The electronic band structure and optical properties of boron arsenide
我们采用相对论准粒子自洽$GW$方法计算了硼砷化物的电子能带结构和光学性质，通过求解Bethe-Salpeter方程，考虑了电子-空穴相互作用.我们还用标准和混合密度泛函理论计算了它的电子和光学性质。我们表明，包括自洽性和顶点校正提供了实质性的改善，在计算的频带功能，特别是当我们的结果与以前的计算使用单发$GW$的方法和各种DFT方法，从其中一个相当大的分散在计算的间接和直接的带隙已被观察到。我们发现，BA具有1.674 eV的间接间隙和3.990 eV的直接间隙，与实验和其他可比的计算研究一致。混合DFT再现间接间隙以及，但提供不太准确的值为其他带的功能，包括自旋轨道分裂。我们计算的玻恩有效电荷和介电常数证实了这个III-V系统的不寻常的共价键合特性。
2019-06-06 cond-mat.mtrl-sci
Electronic structure and tunability of 2D hexagonal boron arsenide
群论和密度泛函理论的方法相结合，以获得紧凑和准确的$k\cdot p$哈密顿量，描述周围的$K$和$Γ$点的二维材料六方硼砷化物（h-BAs）的能带结构预测是一个重要的低带隙材料的电，热电和压电性能，补充了研究充分的二维材料六方氮化硼。卤化硼砷化物是一种直接带隙材料，在$K$点处具有带极值。带隙变为间接的，在受到强电场或双轴应变的$Γ$点处具有导带最小值。在甚至更高的电场强度（约0.75 V/ $Å$）或大应变（$14$ ~ 1%）下，2D六方硼砷化物变成金属。我们的$k\cdot p$模型包括了应变、电场和磁场的影响。优秀的定性和定量之间的协议密度泛函理论和$k\cdot p$预测证明了不同类型的应变和电场。
2019-05-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Thermal expansion coefficient and lattice anharmonicity of cubic boron arsenide
最近的测量一个不寻常的高热导率约1000 W m-1 K-1在室温下立方硼砷化物（BAs）确认从理论预测，并建议这种半导体化合物的热管理应用的潜在应用。材料的热膨胀系数和Grüneisen参数的知识有助于对其晶格非谐性的基本理解和评估其作为热管理材料的效用。然而，以前的理论计算的热膨胀系数和Grüneisen参数的BA产生不一致的结果。本文报道了从300 ~ 773 K的X射线衍射测量得到的BA的线性热膨胀系数。测量结果是在良好的协议与我们的从头计算，占原子相互作用的第五近邻。利用测得的热膨胀系数和比热，在300 K下得到BAs的Grüneisen参数为0.84 +/- 0.09，与从第一原理计算的值0.82非常一致，并且远低于先前的理论结果。我们的研究结果证实，BAs表现出更好的热膨胀系数匹配常用的半导体比其他高导热材料，如金刚石和立方氮化硼。
2019-06-14 cond-mat.mtrl-sci
Deep-potential enabled multiscale simulation of gallium nitride devices on boron arsenide cooling substrates
本文利用机器学习深度势能对BAs-GaN异质结构进行多尺度模拟，揭示其265 MW m⁻²K⁻¹的超高界面热导及晶粒尺寸与边界热阻的竞争关系，为高效散热电子器件设计提供新途径。
2024-01-24 cond-mat.mtrl-sci
Symmetry-breaking strain drives significant reduction in lattice thermal conductivity: A case study of boron arsenide
本文通过第一性原理计算发现单轴拉伸应变通过解除声子简并和软化声子谱显著增加三声子与四声子散射，使砷化硼晶格热导率在室温下降低近80%，为通过调控晶体对称性操纵热输运提供了新途径。
2025-07-19 cond-mat.mtrl-sci
Point defects and dopants of boron arsenide from first-principles calculations: donor compensation and doping asymmetry
我们应用混合密度泛函理论计算，以确定形成能量和热力学电荷跃迁水平的原生点缺陷，常见的杂质，和浅掺杂的BA。我们发现硼相关的缺陷如V_B、B_As、B_i-V_B复合物和反位对是主要的本征缺陷。由于V_B和B_As的受主型特性，期望天然BA呈现p型导电。在我们探索的常见杂质中，我们发现C替代缺陷和H杂质具有相对较低的形成能，并且可能贡献自由空穴。令人惊讶地发现间隙氢在中性电荷状态下也是稳定的。Be_B、Si_As和Ge_As是优良的浅受主，它们具有低的电离能（< 0.03 eV），其它点缺陷的补偿作用可以忽略不计。另一方面，诸如Se_As、Te_As、Si_B和Ge_B的施主具有相对大的电离能（~0.15 eV），并且可能被诸如B_As和V_B以及C_As、H_i和H_B的原生缺陷钝化。空穴和电子掺杂的不对称性源于导带由于其硼轨道特性而具有的重有效质量，以及补偿施主的硼相关本征缺陷。
2018-09-24 cond-mat.mtrl-sci
Photoluminescence mapping and time-domain thermo-photoluminescence for rapid imaging and measurement of thermal conductivity of boron arsenide
