算研究了化学气相沉积（CVD）法生长的BZS薄膜的反铁电-铁电（AF-FE）相。Fe相的起源是由A7 g ~ 300 cm-1和B1 g ~ 5 ~ 420 cm-1模的反常行为确定的，这涉及ZrS 6八面体顶位原子的振动。此外，低于60 K，B1 g1和B2 g2（~ 85 cm-1）模式出现，而B12 g（~ 60 cm-1）消失，以稳定Pnma结构对铁电性的局部扭曲。这里，B2 g2和B1 g2涉及Ba原子以AF方式的振动，而B1 g1还涉及八面体的旋转。我们的第一性原理计算证实了铁的出现是由于氧杂质局部地存在于硫原子的顶点位置，导致ZrS 6八面体中的反转对称中心丢失的结果。
2020-04-30 cond-mat.mtrl-sci
Optimizing Lead-Free Chalcogenide Perovskites for High-Efficiency Photovoltaics via Alloying Strategies
本研究通过在CaHfS$_{3}$中引入Ti和Se的靶向取代，结合前沿计算技术，显著改善了无铅硫族钙钛矿的光电性能，使富Ti硒基钙钛矿效率达28.06%，超越传统铅基卤化物钙钛矿。
2025-02-20 cond-mat.mtrl-sci
Crystal growth and structural analysis of perovskite chalcogenide BaZrS$_3$ and Ruddlesden-Popper phase Ba$_3$Zr$_2$S$_7$
过氧化物硫族化合物作为一类新兴的光电子半导体材料正引起人们的极大兴趣。高质量的样品对于检查其固有的物理性质至关重要。本文报道用助熔剂法成功地生长了BaZrS $_3$及其Ruddlesden-Popper相Ba $_3$ Zr $_2$ S $_7$。X射线衍射分析表明，$Pnma$的空间群为：$a$ = 7.056（3）Ω/，$b$ = 9.962（4）Ω/，$c$ = 6.996（3）Ω/; $_3$和$P4_2/mnm$的空间群为：$a$ = 7.071（2）Ω/，$b$ = 7.071（2）Ω/，对于Ba $_3$ Zr $_2$ S $_7$，$c$ = 25.418（5）Ω/cm。观察到BaZrS $_3$和Ba $_3$ Zr $_2$ S $_7$的半高宽为0.011 $^\circ$和0.027 $^\circ$的摇摆曲线。极图分析，扫描透射电子显微镜图像和电子衍射图案也建立了高质量的生长晶体。通过提取扭转角，分析了共角八面体网络中八面体的倾斜。
2019-09-13 cond-mat.mtrl-sci
Rare-earth chalcogenide perovskites: A promising class of materials for optoelectronic applications
Shiv Nadar Institution of Eminence（希夫纳德卓越学院）
该研究采用第一性原理方法探究稀土硫族钙钛矿ABX₃的结构、光电子、激子及极化子特性，发现其兼具多种优异性能，有望用于下一代光电子器件。
2026-08-18 cond-mat.mtrl-sci
Assessing carrier mobility, dopability, and defect tolerance in the chalcogenide perovskite BaZrS$_3$
本文通过第一性原理计算评估 BaZrS$_3$ 的载流子输运与缺陷性质，揭示其电子迁移率与卤化物钙钛矿相当、本征 n 型且难以 p 型掺杂，并指出抑制硫间隙原子形成是延长载流子寿命的关键。
2024-09-12 cond-mat.mtrl-sci
Linear Dichroism Conversion in Quasi One-Dimensional Perovskite Chalcogenide
具有线性二向色性的各向异性光子材料在许多传感、成像和通信应用中是至关重要的部件。这类材料在光子器件和光子电路中起着偏振片、滤光片和波片的重要作用。具有光学各向异性的传统晶体材料通常在较宽的波长范围内显示出单向线性二向色性。在晶体材料中没有观察到线性二向色性转换现象。在这里，我们报告的调查独特的线性二色性转换现象，在准一维（准1D）六方钙钛矿硫族化合物BaTiS3。该材料在可见光范围内显示出创纪录的光学各向异性。与传统的各向异性光学材料相比，BaTiS3中的线性二色性极性在对应于1.78 eV光子能量的光波长处产生正交变化。第一性原理计算表明，这种反常的线性二向色性转换行为源于BaTiS3材料中平行带的光学跃迁的不同选择规则。波长相关偏振拉曼光谱进一步证实了这一现象。这种具有线性二向色性转换特性的材料可以促进控制和感测光的能量和偏振的新能力，并导致新颖的光子器件，例如用于多光谱成像、感测和光通信应用的偏振波长选择性检测器和激光器。
2019-05-27 cond-mat.mtrl-sci
Mid-wave and Long-wave IR Linear Dichroism in a Hexagonal Perovskite Chalcogenide
