Machine learning for accelerated bandgap prediction in strain-engineered quaternary III-V semiconductors
针对四元III-V族半导体带隙实验筛选效率低的问题，结合第一性原理计算开发出仅以组分和应变为输入、达到密度泛函理论精度的高效机器学习预测方法，可用于光电子材料的虚拟筛选。
2023-08-28 cond-mat.mtrl-sci
Plasmonically Enhanced Reflectance of Heat Radiation from Low-Bandgap Semiconductor Microinclusions
通过在绝缘电介质中以低体积分数包含高散射颗粒来增加反射率提供了一种有前途的方法来减少高温下的辐射热损失。在这里，我们研究等离子体激元共振驱动的增强散射的微夹杂物的低带隙半导体（InP，Si，Ge，PbS，InAs和Te）在绝缘复合材料，以定制其红外反射率，以最大限度地减少热损失从辐射转移。为此，我们计算的光谱特性的微复合材料使用Monte Carlo建模，并将它们与菲涅耳方程的结果进行比较。颗粒尺寸相关的米氏散射和吸收效率，和散射各向异性的作用进行了研究，以确定最佳的微夹杂物的大小和材料参数，最大限度地提高热辐射的反射率。对于含有Si和Ge微夹杂物的复合材料，我们在400 - 1600 °C的温度范围内对入射黑体辐射获得了57 - 65%的反射效率。此外，我们观察到宽带的反射光谱从等离子体共振，由于半导体带隙内的缺陷态产生的载流子。因此，我们的研究结果开辟了通过在绝缘介质中使用低带隙半导体微夹杂物来开发高效高温热绝缘体的可能性。
2017-03-14 cond-mat.mtrl-sci
Assessing the SCAN functional for deep defects and small polarons in wide-bandgap semiconductors and insulators
该研究通过与实验及杂化泛函结果对比，评估 SCAN 泛函在多种宽禁带半导体和绝缘体深层缺陷、小极化子计算中的可靠性。
2024-05-22 cond-mat.mtrl-sci
Layer-dependent Raman spectroscopy and electronic applications of wide-bandgap 2D semiconductor \b{eta}-ZrNCl
近年来，二维（2D）层状半导体由于其在下一代电子学和光电子学中的潜力而受到广泛关注。宽带隙二维半导体在蓝光和紫外波段尤为重要，而在这一波段的二维材料很少。在这里，单层\b{eta} -型氯化氮锆（\b{eta} -ZrNCl）是第一次隔离，这是一个空气稳定的层状材料，具有约3.0 eV的带隙的散装。系统研究了ZrNCl从单层、双层到块体的层相关拉曼散射，发现其面外A1 g峰在~189 cm-1处发生了蓝移。重要的是，该A1 g峰在单层中不存在，这表明它是快速识别单层和确定2D ZrNCl厚度的指纹。基于少层ZrNCl的背栅场效应晶体管显示出108的高开/关比。这些结果表明，2D \b{eta} -ZrNCl的电子应用的潜力。
2022-02-15 cond-mat.mtrl-sci
Accurate first-principle bandgap predictions in strain-engineered ternary III-V semiconductors
本文提出基于TB09密度泛函、能带展开和特殊准随机结构的计算协议，高效预测三元III-V半导体带隙随组分和应变的变化，并绘制多种材料的带隙相图以指导光电器件设计。
2023-06-26 cond-mat.mtrl-sci
Lanthanide impurities in wide bandgap semiconductors: a possible roadmap for spintronic devices
采用第一性原理计算和Hubbard势修正的全电子方法，研究了纤锌矿氮化镓和氧化锌中镧系（Eu ~ Tm）杂质的电子性质.结果表明，4f相关的能级保持在两种材料的带隙之外，与最近的唯象模型，基于实验数据的良好协议。此外，掺杂镧系元素杂质的氧化锌成为n型材料，显示出4f相关的自旋极化态和载流子之间的耦合。这种耦合可以产生自旋极化电流，这可能导致自旋电子器件中的应用。
2013-07-11 cond-mat.mtrl-sci
Phonon Softening and Direct to Indirect Bandgap Crossover in Strained Single Layer MoSe2
受Tongay等人最近的实验观察的启发[Tongay等人，Nano Letters，12（11），5576（2012）]，我们展示了单层MoSe 2的电子性质和拉曼特性如何受到弹性双轴应变的影响。我们发现，随着应变的增加：（1）E'和E”拉曼峰（本体中的E1 g和E2 g）表现出显著的红移（2）A1'峰的位置保持在180 cm-1（A1 g散装），并不随进一步应变而显著变化，（3）低能弯曲声子的色散从二次向线性过渡;（4）在3%的双轴拉伸应变下，电子能带结构经历直接向间接的带隙过渡。因此，应变的应用似乎是一种有前途的方法，用于快速和可逆的调谐单层MoSe 2和类似的MX 2二硫属化物的电子，振动和光学性质。
2013-04-09 cond-mat.mtrl-sci
High-temperature deep-level transient spectroscopy system for defect studies in wide-bandgap semiconductors
采用商用瞬态电容光谱法对宽带隙材料中的深缺陷态和杂质进行全面研究是一项挑战，需要非常高的温度。因此，我们研制了一套高温深能级瞬态谱（HT-DLTS）系统，可用于1100 K以下的测量。的温度范围的上限允许深缺陷和陷阱中心的带隙中的研究，比以前报道的任何材料中的DLTS表征更深。通过在300-950 K温度范围内对n型4 H-SiC中已知的本征缺陷进行测量来测试系统的性能。在4 H-SiC肖特基二极管上进行的实验观察与文献结果吻合良好。然而，DLTS测量受到操作和电极质量的限制。
2019-04-04 cond-mat.mtrl-sci
Charge-State Stability of Color Centers in Wide-Bandgap Semiconductors
Princeton University（普林斯顿大学）；Harvard University（哈佛大学）；Howard University（霍华德大学）
针对金刚石NV⁻色心电荷态衰减影响鲁棒性的问题，提出一种基于热平衡下密度泛函理论的从头算形式体系，可准确估算宽禁带半导体色心的电荷态衰变速率，并以替位N存在时NV⁻向NV⁰的跃迁为例验证了方法。