立方硼砷化物（BAs）由于最近实验证明的高于1000 W/mK的热导率\k{appa}而引起了更大的关注。然而，它的带隙还没有得到解决，缺乏一个简单而有效的方法来探测它的晶体质量。此外，传统的\k{appa}测量方法破坏性大、耗时长，无法满足快速筛选高\k{appa}材料的迫切需求。在我们实验建立了1.82 eV作为BAs的间接带隙并观察到室温带边光致发光后，我们开发了两种新的光学技术，可以提供快速和非破坏性的表征\k{appa}，样品制备很少：光致发光映射（PL映射）和时域热光致发光（TDTP）。PL-映射提供了几乎实时的晶体质量和毫米级晶体表面上的\k{appa}的图像;而TDTP允许我们拾取样品表面上的任何点，并使用纳秒激光脉冲测量其\k{appa}。这些新技术揭示了表观单晶不仅在\k{appa}中是不均匀的，而且还由非常不同的\k{appa}畴组成。由于PL-mapping和TDTP是基于带边PL及其对温度的依赖性，因此它们可以应用于其他半导体，从而为快速识别和开发高\k{appa}半导体材料铺平了道路。
2019-10-16 cond-mat.mtrl-sci
Impacts of Point Defects on Shallow Doping in Cubic Boron Arsenide: A First Principles Study
Idaho National Laboratory（爱达荷国家实验室）；Department of Mechanical Engineering, University of Utah（犹他大学机械工程系）
研究通过第一性原理方法分析点缺陷对立方硼砷化物p型和n型掺杂的影响，发现特定缺陷对掺杂有促进或抑制作用，为BAs基电子器件发展提供理论依据。
2024-11-08 cond-mat.mtrl-sci
One-particle and excitonic band structure in cubic Boron Arsenide
本文利用自洽多体微扰理论预测立方砷化硼的单粒子和激子能带结构，发现其单粒子性质与硅相似但价带质量变化异常小，并揭示暗激子可低至约1.5 eV，对光电子应用具有重要意义。
2023-05-26 cond-mat.mtrl-sci
Electronic and valleytronic properties of crystalline boron-arsenide tuned by strain and disorder
采用从头算密度泛函理论（DFT）和DFT+相干势近似（DFT+CPA）分别研究了面内应变和位对角无序对立方硼砷化物（BAs）电子结构的影响.它表明，拉伸应变和静态对角无序都降低了半导体的一个粒子带隙的BA，和V形的p带电子状态出现-使先进的valleytronics的基础上应变和无序的半导体体晶体。在双轴拉伸应变接近15%的价带线形相关的光电子学显示符合一个报告的GaAs在低能量。静态无序的作为网站上发挥的作用是促进p型导电性的无应变的BAs体晶体，与实验观察一致。这些发现阐明了半导体和半金属的电子自由度在晶体结构和晶格无序中的复杂和相互依赖的变化。
2022-12-18 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Persistent hot carrier diffusion in boron arsenide single crystals imaged by ultrafast electron microscopy
立方硼砷化物（BAs）由于其高导热性，在微电子热管理领域具有广阔的应用前景。最近，它作为光电材料的潜力也在探索中。然而，由于可用的高质量晶体尺寸小，测量其光载流子输运性质仍然具有挑战性。在这里，我们使用扫描超快电子显微镜（SUEM）直接可视化的光激发载流子在BA单晶的扩散。令人惊讶的是，我们观察到双极扩散在低的光通量与持续的热载流子动力学超过200皮秒，这可以归因于声学和光学声子之间的大的频率间隙，相同的功能，是负责高的热导率。在较高的光通量下，我们观察到自发的电子-空穴分离。我们的研究结果表明，BA是一种有吸引力的光电材料结合高的热导率和优良的光载流子输运性能。我们的研究还证明了SUEM探测新兴材料中光载流子传输的能力。
2022-06-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Boron Arsenide Heterostructures: Lattice-Matched Heterointerfaces, and Strain Effects on Band Alignments and Mobility
BAs是具有超高热导率的III-V族半导体，但其许多电子性质尚不清楚。本工作采用预测原子计算来研究BAs异质结构的性质，如应变对能带排列和载流子迁移率的影响，考虑BAs作为晶格匹配材料的薄膜和衬底。结果表明，应变使带隙减小，与方向和符号无关。此外，双轴拉伸应变增加了面内电子和空穴迁移率超过60%相比，由于电子有效质量和空穴带间散射的减少的未应变值。此外，BAs被证明是近晶格匹配的InGaN和ZnSnN 2，两个重要的光电子半导体与可调带隙合金和阳离子无序，分别。结果预测II型带对齐，并确定这两种材料与BA的绝对带偏移。BAs的超高热导率和本征p型特性与其高电子和空穴迁移率（可通过拉伸应变进一步增加）以及与本征n型InGaN和ZnSnN 2的晶格匹配和II型能带对准的组合展示了BAs异质结构用于电子和光电子器件的潜力。
2019-09-03 cond-mat.mtrl-sci
Strong Temperature Dependence of Thermal Conductivity in High-Purity Cubic Boron Arsenide
本文通过合成高纯度同位素富集c-BAs单晶，利用TDTR、布里渊/拉曼散射和TRM测量，揭示了其热导率在300-600 K间呈现比理论预测更强的1/T²温度依赖性，并发现高导热样品中仍存在缺陷。
