Schottky barrier formation and band bending revealed by first principles calculations
通过对肖特基二极管原型的从头算模拟和模型分析，从原子学角度研究了金属与n型半导体界面处势垒的形成和能带弯曲，与金接触的铌掺杂的金红石二氧化钛（Au/Nb：TiO $_2$）。发现局部肖特基势垒高度在0和1.26 eV之间变化，这取决于掺杂剂的位置。能带弯曲是由界面和掺杂剂位点之间的掺杂剂诱导的偶极场引起的，而原始Au/TiO $_2$界面没有显示出任何能带弯曲。这些发现为金属-半导体纳米结构中肖特基势垒和光捕获的原子尺度优化提供了可能性。
2015-04-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Spatiotemporal Imaging of Thickness-Induced Band Bending Junctions
范德华材料具有自然钝化的表面，可以形成多功能的异质结构，从而能够观察三维材料中看不到的载流子传输机制。在这里，我们报告观察到的“能带弯曲结”，一种新型的半导体同质结的表面电位景观完全取决于两个半导体区域之间的厚度差顶部的掩埋异质结接口。利用Au上的MoS2形成掩埋异质结界面，我们发现，横向表面电势差可以出现在MoS2从薄和厚的MoS2区域的垂直带弯曲的局部范围。使用扫描超快电子显微镜，我们研究光生载流子的时空动力学，并发现横向载流子分离是由带弯曲结，这是证实了半导体输运模拟。因此，带弯曲结可以实现范德华材料中的新的电子和光电子器件，其依赖于厚度变化而不是掺杂以分离载流子。
2021-03-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Influence of surface band bending on a narrow band gap semiconductor: Tunneling atomic force studies of graphite with Bernal and rhombohedral stacking orders
在环境条件下，使用隧道原子力显微镜（TUNA）测量具有Bernal和菱面体堆叠顺序的高度取向石墨样品的清洁表面处的电流-电压（$I$ - $V$）特性。在Bernal堆叠石墨表面上测量的特性曲线可以用普通的自洽半导体模型和量子力学隧道电流推导来理解。我们表明，在$I$ - $V$光谱中没有可测量的电流的电压区域的情况下，不是缺乏能带隙的证据。它可以通过由于尖端和样品表面之间的有限接触电势而引起的表面带弯曲来诱导。考虑到这一点的模型中，我们成功地获得模拟和测量的隧道光谱带隙$(12 \ldots 37)$ \，毫电子伏特之间的定量协议，在协议中提取的指数温度下降的纵向电阻测量石墨样品与Bernal堆叠顺序。与此相反，表面相对较厚的石墨样品与菱面体堆叠揭示了一个最大值的存在下，在一阶导数$dI/dV$，一个行为兼容的存在一个平坦的带。该最大值的特性与在低温下用类似技术获得的特性相当。
2021-04-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Ultrafast generation and decay of a surface metal
由化学掺杂或电场引起的半导体表面的能带弯曲可以产生具有在体中没有发现的性质的金属表面，例如高电子迁移率、磁性或超导性。通过超快时间尺度上的BB光学产生这种金属表面将有助于对高速电子设备的半导体的传导，磁性和光学特性进行剧烈操纵。在这里，我们证明了超快生成的金属在（10-10）表面的ZnO光激发。与迄今为止已知的发生在无机半导体的本体中的超快光致发光体到金属的转变相比，ZnO表面的金属化由低3-4个数量级的光子通量发起。利用时间和角度分辨的光电子能谱学，我们表明，相变是由于光耗尽施主型深表面缺陷的光诱导向下的表面能带弯曲。在低光子通量下，形成表面受限激子。在临界激子密度以上，发生莫特跃迁，导致低于平衡费米能的部分填充的金属带。该过程类似于半导体表面的化学掺杂。所发现的机制不是特定的材料，并提出了一个一般的路线控制金属局限于半导体界面上的超快时间尺度。
2021-01-13 cond-mat.mtrl-sci
Layer-resolved band bending at the n-SrTiO3(001)/p-Ge(001) interface
研究了由典型的钙钛矿型氧化物半导体n-SrTiO_3和高迁移率的IV族半导体p-Ge组成的外延异质结的电子性质。硬X射线光电子能谱学与一种新的分析方法已被用来确定带对齐，而在同一时间量化一个大的内置的潜在发现内存在的Ge。因此，内建的潜在的Ge已被映射在一个层解决的方式。电子从施主在n-SrTiO 3的p-Ge的转移创建一个空间电荷区的Ge导致向下的能带弯曲，跨越大部分的Ge间隙。这种强烈的向下能带弯曲促进可见光，光生电子从Ge到STO的转移，有利于驱动与水裂解相关的析氢反应。Ti 2 p和Sr 3d芯能级线形表明，尽管存在空间电荷层，但STO带是平坦的。包含Ge能带弯曲对能带对准的影响是显著的，与使用所有层上的平均光谱得到的值相比，价带偏移量减少约0.4 eV。密度泛函理论允许从扫描透射电子显微镜图像推导出的候选界面结构模型进行模拟和结构优化。这些结构用于生成多切片模拟，这些模拟可以很好地再现实验图像。这些结构的能带偏移的计算结果与实验结果符合得很好。
2018-08-13 cond-mat.mtrl-sci
The impact of Kelvin probe force microscopy operation modes and environment on grain boundary band bending in perovskite and Cu(In,Ga)Se2 solar cells
研究发现AM-KPFM在粗糙样品上无法准确测量晶界工作函数变化，而FM-KPFM在非空气暴露样品中显示晶界带弯曲微弱，主要由晶面对比度主导。
2021-04-07 cond-mat.mtrl-sci
Proposal for in situ Enhancement of Electron Spin Polarization in Semiconductors
G.克拉克和费赫在大约40年前证明了这一点。这里建议，它可能会产生过量的电子自旋极化，通过允许核的作用，由其他磁性实体，如顺磁性杂质或相邻的磁有序结构发挥。
2002-06-12 cond-mat.mtrl-sci