中波红外（IR）和长波红外光谱范围在各种应用中，如热成像，基于热成像的遥感和夜视越来越感兴趣。广泛用于红外探测器的材料包括碲化镉汞合金和化合物半导体纳米结构。红外光学材料的开发将降低红外光学系统的成本，并实现更大规模的部署。在这里，我们报告了一种中波红外响应材料组成的地球丰富和无毒的元素，Sr 1 + xTiS 3。它具有类似于六方钙钛矿的高度各向异性准一维结构。我们生长了大的，高质量的单晶体，并研究了其各向异性光学性质。我们观察到两个不同的光吸收边在~2.5 μ m和~5 μ m，分别为沿两个主轴的线偏振。该材料表现出强烈的宽带线性二向色性，跨越中波红外和长波红外，二向色性比高达22。
2018-06-25 cond-mat.mtrl-sci
Electronic mobility, doping, and defects in epitaxial $\mathrm{BaZrS_3}$ chalcogenide perovskite thin films
本文研究了外延BaZrS₃薄膜的电子输运性质，发现硫空位浅施主在空气中转化为中性氧缺陷导致性质变化，并提出了稳定电子性质的策略。
2025-06-03 cond-mat.mtrl-sci
Vibrational properties differ between halide and chalcogenide perovskite semiconductors, and it matters for optoelectronic performance
本研究对比硫族化物BZS与卤化物CPB两种钙钛矿半导体的振动与光电特性，发现二者非辐射复合速率、声子特性等差异显著，为理解两类钙钛矿性能差异及材料优化提供依据。
2024-04-14 cond-mat.mtrl-sci
Exploring the defect landscape and dopability of chalcogenide perovskite BaZrS3
本文通过第一性原理计算系统研究了 BaZrS3 的本征缺陷和掺杂剂，揭示其本征 n 型导电及难以实现 p 型掺杂的原因，并构建缺陷数据集以支持机器学习预测与筛选。
2025-04-07 cond-mat.mtrl-sci
From anti-perovskite to double anti-perovskite: lattice chemistry basis for super-fast transportation of Li+ ions in cubic solid lithium halogen-chalcogenides
使用材料基因组方法的基础上的密度泛函理论，我们制定了一类新的无机电解质的快速扩散的Li+离子，通过微调的晶格化学的反钙钛矿结构。已经进行了系统的建模，以通过在硫属元素晶格位置（A）上合金化和卤素位置（X）的交替占据来阐述基于Li3AX的立方反钙钛矿中的结构稳定性和离子传输特性。除了通过适当指定晶格占有率来确定减少反钙钛矿相中Li+离子扩散势垒的有效方法外，目前的理论研究还发现并合成了具有双反钙钛矿结构的新相Li6OSI2（或Li3O0.5S0.5I）。这种新化合物对Li+扩散具有相当低的激活势垒，同时具有宽的能带隙以阻碍电子的传导。
2017-07-18 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Understanding the growth mechanism of BaZrS$_3$ chalcogenide perovskite thin films from sulfurized oxide precursors
钡锆硫化物（BaZrS 3）是一种地球资源丰富且环境友好的硫属钙钛矿，具有用于各种能量转换应用的有前途的特性。最近，氧化物前体的硫化已被认为是有效合成的可行解决方案，特别是从规避处理碱土金属的困难的角度来看。在这项工作中，我们详细探索了从Ba-Zr-O氧化物前体膜在700 °C至1000 °C的温度范围内硫化合成BaZrS 3。我们提出了一种基于两步反应的BaZrS 3的形成机制，该反应涉及BaZrO 3晶相的中间非晶化步骤。我们展示了硫（S）物种在膜中的扩散是该反应的限速步骤。在用作反应物的含硫H2S气体的恒定流速下，处理温度在确定从氧化物相到硫化物相的转化的总分数中起关键作用。最后，我们观察到形成的化学计量比BaZrS 3（1：1：3），即使在富Zr的前体条件下，与形成的ZrO 2作为第二相。这标志着BaZrS 3在其他类型的硫属化物中是非常独特的，例如黄铜矿和锡碲矿，它们可以容纳相当大范围的非化学计量组成。这项工作为进一步优化BaZrS 3合成工艺开辟了一条途径，为该材料的未来应用铺平了道路。
2022-12-13 cond-mat.mtrl-sci
High temperature equilibrium of 3D and 2D chalcogenide perovskites
本研究发现高温下三维与二维硫族化物钙钛矿吉布斯自由能相近易形成混合相，通过多表征结合理论计算证实固相合成制备相纯样品存在热力学限制，强调多技术联用解析组分的必要性。
2023-05-03 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Thermal Stability Study of Transition Metal Perovskite Sulfides