2025-07-08 cond-mat.mtrl-sci
Thermal conductivity of boron arsenide above 2100 watts per meter per Kelvin at room temperature
本研究通过降低杂质浓度制备出室温热导率超2100 W/mK的砷化硼单晶，发现其热导率呈T^-1.8依赖关系，推动相关材料实验与理论研究发展。
2025-05-20 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Native point defects from stoichiometry-linked chemical potentials in cubic boron arsenide
点缺陷的存在通常会破坏半导体中的化学计量。例如，AB化合物中A位上的空位使晶体富含B。当化学计量比改变时，化学势也改变。虽然流行的第一性原理方法提供了显着的洞察点缺陷的特点，在一个透明的方式，晶体化学计量和化学势之间的关键联系，通常没有。然而，对化学势的特别选择可能导致在某些费米能级范围内的非物理负形成能，以及电荷平衡的问题。在这里，我们制定了一个规范的框架，描述了每个元素的化学势是如何直接链接到（非）化学计量条件下的晶体的组成，而不是特设假设的化学势是在一定的生长条件下的元素限制。因此，在带隙内化学势随费米能级变化，形成能为正。使用这样的方法，我们目前的$ab$ $initio$的结果，本征点缺陷的BA，具有超高的室温热导率的半导体。我们发现，反位是非化学计量比材料的本构缺陷，而B $_\mathrm{As}$反位和B空位占主导地位的化学计量比材料。我们进一步讨论的热力学平衡和电荷中性点的BAs根据我们的化学计量确定的化学势。如前所述，我们的工作提供了一种更适用和更容易获得的方法来解决半导体中的缺陷形成能，特别是那些通常看到负形成能的宽禁带半导体。
2021-02-19 cond-mat.mtrl-sci
Thermal Conductivity above 2000 W/m.K in Boron Arsenide by Nanosecond Transducer-less Time-Domain Thermoreflectance
该研究通过新开发的纳秒无传感器时域热反射技术，在高质量立方砷化硼中测得室温热导率超过2000 W/m·K，与金刚石相当，挑战了现有理论模型，并展示了其在下一代电子器件中的应用潜力。
2025-05-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Activated lone-pair electrons lead to low lattice thermal conductivity: a case study of boron arsenide
降低导热系数（$κ$）是提高热电性能的有效途径，可实现热能直接固态转化为电能，在废弃物资源再利用方面具有重要的应用价值。在这项研究中，我们提出了一种有效的方法来实现低$κ$通过引入孤对电子或使孤对电子立体化学活性通过键纳米设计。作为案例研究，通过在三维立方砷化硼（c-BA）的（111）横截面处切割，由于立体化学活化的孤对电子，在所得的石墨烯类BA（g-BA）的二维系统中，$κ$降低了一个以上的数量级。类似的概念也可以扩展到其他含有BAs以外孤对电子的体系，如III-V族化合物，其中发现二元化合物的$κ$调制与电负性差之间存在很强的相关性，因此，孤对电子与小的电负性差结合可能是通过键纳米设计来改变配位环境以降低$κ$的指标。所提出的实现低$κ$的方法和本研究中揭示的潜在机制将在很大程度上有利于设计具有改进性能的热电器件，特别是在未来的研究中，涉及新材料的能源应用。
2019-03-31 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Exceptional Optical Phonon Coherence in Enriched Cubic Boron Arsenide via Suppression of Three-Phonon Scattering
Rice University（莱斯大学）；University of Houston（休斯顿大学）；Texas Tech University（德克萨斯理工大学）
研究揭示了富集立方硼砷中光学声子相干性的提升，通过抑制三声子散射，实现了高纯度下的高品质因子声子相干性，为理解声子散射机制提供了关键见解。
2026-03-11 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Ultrahigh interfacial thermal conductance for cooling gallium oxide electronics using cubic boron arsenide
该研究通过机器学习势与非平衡分子动力学计算β-Ga₂O₃/cBAs界面热导，并结合有限元模拟，证明cBAs可凭借超高热导率和界面热导高效冷却氧化镓器件。
2025-02-11 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
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
Higher-Order-Phonon Scattering Governs Targeted Control of Heat Conduction in Bulk Boron Arsenide
Huazhong University of Science and Technology（华中科技大学）；National University of Defense Technology（国防科技大学）
通过第一性原理计算和声子玻尔兹曼输运分析，研究了定向声子激发对bulk硼砷热导率的强频率依赖性调控，揭示四声子散射对热导率抑制的关键作用。
