Scalable covalently functionalized black phosphorus hybrids for broadspectrum virucidal activity
本研究开发了可规模化、可生物降解的黑磷共价功能化杂化物，通过P=N键及岩藻多糖和疏水链实现不可逆病毒失活，对多种病毒包括SARS-CoV-2变体具有完全杀病毒活性，兼具高生物相容性和至少五个月货架稳定性，为广谱抗病毒提供新方案。
2025-10-14 cond-mat.mtrl-sci physics.med-ph
Interface Dipole and Band Bending in Hybrid p-n Heterojunction MoS2/GaN(0001)
基于块状GAN和二维（2D）材料的混合异质结构为具有工程特征的纳米电子器件提供了新的途径。在这里，我们研究了混合维异质结构的电子特性的本征n掺杂的二硫化钼薄片转移到p掺杂的GAN（0001）层。利用角分辨光电子能谱（ARPES）和高分辨X射线光电子能谱（HR-XPS）研究了MoS 2/GAN异质结构中层间相互作用引起的电子结构变化。特别是，观察到的价带相对于费米能级的位移的MoS 2/GAN异质结构，这是从二维单层的MoS 2到GAN的电荷转移的签名。ARPES和HR-XPS揭示了一个界面偶极子与局部电荷转移从GAN层的二硫化钼单层。MoS 2和GAN之间的价带和导带偏移被确定为分别为0.77和-0.51 eV。基于测得的功函数和能带弯曲，我们建立了GAN和MoS 2之间的0.2 eV的界面偶极子的形成。
2018-06-08 cond-mat.mtrl-sci
Hybrid density functional study of optically active Er$^{3+}$ centers in GaN
理解掺铒GAN的发光需要详细了解稀土掺杂剂和氮化物基质之间的相互作用，包括基质材料中可能存在的本征缺陷和其他杂质。我们解决这个问题，通过第一性原理混合密度泛函研究的结构，能量，和过渡水平的Er杂质和它的配合物与N和Ga的空缺，取代C和O杂质，和H的纤锌矿GAN。我们发现，在材料的内部，Er $_{\rm Ga}$是占主导地位的Er $^{3+}$中心的形成能量为1.55 eV的; Er $_{\rm Ga}$ - $V_{\rm N}$具有深施主能级在0.61 eV，可以帮助能量转移到4 $f$ -电子核心。在掺Er的GAN中，多个光学活性Er $^{3+}$中心是可能的。
2015-11-12 cond-mat.mtrl-sci
Hybrid density functional theory study on zinc blende GaN and diamond surfaces and interfaces: Effects of size, hydrogen passivation and dipole corrections
基于GAN的高电子迁移率晶体管在许多器件应用中显示出希望，这使得需要体、表面和界面电子特性的精确模型。我们在这里详细的混合密度泛函理论研究锌掺杂（zb）GAN和金刚石的体和表面性质，以及zb GAN在金刚石界面上使用平板超晶胞模型。提供的细节上的依赖性的电子特性相对于超晶胞尺寸，使用伪氢钝化底部GAN层，和偶极子校正。金刚石的大体积模量提供了GAN生长的模板结构，其中通过包含阳离子Ga吸附层来解释大的晶格失配。查看GAN的I型和II型表面和界面，示出了没有吸附层的zb GAN（II型）的不稳定性，其中增加的尺寸、伪氢钝化和偶极校正没有去除II型GAN中顶层和底层之间的伪相互作用。层依赖的态密度，局部电势差和电荷密度差表明，I型界面（与Ga吸附层）是稳定的，粘附能为0.704 eV/m2（4.346 J/m2）;有趣的是，金刚石电荷密度插入到GAN的第一层中，这是在金刚石上生长的纤锌矿GAN的实验中看到的。II型界面是不稳定的，这意味着，要形成一个稳定的，薄膜zb GAN和金刚石之间的接口，三甲基镓的分压必须加以控制，以确保Ga层存在于金刚石顶部的GAN薄膜的顶层和底层。我们相信，我们的研究结果可以揭示更好地了解GAN/金刚石多面界面存在于金刚石样品上的GAN过生长。
2021-10-18 cond-mat.mtrl-sci
Ultrasensitive Self-powered large area planar GaN UV-photodetector using reduced graphene oxide electrodes