过渡金属钙钛矿硫族化合物是一类功能性丰富的材料，作为可再生能源应用的候选材料越来越受到关注。过氧化氢氧化物被认为是优良的n型热电材料。与氧化物相比，硫属化合物具有更好的热电性能，如更低的晶格热导率和更小的带隙，使它们成为高温热电材料的候选者。因此，有必要详细研究这些材料的热性能，特别是热稳定性，以评估其潜力。本文报道了五种化合物α-SrZrS $_3$，β-SrZrS $_3$，BaZrS $_3$，Ba $_2$ ZrS $_4$，Ba $_3$ Zr $_2$ S $_7$的合成及热稳定性研究。这些材料涵盖了几种结构类型，包括扭曲的钙钛矿，针状和Ruddlesden-Popper相。差示扫描量热仪和热重分析测量在高达1200°C的空气中进行。结构和化学表征，如X-射线衍射，拉曼光谱，和能量色散分析X-射线光谱进行所有的样品之前和之后的热处理，以了解氧化过程。我们的研究表明，钙钛矿硫族化合物在空气中具有优异的热稳定性，至少高达600°C。
2018-07-09 cond-mat.mtrl-sci
An Environmentally Stable and Lead-Free Chalcogenide Perovskite
有机-无机卤化物钙钛矿在暴露于湿气和/或光时本质上是不稳定的。此外，铅在许多钙钛矿中的存在引起了毒性问题。本文报道了一种无铅硫族化物钙钛矿BaZrS 3的薄膜。光致发光和X射线衍射测量表明，BaZrS 3在潮湿环境中远比甲基碘化铅铵（MAPbI 3）稳定。利用基于密度泛函理论的模拟和计算，比较了BaZrS 3和MAPbI 3的光致和湿致退化。模拟显示BaZrS 3由于两个因素-与水的弱相互作用和非常低的离子迁移速率而显著较慢的降解。还报道了BaZrS_3光电探测器件的光响应度为~ 46.5mA W ~（-1）。在环境条件下放置4周后，器械保留了约60%的初始光响应。类似的MAPbI 3器件降解迅速，在短短4天内光响应度下降约95%。研究结果确立了BaZrS 3的优越稳定性，并加强了其在光电子学中的应用。使用这些材料的热电能量转换的新的可能性也被证明。
2019-12-15 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Fabrication of BaZrS3 chalcogenide perovskite thin films for optoelectronics
BaZrS 3是一种典型的硫属钙钛矿，是一类新兴的非常规半导体。最近对粉末样品的研究结果表明，它是一种直接带隙为1.7-1.8 eV的材料，具有非常强的光-物质相互作用和高化学稳定性。然而，许多基本性质是未知的，阻碍了将BaZrS 3应用于光电子学的能力。在这里，我们报告的BaZrS 3薄膜的制备，通过硫化的氧化物膜沉积的脉冲激光沉积。我们发现这些薄膜是n型的，载流子密度在10^19-10^20 cm^-3之间。根据处理温度的不同，霍尔迁移率的范围为2.1至13.7 cm ^2/Vs。在光子能量> 1.97 eV时，吸收系数> 10^5 cm-1。温度依赖的电导率测量表明浅施主能级。这些结果保证BaZrS 3是一个有前途的候选人，如光电探测器，光电子器件，发光二极管。
2019-11-19 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
A new semiconducting perovskite alloy system made possible by gas-source molecular beam epitaxy
光电子技术基于半导体合金族。很少有新的半导体合金家族发展到可以外延生长的程度;自20世纪50年代以来，这种情况大约每十年发生一次。在这里，我们展示了外延薄膜生长的半导体硫属钙钛矿合金在Ba-Zr-S-Se系统的气体源分子束外延（MBE）。我们稳定整个范围y = 0.通过在BaZrS $_3$外延模板上生长，在钙钛矿结构中的组合物BaZrS $_{(3-y)}$ Se $_y$，直到并包括BaZrSe $_3$。所得的薄膜是环境稳定的，直接带隙（$E_g$）随Se含量变化很大，如理论预测的那样，覆盖范围$E_g$ = 1.9. 1.4对于$y$ = 0. 3.这为使用硫属钙钛矿的可见光和近红外（VIS-NIR）光电子学、固态照明和太阳能电池创造了可能性。
2022-12-29 cond-mat.mtrl-sci
Unlocking the Optoelectronic Potential of AGeX$_{3}$ (A = Ca, Sr, Ba; X = S, Se): A Sustainable Alternative in Chalcogenide Perovskites
本文采用 DFT、DFPT、GW 与 BSE 系统研究 AGeX$_{3}$ 锗基硫族化物钙钛矿，证实其稳定、带隙可调、激子易解离且载流子迁移率高。
2025-02-20 cond-mat.mtrl-sci