2026-06-09 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Basic Physical Properties of Cubic Boron Arsenide
立方砷化硼（BAs）是一种新兴的半导体材料，具有创纪录的1300 W/mK的高热导率。然而，BA的许多基本性质仍然未经实验探索。在这里，第一次，我们报告了系统的实验测量的重要物理性质的BA，包括带隙，光学折射率，刚度，弹性模量，剪切模量，泊松比，热膨胀系数，和热容。特别地，使用光吸收和法布里-珀罗干涉来测量室温下1.82 eV的光学带隙和3.29（657 nm）的折射率。基于超快光泵浦探测光谱的皮超声波方法被用来测量326 GPa的高弹性模量，这是硅的两倍。此外，温度相关的X射线衍射被用来测量线性热膨胀系数为3.85 x10 ^-6/K;这个值非常接近原型半导体，如GAN，这强调了BA用于冷却高功率和高频电子器件的前景。我们还进行了从头算理论计算，并观察到良好的协议之间的实验和理论结果。重要的是，这项工作的目的是建立一个数据库（表I）的基本物理性质的BA与期望，这种半导体将激发广泛的研究和应用在电子，光子学和力学。
2019-11-25 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Characterization of Lattice Thermal Transport in Two-Dimensional BAs, BP, and BSb: A First-Principles Study
自从Lindsay等人从理论上预测了立方硼砷化物（c-BAs）的高热导率以来，c-BAs的热导率一直是一个难题。在2013年，无数的研究都集中在这种特殊的材料上。最近，c-BA已被实验证实具有约1，100 W/m-K的热导率。在这项研究中，我们研究了很少研究的二维六方结构的砷化硼（h-BAs）使用第一性原理方法和解决玻尔兹曼输运方程的声子。传统上，高热导率材料的良好指标是其高德拜温度和高声子群速度。然而，我们确定的h-BAs有一个更低的德拜温度和平均声子群速度相比，其他单层硼-V化合物的氮化硼（h-BN）和磷化硼（h-BP），但奇怪的是，它具有较高的热导率。进一步的研究表明，这是由于大的质量不平衡引起的声子频率间隙，这导致了受限的Umklapp声子-声子散射通道，从而导致更高的热导率。我们确定的单层h-BA的固有晶格热导率为362.62 W/m-K在室温下，这是相当高的相比，其他单层硼-V化合物的h-BN（231.96 W/m-K），h-BP（187.11 W/m-K），和h-BSb（87.15 W/m-K）。这项研究为研究一类新的单层结构及其所具有的性质打开了大门。
2018-11-14 cond-mat.mtrl-sci
BAs and boride III-V alloys
砷化硼是III-V族砷化物系列BAs-AlAs-GaAs-InAs中最常被忽略的一员，它的电子结构与硅相似：其γ导带底是类p型（γ_15），而不是类s型（γ_1c），具有类X_1c的间接带隙，其键电荷几乎均匀地分布在晶胞中的两个原子上，表现出近乎完美的共价性。其原因可以追溯到硼中极低的原子p轨道能量，以及相对于大多数其他III-V族化合物，BA中异常强烈的s-s排斥。我们发现出乎意料的价带偏移的BA相对于GaAs和AlAs。BAs的价带最大值（VBM）显著高于AlAs，尽管BAs的键长小得多，GaAs的VBM仅略高于BAs。这些效应是由VBM处阳离子和阴离子状态的异常强烈混合引起的。对于BAs-GaAs合金，我们发现（i）相对较小（~3.5 eV）且与成分无关的带隙弯曲。这意味着，虽然向GaAs中加入少量的氮降低了带隙，但向GaAs中加入少量的硼提高了带隙（ii）导带中的硼“半定域”态（类似于GaN-GaAs合金中的那些），以及（iii）比GaN-GaAs合金中更小的体混合势垒。硼化物III-V合金的独特特性为带隙工程提供了新的机会。
2000-09-05 cond-mat.mtrl-sci
Phonon-Mediated Quasiparticle Lifetime Renormalizations in Few-Layer Hexagonal Boron Nitride
本研究在惰性宽禁带半导体少层六方氮化硼（hBN）中发现声子介导的显著电子质量增强效应，该效应影响π带态寿命且与单、多声子散射一致，揭示了新型多体态，对hBN基器件有重要意义。
2023-08-26 cond-mat.mtrl-sci
A comparative study of the thermoelectric performance of graphene-like BX (X= P, As, Sb) monolayers
采用第一性原理计算和玻尔兹曼理论研究了类石墨烯磷化硼（BP）、砷化硼（BAs）和锑化硼（BSb）单层的电子和声子输运性质.通过考虑声子-声子散射和电子-声子散射，我们证明了BAs和BSb单分子膜中强的键非谐性可以显著地抑制声子的弛豫时间，但几乎不影响电子的弛豫时间.因此，这两个系统表现出可比的功率因数与BP单层，但低得多的晶格热导率。因此，在优化的载流子浓度下，在BAs和BSb单层中可以实现高于3.0的最大ZT值。有趣的是，在BSb单层中沿着扶手椅方向观察到非常相似的p型和n型热电性能，这在具有可比效率的热电模块的制造中至关重要。
2019-02-28 cond-mat.mtrl-sci
Optoelectronic Properties and Excitons in Hybridized Boron Nitride and Graphene Hexagonal Monolayers