2023-12-21 cond-mat.mtrl-sci
External Bias Dependent Direct To Indirect Bandgap Transition in Graphene Nanoribbon
在这项工作中，使用自洽的紧束缚计算，第一次，我们表明，一个直接到间接的带隙转变是可能的扶手椅型石墨烯纳米晶通过沿带的宽度施加外部偏压，开辟了新的设备应用的可能性。借助狄拉克方程，我们利用外加偏压在纳米晶体内部产生的微扰势空间分布的不对称性，定性地解释了这种带隙跃迁。其次是验证的带隙的趋势与数值技术，使用矩阵指数的马格努斯展开。最后，我们证明了载流子有效质量在带隙跃迁点附近具有可调的尖锐特征。
2010-06-26 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
Size-dependent bandgap and particle size distribution of colloidal semiconductor nanocrystals
在有限深方阱有效质量近似的框架内，提出了一种新的胶体半导体纳米晶尺寸相关带隙的解析表达式，以定量描述量子限制效应.这使得人们可以将光学光谱数据（光致发光光谱和吸光度边缘）转换为胶体系统的粒度分布的准确估计，即使传统的有效质量模型预计会失败，这通常发生在属于所谓的强限制的非常小的颗粒。通过应用报告的理论方法，通过湿化学路线合成的CdTe纳米晶体，尺寸分布推断和比较直接从原子力显微镜和透射电子显微镜获得的。该分析可用作表征许多其他系统（如II-VI和III-V半导体材料）的MEMS样品的补充工具。
2017-10-18 cond-mat.mtrl-sci
Hexagonal AlN: Dimensional-Crossover-Driven Bandgap Transition
受最近报道六方（h）AlN的成功合成的实验的启发[Tsipas等人，Appl.Phys.Lett. 103，251605（2013）]我们通过使用第一性原理计算研究了h-AlN的体、双层和单层结构的结构、电子和振动性质。我们表明，六方相的散装h-AlN是一个稳定的直接带隙半导体。计算得到的声子谱在274 cm-1处有一个刚性层剪切模，在703 cm-1处有一个Eg模。此外，单层h-AlN是具有双基态的间接带隙半导体。对于双层结构，AA'型堆积是最有利的堆积方式，层间相互作用较强。虽然N-层状h-AlN是N=1-10的间接带隙半导体，但我们预测较厚的结构（N>10）在伽马点处具有直接带隙。在h-AlN中的层数依赖的带隙转变是有趣的，因为它是显着不同的间接到直接的过渡金属二硫属化物中获得的交叉。
2015-02-20 cond-mat.mtrl-sci
Simple correction to bandgap in IV and III-V semiconductors: an improved first-principles local density functional theory
我们报告的结果，从一个快速，高效，第一原理全势N $^{th}$阶松饼-丁轨道（FP-NMTO）的方法结合范列文-Baerends修正本地密度交换相关势。我们发现，更完整和紧凑的基组是至关重要的，在改善电子和结构性能。我们对IV族和III-V族半导体进行了自洽的FP-NMTO计算。值得注意的是，预测的带隙、晶格常数和体模量与实验（例如，我们发现Ge $0.86~e$ V、$5.57$ ~ V、$75$ ~GPa相对于测量的$0.74~e$ V、$5.66$ ~ V、$77.2$ ~GPa）。我们还展示了它的应用程序的2维$h-$ BN和$h-$ SiC的电子特性，再次找到良好的协议与实验。
2019-07-18 cond-mat.mtrl-sci
Effects of excess carriers on native defects in wide bandgap semiconductors: illumination as a method to enhance p-type doping
半导体中的不期望的无意掺杂和掺杂限制通常由具有低形成能的补偿缺陷引起。由于带电缺陷的形成能量线性地依赖于费米能级，因此掺杂限制在费米能级可以显著变化的宽带隙半导体中可能特别明显。在生长或处理过程中引入非平衡载流子浓度改变了能带载流子的化学势，从而提供了以在热平衡下不可能的方式修改带电缺陷群的可能性。在这里，我们证明，对于一个遍历系统与过剩的载流子，涉及缺陷电荷跃迁水平的载流子捕获和发射率严格确定的混合物的电子和空穴准费米能级确定的非零电荷状态的形成能量的缺陷类型。目录的范围内可能的响应过剩的载流子，我们调查的行为的一个单一的施主样缺陷的功能的非本征掺杂和能量的电荷跃迁水平。技术上最重要的发现是，对于带隙中电荷跃迁能级的大多数值，过量载流子将增加补偿缺陷的形成能。因此，可以克服由原生缺陷施加的对掺杂的限制。在宽带隙半导体中也存在这样的情况，其中具有与主要掺杂剂相同的电荷极性的缺陷的浓度保持不变或实际上增加。这些不同的行为的原因是合理化的捕获和排放率和准则进行实验测试，该模型给出。
2017-03-10 cond-mat.mtrl-sci
Zero point motion and direct/indirect bandgap crossover in layered transition-metal dichalcogenides
二维过渡金属二硫属化合物$MX_2$（es. MoSPDMATHABMN、WSPDMATHABMN、MoSePDMATHABMN、\ldots）是用于带隙工程的最有前途的材料之一。在这些化合物中广泛研究，通过从头算技术，是调整的直接-间接的间隙字符通过平面应变的可能性。然而，在这种计算中，晶格自由度被假设为经典的和冻结的。在本文中，我们详细调查的带隙字符（直接与间接）上的平面外的距离$h$之间的两个硫族平面在每个$MX_2$单元的依赖关系。使用DFT计算，我们表明，带隙字符确实是高度敏感的参数$h$，在单层以及在双层和散装化合物，允许例如开关从间接到直接的差距和从间接到直接的差距在单层系统。这种情况下，进一步分析了存在量子晶格波动的零点运动。在量子分析的基础上，我们认为由面外应变以及面内应变引起的直接-间接带隙跃迁可以被看作是连续的交叉，而不是真正的急剧转变。物理观测的后果进行了讨论。
2019-01-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Minimizing propagated density errors of atomic core-electron for simultaneously accurate bandgaps and lattice constants in closed-shell Copper semiconductors