Post-Transition Metal Sn-Based Chalcogenide Perovskites: A Promising Lead-Free and Transition Metal Alternative for Stable, High-Performance Photovoltaics
本研究通过DFT、DFPT及GW/BSE方法，系统研究了Sn基硫属钙钛矿ASnX3，发现其具有低带隙、高载流子迁移率和24.2%-31.2%的光谱限制效率，是稳定无铅光伏的有前景替代材料。
2025-03-01 cond-mat.mtrl-sci
Ultralow lattice thermal transport and considerable wave-like phonon tunneling in chalcogenide perovskite BaZrS$_3$
本研究探究硫族化物钙钛矿BaZrS₃的热输运特性，揭示其300K下超低晶格热导率的成因，证实类波声子隧穿的相干贡献，且通过Se替换与Ti合金化将其500K下ZT值从0.58提升至0.91，为热电材料开发提供新候选。
2023-10-20 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Chemical bonding in chalcogenides: the concept of multi-centre hyperbonding
由于成键和非成键电子离域的复杂性，非晶和结晶硫属化物中化学键相互作用的确切性质仍然不清楚。虽然元素周期表中的一列元素的电子离域程度的增加被广泛认可，但其对化学键合相互作用的影响以及对硫属化物的后续材料性质的影响以前从未从原子观点全面理解。在这里，我们提供了一个化学键合框架，通过研究原型碲化物非易失性存储器，相变材料（PCM），和相关的硫属化合物，通过密度泛函理论，分子动力学（DFT-MD）模拟的行为硫属化合物（和，在原则上，其他孤对材料）。识别先前未考虑的多中心“超键”的存在（孤对反键轨道）相互作用不仅阐明了各种材料性质的起源，以及它们在非晶相和晶相之间的大小对比，而且还阐明了晶相PCM和其中一个成键亚群之间非常相似的化学键合性质（具有相同的键长）中发现的无定形相变材料，在显着的对比现有的观点。从这种新的键合相互作用的角度建立的结构-性能关系将有助于设计改进的硫属化物材料的不同应用，基于基本的化学键合的观点。
2020-04-20 cond-mat.mtrl-sci
Charge Transport and Defects in Sulfur-Deficient Chalcogenide Perovskite BaZrS$_3$
本研究通过真空退火在贫硫环境中诱导硫空位，使BaZrS$_3$从绝缘体转变为n型半导体，并揭示了缺陷主导的电荷输运机制，为其在太阳能电池中的应用提供了关键见解。
2024-05-27 cond-mat.mtrl-sci
Controlling Switching Evolution in Lead-Free Perovskite-Inspired Chalcogenide Memristors for Neuromorphic Computing
本研究报道了基于AgBiS2的无铅忆阻器，具有超低开关电压和高开关比，通过工程调控实现数字与模拟开关模式，并揭示细丝演化机制，为神经形态计算提供可持续器件设计原则。
2026-10-01 cond-mat.mtrl-sci
Octahedral tilt-driven phase transitions in BaZrS$_3$ chalcogenide perovskite
本文利用机器学习原子间势研究BaZrS$_3$的温度-压力相变，揭示正交→四方→立方的相变序列及温度，并预测了X射线衍射图谱。
2025-02-07 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Numerical exploration on unveiling the photovoltaic potential of MgXS3(X = Ti, Zr, Hf) chalcogenide perovskites
University of Rajshahi（拉杰沙希大学）；First Capital University of Bangladesh（孟加拉第一首都大学）
研究无铅硫族钙钛矿MgXS3（X = Ti、Zr、Hf）在太阳能电池中的光伏潜力，通过3D有限元模拟分析其器件性能，研究多种因素影响，给出优化条件下不同成分器件的性能数据，证实其为有前景的无铅吸收材料并提供设计指导。
2026-07-23 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Dissipation-induced symmetry breaking: Emphanitic transitions in lead- and tin-containing chalcogenides and halide perovskites