本文用密度泛函理论、GW和Bethe-Salpeter方程计算解释了碳-硼氮化物（CBN）杂化单分子膜的电子带隙和光吸收谱的性质。CBN的光电性能的结果从整体单层能带结构，其准粒子状态的控制由C域的大小和谎言在单独的能量为C和BN没有显着的混合在带边，证实了存在强烈的约束明亮的激子状态本地化的C域。由此产生的吸收光谱显示出两个显着的峰，其能量和相对强度随组合物在协议的实验，与大的补偿准粒子和激子修正相比，DFT计算。带隙和光吸收不受单层组合物调节，通常用于大块半导体合金，并且不能被理解为块状C和BN域的性质的叠加，如最近的实验所建议的。
2012-04-06 cond-mat.mtrl-sci
High thermal conductivity of high-quality monolayer boron nitride and its thermal expansion
热管理变得越来越重要，特别是在小型化的现代设备中，因此探索具有电绝缘和良好机械性能的高导热材料具有重要意义。在这里，我们报告说，高品质的单层氮化硼（BN）在室温下的热导率（\k{appa}）为751 W/mK。虽然小于石墨烯，但该值大于立方氮化硼（cBN），仅次于金刚石和最近发现的立方硼砷化物（BAs）。如果考虑密度，单层BN在所有半导体和绝缘体中具有第二大的每单位重量的\k{appa}，仅次于金刚石。原子级薄BN的\k{appa}随厚度增加而减小。我们的大规模分子动力学模拟使用Green-Kubo形式准确地再现了这一趋势，和密度泛函理论（DFT）计算揭示了主要的散射机制。在300-400 K的单层到三层BN的热膨胀系数（TEC）也进行了实验测量，结果是原子从头算DFT计算在更宽的温度范围内。由于其宽带隙、高导热性、出色的强度、良好的柔性以及优异的热稳定性和化学稳定性，原子级薄BN是散热应用的强有力候选者，特别是在下一代柔性电子器件中。
2019-03-26 cond-mat.mtrl-sci
The influence of high-energy local orbitals and electron-phonon interactions on the band gaps and optical spectra of hexagonal boron nitride
本文报道了六方氮化硼（$h$-BN）的$ab$ $initio$能带图和吸收光谱，着重讨论了$GW$计算基组的完备性以及电子-声子相互作用（EPI）对它们的影响。基组的完备性是$h$ -BN光谱计算中很少讨论的问题，但在计算中发现基组的完备性对提供收敛的准粒子带隙是至关重要的。在三个不同的代码之间的比较中，我们表明，通过在基于全电子线性缀加平面波的$GW$计算中包括高能局域轨道，准粒子直接和基本间接带隙加宽了$\sim$ 0.2 eV，在$GW_0$水平上分别给出6.81 eV和6.25 eV的值。另一方面，EPI使它们在0 K时分别降低到6.62 eV和6.03 eV，在300 K时分别降低到6.60 eV和5.98 eV。对于钳位晶体结构，吸收光谱的第一个峰位于6.07 eV处，源自布里渊区中$K$周围的电子跃迁所贡献的直接激子。在Bethe-Salpeter方程中加入重整化准粒子后，激子-声子耦合使300 K时的第一个峰移到5.83 eV，低于实验值$\sim$ 6.00 eV.对于没有拟合参数的激发态的$ab$ $initio$描述，该精度是可接受的。
2020-05-24 cond-mat.mtrl-sci
Huge excitonic effects in layered hexagonal boron nitride
用全电子GW近似计算了块状六方氮化硼的准粒子能带结构，结果表明该化合物是一种间接带隙半导体。用电子-空穴双粒子格林函数的Bethe-Salpeter方程的解计算了它的光谱，结果与已有的实验数据符合得很好。对带隙内的激子结构进行了详细的分析，发现激子属于Frenkel类，并被紧紧地限制在层内。计算的激子结合能比Watanabe { \it et al}使用Wannier模型解释他们的实验结果并假设h-BN是直接带隙半导体得到的激子结合能大得多。
2005-03-16 cond-mat.mtrl-sci
Excitons and Many-Electron Effects in the Optical Response of Single-Walled Boron Nitride Nanotubes
利用第一性原理计算研究了准粒子自能和电子-空穴相互作用对单壁BN纳米管光学性质的影响。激子效应被证明是更重要的BN纳米管比碳纳米管。电子-空穴相互作用产生亮（和暗）激子的复合物，其定性地改变光学响应。在（8，0）BN纳米管中发现了束缚能大于2 eV的激子。此外，与碳纳米管不同，理论预测这些激子态由来自几个不同子带对的跃迁的相干假设组成，从而产生新颖的行为。
2005-08-29 cond-mat.mtrl-sci
Diffusion quantum Monte Carlo and GW study of the electronic properties of monolayer and bulk hexagonal boron nitride
采用扩散量子蒙特卡罗（DMC）和多体$GW$方法计算了单层和块状六方氮化硼（hBN）的电子带隙。我们发现单层带隙是间接的。$GW$在单激发$G_0W_0$和部分自洽的$GW_0$水平上预测了小得多的准粒子能隙。相比之下，在$GW_0$计算之上求解Bethe-Salpeter方程会产生与DMC值非常一致的直接激子在$K$点处的激子结合能。振动重整化的电子带隙被发现是显着的单层和散装。考虑到振动效应，DMC高估了体相hBN的带隙，而$GW$理论低估了它。
2020-04-22 cond-mat.mtrl-sci
Thermal expansion coefficients of high thermal conducting BAs and BP materials