Key Lab of advanced optoelectronic quantum architecture and measurement (MOE), and School of Interdisciplinary Science, Beijing Institute of Technology（北京理工大学光电量子架构与测量教育部重点实验室，交叉科学学院）；Department of Physics, Applied Physics, and Astronomy, Rensselaer Polytechnic Institute（伦斯勒理工学院物理、应用物理和天文学系）
研究含铜简单闭壳层半导体中铜原子密度误差对带隙和晶格常数的影响，通过对铜芯采用修正的Hartree-Fock赝势，对价电子保留（半）局域泛函，消除误差源头，实现带隙和晶格常数同时高精度计算。
2026-07-09 cond-mat.mtrl-sci
First principles investigation of zb-TiSn: A promising narrow bandgap semiconductor
该研究通过第一性原理计算证实闪锌矿TiSn结构稳定，为窄带隙半导体（0.3 eV），具有极性共价键，并计算了其光学性质。
2025-05-25 cond-mat.mtrl-sci
2D Nitride Ordered Alloys: A Novel Class of Ultra-Wide Bandgap Semiconductors
本文通过从头算研究 BxM1-xN（M=Al、Ga）二维有序氮化物合金，揭示原子褶皱稳定结构并产生反铁电基态，为新型 UWBG 半导体提供依据。
2024-05-14 cond-mat.mtrl-sci
Polarization-Induced Zener Tunnel Junctions in Wide-Bandgap Heterostructures
III-V族氮化物中的大电子极化允许在其他半导体家族中不可能的新颖物理。本文利用极化诱导电场研究了宽禁带GAN异质结中的带间齐纳隧穿。由此产生的隧道二极管在反向偏置下更导电，其具有零偏置整流和毫米波成像的应用。由于带间隧穿在宽带隙半导体中传统上是禁止的，因此这些偏振诱导结构及其变体可以实现许多器件，例如可以在高温和高场下操作的多结太阳能电池。
2009-03-17 cond-mat.mtrl-sci
Superinjection of holes in homojunction diodes based on wide-bandgap semiconductors
电驱动光源在从指示和显示技术到高速数据通信和量子信息处理的广泛应用中是必不可少的。宽带隙半导体有望通过提供新型光源来推进固态照明。然而，这些装置的电泵浦仍然是一个具有挑战性的问题。许多宽带隙半导体材料，例如SiC、GAN、AlN、ZnS和Ga 2 O3，可以容易地掺杂为n型，但是它们的有效p型掺杂极其困难。由于受主的高激活能导致空穴的缺乏，极大地限制了宽带隙半导体器件的性能和实用性。在这里，我们研究了一种新的效果，它允许同质结半导体器件，如p-i-n二极管，以及以上的p型材料的掺杂所施加的限制。使用一个严格的数值方法，我们表明，注入的空穴的密度可以超过的p型注入层中的空穴的密度高达三个数量级，这使得显着克服掺杂问题的可能性。我们提出了一个清晰的物理解释，这种意想不到的功能，宽带隙半导体p-i-n二极管，并仔细检查它在4 H-SiC，3C-SiC，AlN和ZnS结构。预测的效应可以用来开发明亮的发光器件，特别是基于SiC，AlN，ZnO和其他宽带隙半导体中的色心的电驱动非经典光源。
2019-05-12 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Electronic and Optical Properties of Ultrawide Bandgap Perovskite Semiconductors via First Principles Calculations
最近对超宽带隙（UWBG）半导体的研究主要集中在传统材料上，如Ga 2 O3、AlGaN、AlN、立方BN和金刚石;然而，已知一些表现出单一钙钛矿结构的材料产生高于3.4 eV的带隙，如BaZrO 3。在这项工作中，我们提出了两种新的材料被添加到家庭的UWBG半导体：Ba 2CaTeO 6表现出双钙钛矿结构和Ba 2K 2 Te 2 O 9与三钙钛矿结构。使用第一性原理混合泛函计算，我们预测的所有研究系统的带隙在4.5 eV以上，在紫外区具有较强的光学吸收。此外，我们发现，空穴有一种倾向，通过晶格畸变被困在附近的氧原子与平均捕获能量为0.25 eV，潜在地防止通过传统的化学掺杂的p型导电性的增强。
2020-09-03 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Efficient and Robust p-type Transistor based on Ultra-wide-bandgap Semiconductor
Macau University of Science and Technology（澳门科技大学）；Zhuhai MUST Science and Technology Research Institute（珠海澳门科技大学研究院）；School of Physics and Astronomy, Monash University（蒙纳士大学物理与天文学院）；Division of Physics and Applied Physics, School of Physical and Mathematical Sciences, Nanyang Technological University（南洋理工大学物理与数学科学学院物理与应用物理部）；Department of Materials Science & Engineering, Monash University（蒙纳士大学材料科学与工程系）；Faculty of Materials Science and Engineering, Kunming University of Science and Technology（昆明理工大学材料科学与工程学院）；Department of Electrical and Electronic Engineering, The University of Melbourne（墨尔本大学电气与电子工程系）；School of Science, RMIT University（皇家墨尔本理工大学理学院）；Princeton Plasma Physics Laboratory（普林斯顿等离子体物理实验室）；Bio21 Institute, The