铅和锡基硫属化物半导体如PbTe或SnSe长期以来一直被认为表现出异常低的热导率，这使得它们成为非常有吸引力的热电材料。一个明显无关的事实是，这些材料中的激子带隙随温度增加，而对于大多数半导体，人们观察到相反的趋势。这两个异常特征也见于非常不同的一类光伏材料，即卤化物-钙钛矿，如CsPbBr 3。以前有人提出，emphanisis，一个当地的破坏性现象，是这些不寻常的特征的一个共同起源。十年前发现的emphanisis是指在高温下观察到的铅或锡离子从立方对称基态到局部扭曲相的位移。这种现象一直令人困惑，因为高温态的对称性低于简并基态是不寻常的。受著名的氨分子的振动反转共振的启发，我们提出了一个基于量子隧道的emphanisis模型，其中退相干是负责本地对称性破缺随着温度的升高。从隧道分裂的温度依赖性（作为序参量）的解析表达式，我们提供了三个参数的拟合公式，捕获所观察到的离子位移的温度依赖性以及激子带隙的异常增加在所有相关的材料。
2020-12-10 cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Quasi-epitaxial growth of BaTiS$_3$ films
过氧化物硫族化合物是一种新型的半导体材料，在可见-红外波段具有可调的带隙。高质量的薄膜是理解这些材料的基本性质和实现基于这些材料的潜在应用的关键。本文报道了用脉冲激光沉积法生长准一维六角硫族化合物BaTiS $_3$的准外延薄膜。我们确定了最佳的生长条件，通过改变生长参数，如衬底温度和H2S分压，并研究其对薄膜结构的影响。高分辨率的薄膜X射线衍射显示出在面外方向上的强织构，而没有观察到膜和衬底之间的面内关系的证据。掠入射广角X射线散射和扫描透射电子显微镜的研究揭示了存在弱外延的薄膜和衬底的关系，尽管有缺陷的界面。我们的研究为实现准一维六方晶系硫族化合物薄膜及其与钙钛矿硫族化合物的异质结构开辟了一条途径。
2022-08-18 cond-mat.mtrl-sci
Atomic Structure of Self-Buffered BaZr(S,Se)$_3$ Epitaxial Thin Film Interfaces
本文利用像差校正扫描透射电子显微镜解析了LaAlO$_3$上BaZr(S,Se)$_3$薄膜界面，发现自组装类岩盐缓冲层可适应近40%的晶格失配并促使薄膜转为钙钛矿结构，为异质外延生长提供了新见解。
2024-07-31 cond-mat.mtrl-sci
Manifestation of the thermoelectric properties in Ge-based halide perovskites
尽管硫族化合物作为传统的热电材料已经得到了广泛的研究，但寻找一种具有高电导率和低热导率的合适材料仍然是一个挑战。在这项工作中，我们介绍了一类新的热电材料，锗基无机卤化物钙钛矿\ce{CsGeX3}（X = I，Br，Cl），这已经被认为是一个有前途的候选人的光伏应用。通过晶格动力学计算和Boltzmann输运方程的求解，我们发现这些钙钛矿具有低于0.18 W m $^{-1}$ K $^{-1}$的超低热导率，而具有高于860 cm $^2$ V $^{-1}$ s $^{-1}$的非常高的载流子迁移率，这远远优于传统的硫属化合物的热电性。这些结果为寻找高性能、低成本的无机卤化物钙钛矿基热电材料指明了方向。
2020-05-29 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Band gap evolution in Ruddlesden-Popper phases
我们研究了模型硫属化物、氧化物和卤化物材料中Ruddlesden-Popper（RP）系列（An+1BnX 3 n +1）的带隙变化，以了解影响带隙演变的因素。与氧化物和卤化物相比，我们发现硫属化物的带隙随这些天然超晶格中钙钛矿块的厚度而不同地演变。我们发现，八面体旋转（即偏离B-X-B键角从180）和量子限制效应竞争决定RP相的带隙演化。这里获得的见解将使我们能够合理地设计用于电子和光电子的层状钙钛矿相。
2019-05-07 cond-mat.mtrl-sci
A hybrid pulsed laser deposition approach to grow thin films of chalcogenides
提出混合脉冲激光沉积方法，利用有机硫前驱体解决蒸气压不匹配问题，成功生长多种高质量硫属化物薄膜并改善结晶度与粗糙度，为硫化物薄膜技术应用开辟新机会。
2023-11-18 cond-mat.mtrl-sci
Synthesis, crystal structure, and properties of novel perovskite oxychalcogenides, Ca2CuFeO3Ch (Ch = S, Se)
在真空石英管中合成了两种新的钙钛矿型硫氧化合物Ca_2CuFeO_3S和Ca_2CuFeO_3Se。Ca_2CuFeO_3S和Ca_2CuFeO_3Se的晶胞参数分别为a = 3.8271（1），c = 14.9485（2）nm和a = 3.8605（1），c = 15.3030（2）nm，属P_4/nmm空间群。它们似乎是涉及钙的第一层硫属钙钛矿，并且是相应的Sr和Ba化合物的结构类似物。新化合物表现出半导体性质，能隙从硫氧化物到硒氧化物逐渐减小。讨论了在已知的层状氧硫族化合物和氧磷族化合物结构中引入Ca ~（2+）的可能性。