展示了基于混合r-GO/GAN的自供电UV光电探测器器件的简化设计。在零偏压下，所制造的混合光电探测器显示出约85%的光敏性，而具有相同器件结构的欧姆接触GAN光电探测器在350 nm照射（18 microWatt/cm^2）下仅显示出约5.3%的光敏性。在350 nm光照（18 microWatt/cm ^2）下，零偏压下，混合器件的响应率和探测率分别为1.54 mA/W和1.45 × 10^10 Jones（cm Hz^（1/2）W^（-1）），具有快速响应（60 ms）、恢复时间（267 ms）和优异的重复性。依赖于功率密度的响应度和探测率揭示了在弱光条件下的超灵敏行为。在混合光电探测器中观察到的自供电效应的来源归因于在r-GO和GAN准欧姆界面处形成的耗尽区。
2016-11-16 cond-mat.mtrl-sci
Hybrid reciprocal lattice: application to layer stress appointment in GaAlN/GaN(0001) systems with patterned substrates
半导体的外延是应用科学和光电子工业中一个极其重要的过程。控制外延生长过程中引入的缺陷是制造高效率和耐用性器件的关键点。在这项工作中，我们展示了如何有用的混合反射的研究，由于图案化的衬底的各向异性应变梯度的外延结构。检测和区分弹性和塑性弛豫的高精度是测量这种类型的反射的最大优点之一，以及它可以在商业高分辨率衍射仪上的对称反射几何中被利用的事实。
2016-03-02 cond-mat.mtrl-sci
Structural and Electronic Properties of Defective AlN/GaN Hybrid Nanostrutures
由于其广泛的应用前景，原子级薄的二维异质结构引起了人们的广泛关注。在这项工作中，使用第一性原理计算，我们研究了平面AlN/GaN混合异质结的结构和电子特性的存在下，在其界面上的空位。我们的结果表明，一个单一的空位，由铝或镓原子的去除产生，产生类似的电子能带结构的带隙内的局域态。我们还观察到了一个强大的磁性行为。另一方面，氮空位诱导形成具有降低的整体磁化的中间带隙状态。我们还研究了通过卷起这些异质结形成的纳米管。我们观察到，管的曲率并没有显着影响其母AlN/GaN异质结的电子和磁性。对于扶手椅状管，从直接到间接带隙的过渡被观察到作为一个结果，从二维到准一维的改变系统的几何形状。AlN/GaN缺陷晶格所呈现的磁性特征使它们成为开发新的自旋电子技术的良好候选者。
2020-01-28 cond-mat.mtrl-sci
Graphene based sensors: theoretical study
石墨烯是一种由sp2杂化碳原子构成的二维单层结构，由于其独特的物理化学性质而受到越来越多的关注。碳纳米管功能化的石墨烯层具有可修饰的化学功能和有用的电学性质，是广泛的传感器的优异候选者，适用于生物医学、光电和环境应用。在这里，我们提出了广泛的研究传输特性的传感器的基础上共价官能化的石墨烯单层（GML）与石墨烯电极。本文用密度泛函理论和非平衡格林函数计算了-CH_3、-CH_2、-NH_2、-NH和-OH片段官能化的GML的透射率、态密度和电流-电压特性。此外，我们演示了如何控制设备的灵敏度通过操纵：（i）浓度，（ii）特定的安排，和（iii）类型的表面基团。我们解释了潜在的检测物理机制。理论计算结果与实验数据进行了比较，结果吻合较好。
2014-08-08 cond-mat.mtrl-sci
Chemical functionalization, electronic and dielectric properties of hybrid organic-tin layers
利用第一性原理计算研究了锡单分子膜（锡烯）上吸附的小分子有机配体的带隙调谐和介电性质。利用密度泛函理论进行的电荷密度分析表明，配体被化学吸附在锡烯上，并且其中一些基团可以在原来的金属锡烯中打开带隙。此外，多体GW计算表明，裸和配体吸附锡烯的介电性质具有较大的各向异性。我们的发现，一个有限的差距开辟了一条道路，理性的理论设计功能化的二维锡烯。
2020-08-28 cond-mat.mtrl-sci
Wafer-scale fabrication of mesoporous silicon functionalized with electrically conductive polymers
本文提出低阈值可扩展的合成路线，在介孔硅中电化学合成PANI、PPy、PEDOT复合材料及通过固相聚合制备PEDOT/pSi杂化材料，实现74%填充度并使电导率提高两倍，展现出热电应用潜力。
2024-01-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Hybrid density functional study of band alignment in ZnO/GaN and ZnO/(Ga1-xZnx)(N1-xOx)/GaN heterostructures