Direct Observation of Large Flexoelectric Bending at the Nanoscale in Lanthanide Scandates
材料的大弯曲可以在纳米级响应于电极化的强度而发生，这被称为挠曲电效应，但迄今为止还没有直接观察到。我们报道了在电子显微镜内直接观察到[110]取向DyScO 3的大挠曲电弯曲。我们证实了这些意见与独立的非原位测量的挠曲电系数与三点弯曲设置。相关的挠曲耦合电压被测量为-42（2）V，这高于基于当前挠曲电模型的预期。
2016-10-24 cond-mat.mtrl-sci
Interface-induced band bending and charge separation in all-organic ZnPc/F$_x$ZnPc heterostructures
University of Kansas（堪萨斯大学）
研究通过DFT和实验揭示全有机异质结构中界面诱导的带弯曲促进电荷分离的机制，为提升有机光伏器件性能提供设计思路。
2026-01-06 cond-mat.mtrl-sci
Development of Nb-GaAs based superconductor semiconductor hybrid platform by combining in-situ dc magnetron sputtering and molecular beam epitaxy
本文通过超高真空团簇内结合分子束外延与直流磁控溅射，在GaAs上原位制备Nb薄膜，研究其超导性能及界面结构，发现原位与非原位沉积均形成非晶中间层，临界温度约9 K，临界垂直磁场达1.4 T。
2023-04-18 cond-mat.mtrl-sci
Band bending and ratcheting explain triboelectricity in a flexoelectric contact diode
摩擦电在几千年前就被认识到了，但电荷转移的基本机制仍然不清楚。我们最近提出了一个模型，其中挠曲电带弯曲，由于当地的粗糙接触驱动摩擦电荷转移非金属。虽然这种从头算模型是符合广泛的观察到的现象，到目前为止，还没有定量分析的建议带弯曲。在这项工作中，我们使用Pt $_{\mathrm{0.8}}$ Ir $_{\mathrm{0.2}}$导电原子力显微镜探针，同时变形Nb掺杂的SrTiO $_{\mathrm{3}}$样品，并收集电流偏置数据。基于包括变形半导体的相关挠曲电带弯曲的分析所期望的电流定量地与实验一致。分析表明，摩擦电转移和强有力的实验证据，弯曲带弯曲的摩擦电接触的根本重要性的一般棘轮机制。
2022-01-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Direct imaging of the band profile in single layer ${\small MoS_2}$ on graphite: quasiparticle energy gap, metallic edge states and edge band bending
利用扫描隧道显微镜和光谱学研究了石墨表面单层${\small MoS_2}$的电子结构。结果表明，在77 K时，单层${\small MoS_2}$的准粒子能隙为2.15 $\pm$ 0.07 eV.结合温度相关的光致发光研究，我们推导出激子的结合能为0.22 $\pm$ 0.1 eV，这个值远低于目前的理论预测。与理论预测一致，我们直接观察到单层${\small MoS_2}$的金属边缘状态。在${\small MoS_2}$的体区中，费米能级位于价带最大值以上1.8 eV处，这可能是由于石墨/ ${\small MoS_2}$异质结的形成。然而，在边缘处，我们观察到在约5 nm的短耗尽长度内的0.6 eV的向上能带弯曲，类似于金属表面态对3D半导体的费米能级钉扎的现象。
2014-04-07 cond-mat.mtrl-sci
Finite size and intrinsic field effect on the polar-active properties of the ferroelectric-semiconductor heterostructures
本文用Landau-Ginzburg-Devonshire方法计算了含有铁电薄膜和初始铁电薄膜的铁电-半导体异质结构中的电场、极化和空间电荷的平衡分布。极化梯度和内在的表面能，界面偶极子和极化动力学上的自由电荷的作用进行了具体探讨。铁电-半导体界面的本征场效应导致表面能带弯曲，在半导体表面附近形成耗尽型空间电荷层。在局部极化反转（由扫描探针显微镜（SPM）探针的纳米尺寸尖端感应的不均匀电场引起）期间，界面层的厚度和电荷急剧变化，特别是屏蔽载流子的符号由极化方向决定。得到的解析解可以扩展到分析极化介导的电子输运。
2009-12-31 cond-mat.mtrl-sci
Ultrafast Dynamics of the Surface Photovoltage in Potassium Doped Black Phosphorus
黑磷是一种准二维层状半导体，具有0.3 eV的窄直接带隙。一个巨大的表面斯塔克效应可以产生的钾掺杂的黑磷，导致半导体到半金属相变源于创建一个强的表面偶极子和相关的能带弯曲。通过使用时间和角度分辨的光电子能谱，我们报告的部分光诱导屏蔽这种带弯曲的补偿表面光电压的创建。我们进一步解决了详细的动力学，这种效果在相关的时间尺度和费米能级附近的能带结构的相关演变。我们证明，经过快速上升时间，表面光电压表现出一个平台超过几十皮秒的纳秒时间尺度上衰减之前。我们支持我们的实验结果与模拟漂移扩散方程的基础上。
2021-04-22 cond-mat.mtrl-sci
Localized Charge Transfer Process and Surface Band Bending in Methane Sensing by GaN Nanowires
电化学和传感器件中所涉及的半导体纳米结构表面的物理化学过程受到本征或非本征缺陷的强烈影响。为了揭示表面控制的传感机制，故意在GAN纳米线的表面上创建晶格氧缺陷，用于阐明甲烷（CH 4）传感中的电荷转移过程。富氧GAN纳米线的电子能量损失谱（EELS）研究的实验和模拟结果证实了2（ON）和VGa-3 ON缺陷复合物的可能存在。利用开尔文探针显微镜（SKPM）原位扫描研究了整体纳米线传感器件的整体电阻响应和单个GAN纳米线中的局部电荷转移过程。纳米线表面VGa-3 ON缺陷复合物的局域电荷转移过程控制了富氧系综GAN纳米线的整体气敏行为。