2011-10-10 cond-mat.mtrl-sci
Discovering electron transfer driven changes in chemical bonding in lead chalcogenides (PbX, where X = Te, Se, S, O)
了解固体中化学键的性质对于理解给定化合物的物理和化学性质至关重要。为了探索铅硫族化合物（PbX，其中X = Te，Se，S，O）中化学键合的变化，已经应用了性质、键断裂和量子力学键合描述符的组合。我们的探索结果揭示了电子转移驱动的过渡从PbX（X = Te，Se，S）的间价键的离子共价键在β-PbO。间价键的特征在于相邻原子通过共享大约一个电子和小的电子转移（ET）而保持在一起。从间价键到离子共价键的转变体现在这些量子力学描述符（ES和ET）以及基于属性的描述符（即Born有效电荷，介电函数，有效配位数（ECON）和模式特定的Grueneisen参数）和键断裂描述符（PME）的明显变化中。如果在离子核（ET）和/或原子间区域（ES）发生显著的电荷局部化，则间价键合崩溃。主要改变电子转移的程度打开了定制材料特性的可能性，例如化学键和电子极化率，光学带隙和光学带间跃迁，其特征在于介电函数的虚部。因此，从这项研究中获得的见解突出了金属键合概念的技术相关性及其在材料设计中的潜力。
2020-08-24 cond-mat.mtrl-sci
High-pressure synthesis of boron-rich chalcogenides B12S and B12Se
在高温高压条件下，通过元素的化学反应合成了两种与α-菱面体硼同构的富硼硫族化合物B12 S和B12 Se。通过Rietveld精修和元素分析确定了两种化合物的晶体结构和化学计量。首次研究了B_（12）S和B_（12）Se的拉曼光谱。所有观察到的拉曼谱带都归属于理论计算的声子模，并进行了模式归属。
2021-05-10 cond-mat.mtrl-sci
Accessible Chemical Space for Metal Nitride Perovskites
本文通过多层级计算筛选3660种ABN₃组成，预测了12种稳定的金属氮化物钙钛矿，其具有显著电极化和低切换电场，有望用于铁电存储器。
2023-04-11 cond-mat.mtrl-sci
Critical role of water in defect aggregation and chemical degradation of perovskite solar cells
甲基铵碘化铅（\ce{MAPbI3}）在潮湿条件下的化学稳定性仍然是卤化物钙钛矿太阳能电池面临的主要挑战。在第一性原理热力学框架下研究了水插层碘化物钙钛矿（\ce{MAPbI3} \_ \ce{H2O}）和一水相（\ce{MAPbI3} $\cdot$ \ce{H2O}）中的缺陷过程.我们考虑了在富I和贫I条件下具有不同电荷态的孤立和聚集空位缺陷的形成能。发现在水合化合物中容易形成\ce{PbI2}（部分肖特基）空位络合物，而\ce{MAI}空位络合物难以形成.水相中的空位产生深电荷跃迁能级，表明卤化物钙钛矿在暴露于水分时降解。电子结构分析支持一种新的机制，水介导的空位对的形成。
2018-03-13 cond-mat.mtrl-sci
Experimental study of the structure of chalcogenide glassy semiconductors in three-component systems of Ge-As-Se and As-Sb-Se by means of NQR and EPR spectroscopy
本文用NQR和EPR谱研究了Ge-As-Se和As-Sb-Se三元系硫系玻璃半导体的结构。研究了原子间的相互局域配位。结果提出了各种方式的组合结构单元，以提供中远程化学秩序的硫系玻璃。看来，对于Ge-As-Se系统，从二维到三维结构的结构转变发生在r = 2.45处。
2013-07-07 cond-mat.mtrl-sci
Chemically-Localized Resonant Excitons in Silver-Pnictogen Halide Double Perovskites
具有交替的银和磷族元素阳离子的卤化物双钙钛矿是一种新兴的光吸收材料家族，其具有稳健的稳定性和可见光范围内的带隙。然而，在这些系统中的光激发的性质还没有很好地理解，限制了它们的实用性。本文采用从头算多体微扰理论，在$GW$近似下，采用Bethe-Salpeter方程方法计算了双钙钛矿系列Cs $_2$ AgBX $_6$的电子结构和光激发，其中B=Bi $^{3+}$，Sb $^{3+}$，X = Br $^-$，Cl $^-$ .我们发现，这些材料表现出强烈的本地化共振激子的能量从170至434毫电子伏以下的直接带隙。与铅基钙钛矿相比，Cs $_2$ AgBX $_6$激子被计算为非氢的，具有各向异性的有效质量并且对局部场效应敏感，这是它们的化学异质性的结果。我们的计算证明了Wannier-Mott和Elliott模型对这类双钙钛矿的局限性，并有助于对它们的光-物质相互作用进行详细的原子理解。