University of Melbourne（墨尔本大学生物21研究所）；Research School of Chemistry, Australian National University（澳大利亚国立大学化学研究学院）；Shanghai Key Laboratory of High Temperature Superconductors, Department of Physics, Shanghai University（上海大学物理系高温超导重点实验室）；Centre for Materials Science, School of Chemistry and Physics, Queensland University of Technology（昆士兰科技大学化学与物理学院材料科学中心）；Macao Institute of Materials Science and Engineering (MIMSE), Faculty of Innovation Engineering, Macau University of Science and Technology（澳门科技大学创新工程学院澳门材料科学与工程研究所）；School of Electrical and Electronic Engineering, Nanyang Technological University（南洋理工大学电气与电子工程学院）
本研究通过异质整合超宽禁带半导体与高介电常数层，实现了高效且稳健的p型晶体管，具备高导通电流、低亚阈值摆幅和高迁移率，适用于未来功率电子和紫外光电应用。
2026-02-07 cond-mat.mtrl-sci
The direct and indirect optical absorptions of cubic BAs and BSb
近年来，砷化硼（BAs）在实验中被测得具有很高的热导率，这对小功率光电器件的发展是一个巨大的鼓舞。因此，本论文采用第一性原理计算，系统地研究了BAs和BSb的直接和间接光学效应以及同系物的掺杂效应。通过考虑声子辅助的二阶光学吸收，得到了间接带隙对应的吸收起始点。在温度相关的计算中，我们还发现了吸收起始点的红移、光吸收谱的增强和平滑。为了在可见光范围内引入一阶光折变效应，在没有声子辅助的情况下，研究了同系物的掺杂对光折变效应的影响。研究发现，掺杂后局域直接带隙的减小主要是由于原型III-V族半导体中的带隙较小或位于R $_c$点的CBM所致。因此，同源物的掺杂可以改善可见光范围内的直接光学吸收。
2019-01-13 cond-mat.mtrl-sci
Demonstration of High-Performance Ultra-Wide Bandgap SrSnO$_3$ Top-Gated MOSFETs
University of Minnesota（明尼苏达大学）；Jeonbuk National University（全北国立大学）；Hongik University（弘益大学）
基于超宽禁带SrSnO₃的高性能顶部栅极MOSFETs通过混合分子束外延和ALD技术实现，展现出高迁移率、高导通电流及优异的界面质量。
2026-02-23 cond-mat.mtrl-sci
Role of semi core levels in determining the band-gaps of semiconductors: First-principles calculations with model Hamiltonians
基于LDA/GGA近似的第一性原理计算结果低估了GaX（X = N，P和As）半导体中半芯3d能级的位置。LDA+U/GGA+U近似中的自相互作用校正方案被发现足以校正这种差异。这种校正的结果是半导体的带隙（E_g）也得到改善。人们一直认为，带隙校正来自修改的半芯价相互作用。我们研究这个经常使用的近似非常详细，并发现，虽然带隙变化高达0.63 eV的GaAs，0.42 eV的GaP和0.46 eV的GAN在这种方法内获得的U= 20 eV的Ga d状态，只有0.1 eV，0.1 eV和0.15 eV的GaAs，GaP和GAN产生的半芯价相互作用。随着U的增加，带隙不断改善。我们跟踪这种效果主要是在导带中的Ga 4d状态与阴离子p状态的相互作用。
2007-06-04 cond-mat.mtrl-sci
Tuning the electronic properties of hydrogen passivated C3N nanoribbons through van der Waals stacking
二维C3 N材料由于其固有的带隙和可调的电子性质，在高性能器件中具有广阔的应用前景。虽然有一些关于通过堆叠或形成纳米取向物来调节C3 N的带隙的报道，但是具有各种边缘结构的双层C3 N纳米带（C3 NNR）的带隙调制仍然远未被很好地理解。在这里，基于广泛的第一性原理计算，我们通过将C3 N切割成氢钝化的C3 NNR并将其堆叠成双层异质结构来证明C3 N的有效带隙工程。结果表明，具有三种边缘结构的扶手椅型（AC）C_3NNR都是半导体，而只有边缘由C和N原子组成的Z字形（ZZ）C_3NNR（ZZ-CN/CN）是半导体.所有半导体C3 NNR的带隙都大于C3 N纳米片的带隙。更有趣的是，具有CN/CN边缘的AC-C3 NNR（AC-CN/CN）具有直接带隙，而ZZ-CN/CN具有间接带隙。与单层C_3NNR相比，双层C_3NNR的带隙可以通过不同的堆积顺序和边缘结构得到很大的调制，从AB ′堆积的ZZ-CN/CN的0.43 eV到AA堆积的AC-CN/CN的0.04 eV。特别地，在AA ′-堆积的双层AC-CN/CN异质结构中观察到直接带隙向间接带隙的转变，在AB-堆积的双层ZZ-CN/CN异质结构中观察到间接带隙向直接带隙的转变。本工作为C3 N的有效带隙工程提供了新的见解，并为其在纳米电子和光电子器件中的应用提供了新的机会。
2020-08-26 cond-mat.mtrl-sci
Electron spin relaxation in X-valley of indirect bandgap AlxGa1-xAs: A new horizon for the realization of next generation spin-photonic devices
利用GaAs/AlGaAs量子阱（QW）系统，通过偏振分辨光致发光激发谱研究了间接带隙Al_（0.63）Ga_（0.37）As外延层卫星X谷区的电子自旋弛豫.通过求解速率方程，计算了AlxGa 1-xAs各谷区的稳态电子分布，并推导了相邻量子阱光致发光圆偏振度的表达式.将实验结果与解析表达式相结合，确定了10 K时X谷电子自旋弛豫时间（τ S^X）为2.7 ± 0.1 ps。为了验证该方法的有效性，基于密度泛函理论，在投影缀加波方法的框架下进行了理论计算，与实验结果吻合较好.在10-80 K范围内研究了τ_S^X的温度依赖性，并考虑了间接带隙AlGaAs势垒层X谷内载流子的谷内散射。应变引起的能带结构的改变提高了X谷的简并度，而在50 K以上，X谷的简并度对电子自旋弛豫起主导作用。此外，间接带隙AlGaAs层中的热电子的DCP谱被发现是显着不同的直接带隙AlGaAs相比。它被理解为线性k依赖的Dresselhaus自旋分裂和更快的能量弛豫过程中的X谷的结果。这项工作的发现可以为实现下一代对焦耳热不太敏感的自旋光子器件提供新的视野。