ZnO/GAN和相关异质结构中的能带对准对于太阳能收集技术的应用至关重要。在这里，我们报告了我们的密度泛函计算的能带排列和光学性质的ZnO/GAN和ZnO/（Ga 1-xZnx）（N1-xOx）/GAN异质结构使用Heyd-Scuseria-Ernzerhof（HSE）混合功能。我们发现，传统的GGA泛函不仅低估了这些异质结构的带隙，但也带偏移。使用混合泛函计算，我们表明，（Ga 1-xZn x）（N1-xOx）固溶体的直接带隙约为2.608 eV，与实验数据吻合良好。更重要的是，这种固溶体与主体材料形成II型能带排列。提出了一种GAN/（Ga 1-xZnx）（N1-xOx）/ZnO核壳结构太阳电池模型，以提高其对可见光的吸收能力和载流子收集效率。
2012-06-09 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Unraveling the Jahn-Teller effect in Mn doped GaN using the Heyd-Scuseria-Ernzerhof hybrid functional
本文采用Heyd-Scuseria-Ernzerhof杂化泛函（HSE）方法对GAN中Mn取代Ga进行了从头算研究。与半局域泛函相反，多数Mn t $_{2}$流形分裂成一个占据的双峰和一个未占据的单峰以及费米能级以上的绝缘基态，这是进一步稳定的一个相当大的Jahn-Teller失真。用$GW$计算证实了预测，并与实验相一致。从GAN到GaAs，从局域到离域Mn空穴态的转变被预测。
2009-04-14 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Physics of acceptors in GaN: Koopmans tuned HSE hybrid functional calculations and experiment
本文通过稀极限外推校正周期镜像误差并对HSE进行Koopmans调谐，计算GaN中多种阳离子位受主，显著提升了与PL实验的定量一致性。
2024-04-09 cond-mat.mtrl-sci
Fluorecently labeled bionanotransporters of nucleic acid based on carbon nanotubes
在这里，我们提出的方法来设计的新型杂交寡核苷酸与荧光素功能化的单壁碳纳米管。该方法是基于堆叠功能化的纳米管与芘残基的寡核苷酸的共轭物的相互作用。制备了氨基和荧光素修饰的单壁碳纳米管，并对其理化性质进行了研究。考察了碳纳米管功能化类型对寡核苷酸芘缀合物吸附效果的影响。所提出的荧光素标记的碳纳米管与寡核苷酸的非共价杂化物可用于功能性核酸的细胞内运输。
2012-08-17 cond-mat.mtrl-sci physics.bio-ph q-bio.BM
Hybrid Electrothermal Simulation of a Three-Dimensional Fin-Shaped Field-Effect Transistor Based on GaN Nanowires
近年来，三维GaN基晶体管因其显著提高的输出功率、更好的栅极可控性和更短的沟道以实现加速和小型化而得到了广泛的研究。然而，在热模拟中，使用传统的傅立叶定律和块体材料特性，这样的器件的热分析通常被过度简化。在这方面，可以通过耦合的声子和电子蒙特卡罗模拟来实现精确的温度预测，该模拟跟踪各个声子和电子的运动和散射。然而，沉重的计算负荷往往限制这种模拟纳米器件，而真正的芯片是毫米到厘米的大小。这个问题可以通过一种混合模拟技术来解决，该技术对远离热点的区域采用傅立叶定律。使用这种技术，精确的MEMS模拟进行了基于GAN晶体管，以揭示这种设备的温度上升。
2017-07-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Thermal spreading resistance of GaN HEMTs with heat source heating studied by hybrid Monte Carlo-diffusion simulations
热扩散阻力的准确评估对于电子器件的热管理具有重要意义，特别是当全面考虑从纳米尺度热源到宏观尺度热沉的热传导过程时。现有的模拟方法要么基于对流傅立叶定律，要么局限于小系统尺寸，难以准确有效地研究跨尺度传热。本文采用声子蒙特卡罗-扩散混合方法，通过划分计算区域，将声子蒙特卡罗（MC）方法与傅立叶定律耦合起来，分析了弹道扩散区的热扩散阻力。与声子MC模拟相比，混合方法的结温具有相同的精度，而时间开销最多可减少2个数量级。此外，模拟结果表明，加热方案对声子输运有显著的影响。热源（HS）方案的热阻可能大于热流（HF）方案的热阻，这与傅立叶定律的预测相反。在HS方案中，增强的声子边界散射抵消了热源的加宽，导致随着热源厚度的减小而产生更强的弹道效应。一维热阻模型验证了该结论。这项工作为电子设备中跨尺度热传递的快速和广泛的热建模提供了机会，并突出了加热方案的影响。