2016-05-11 cond-mat.mtrl-sci
Spin- and energy relaxation of hot electrons at GaAs surfaces
综述了半导体中自旋弛豫的机制，并对p型杂质半导体中普遍存在的自旋弛豫机制，即电子-空穴交换相互作用引起的自旋弛豫作了较深入的介绍。结果表明，玻尔兹曼型动力学方程的解决方案，使人们能够获得定量的结果，自旋弛豫半导体，超越原来的Bir-Aronov-Pikus弛豫率近似。利用表面灵敏双光子光电子能谱技术的实验结果表明，p掺杂GaAs中电子在半导体/金属表面的自旋弛豫时间比相应的体自旋弛豫时间长几倍。这些结果的理论解释方面的孔在表面的带弯曲区域中的减少的密度。
2005-08-29 cond-mat.mtrl-sci
Quantum-continuum calculation of the surface states and electrical response of silicon in solution
在半导体和电解质之间的界面处发生具有实际重要性的广泛的电化学反应。我们提出了一个嵌入式密度泛函理论方法，使用最近发布的自洽连续溶剂化（SCCS）的方法来研究这些接口。在这个模型中，一个量子描述的表面被纳入一个连续表示的弯曲带内的电极。该模型被应用于了解硅电极在溶液中的电响应，提供微观洞察到低电压区域，其中表面状态决定半导体电极的带电。
2017-07-20 cond-mat.mtrl-sci
Undulation-induced moiré superlattices with 1D polarization domains and 1D flat bands in 2D bilayer semiconductors
本文通过第一性原理计算，发现二维双层半导体的一维起伏可诱导一维极化畴和一维平带，提出“曲率电子学”作为设计新奇电子相的新途径。
2025-08-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Spin texture in weak topological insulators: the role of bulk states and band bending
我们通过一种超对称的方法推导了弱拓扑绝缘体的自旋织构，该方法包括体隙边缘态和表面能带弯曲的作用。我们发现自旋纹理可以采取四种形式之一：（i）螺旋，（ii）双曲线，（iii）刺猬，与自旋垂直的Dirac-Weyl锥的表面状态，和（iv）双曲线刺猬。在螺旋织构的情况下，能带弯曲确定缠绕数，并且对于所有织构，能带弯曲可以用于将自旋织构极化调整为零。对于弱拓扑绝缘体SnTe，我们证明了引入能带弯曲对于（111）面$Γ$点Dirac-Weyl锥获得正确的织构缠绕数是至关重要的.我们认为，刺猬只会发现在低对称性的情况下。
2020-06-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Theoretical Investigation of Charge Transfer Between Two Defects in a Wide-Bandgap Semiconductor
半导体体中的电荷陷阱（体电荷陷阱）使得难以预测宽带隙半导体内的电场。问题是体电荷陷阱候选者的数量令人生畏，这意味着体电荷陷阱的处理通常是定性的，或者使用不考虑陷阱的特定电子结构的通用模型。然而，宽带隙半导体内的电场是确定半导体器件的操作和嵌入半导体器件内的固态单光子发射器的性能的关键量。在这项工作中，我们精确地计算了在N $V^-$带电缺陷位置处测量的平均电场，对于常用的氧终止金刚石，N（N $_\text{C}$）浓度为$n_{\text{N}_\text{C}} \approx 1.41\times10^{18}$ cm $^{-3}$（参见[D. A.百老汇$et$ $al$ .，Nature Electronics 1，502（2018）]）。我们实现了这一结果通过评估的领先秩序的贡献，电场远离表面，这来自N $_\text{C}$缺陷，诱导电离的N $V^-$。我们的结果使用密度泛函理论和能带弯曲的原理。我们的工作有可能帮助预测半导体器件的功能，并预测和校正重复光激发测量时经常困扰固态单光子发射器光学频率的光谱扩散。我们的结果涉及热驱动电荷转移的时间尺度也有可能帮助调查的电荷动力学。
2023-03-15 cond-mat.mtrl-sci
Enhanced Conductivity Along Lateral Homojunction Interfaces of Atomically Thin Semiconductors
异质结构中材料之间界面处的能带重新排列可以产生独特的电子特性和非平凡的低维电荷态。在单层和多层MoS $_2$的同质结中，厚度依赖的能带结构意味着能带重新排列的可能性和一个新的界面电荷态，其性质与隔离层不同。在这份报告中，我们使用扫描光电流显微镜和沿界面施加源漏偏压的栅依赖运输探测界面电荷状态。在界面处观察到的增强的光响应归因于能带弯曲。具有MoS $_2$单层-多层界面的材料的有效电导率被证明高于独立的MoS $_2$单层或多层的材料的有效电导率。一个经典的异质结构模型被构造来解释在界面处的电性能。我们的工作表明，在过渡金属二硫属化物单层/多层界面的能带工程可以提高复合单层和多层器件的纵向电导和场效应迁移率。
2016-12-12 cond-mat.mtrl-sci
Effective separation of photogenerated electron-hole pairs by radial field facilitates ultrahigh photoresponse in single semiconductor nanowire photodetectors
报道了在直径小于100 nm的单根纳米线光电探测器中观察到的光增益（GPc>106）。半导体纳米线的半导体光响应的实验观察和理论分析相结合的调查，已进行重点是锗纳米线。半导体纳米线光电探测器显示出光电门的特征，其中G_Pc随着照明强度的增加而滚降。我们表明，由于耗尽的表面层在纳米线的表面能带弯曲诱导一个强大的径向场（~ 108 V/m的纳米线表面），这导致光生电子-空穴对的物理分离。这是建立在耦合薛定谔方程和泊松方程的基础上，通过自洽的理论模型定量。结果表明，载流子的分离使表面复合速率降低到一个很低的值（<1cm/s），从而降低了载流子的复合速率，并使复合寿命延长了几个数量级。该模型的一个重要结果是预测了单根Ge纳米线（直径为60 nm）中的GPc ~ 106，这与我们的实验观察相吻合。该模型还显示了已被实验观察到的直径的G_Pc的反向依赖关系。虽然在Ge纳米线的上下文中进行，开发的物理模型在其他半导体纳米线以及具有普遍适用性。