2021-02-10 cond-mat.mtrl-sci
Crystal chemical insights on lead iodide perovskite doping from revised effective radii of metal ions
在混合卤化物钙钛矿全盛时期的过去几年中，已经测试了如此多的金属阳离子添加剂以改善其光电性能，以至于已经很难找到尚未尝试过的元素。通常，这些方法的多样性统一在“掺杂”的名称下，然而，目前对金属离子添加剂对卤化铅钙钛矿材料的性质的影响的机制没有清楚的理解。对于许多离子，甚至在最基本的问题上也没有达成共识：给定的离子占据什么晶格位置，它是否完全融入结构中？在这里，我们推导出一个系统的有效半径不同的金属离子在碘环境中的碘化物的化合物，并揭示其晶体化学作用的APbI 3钙钛矿。我们分析了40种最常见的一价、二价和三价金属的可能晶格位置，以揭示它们是否可以成功进入钙钛矿结构。我们发现，最多，三个参数-有效尺寸，电负性和金属离子的柔软度是主要的混合卤化物钙钛矿的金属掺杂的可能性的晶体化学分析。我们的研究结果为合理化和改进目前的混合卤化物钙钛矿与金属离子的掺杂策略提供了有用的理论指导。
2021-08-13 cond-mat.mtrl-sci
Energy conversion processes with perovskite-type materials
由钙钛矿结构通过A位和B位元素的组合以及通过氧的部分取代而衍生的混合氧化物提供了巨大的物理化学性质。在这里，我们介绍了Paul Scherrer研究所对用于电化学，光（电）化学和催化过程的钙钛矿型氧化物和氮氧化物进行的研究，旨在解决能源相关问题。
2019-11-15 cond-mat.mtrl-sci
Chemical Migration and Dipole Formation at van der Waals Interfaces between Magnetic Transition Metal Chalcogenides and Topological Insulators
金属和磁性覆盖层通过邻近效应而且通过改变Bi $_2$ Se $_3$子表面的组成和化学结构来改变拓扑绝缘体（TI）硒化铋（Bi $_2$ Se $_3$）的表面。采用X射线光电子能谱学（XPS）研究了Bi $_2$ Se $_3$和Mn金属或硒化锰之间的界面，揭示了界面处的化学和电子变化。在没有外部Se源的情况下，在Bi $_2$ Se $_3$上沉积Mn金属显示出由于Mn-Se键合而在Mn层内的意外键合，因为Se从Bi $_2$ Se $_3$层扩散到生长的Mn膜中。Se向外扩散进一步通过Bi $_2$ Se $_3$层内Bi核心能级的变化来证明，这表明主要是Bi-Bi键合超过Bi-Se键合。当过量的Se与Mn一起供应时，没有发生Se的外扩散，这表明为沉积的金属提供足够的硫族元素原子的重要性。然而，Bi $_2$ Se $_3$核心水平光电子表现出刚性化学位移朝向更高的结合能后，沉积单层的MnSe $_{2-x}$，表明在覆盖层内的偶极子。化学计量计算表明，单层形成MnSe优先于过渡金属二硫属化物（TMD）相MnSe $_2$，提供了一致的图片的偶极子形成中，一个平面的Se阴离子位于Mn阳离子。这项研究表明，化学扩散和偶极子的形成是很重要的Mn-Bi $_2$ Se $_3$和MnSe $_{2-x}$ -Bi $_2$ Se $_3$和TMD/TI接口更普遍应仔细考虑。
2020-04-13 cond-mat.mtrl-sci
Ionic liquid gating induced self-intercalation of transition metal chalcogenides
该研究提出一种离子液体门控方法，驱动层状过渡金属二硫族化合物溶解出的金属进入范德华间隙实现自插层，成功制备出高质量PdTe、NiTe单晶，且PdTe出现超导性，为过渡金属一硫族化合物提供了新合成路径。
2023-08-25 cond-mat.mtrl-sci
Computational study of structural, elastic, electronic, phonon dispersion relation and thermodynamic properties of orthorhombic CaZrS$_3$ for optoelectronic applications
本文通过第一性原理计算研究正交相CaZrS$_3$的结构、弹性、电子、声子和热力学性质，证实其动力学稳定且具有韧性，为其光电应用提供理论依据。
2023-05-25 cond-mat.mtrl-sci
First-principles study on the chemical decomposition of inorganic perovskites \ce{CsPbI3} and \ce{RbPbI3} at finite temperature and pressure