2021-07-14 cond-mat.mtrl-sci
Direct observation of the transition from indirect to direct bandgap in atomically thin epitaxial MoSe2
受限几何中的量子系统是新物理现象的宿主。例子包括半导体中的量子霍尔系统和石墨烯中的狄拉克电子。在这样的系统的兴趣也加强了最近发现的光致发光量子效率的大的增强和潜在的路线valleytronics在原子级薄层的过渡金属二硫属化物，MX 2（M = Mo，W; X = S，Se，Te），这是密切相关的间接到直接的带隙过渡的单层。在这里，我们报告的第一个直接观察到的过渡，从间接到直接带隙的单层样品，通过使用角分辨光电子能谱高品质的薄膜的MoSe 2与可变厚度，生长的分子束外延。实验测得的能带结构表明，单层MoSe 2的直接带隙的趋势更强，以及更大的间隙尺寸，比理论预测。此外，我们发现一个显着的自旋分裂180毫电子伏的价带最大值的单层MoSe 2膜可以扩展其可能的应用自旋电子器件。
2014-01-14 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Diverse Responses in Lattice Thermal Conductivity of $n$-type/$p$-type Semiconductors Driven by Asymmetric Electron-Phonon Interactions
本研究通过模分辨第一性原理计算揭示 EPI 对 n/p 型及直接/间接带隙半导体晶格热导率的差异化影响，并将其归因于轨道分量导致的不对称电子态密度。
2024-06-18 cond-mat.mtrl-sci
Wide bandgap semiconductors for radiation detection: A review
本文综述了宽禁带半导体（4H-SiC、GaN、β-Ga2O3）在辐射检测中的应用，指出前两者在粒子检测中成果显著，后者在X射线检测中潜力巨大。
2024-02-08 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Accurate theoretical bandgap calculations of II-VI semiconductors
在这封信中，我们提出了II-VI族半导体的带隙，计算全势线性缀加平面波（FP-LAPW）方法与修改的贝克-约翰逊（mBJ）的潜力。计算结果的准确性进行评估，通过比较它们与实验测量值。通过对本文结果的分析，我们发现mBJ势在预测II-VI族半导体的带隙方面是非常有效的。它还表明，mBJ的有效性是基于在高度相关的电子系统中的d-轨道的适当处理。
2012-01-04 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el physics.comp-ph
Invariant Wide Bandgaps in Honeycomb Monolayer and Single-Walled Nanotubes of IIB-VI Semiconductors
寻找具有独特电子性质的低维材料对于纳米尺度电子器件的发展具有重要意义。通过系统的第一性原理计算，我们发现IIB-VI族半导体（ZnO，CdO，ZnS和CdS）的二维蜂窝状单层和一维单壁纳米管的带隙几乎与手性无关，并且与直径有弱的相关性。电子结构分析表明，导带最低峰由阳离子的球对称$s$轨道贡献，价带最高峰由平面内$(d_{xy}-p_y)$和$(d_{x^2-y^2}-p_x)$杂化占据.这些电子态对曲率半径具有很强的鲁棒性，使得从蜂窝单层结构到单壁纳米管结构的带隙具有不变的特征。这些材料的禁带宽度在2.3 ~ 4.7 eV之间，在电子器件和光电子器件中具有潜在的应用价值。我们的研究表明，寻找和设计特定的电子结构可以促进探索未来应用的新型纳米材料的过程。
2018-03-22 cond-mat.mtrl-sci
Tunable bandgaps and excitons in doped semiconducting carbon nanotubes made possible by acoustic plasmons
半导体的掺杂在现代电子和光子器件中是必不可少的。虽然掺杂在体半导体中得到了很好的理解，但用于纳米电子和纳米光子应用的碳纳米管和纳米线的出现提出了一些关于低维掺杂的作用和影响的关键问题。在这里，我们表明，对于半导体碳纳米管，带隙和激子结合能可以显着降低实验相关的掺杂，并可以在较宽的能量范围内逐渐调整，相反，更高的维度系统。后者的功能是可能的一种新的机制，涉及强动态屏蔽效应介导的声等离子体。
2010-05-02 cond-mat.mtrl-sci
Bandgap and Band Offsets Determination of Semiconductor Heterostructures using Three-terminal Ballistic Carrier Spectroscopy
利用弹道电子和空穴的三端隧道发射，我们已经开发了一种方法来自洽地测量半导体的带隙和半导体异质结的带不连续性，而无需任何先决条件的材料参数。对晶格匹配的GaAs/AlxGa 1-xAs和GaAs/（AlxGa 1-x）0.51In 0.49P单势垒异质结进行了测量。在4.2 K下测量了AlGaAs和AlGaInP的带隙，分辨率为几meV。对于GaAs/AlGaAs界面，测得的伽马带偏移比为60.4：39.6（+/-2%）。对于GaAs/AlGaInP界面，该比率随Al摩尔分数而变化，并且更多地分布在价带中。一个非单调的Al组分依赖的GaAs/AlGaInP界面处的导带偏移观察间接间隙制度。
2009-04-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Idealizing Tauc Plot for Accurate Bandgap Determination of Semiconductor with UV-Vis: A Case Study for Cubic Boron Arsenide