2020-10-19 cond-mat.mtrl-sci
Domain evolution in bended freestanding BaTiO3 ultrathin films: a phase-field simulation
过氧化物铁电氧化物通常被认为是脆性材料，然而，最近的工作[Dong等人，Science 366，475（2019）]证明了独立BaTiO 3薄膜中的超弹性。这一特性可能来源于铁电畴在弯曲过程中的演化，这在实验中是很难观察到的。因此，了解薄膜的弯曲变形、厚度和畴动力学之间的关系对于它们在柔性铁电器件中的潜在应用至关重要。本文采用相场模拟方法研究了BaTiO_3自支撑薄膜在40°大弯曲变形下的铁电极化动力学。铁电畴的演化揭示了从磁通闭合到具有“涡旋状”结构的a/c畴的转变，这是由面外铁电极化的增加引起的。此外，通过在相同的弯曲情况下改变膜厚度，我们发现只有当膜厚度达到12 nm或更高时，才出现具有“涡旋状”结构的a/c相。研究结果为弯曲铁电钙钛矿氧化物薄膜的微结构演化提供了有益的信息，为铁电薄膜在柔性电子器件上的应用提供了指导。
2020-03-29 cond-mat.mtrl-sci
Charge transfer and tunable built-in electric fields across semiconductor-crystalline oxide interfaces
跨半导体材料之间的异质结的内建电场支撑现代器件技术的功能。半导体和外延生长的晶体氧化物之间的异质结提供了一个丰富的环境，其中可以探索内建场。在这里，我们提出了一个电输运和硬X射线光电子能谱学研究外延SrNbxTi 1-xO 3-δ / Si异质结。在室温附近观察到薄层电阻的非单调异常，这伴随着霍尔电阻的符号交叉。交叉是一致的形成的空穴气体中的Si和存在的内置字段。硬X射线光电子能谱学测量揭示了SrNbxTi 1-xO 3-δ和Si芯能级谱中明显的不对称特征，我们表明这是由内建场引起的。硬X射线光电子能谱学的扩展探测深度使得SrNbxTi 1-xO 3-δ / Si异质结的能带弯曲能够在空间上被映射。SrNbxTi（1-x）O（3-δ）中界面处的能带排列和表面耗尽与空穴气和内建场的形成有关。控制电荷转移和跨晶体氧化物界面的内建电场为新型功能异质结开辟了一条途径。
2018-10-10 cond-mat.mtrl-sci
Influences of ALD Al$_2$O$_3$ on the surface band-bending of c-plane, Ga-face GaN and the implication to GaN-collector npn heterojunction bipolar transistors
由于GAN中缺乏有效的p型掺杂以及GAN表面能带弯曲对电子输运的不利影响，开发实用的GAN异质结双极晶体管一直是不可能的。最近展示的通过在Si/GAN和GaAs/GAN的界面处采用掺杂（UO）Al $_2$ O $_3$来将n型GAN与p型半导体（如Si和GaAs）接枝的方法已经显示了通过提供类似外延的界面质量来克服GAN的差的p型掺杂挑战的可行性。然而，GAN的表面能带弯曲可能会受到UO Al 2 O3的影响，这是未知的。利用X射线光电子能谱学（XPS）研究了在GAN表面沉积UO Al_2 O_3后，c面Ga面GAN的能带弯曲。研究表明，UO Al 2 O3可以帮助抑制c面，Ga面GAN的向上带弯曲，随着UO Al 2 O3沉积循环数从0增加到20循环，向上带弯曲能量从0.48 eV下降到0.12 eV的单调减小趋势。研究进一步表明，去除Al_2O_3层后，GaN的能带弯曲可以得到大部分的恢复，并认为UO Al_2O_3引起的GAN表面固定电荷密度的变化是导致表面能带弯曲调制的主要原因。利用Silvaco（R）模拟方法对AlGaAs/GaAs/GAN npn异质结双极晶体管（HBT）表面能带弯曲结果的潜在含义进行了初步研究。
2021-09-10 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Structural Stability and Defect-Tolerance of Ionic Spinel Semiconductor for High-Efficiency Solar Cells
缺陷容限与结构稳定性之间的不相容性是阻碍高效太阳能电池广泛应用的严重问题。通常，以Si/CdTe晶体为原型的共价/极性半导体由于其复杂的四面体结构单元而表现出很好的结构稳定性，但由于组成元素的相似电负性而表现出极差的缺陷容限。相反，离子半导体，如钙钛矿系列，总是表现出良性的电子性质的本征缺陷，由于阴离子和阳离子之间的电负性的巨大差距，但结构不稳定，因为稀疏组成的八面体构建块由大阳离子支撑。结合共价半导体的稳定骨架和离子化合物的良性缺陷，我们发现HgX_2S_4（X=In，Sc，Y）尖晶石半导体兼具这两种优点。四面体和八面体紧密结合保证了结构的稳定性，而Hg-6s和S-3 p轨道分别主导导带最低（CBM）和价带最高（VBM）的带边离子特征使HgX 2S 4具有缺陷容忍性. Hg-6s球轨道的空间扩展引起的CBM的显著向下弯曲不仅诱导了合适的光学带隙（在离子化合物中通常过大），而且促进了n型载流子的形成和输运。研究表明，Hg基硫属尖晶石是一种很有前途的高效太阳能电池材料，在尖晶石晶体骨架下引入离域轨道的阳离子是合成稳定、耐缺陷光伏材料的另一种途径。
2021-05-04 cond-mat.mtrl-sci
Fabry-Pérot Resonance Shifts as a Novel Non-destructive In Situ Surface Damage Diagnostic
Old Dominion University（老道明大学）；Thomas Jefferson National Accelerator Facility（托马斯·杰斐逊国家加速器设施）
本文提出一种基于法布里-珀罗光学腔共振位移的非破坏性原位表面损伤诊断方法，可探测半导体异质结构表面升华，并适用于其他损伤机制，在真空下验证，适用于任何运行环境。
2026-09-29 cond-mat.mtrl-sci physics.acc-ph
Bulk physics entwined with a topological surface state