最近报道的立方砷化硼（BAs）和磷化硼（BP）晶体中的非常高的热导率可能为高功率密度器件的热管理提供革命性的解决方案。为了充分促进这种应用，需要考虑散热器和器件衬底之间的相容的热膨胀系数（CTE），以使热应力最小化。在这里，我们报告了我们的实验CTE的BA和BP的温度范围从100至1150 K，通过X射线单晶衍射和中子粉末衍射相结合的研究。我们证明了室温CTE，对于BA为3.6 $\pm$ 0.15 $\times$ 10 E-6/K，对于BP为3.2 $\pm$ 0.2 $\times$ 10 E-6/K，与金刚石相比，与大多数半导体（包括Si和GaAs）更相容，因此可以是未来电力电子器件中散热器材料的更好候选者。
2019-06-10 cond-mat.mtrl-sci
Photoluminescent properties of the carbon-dimer defect in hexagonal boron-nitride: a many-body finite-size cluster approach
我们研究了碳二聚体缺陷在六方氮化硼单层使用GW和Bethe-Salpeter多体微扰理论在有限尺寸集团的方法。虽然准粒子的能量收敛非常缓慢，系统的大小，由于缺少远程偏振效应，光学激发收敛得更快，与$1/R^3$标度律相对于集群的平均半径。我们获得了4.36 eV的发光零声子能量，其中包括显着的0.13 eV零点振动能和0.15 eV重组能贡献。层间屏蔽使发射能量进一步降低约0.3eV。这些结果支持最近确定的替代碳二聚体的零声子4.1 eV的发光线的可能来源。最后，GW准粒子的能量外推到无限的h-BN单层的限制，导致预测的缺陷HOMO-LUMO光电子能隙为7.6 eV。与光学间隙的比较产生了一个非常大的激子结合能为3 eV的相关本地化的Frenkel激子。
2021-09-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Band gaps in incommensurable graphene on hexagonal boron nitride
设计出打开石墨烯带隙的方法，使电荷载流子质量有限，这对许多应用来说都是至关重要的。最近在六方氮化硼（h-BN）上使用石墨烯的实验提供了诱人的暗示，即与衬底的弱相互作用足以打开间隙，这与早期的发现相矛盾。使用多体微扰理论，我们发现，小观察到的差距是什么后，一个更大的潜在的准粒子间隙被抑制的不可逆性。这种抑制对石墨烯与衬底分离距离的小调制的敏感性表明了暴露更大的底层间隙的方法。
2014-05-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Thermal Conductivity of BAs under Pressure
由于砷化硼（BAs）特殊的声子色散，其热导率被认为受声子散射选择规则的影响。压缩的BA导致显着的变化，声子色散，这使得测试的第一原理理论的声子色散如何影响三，四声子散射率。这项研究报告的导热系数从0到30 GPa的BA。用金刚石对顶砧装置测量了BA的热导率与压力的关系。与典型的非金属晶体形成鲜明对比的是，观察到BA具有低于30 GPa的压力无关的热导率。非金属晶体的热导率通常在压缩时增加。不寻常的压力独立的BAs的热导率显示声子色散特性和三，四声子散射率之间的重要关系。
2023-02-16 cond-mat.mtrl-sci
Ab initio determination of ultrahigh thermal conductivity in ternary compounds
发现具有高导热性的新材料一直是一个关键的研究前沿，并受到从热管理到能源科学等许多重要技术应用的推动。在这里，我们已经严格调查的基本晶格振动光谱在三元化合物，并确定了热导率使用预测从头算方法。本文系统地研究了B-X-C（X = N，P，As）群的声子输运随晶体结构和高阶非谐性的变化规律。我们的计算发现，通过强碳-碳键合，室温热导率高达2100 W/mK，超过了大多数常见材料和最近发现的砷化硼。这项研究为热导率的原子设计提供了基本的见解，并为寻找复杂化合物结构的新材料提供了机会。DOI：10.1103/PhysRevB.103.L041203
2021-04-16 cond-mat.mtrl-sci
High phonon-limited mobility of BAs under pressure
最近的实验报道，在立方砷化硼晶体（BAs）中观察到~1000 W/mK的高热导率。为了拓展其应用范围，我们采用第一性原理计算研究了BAs族声子限制的电子输运和压力调制效应。在电子掺杂的情况下，BAs、AlAs和AlSb在BSb中表现出高频光学声子和电子之间的耦合以及低频声学声子之间的耦合。而BAs的电子-声子耦合最弱，因此具有较高的N型载流子迁移率（1740 cm ^2/Vs）。引入压力后，声子谱比电子结构有更明显的变化。声子在压力作用下硬化，导致电子-声子耦合减弱。结果表明，在50 GPa的压力下，BAs的迁移率可以提高到4300 cm^2/Vs，这对当前的半导体工业具有重要意义。
2018-10-26 cond-mat.mtrl-sci
Finite temperature optoelectronic properties of BAs from first principles
砷化硼（BAs）的高导热性使其成为一种有前途的材料，用于热管理是核心的光电应用。在本工作中，我们研究了BAs的有限温度光电性质，同时考虑了电子-声子耦合和热膨胀。包含电子-声子耦合证明了捕获材料的光电性质的温度依赖性是必要的，而由于BA的高度共价键合特性，热膨胀的贡献可以忽略不计。我们预测，随着温度的升高，光学吸收开始受到红移，吸收峰变得更平滑，声子辅助吸收的能量低于那些的光学间隙具有一个系数，位于范围$10^{-3}$到$10^{-4}$ cm $^{-1}$。我们还表明，良好的协议与测量的BAs的间接带隙只有获得准确的交换，电子-声子耦合，自旋-轨道耦合效应都包括在计算中。