针对Tauc图法因基线吸收导致半导体带隙测定误差的问题，提出先去除吸收光谱基线再构建理想化Tauc图的新方法，验证了其有效性并解决了立方砷化硼带隙值的报道差异。
2023-06-13 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Bandgaps and band bowing in semiconductor alloys
本文用一种快速、实用的方法计算了半导体合金的带隙和能带弯曲参数。该方法是一个介电缩放近似的基础上，一个近似。它增加了一个能移的带隙所提供的局域密度近似（LDA）的密度泛函理论（DFT）。能量位移由高频介电常数的倒数加权的材料无关常数组成。该方法的显著特点是通过紧束缚线性松饼-锡轨道（TB-LMTO）的格林函数（GF）在原子球近似（ASA）下快速计算合金的介电常数。当将其应用于高度失配的半导体合金（HMA）（如Zn Te $_x$ Se $_{1-x}$）时，该方法提供了与用LDA计算的带弯曲参数不同的带弯曲参数，这是由于高频介电常数也表现出弯曲。
2010-02-12 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Free-carrier screening unlocks high electron mobility in ultrawide bandgap semiconductor CaSnO$_3$
通过从头计算揭示自由载流子屏蔽可抑制CaSnO$_3$中的长程光学声子散射，提升声子限制迁移率，预测室温迁移率约为实验最高值的两倍，凸显其超宽禁带半导体应用潜力。
2025-08-30 cond-mat.mtrl-sci
Dimensional cross-over of the bandgap transition in quasi-two-dimensional MoS2
电子跃迁的各向异性是一个重要的物理性质，它不仅决定了材料的光学性质，而且揭示了所涉及的电子态的基本特征。在这里，我们使用动量分辨电子能量损失谱研究的演化的各向异性的电子跃迁涉及的低能量价电子在独立的二硫化钼系统的层厚度减少到单层。我们使用的取向和光谱密度分析表明，间接直接带隙转变是伴随着一个三维到二维各向异性交叉。这一结果为间接相变对厚度变化的敏感性大于直接相变提供了合理的解释。通过对间接跃迁能量的跟踪，我们还揭示了价带和导带对量子限域效应的非对称响应。我们的研究结果具有意义的原子薄二硫化钼未来的光电应用。
2014-09-04 cond-mat.mtrl-sci
2D ferroelectric narrow-bandgap semiconductor Wurtzite' type alpha-In2Se3 and its silicon-compatible growth
Shenyang National Laboratory for Materials Science, Institute of Metal Research, Chinese Academy of Sciences（中国科学院金属研究所沈阳材料科学国家实验室）；School of Materials Science and Engineering, University of Science and Technology of China（中国科学技术大学材料科学与工程学院）；School of Physical Science and Technology, Jiangsu Key Laboratory of Frontier Material Physics and Devices, Soochow University（苏州大学江苏省前沿材料物理与器件重点实验室物理科学与技术学院）；Collaborative Innovation Center of Extreme Optics, Shanxi University（山西大学极端光学协同创新中心）；Center for Quantum Matter, School of Physics, Zhejiang University（浙江大学物理学院量子物质研究中心）；Department of Mechanical Engineering, The University of Hong Kong（香港大学机械工程系）
本研究通过原位传输生长法实现了厘米级纤锌矿型α-In₂Se₃薄膜的制备，展示了其作为窄带隙铁电半导体在神经形态计算突触中的应用潜力。
2026-02-09 cond-mat.mtrl-sci
Colossal optical anisotropy in wide-bandgap semiconductor CuAlO2
Ulsan National Institute of Science and Technology（蔚山科学技术院）；Pusan National University（釜山国立大学）
本研究报道CuAlO2在可见光谱中展现出创纪录的巨大光学各向异性（双折射3.67，线性二色性5.21）和透明性，源于其独特结构及二维受限激子，为光子技术提供新候选材料。
2024-12-17 cond-mat.mtrl-sci
Tin monochalcogenide heterostructures as mechanically rigid infrared bandgap semiconductors
基于第一性原理的密度泛函计算，我们表明，SnS和SnSe层可以形成机械刚性异质结构的组分起皱或屈曲的单层。由于强的层间耦合，导带和价带边缘的电子波函数在异质结构上是离域的。所得的异质结构的带隙位于红外区域。在应变工程的作用下，异质结构的带隙在褶皱相中发生了由间接带隙向直接带隙的转变。结果表明，层状异质结构的电子波函数和机械刚度之间存在着直接的相关性。
2018-03-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Reversible Fluorination of Graphene: towards a Two-Dimensional Wide Bandgap Semiconductor
我们报告了石墨烯氟化物的合成和证据，石墨烯是一种二维宽带隙半导体。氟化石墨烯表现出六方晶序和强绝缘行为，在室温下电阻超过10 G $Ω$。氟化石墨烯中的电子输运通过由于带隙中的局域态的存在而在二维中的可变范围跳跃来很好地描述。通过还原氟化石墨烯获得的石墨烯是高度导电的，在室温下表现出小于100 k $Ω$的电阻率。我们的方法提供了一种新的途径，可逆工程的能带结构和导电性的石墨烯的电子和光学应用。
2010-05-01 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Benchmarking bandgap prediction in semiconductors under experimental and realistic evaluation settings