对于IV-VI族半导体，我们导出了体绝缘体的微观带隙边波函数与Dirac-Weyl拓扑表面态波函数之间的精确关系，从而得到了完全微观的表面态.我们发现，自旋轨道相互作用和晶体场的平衡，以及表面能带的弯曲，可以深刻地影响表面态自旋动量锁定。作为这一点的一个表现形式，我们预测的自旋纹理的$M$点狄拉克锥的SnTe可以通过一个意想不到的丰富序列的自旋纹理-扭曲螺旋与缠绕数$\pm 1$，$k_x$线性，双曲线，和$k_y$线性-例如，通过调整在表面的带弯曲。
2017-02-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Formation of Ideal Rashba States on Layered Semiconductor Surfaces Steered by Strain Engineering
二维电子系统中Rashba态的自旋劈裂为自旋电子学的应用提供了一种很有前途的自旋操纵机制。然而，到目前为止，实验上实现的Rashba状态在相同的能量范围内经常被自旋简并的衬底状态超过，阻碍了它们的实际应用。通过密度泛函理论计算，我们证明了在层状半导体表面β-InSe（0001）上沉积Au单层膜，可以得到自旋分裂较大的“理想”Rashba态，这些Rashba态完全位于衬底的大带隙内。Rashba带的位置可以在很宽的范围内调整相对于基板带边缘的实验可访问的应变。此外，我们的非平衡格林函数输运计算表明，该系统可能会产生长期寻求的强电流调制时，制成的Datta-Das晶体管的设备。类似的系统可以用其他金属氧化物膜和分层半导体衬底来识别，以实现理想的Rashba状态。
2015-12-21 cond-mat.mtrl-sci
A multi-scale approach to the electronic structure of doped semiconductor surfaces
半导体掺杂的全局效应的包含对第一原理模拟提出了独特的挑战，因为通常低浓度的掺杂剂使得显式处理变得棘手。在不显示长程能带弯曲的系统中，通过使用具有与体掺杂浓度匹配的分数核电荷的“伪原子”来提供令人满意的补救。然而，这本身并不总是足够的充电表面，其中的空间电荷区（SCR）的宽度往往超过现实的超级电池尺寸。克服这一困难的伪原子方法的一个概括依赖于在平板计算中引入人工高掺杂水平，结合多尺度静电能量校正。在这里，我们提出了一种替代技术，自然地扩展了伪原子的方法，同时绕过了计算与不切实际的高掺杂水平的需要。它是基于引入过量电荷，模仿来自SCR的自由载流子，以及模仿SCR相关场的固定反电荷片。通过施加电荷守恒和费米能级之间的平衡，半经典处理，和电子状态的板/表面，这是量子力学处理的自洽性。我们称之为CREST的方法-电荷库静电片技术-可以与标准电子结构代码一起使用。我们验证的方法，使用一个简单的紧束缚模型，它允许比较其结果与计算包含完整的SCR明确。然后，我们采用它与密度泛函理论，在那里它是用来获得洞察的电子结构的“干净解理”的Si（111）表面和它的屈曲（2 × 1）重建，在不同的掺杂密度。
2014-11-11 cond-mat.mtrl-sci
Solid-State Reactions at Niobium-Germanium Interfaces in Hybrid Superconductor-Semiconductor Devices
研究通过低温蒸发铌并分析其与锗界面的固态反应，揭示了锗扩散对超导电子性能的影响，强调了低温生长对减少界面混入和能带弯曲的重要性。
2024-05-30 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
Molecular Motion on Semiconductor Surface via Tip-enhanced Multiple Excitation
利用扫描隧道显微镜（STM）对吸附在Si（001）表面上的CO分子的不可约横向运动进行了低温研究，发现CO分子的不可约横向运动与隧道电流呈超线性关系。这种依赖性意味着吸附物位移是由吸附物振动模式的多个激发引起的，这种情况到目前为止只在金属表面观察到。隧穿电子的欧姆非弹性散射加热的表面上原子尺度的局域振动温度表明，CO的不可逆运动存在一个0.11 eV的激活势垒，与第一性原理计算得到的绝热势一致.这种高效的局部加热是由STM针尖的电场在表面诱导的中间能隙态引起的。
2012-10-03 cond-mat.mtrl-sci
Anionic disorder and its impact on the surface electronic structure of oxynitride photoactive semiconductors
本研究结合实验与计算方法，揭示了BaTaO$_x$N$_y$氧氮化物薄膜的阴离子组成深度依赖性及其对电子结构的影响，阐明了其与光阳极性能的关联，为高效制氢光电极设计提供指导。
2024-09-18 cond-mat.mtrl-sci
In-situ dielectric Al2O3/\b{eta}-Ga2O3 Interfaces Grown Using Metal-organic Chemical Vapor Deposition
高质量的电介质-半导体界面对于可靠的高性能晶体管至关重要。我们报道了原位金属有机化学气相沉积（MOCVD）Al $_2$ O $_3$在$β$ -Ga $_2$ O $_3$上的沉积，作为最常用的原子层沉积（ALD）的潜在更好的替代。Al $_2$ O $_3$的生长在与Ga $_2$ O $_3$相同的反应器中进行，使用三甲基铝和O $_2$作为前体，在600 $^0$ ℃的生长温度下不破坏真空。在Al $_2$ O $_3$/$β$-Ga $_2$ O $_3$界面处的快和慢近界面陷阱被识别并使用金属氧化物半导体电容器（MOSCAP）结构上的应力电容-电压（CV）测量来量化。用紫外辅助CV技术测量了浅、深能级初始填充陷阱（D $_{it}$）的密度。MOSCAP的平均D $_{it}$测定为7.8 $\times$ × 10 $^{11}$ cm $^{-2}$ eV $^{-1}$。Al $_2$ O $_3$ / Ga $_2$ O $_3$界面的导带偏移也由CV测量确定，并且发现为1.7 eV，这与ALD Al $_2$ O $_3$ / Ga $_2$ O $_3$界面的现有文献报道非常一致。还分析了电流-电压特性，并提取了平均击穿场约为5.8 MV/cm。具有改进的介电性质的在$β$-Ga $_2$ O $_3$上的这种原位Al $_2$ O $_3$电介质可以实现基…
2021-03-29 cond-mat.mtrl-sci