2019-06-05 cond-mat.mtrl-sci
Excitons in few-layer hexagonal boron nitride: Davydov splitting and surface localization
六方氮化硼（hBN）因其强激子效应而受到人们的广泛关注。考虑到少层系统，我们从理论上研究了层数对准粒子能量，吸收光谱和激子态的影响，特别关注最低束缚激子的Davydov分裂。我们描述了层间相互作用以及作为层数$N$的函数的电子屏蔽的变化如何影响电子和光学性质。使用两个\textit{ab initio}模拟和紧束缚模型的有效哈密顿描述的激子，我们详细描述的激子波函数的对称性和选择规则，他们耦合到入射光。我们发现，对于$N > 2$，人们可以区分表面激子，主要是本地化的外层和内部激子，导致分裂激子状态之间的能量分离的不对称性。特别是，束缚表面激子的能量低于其内部对应物。此外，这使我们能够显示层厚度如何影响吸收光谱的形状。
2018-03-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Ultrahigh thermal conductivity in hexagonal BC6N- An efficient material for nanoscale thermal management- A first principles study
具有高导热性的工程材料对于微/纳米电子中的有效散热具有根本意义。使用第一原理计算，我们报告了六方纯（天然）BC 6 N（h-BC 6 N）的超高热导率为2090 Wm-1 K-1（1395 Wm-1 K-1）。该值是在金刚石和立方砷化硼之后已知的最高热导率之一。这种超高的晶格热导率（k）主要归因于由强C-C和B-N键以及组成元素如硼（B）、碳（C）和氮（N）的轻原子质量产生的声学和光学声子的高声子群速度。我们还报告的h-BC 6 N纳米结构的尺寸依赖的热导率，包括边界散射。在室温（300 K）和100 nm的纳米尺度长度（L）下，观察到175 Wm-1 K-1的高k值（高于硅的体k值）。具有大群速度的光学声子主要负责h-BC 6 N纳米结构中的这种高热导率。h-BC 6 N的高热导率使其成为微/纳米热管理应用中散热的候选材料。
2021-07-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Semianalytical study of excitons and quasiparticle band gap in two-dimensional insulators
在紧束缚近似下，对二维六方氮化硼单层膜中激子的束缚能进行了理论研究。导出了带间电子-空穴传播子的自洽方程，并在长波长范围内近似为标准氢原子的薛定谔方程。结果表明，在阶梯项中加入动态屏蔽库仑相互作用对正确描述激子结合能是至关重要的。这导致了自洽的本征值问题与动态屏蔽。研究了激子能量与轨道量子数的关系。我们预言，对于固定的主量子数，具有高轨道动量的态比具有低轨道动量的态具有低能量。利用导出的公式和实验光学带隙估算了准粒子带隙。在高极化率的限制下，采用半经典方法计算了激子的结合能。的TBA参数化支持从头计算。
2018-03-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Quasiparticle states of hexagonal BN: A van der Waals density functional study
本文通过KI-CX方法研究六边形氮化硼的准粒子态，发现其在能量描述和与GW研究的一致性方面有所改进。
2025-11-21 cond-mat.mtrl-sci
Breaking a Bloch-wave interferometer: quasiparticle species-specific temperature-dependent nonequilibrium dephasing
本文通过调节温度研究块状砷化镓中高阶边带生成的退相干依赖性，发现边带强度而非偏振随温度变化，并分离提取了不同电子-空穴对与声子相关的非平衡退相干系数。
2023-06-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Slow Thermalization and Long-Lived Coherence across Acoustic Phonon Branches in BAs
University of California, Santa Barbara（加州大学圣塔芭芭拉分校）；University of Houston（休斯顿大学）；SLAC National Accelerator Laboratory（斯坦福直线加速器中心）
本研究通过时间分辨X射线漫散射揭示BAs中声学声子支的慢热化（TA为29.2皮秒，LA为13.9皮秒）及长寿命相干性，直接证明了其弱声子散射机制，解释了其超高热导率。
2026-09-15 cond-mat.mtrl-sci
Delocalization of Quasiparticle Moiré States in Twisted Bilayer hBN
研究扭曲双层hBN中准粒子莫尔态的离域化，发现大扭曲体系中非局域长程相互作用无法用局部堆叠描述，带隙变化呈现多个随扭曲角变化的最小值，中等角度下带边QP杂化受抑制，最大体系中两个局部最小值简并。
2024-06-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Giant spin-splitting and gap renormalization driven by trions in single-layer WS$_2$/h-BN heterostructures