Centre for Machine Intelligence, University of Sheffield（智能研究中心，谢菲尔德大学）；School of Computer Science, University of Sheffield（计算机科学学院，谢菲尔德大学）；Climate Office, European Space Agency（气候办公室，欧洲航天局）；School of Mathematical and Physical Sciences, University of Sheffield（数学与物理科学学院，谢菲尔德大学）；School of Chemical, Materials and Biological Engineering, University of Sheffield（化学、材料与生物工程学院，谢菲尔德大学）
本文提出RealMat-BaG基准，评估模型在实验条件下可靠性，通过实验带隙数据和图神经网络对比，揭示当前带隙预测模型的泛化限制。
2026-04-28 cond-mat.mtrl-sci cs.AI
Effect of lattice distortions on the electron and thermal transport properties of transparent oxide semiconductor Ba1-xSrxSnO3 solid solution films
La掺杂的AsnO_3（A = Ba，Sr）由于其大的光学带隙和相对高的电子迁移率而具有作为先进透明氧化物半导体的巨大潜力。Ba_（1-x）Sr_xSnO_3固溶体的禁带宽度随x的增加从3.2eV（BaSnO_3）增加到4.6eV（SrSnO_3）。然而，带隙的增加伴随着电导率的降低。电性能变化的多功能性并不是微不足道的，并且性能优化一直具有挑战性。在这里，我们提出了一个简单的度量用于量化ASnO 3的传输特性。研究了Ba_（1-x）Sr_xSnO_3固溶体薄膜的电子输运和热输运性质及其与晶格畸变的关系。结果表明，Ba_（1-x）Sr_xSnO_3的所有输运性质都受晶格畸变的影响。这种现象是由于在SnO 6八面体，其中包括导带的扭曲。
2020-02-26 cond-mat.mtrl-sci
Direct growth of crystalline spinel GaON films: A wide-bandgap mixed-anion semiconductor
State Key Laboratory of Radio Frequency Heterogeneous Integration, College of Physics and Optoelectronic Engineering, Shenzhen University（深圳大学物理与光电工程学院射频异构集成国家重点实验室）；Physics Department, The Hong Kong University of Science and Technology（香港科技大学物理系）
该研究通过氮等离子体辅助脉冲激光沉积直接生长出晶态尖晶石γ-GaON薄膜，明确其室温带边跃迁约4.3 eV，为混合阴离子宽禁带半导体研究及异质结开发提供了基础。
2026-10-14 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Tip-induced nano-engineering of strain, bandgap, and exciton dynamics in 2D semiconductors
过渡金属二硫属化物（TMD）单分子膜的带隙、吸收和发射能量、光致发光（PL）量子产率、激子输运和能量转移的可调谐性为广泛的可调谐光子器件提供了一类新的功能。最近的应变工程方法使我们能够调整这些属性中的一些，但在纳米级的动态控制与实时和空间表征仍然是一个挑战。在这里，我们展示了一个动态的纳米机械应变工程的自然形成的皱纹在WSe 2单层，纳米光谱特性的实时调查，使用高光谱自适应尖端增强PL（a-TEPL）光谱。首先，我们通过具有<15 nm空间分辨率的高光谱a-TEPL纳米成像来表征纳米级皱纹，其通过在皱纹顶点处诱导的拉伸应变来揭示修改的纳米激子性质，例如，由于激子泛函的量子产率的增加，PL能量降低到~10 meV，以及由重新配置的电子能带结构引起的TEPL光谱的对称性变化。然后，我们通过原子力尖端控制，通过按压和释放皱纹顶点来动态地设计局部应变。这种纳米机械应变工程使我们能够以可逆的方式在纳米尺度上调节激子动力学和发射特性。此外，我们展示了一个系统的开关和调制平台的皱纹发射，这提供了一个新的策略，强大的，可调的，和超紧凑的纳米光源在原子薄的半导体。
2020-12-07 cond-mat.mtrl-sci
The record low thermal conductivity of monolayer Cuprous Iodide (CuI) with direct wide bandgap
二维材料由于其独特的物理性质而引起了人们的广泛关注。本文从最新的第一性原理出发，预测了p型宽带隙半导体γ-CuI（Cuprous Iodide）单层对应物的稳定结构。单层CuI在电子、光学和热输运性质方面具有多功能优势。具体而言，预测单层CuI的超低热导率为0.116 Wm-1 K-1，远低于γ-CuI（0.997 Wm-1 K-1）和其他典型半导体。此外，单层CuI的直接带隙为3.57 eV，比γ-CuI的直接带隙（2.95-3.1 eV）要大，这为CuI在纳米/光电子领域的应用提供了更好的光学性能。本研究中报道的单层CuI的超低热导率和直接宽带隙将使其在透明和可穿戴电子产品中具有潜在的应用。
2022-05-30 cond-mat.mtrl-sci
Semiconductor, topological semimetal, indirect semimetal, and topological Dirac semimetal phases of Ge$_{1-x}$Sn$_{x}$ alloys
用非局域经验赝势方法研究了Ge $_{1-x}$ Sn $_{x}$合金（0 $\leq$ $x$ $\leq$ 1）的电子结构.对于弛豫的Ge $_{1-x}$ Sn $_{x}$，发现$\textit x$ $>$ 41 $\%$在$Γ$点为拓扑半金属，具有无带隙和带反转，而在$x$ = 8.5 $\%$处存在间接-直接带隙跃迁.对于Ge衬底上的应变Ge $_{1-x}$ Sn $_{x}$，$x$ $>$ 43 $\%$出现具有负间接带隙的半金属，并且对于$x$ $<$ $\%$，Ge上的应变Ge $_{1-x}$ Sn $_{x}$总是间接带隙半导体。在适当的双轴压缩应变下，发现了拓扑狄拉克半金属，在$Γ$处有能带反转，沿[001]方向有一对狄拉克锥.