Utilizing the Janus MoSSe surface polarization in designing complementary metal-oxide-semiconductor field-effect transistors
本研究利用Janus过渡金属二硫族化合物MoSSe的面外本征偶极特性，通过理论计算与器件仿真，设计出无需额外掺杂即可在同一层制备的n型和p型互补MOSFETs，为新型二维器件设计提供了新思路。
2024-05-16 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Large room-temperature magnetoresistance in lateral organic spin valves fabricated by in-situ shadow evaporation
我们报告的成功制造的横向有机自旋阀的通道长度在子$100\,nm$制度。制造工艺基于在超高真空条件下的原位阴影蒸发，因此在铁磁金属电极和有机半导体之间产生清洁且无氧的界面。自旋阀器件由镍和钴-铁电极以及高迁移率\emph{n}型有机半导体$N,N'$ -双（七氟丁基）- $3,4:9,10$ -二萘嵌苯二酰亚胺组成。我们的研究包括横向自旋阀器件的制造工艺和材料的适用性以及室温下的磁输运测量的基础研究。最好的器件表现出高达$50\,%$的磁阻，这是迄今为止报道的室温下的最大值。
2013-04-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Momentum-resolved electronic band structure and offsets in an epitaxial NbN/GaN superconductor/semiconductor heterojunction
异质界面的电子结构在其器件功能中起着关键作用。最近，通过分子束外延，已经将超导NbN的高度结晶的GaN膜与半导体GAN集成。我们使用软X射线角分辨光电子能谱学直接测量的动量分辨电子能带结构的NbN和GAN成分的肖特基异质界面，并确定其动量依赖的界面带偏移以及带弯曲到GAN的配置文件。我们发现，特别是，在NbN中的费米态对准对GAN中的带隙，这排除了任何显着的电子串扰的超导态在NbN通过界面GAN。我们支持体NbN和GAN的第一性原理计算的实验结果。从光电发射得到的肖特基势垒高度证实了电子传输和光学测量。在我们的工作中，结合材料的进步和实验方法阐明了对电子性质的动量分辨理解，为界面态起决定性作用的系统开辟了新的可能性。
2021-03-12 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
Oxidation kinetics and non-Marcusian charge transfer in dimensionally confined semiconductors
本研究通过多参数考察 WS2 与 MoS2 单层边缘的侧向光氧化动力学，发现不同反应势垒及反应物供应受限导致的非 Marcus 型电荷转移机制。
2023-07-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Two-dimensional double-kagome-lattice nitrogene: a direct band gap semiconductor with nontrivial corner state
本文通过第一性原理计算预测了二维双 Kagome 晶格氮烯，发现其具有 3.460 eV 直接带隙、平带特征、电子迁移率比空穴高四个数量级以及非平凡二阶拓扑角态，展现出在纳米器件中的应用潜力。
2023-11-01 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Leveraging Plasmonic Hot Electrons to Quench Defect Emission in Metal -- Semiconductor Nanostructured Hybrids: Experiment and Modeling
该研究通过实验与半经典建模，揭示了嵌入金纳米颗粒的氧化锌纳米棒中缺陷发光猝灭、近带边发射增强的机制，为杂化等离子体系统热载流子动力学研究提供了通用基础。
2023-07-19 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Correlated and in-situ electrical transmission electron microscopy studies and related membrane fabrication
了解半导体纳米物体的结构，组成和光电特性之间的相互作用，需要结合基于透射电子显微镜（TEM）的技术与电气和光学测量的非常相同的标本。TEM技术的最新发展不仅允许特定对象的识别和原位电特性，而且还允许通过诸如焦耳加热的技术原位直接可视化其修改。在过去的几年里，我们已经进行了一些研究，在这些领域的审查，在这方面的贡献。特别是，我们在这里讨论i）相关的研究，其中相同的独特的对象是其特征在于电光和TEM，ii）在原位焦耳加热研究，其中在TEM中监测固态金属-半导体反应，和iii）原位偏置研究，以更好地了解接触的单纳米线的电性能。此外，我们提供了详细的氮化硅膜的制造步骤，这些相关的原位测量至关重要。
2021-12-02 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
In-situ operation of amorphous circuits under heavy-ion irradiation
Shanxi University（山西大学）；Liaoning Academy of Materials（辽宁省材料研究院）；Institute of Metal Research, Chinese Academy of Sciences（中国科学院金属研究所）；University of Science and Technology of China（中国科学技术大学）；Harbin Institute of Technology（哈尔滨工业大学）；Tianjin University（天津大学）；Hebei University of Architecture（河北建筑工程学院）；Peking University（北京大学）；Jiangnan University（江南大学）