2022-02-24 cond-mat.mtrl-sci
Color Detection Using Chromophore-Nanotube Hybrid Devices
我们提出了一个纳米级的颜色检测器的基础上的单壁碳纳米管功能化偶氮苯生色团，其中生色团作为光吸收剂和纳米管作为电子读出。通过合成在可见光谱中具有特定吸收窗口的发色团并将其锚定到纳米管表面，我们展示了在窄波长范围内对低强度的可见光的受控检测。我们的测量结果表明，在光吸收，生色团异构化从基态的反式配置的激发态顺式配置，伴随着一个大的变化，在偶极矩，改变静电环境的纳米管。全电子从头计算被用来研究发色团的纳米管杂化物，并显示发色团强烈结合到纳米管，而不干扰任何物种的电子结构。计算值的偶极矩支持偶极变化的光学检测机制的概念。
2009-02-12 cond-mat.mtrl-sci
Electronic structure of the substitutional versus interstitial manganese in GaN
用密度泛函方法研究了稀磁半导体GAN：Mn中的电子态，发现Mn杂质位于Mn_Ga的替代位和Mn_I的间隙位时，电子态有很大的不同。在这两种情况下，带隙中的二重和三重简并Mn（d）态的分裂是相反的，这可以从与相邻原子的杂化的量子化学控制来理解.与Mn_Ga作为深受主相反，Mn_I作为施主，表明形成了库仑稳定的配合物如（Mn_Ga Mn_I Mn_Ga），其中Mn_Ga的受主能级被Mn_I施主钝化。这种钝化簇的形成可能是所观察到的GAN中Mn的载流子掺杂效率低的原因。即使Mn态位于带隙内，波函数也远离杂质中心扩散。这是由与氮原子的杂化引起的，氮原子获得与Mn磁矩对齐的小磁矩。电子结构的光学性质的差异的影响进行了讨论。
2004-09-14 cond-mat.mtrl-sci
The infuence of compressive lattice deformations on the zone-center energy band properties of zincblende GaN and InN. Hybrid density functional results
采用第一性原理DFT+ HSE 06方法研究了静压和双轴压缩应变对GAN和InN的$Γ$点能态的影响.为了正确地再现两种化合物的能带隙的可接受的实验值，该过程包括HSE混合泛函中的修改的交换相关分数，从标准值$α=0.25$变为$α=0.43$（GAN）和$α=0.40$（InN）。在这种环境下，工作报告的导电和价带边缘的晶格变形的函数的变化。此外，我们提出了拟合的表达式描述的带隙和自旋轨道分裂能量的变化，由于晶胞尺寸修改。这些参数是描述InN/GaN基异质结电子和光学性质的主要输入量。
2021-08-17 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
First-Principles Calculations of Luminescence Spectrum Line Shapes for Defects in Semiconductors: The Example of GaN and ZnO
本文对电子振动耦合引起的缺陷发光带展宽进行了理论研究。对多维振动问题可以映射到一维有效位形坐标图上的假设进行了数值证明。我们的方法是基于密度泛函理论的混合功能，实现了GAN和ZnO中的重要缺陷，显示前所未有的协议与实验的发光线形。我们发现明确的趋势有关的有效参数，其特征发光带的施主和受主型缺陷，从而促进其识别。
2013-03-12 cond-mat.mtrl-sci
Energetics of native point defects in GaN: a density-functional study
利用密度泛函理论研究了GAN中本征点缺陷的形成能。在我们的第一性原理方案中，带边的位置符合混合密度泛函计算，从而产生与实验一致的带隙。相对于以前的半局部计算，计算出的形成能和电荷跃迁水平被发现是显着不同的定量方面，而整体定性趋势保持相似。在富Ga条件下，氮空位对应于带隙中所有费米能的最稳定缺陷，但其形成能太高而不能解释自掺杂。我们的计算还表明镓空位在n型GAN中不起任何补偿作用。
2017-04-11 cond-mat.mtrl-sci
Theoretical chemistry of $α$-graphyne: functionalization, symmetry breaking, and generation of Dirac-fermion mass