在二维（2D）半导体过渡金属二硫属化物（TMD）中，新的电子现象如可调谐带隙和强束缚激子和三重子出现于强多体效应，超出自旋-轨道耦合和晶格自旋诱导的自旋和谷自由度。将单层（SL）TMD与范德华异质结构中的其他2D材料相结合，提供了一种通过这些多体效应控制电子特性的有趣方法。在这里，我们采用微聚焦角分辨光电子能谱（microARPES）和原位表面掺杂来操纵六方氮化硼（WS $_2$ /h-BN）上的SL WS $_2$的电子结构。电子掺杂后，我们观察到SL WS $_2$价带（VB）自旋轨道从430 meV分裂到660 meV的一个意想不到的巨大重整化，以及至少325 meV的带隙减小，这归因于三电子准粒子的形成.这些研究结果表明，电子，自旋电子和激子性能是广泛的调谐在二维TMD/h-BN异质结构，因为这些是密切相关的准粒子动力学的材料。
2018-01-31 cond-mat.mtrl-sci
Remarkable band gap renormalization via dimensionality of the layered material C3B
采用密度泛函理论和GW近似研究了石墨碳硼化合物C3B的电子结构性质。我们发现，在一个温和的准粒子带隙为2.55 eV的单层C3B相比，计算出的准粒子带隙的完美堆叠体相C3B是小至0.17 eV。因此，我们的研究结果表明，层状材料C3B表现出一个显着的大的带隙重整化超过2.3 eV，由于层间耦合和屏蔽效应，提供了一个单一的材料具有非凡的带隙可调性。单层C3B的准粒子带隙也超过1.0 eV大于C3N，一个密切相关的二维半导体。近边电子态的详细检查显示，C3 B的导带和价带边分别由面外和面内电子态形成，这表明通过调制面内和面外相互作用来分别调谐这种层状材料的带边的有趣的可能性。
2020-06-11 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Insight into the effect of force error on the thermal conductivity from machine-learned potentials
本研究通过MD和LD模拟，系统研究了机器学习势中力误差对热导率的影响，发现MD低估热导率并提出基于朗之万恒温器的外推修正方案，修正结果与实验一致。
2024-11-07 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Non-equilibrium BN-ZnO: Optical properties and excitonic effects from first principles
氧化锌（ZnO）的非平衡氮化硼（BN）相已被报道用于薄膜和纳米结构，然而，由于持续的争议，阻止了其原子坐标的实验结果和第一原理结果的协调，因此其性质并没有得到很好的理解。我们使用第一性原理理论光谱学来精确计算电子和光学性质，包括单准粒子和激子效应：使用密度泛函理论，混合泛函和$GW$近似计算能带结构和态密度。通过求解光学偏振函数的Bethe-Salpeter方程，计算了精确的光学吸收谱和激子结合能。使用这些数据，我们表明，BN-ZnO和纤锌矿（WZ）ZnO之间的带隙差异同意非常好的实验时，使用的理论晶格几何形状，但显着不同意的实验原子坐标。我们还表明，BN-ZnO的光学各向异性显着不同的WZ-ZnO，允许光学区分这两种多晶型。通过使用传输矩阵法求解由这两种多晶型物组成的薄膜的麦克斯韦方程组，我们说明，这开辟了一条有前途的路线，用于调谐光学性质。
2017-12-19 cond-mat.mtrl-sci
Uniaxial stress tuning of interfacial thermal conductance in cubic BAs/4H-SiC heterostructures
利用近第一性原理精度的机器学习势和非平衡分子动力学，研究 cBAs/4H-SiC 界面热导，发现 B-C 键合及垂直单轴应力可显著提升 ITC。
2025-06-14 cond-mat.mtrl-sci
Transferable screened range-separated hybrid functionals for electronic and optical properties of van der Waals materials
本研究针对固态屏蔽范围分离杂化（SRSH）泛函向低维结构的可迁移性问题，以体相和单层范德华材料的带边准粒子能量为拟合目标确定泛函参数，实现了媲美多体微扰理论的电子与光学性质计算精度，且参数对双层结构也具备可迁移性。
2023-05-22 cond-mat.mtrl-sci
Substrate Effect on Excitonic Shift and Radiative Lifetime of Two-Dimensional Materials
衬底对二维材料的光电性能有很大的影响，二维材料已经成为奇异物理现象和突出应用的有前途的平台。为了可靠地解释实验结果并预测2D界面的这种效应，精确描述电子相关性和电子-空穴相互作用的理论方法是必要的，如第一性原理多体微扰理论。在我们以前的工作[Phys. Rev. B 102，205113（2020）]中，我们开发了倒易空间线性插值方法，该方法可以在GW近似水平上考虑衬底屏蔽对任意晶格失配界面的影响。在这项工作中，我们应用这种方法来研究衬底效应对激子激发和复合的二维材料通过求解Bethe-Salpeter方程。我们预测的非刚性位移的1 s和2s激子峰由于基板屏蔽，在极好的协议与实验。通过二维氢模型和准粒子带隙与激子结合能的线性关系，揭示了其物理机制。最后，我们计算了不同衬底的单层六方氮化硼在零温和室温下的激子辐射寿命，以及WS 2的激子辐射寿命，与实验寿命吻合得很好。我们的工作回答了二维界面激子性质的衬底效应的重要问题。
2021-03-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