本研究展示了基于非晶薄膜半导体的百晶体管级时序电路在重离子辐照下的稳定运行，通过ASCII输出序列验证功能，并利用钽离子辐照评估系统级辐射容限，实现了高粒子通量下的长时间数字运行里程碑。
2026-05-29 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Machine Learning Assisted Reconstruction of Local Electronic Structure of Non-Uniformly Strained MoS2
Indian Institute of Science Education and Research Thiruvananthapuram（印度科学教育与研究特里凡得琅研究所）；J. Heyrovsky Institute of Physical Chemistry, Czech Academy of Sciences（捷克科学院J.赫罗斯夫斯基物理化学研究所）
利用机器学习与密度泛函理论，研究非均匀应变对MoS2局部电子结构的影响，发现双轴弯曲应变更有效改变电子和介电性质，实验验证了应变特征对带隙和载流子分布的影响。
2026-03-31 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Charge density waves and Fermi level pinning in monolayer and bilayer SnSe$_2$
具有降低维度的材料通常表现出不同于其本体对应物的特殊性质。在这里，我们报告了一个相称的2 $\times$ 2电荷密度波（CDW）的出现在单层和双层SnSe $_2$薄膜的扫描隧道显微镜。CDW相位的可视化空间调制在费米能级附近变得突出，费米能级被钉扎在SnSe $_2$的半导体带隙内。我们发现，CDW和费米能级钉扎密切相关的带弯曲和虚拟诱导间隙状态在半导体异质界面。通过界面工程，建立了SnSe $_2$的电子密度依赖相图。费米面之间的对称性不等电子口袋嵌套揭示驱动CDW的形成，并提供一个替代的CDW机制，可能会在其他化合物。
2021-02-16 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
Voltage control of the long-range p-d exchange coupling in a ferromagnet-semiconductor quantum well hybrid structure
在纳米尺度上对铁磁性进行电压控制对于新型电子器件的发展具有很高的吸引力。在这里，一个关键的挑战是实现和结合低功耗，高运行速度，可靠的可逆性和兼容性与半导体技术。基于铁磁和半导体构建块组装的混合结构在这方面是有吸引力的候选者，因为这样的系统将孤立成分的性质结合在一起：它们有望显示出铁磁体的磁序，并作为半导体进行电调谐。在这里，我们展示了电控制的交换耦合的混合铁磁Co层和半导体碲化镉量子阱，由薄的非磁性（镉，镁）碲屏障分开。交换相互作用的有效磁场达到2.5特斯拉，并且可以通过在异质结构上施加1 V偏压来打开和关闭。这种电场控制的机制本质上不同于传统的概念，在传统的概念中，波函数在空间上重新分布以改变交换相互作用，需要高的场强。在这里，我们解决，而不是控制的新的交换机制，介导的椭圆极化声子发射的铁磁体，即声子交流斯塔克效应。这种耦合的一个基本参数是量子阱中重空穴态和轻空穴态之间的分裂，该分裂可以通过电场诱导的能带弯曲而改变。因此，分裂可以调谐相对于磁振子声子共振能量的铁磁体，导致最大的耦合平带条件。我们的研究结果表明，在相当温和的电场强度的混合半导体纳米结构的电控交换耦合的可行性。
2018-12-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Magnetic 2D electron liquid at the surface of Heusler semiconductors
材料的导电和磁性在某些受限的几何形状中经常发生变化。然而，非磁性半导体在表面同时具有金属性和磁性的情况非常罕见，据我们所知，在实验中从未观察到。在这项工作中，我们采用第一性原理电子结构理论预测，这样一个奇特的磁状态出现在一个家庭的四元Heusler化合物。研究了CoCrTiP、FeMnTiP和CoMnVAl的磁性和电子性质。对于后者的材料，我们还分析了磁交换相互作用，并使用它们参数化的有效自旋哈密顿量。根据我们的研究结果，这种材料的磁性应该至少在155 K的温度下保持不变。
2019-05-25 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Magnetoconductance signatures of subband structure in semiconductor nanowires
半导体纳米线中的径向限制势在决定其量子输运性质方面发挥着关键作用。以前的研究表明，当电子态被限制在壳层中时，轴向磁场会引起磁通周期电导振荡。这种效应是由于轨道角动量与磁通量的耦合。在这里，我们进行计算的能级结构，因此电导，更一般的情况下，从一个平面电位强表面带弯曲。横向态并不局限于壳层，而是分布在整个纳米线上。研究发现，在一般情况下，子带能谱是非周期的门电压和磁场的函数。原则上，这允许从准弹道装置的磁导图案精确识别被占据的子带。随着电位的增加，非周期性变得更加明显。引入了一种定量的方法，用于匹配的电导数据的子带结构中的功能，从一个特定的径向电位，其中使用的潜在的功能形式，取决于两个自由参数。最后，在低温下测量了短沟道InAs纳米线FET器件，以寻找揭示子带结构的电导特征。特征被识别并显示为与三个特定子带一致。实验分析的背景下，弱本地化制度，但是，我们发现，预测的子带效应弹道输运时，应保持可见的背散射占主导地位的带间散射，预计该设备。
2014-11-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Imaging the high-frequency charging dynamics of a single impurity in a semiconductor on the atomic scale