2017-02-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Indirect band gap semiconductors for thin-film photovoltaics: High-throughput calculation of phonon-assisted absorption
高性能材料的发现仍然是光伏研究中最活跃的领域之一。间接带隙材料构成了半导体化学空间的最大部分，但从第一性原理计算预测它们对PV应用的适用性仍然具有挑战性。在这里，我们提出了一个计算效率高的方法来考虑声子辅助吸收整个间接带隙，并用它来筛选127实验已知的二元半导体的潜在的薄膜光伏吸收。使用筛选描述符的吸收，载流子输运和非辐射复合，我们确定了28个潜在的候选材料。该列表包含20种间接带隙半导体，包括成熟的（3），新兴的（16）和以前未开发的（9）吸收材料。这些新化合物大多是富含负离子的硫族化合物（TiS $_3$，Ga $_2$ Te $_5$）和含同质元素键的磷化物（PdP $_2$，CdP $_4$，MgP $_4$，BaP $_3$），代表了光伏材料研究的新前沿。我们的工作突出了间接带隙材料的光电薄膜技术以前未开发的潜力。
2022-07-19 cond-mat.mtrl-sci
Two-dimensional antiferromagnetic semiconductor T'-MoTeI from first principles
二维本征反铁磁半导体是自旋电子学领域的一个重要研究对象。本文通过第一性原理计算发现单层T '-MoTeI本质上是一种反铁磁半导体。首先，Mo原子的二聚畸变使T '-MoTeI具有动力学稳定性，这与T-MoTeI的声子谱中的小虚频不同。第二，T '-MoTeI是具有1.35eV的间接带隙半导体。最后，在应变效应的系统研究中，电子结构和带隙都发生了显著的变化，但反铁磁基态不受影响。蒙特卡罗模拟预测T '-MoTeI的Neel温度为95 K。结果表明，单层T '-MoTeI可以是一个潜在的候选人自旋电子学应用。
2021-12-31 cond-mat.mtrl-sci
Pressure-induced phase transition and bandgap collapse in the wide-bandgap semiconductor InTaO4
结合同步辐射X射线衍射和金刚石对顶砧拉曼光谱测量以及从头计算，在13 GPa以上的压力下，发现了InTaO 4的压力诱导相变，并伴随着In和Ta配位数的增加.还进行了高压光吸收测量。高压相具有与低压相共享相同空间群（P2/c）的单斜结构。高压相的结构可以被认为是由空间群Pcna描述的正交结构的轻微变形。通过实验和计算观察到的相变与晶胞体积崩塌和电子带隙崩塌一起发生。此外，带交叉被发现发生在低压阶段接近7 GPa。所有的拉曼活性模式的压力依赖性的报告为两个阶段，以及单位电池参数和状态方程的压力依赖性。计算还提供了有关IR活性声子和键距的信息。这些发现提供了深入了解压力对InTaO 4的物理性质的影响。
2016-10-21 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
MoS2/MX2 heterobilayers: Bandgap engineering via tensile strain or external electrical field
我们对二维过渡金属二硫属化物（TMD）异质双层膜MX2/MoS 2（M = Mo，Cr，W，Fe，V; X = S，Se）的电磁性质进行了全面的第一性原理研究.对于M = Mo，Cr，W; X=S，Se，所有的异质双层显示半导体特性与间接带隙的WSe 2/MoS 2异质双层，保留了直接带隙特性的构成单层的例外。当M = Fe，V; X = S，Se时，MX_2/MoS_2异质双层膜具有金属性。本研究特别关注的是通过施加拉伸应变或外部电场来实现TMD异质双层材料的工程带隙。我们发现，随着双轴或单轴拉伸应变的增加，MX2/MoS 2（M=Mo，Cr，W; X=S，Se）异质双层膜都可以发生从超导体到金属的转变。对于WSe 2/MoS 2异质双层，直接到间接的带隙转变可能会发生超过临界双轴或单轴应变。对于M（=Fe，V）和X（=S，Se），当MX 2/MoS 2异质双层膜处于双轴拉伸应变下时，金属原子和硫族元素原子的磁矩均增强。此外，电场还可以降低MX 2/MoS 2（M=Mo，Cr，W; X=S，Se）异质双层膜的带隙。对于MSe_2/MoS_2（M=Mo，Cr）两个异质双层膜，PBE计算表明，在外加电场作用下，可能发生间接-直接带隙跃迁.这一转变归因于自发极化的增强。可调的带隙一般和可能的间接直接带隙转变由于拉伸应变或外部电场赋予的TMD异质双层材料的光电应用的可行的候选人。
2013-12-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Spin Polarization via Electron Tunneling through an Indirect-Gap Semiconductor Barrier
本文研究了以间接X（或D）极小值作为隧穿势垒的锌半导体中电子的自旋相关隧穿。穿过G势垒和穿过X势垒的基本区别是X点处两个自旋带的线性k自旋轨道分裂，而不是G点处的k3 Dresselhaus分裂。用密度泛函理论计算了几种半导体在X点的自旋分裂线性系数b，用势垒隧穿模型计算了输运特性。我们发现，透射系数以及自旋极化可以是大的，这表明这些材料作为自旋过滤器的潜在应用。
2005-05-10 cond-mat.mtrl-sci