无机卤化物钙钛矿\ce{Cs(Rb)PbI3}在钙钛矿太阳能电池吸光材料的应用中引起了广泛的研究兴趣。虽然人们对无机卤化物钙钛矿的结构和电子性质进行了广泛的研究，但对其热力学稳定性的研究还很缺乏。因此，我们使用第一性原理热力学研究Rb取代\ce{CsPbI3}中的Cs对化学分解和热力学稳定性的影响。通过计算固溶体\ce{Cs$_{1-x}$Rb$_x$PbI3}的形成能，从它们的成分\ce{Cs$_{1-x}$Rb$_x$I}和\ce{PbI2}，我们发现，效率和稳定性之间的最佳匹配可以达到Rb含量$x\approx$ 0.7。计算的固溶体的亥姆霍兹自由能表明，由于\ce{RbPbI3}和\ce{CsPbI3}具有良好的相容性，\ce{Cs$_{1-x}$Rb$_x$PbI3}在室温下具有良好的热力学稳定性。通过晶格动力学计算，我们进一步强调，\ce{RbPbI3}从来没有稳定在立方相在任何温度和压力下，由于其成分\ce{RbI}和\ce{PbI2}的化学分解，而\ce{CsPbI3}可以稳定在立方相在0 $-$ 600 K的温度范围和0 $-$ 4 GPa的压力范围。我们的工作合理地解释了实验观察结果，并为理解无机卤化物钙钛矿的材料稳定性和设计高效的无机卤化物PSC铺平了道路。
2018-07-06 cond-mat.mtrl-sci
Bridging the Synthesizability Gap in Perovskites by Combining Computations, Literature Data, and PU Learning
School of Materials Engineering, Purdue University（普渡大学材料工程学院）
本文结合高通量DFT计算与文献实验标签，采用PU学习策略训练分类器模型，以概率方式预测钙钛矿化合物的可合成性，并通过FAIR nanoHUB工具开放数据和模型。
2025-11-10 cond-mat.mtrl-sci
Influence of water intercalation and hydration on chemical decomposition and ion transport in methylammonium lead halide perovskites
近年来，甲基铵（MA）卤化铅钙钛矿\ce{CH3NH3PbX3}（X=I，Br，Cl）在钙钛矿太阳能电池（PSC）中的使用在性能效率方面取得了很大的进展。然而，\ce{MAPbI3}在潮湿环境中的快速分解阻碍了PSC的户外应用，因此需要全面了解其降解机制。为此，我们使用第一性原理计算研究了水嵌入和水合对\ce{CH3NH3PbX3}的分解和离子迁移的影响。发现水与\ce{PbX6}和MA通过氢键相互作用，前者的相互作用逐渐增强，而后者在X=I → Br → Cl时几乎没有变化.热力学计算表明，水嵌入到钙钛矿，而水嵌入和一水合化合物是稳定的分解。更重要的是，水插层大大降低了空位介导的离子迁移的活化能，其从X=I到Br和Cl变得更高。我们的工作表明，必须避免卤化物钙钛矿的水合作用，以防止PSC在水分暴露时的降解。
2017-10-14 cond-mat.mtrl-sci
Material chemical composition impacts on the band alignments: preliminary results on the 3D/2D perovskite interfaces
EDF R&D, Department SYSTEME, EDF Lab Paris-Saclay（法国电力集团研发部，系统部门，巴黎萨克雷法国电力实验室）
本研究通过第一性原理模拟，探究2D/3D钙钛矿界面的能带排列，发现功函数和能带偏移受表面化学和终止面显著影响，为钙钛矿稳定性优化提供理论依据。
2026-09-22 cond-mat.mtrl-sci
High sensitivity of 17O NMR to p-d hybridization in transition metal perovskites: first principles calculations of large anisotropic chemical shielding
采用第一性原理嵌入团簇方法计算了典型过渡金属氧化物ABO_3钙钛矿晶体中氧的化学屏蔽张量σ。我们的主要发现是：（1）去屏蔽的σ_x ~ σ_y和屏蔽的σ_z分量（z沿Ti-O键）之间存在较大的σ各向异性;（2）在所有研究的体系中，各向同性σ_iso和单轴σ_ax分量作为B-O-B键不对称性的函数几乎呈线性变化。我们发现，各向异性和线性变化引起的大顺磁贡献sigma_x和sigma_y由于虚跃迁之间的O（2 p）和未占用的B（nd）的状态。计算得到的各向同性δ_iso和单轴δ_ax化学位移与最近BaTiO_3和SrTiO_3单晶~（17）O NMR测量结果符合得很好。在PbTiO_3和PbZrO_3中，δ_iso的计算值与NMR粉末谱测量值也符合得很好。在PbZrO_3中，对五个不同化学位置的delta_iso计算表明了实验结果的修正。在我们的计算中发现，σ对共价O（2 p）-B（nd）相互作用的强烈依赖性表明，17 O NMR光谱与第一性原理计算相结合，可以成为研究复杂钙钛矿合金中局部结构的特别有用的工具。
2009-08-28 cond-mat.mtrl-sci