Utrecht University（乌得勒支大学）；Leiden University（莱顿大学）；Ludwig-Maximilians-Universität（慕尼黑路德维希-马克西米利安大学）；University of Iowa（爱荷华大学）；Donostia International Physics Center (DIPC)（圣塞巴斯蒂安国际物理中心）；Eindhoven University of Technology（埃因霍温理工大学）；Munich Center for Quantum Science and Technology (MCQST)（慕尼黑量子科学与技术中心）
研究揭示单个硫杂质在InAs中的电荷动力学是动态的，由局部电场控制，通过MHz频率STM噪声谱学确定电荷态寿命和开关率，发现杂质开关是量子器件中的普遍电荷噪声机制。
2026-03-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Into the Origin of Electrical Conductivity for the Metal-Semiconductor Junction at the Atomic Level
基于金属-半导体（M-S）结的器件通常用于各种电子器件中。它们的电性能由相对于所使用的半导体的金属相性质限定。在这里，我们做了一个深入调查的起源M-S结在原子尺度上通过研究的性质AuIn 2纳米电极形成在InP（001）表面上的原位电学测量结合详细的调查原子分辨结构的支持下，其局部电学性质的第一性原理计算。我们发现，同一金属相相对于半导体结构的不同晶向通过金属费米能级的细微变化和影响界面处带边的移动，强烈地影响M-S结的整流特性。这最终改变了欧姆型和肖特基型之间的导电性状态。在设计基于M-S结的电子器件时，必须考虑晶体取向的影响。
2021-09-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
The role of surface states in electrocatalyst-modified semiconductor photoelectrodes: Theory and simulations
在过去的几年中，已经有大量的研究来阐明半导体光电极上的电催化剂薄层对析氧反应（OER）效率的作用。已经表明，在许多情况下，添加薄的氧化物覆盖层阴极地移动光电流开始的电势和/或增加最大光电流，导致有利于OER的更大的收集效率。然而，这种增强的起源并不清楚。在这里，我们提出了一个依赖于解析表达式，而不是微分方程的模型来研究表面状态的作用，在电催化剂改性的半导体光电极。在没有催化剂覆盖层的情况下，我们发现，如果表面态被屏蔽，这意味着带电的表面态通过附近的溶液离子被电子中和，则不会产生亥姆霍兹电势，光电极表现出良好的性能。相反，如果表面态是未屏蔽的，则形成额外的亥姆霍兹势，从而减少能带弯曲的量并导致性能差。在催化剂覆盖层的存在下，存在对表面状态如何与催化剂相互作用的强烈依赖。与表面态串联的催化剂可以增加从表面态到溶液的有效转移速率，导致总电流的增加，而与表面态并联作用的催化剂可以增加开路电压或光电压。串联和并联催化剂效应在实际设备中串联操作，导致电流和/或光电压的增加，这取决于相关的交换电流。该模型不仅有助于理解表面态在光电化学系统中电荷转移和最终效率中的作用，而且还允许其他研究人员轻松应用。
2017-07-11 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
High-Resolution X-Ray Studies of the Direct Spin Contact of EuO with Silicon
铁磁半导体一氧化铕（EuO）被认为是一种有效的自旋注入器时，直接集成与硅。通过自旋选择性欧姆接触的注入要求界面EuO/Si的极好的结构质量。最近在制造无缓冲层EuO/Si结方面取得的突破要求对半导体之间的界面进行结构研究。非原位高分辨X射线衍射和反射率伴随着原位反射高能电子衍射揭示了界面处的直接耦合。XRD和XRR数据的组合分析提供了一个通用的结构模型。EuO/Si自旋接触的结构质量远远超过了以前的报道，从而向自旋电子学的最终目标迈进了一步。
2015-11-27 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Quantum interference effect on exciton transport in monolayer semiconductors
本文从理论上研究了原子薄过渡金属二硫属化物中激子的弱局域化。激子德布罗意波对形成闭合环的轨道的相长干涉导致激子扩散系数的减小。我们计算的干涉贡献的扩散系数的激子散射声学声子和静态无序的实验相关的情况。对于声学声子散射，随着温度的升高，量子干涉变得越来越重要。我们的估计表明，量子贡献的扩散系数是相当大的国家的最先进的单层和双层过渡金属dichalcogenides。
2020-04-01 cond-mat.dis-nn cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
In-situ tunable giant electrical anisotropy in a grating gated AlGaN/GaN two-dimensional electron gas
本文提出通过光栅门控AlGaN/GaN二维电子气产生原位可调的巨电各向异性，利用正交电流方向下巨正、负磁阻的协同效应，为多端忆阻晶体管和仿生突触等新型器件提供基础。
2024-04-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Tuning the mode-splitting of a semiconductor microcavity with uniaxial stress
通常观察到包括半导体异质结构的微/纳米腔中的基本光学模式的分裂。考虑到这种分裂对于光-物质相互作用以及因此量子技术应用起着重要作用，控制模式分裂的方法是重要的。在这项工作中，我们使用了一个开放的微腔组成的“底部”半导体分布式布拉格反射器（DBR）纳入n-i-p异质结，配对的“顶部”弯曲的介质DBR。我们测量了作为阻带内波长的函数的模式分裂。我们展示了一种可逆的原位技术，通过施加单轴应力到半导体DBR来调整模式分裂。该方法利用了半导体材料的光弹性效应。我们实现了$\sim$ 11 GHz的最大调谐。施加到异质结构的应力通过观察嵌入样品中的量子点的光致发光来确定，通过变形势将光谱偏移转换为应力。对模分裂及其在阻带内的调谐进行了深入的研究，从而对结果背后的机制有了定量的了解。
2021-02-18 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph physics.optics