我们调查的原始和功能化（无论是氢或氧）$α$ -graphyne系统的电子结构和晶格稳定性。我们确定晶格的不稳定性，由于软声子模式，并描述了两种机制，导致间隙开放的Dirac-费米子电子光谱的这些系统：对称性破缺，连接的晶格不稳定性，和部分纳入的$sp^3$ -混合字符的共价键合网络的一个屈曲氢化$α$ -graphyne晶格，保留了对称性的原始的父$α$ -graphyne。在氧官能化的$α$ -石墨炔结构的情况下，每个O原子不对称地结合到两个双重配位的C原子，打破反转和镜像对称性，并导致在狄拉克点处打开0.22 eV的相当大的能隙。一般来说，镜像对称性被发现足以在这些$α$ -graphyne系统中发生无隙狄拉克锥，即使在没有反演对称中心的情况下。此外，我们分析了原始的和功能化的$α$ -graphynes的无隙和有隙的狄拉克锥的无质量和有质量的自由狄拉克费米子的色散关系的角度。我们发现，镜像对称性破缺模仿Dirac费米子质量产生机制中的氧功能化的$α$ -graphyne，导致间隙开放和各向同性电子色散与一个相当小的电子空穴不对称性。在氢官能化的情况下，我们发现载流子表现出显著的各向异性，在布里渊区沿M-K线表现为无质量的费米子，而沿$Γ$ -K线表现为有质量的费米子。
2014-04-01 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Role of Functionalized Graphene Quantum Dots in Hydrogen Evolution Reaction: A Density Functional Theory Study
由于密度泛函理论（DFT）提供了微观见解，因此它在推进催化领域方面非常有利，从而可以指导新型催化剂的实验研究。最近的几项研究表明，低维材料可以是非常有效的催化剂。石墨烯量子点（GQD）由于其独特的性质，如低毒性，化学惰性，生物相容性，结晶性等，在过去的几年中得到了广泛的关注。GQD的这些性质是由于量子限制和边缘效应，促进了它们在传感，光电子，催化等各个领域的应用。此外，可以通过掺杂和功能化来增强GQD的性质。为了了解由氧和硼基基团官能化对与析氢反应（HER）相关的催化性能的影响，我们对用氧（O）、硼酸（BC $_2$ O）和硼酸（BCO $_2$）官能化的GQD进行了系统的研究。所有的计算，包括几何优化，电子和吸附机制，进行了使用Gaussian 16软件包，采用混合功能的B3 LYP，和基组6- 31 G（d，p）。随着GQD中功能化基团的变化，我们观察到其电子性质的显着变化。氢在O-GQD、BC $_2$ O-GQD和BCO $_2$ -GQD上的吸附能E $_{ads}$分别为-0.059 eV、-0.031 eV和-0.032 eV。因此，对于所有三种类型的官能化GQD，氢吸附的吉布斯自由能（$ΔG$）非常接近理想值（0 eV）。因此，本工作提出了实验实现低成本和多功能GQD基催化剂的清洁和可再生氢能生产的途径。
2022-03-23 cond-mat.mtrl-sci physics.atm-clus physics.chem-ph
UV hybrid photon detector based on GaN photocathodes and Si low gain avalanche diode
本研究设计了一种结合 GaN 光电阴极与 Si LGAD 的混合光子探测器，利用高量子效率与低噪声特性，实现了在数百 MHz 频率下具备单光子探测灵敏度的潜力。
2024-06-25 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph physics.ins-det
Defect-impurity complex induced long-range ferromagnetism in GaN nanowires
采用GGA+U近似方法研究了Gd掺杂和点缺陷掺杂的纤锌矿（0001）GAN纳米线的结构、电学和磁学性质。我们发现，Ga空位（VGa）表现出较低的形成能相比，N空位（VN）。点缺陷的进一步稳定化由于Gd的存在而发生，并且环境铁磁性（FM）可以通过由VGa诱导的附加正电荷而在NW中稳定。电子结构分析表明，VGa引入额外的水平，导致铁磁耦合的带隙中，由于与Gd d和f状态的Ga和N原子的p状态的杂化。在Gd-VGa配合物存在下，获得了76.4meV的铁磁交换耦合能，因此铁磁交换耦合能主要由GAN纳米线中的阳离子空位-稀土配合物缺陷决定。另一方面，VN引入额外的电子载流子，并不有助于增加铁磁交换能。
2015-11-06 cond-mat.mtrl-sci
Inverse Structural Design of Graphene/Boron Nitride Hybrids by Regressional GAN
具有所需性质的材料的逆向设计目前是费力的，并且严重依赖于研究人员通过试错过程的直觉。由于组成元素及其结构配置而产生的大量组合空间太过庞大，即使通过高吞吐量计算也无法全部搜索。在本文中，我们展示了一种新型的回归生成对抗网络（RGAN），用于代表性二维材料石墨烯和氮化硼（BN）混合物的逆向设计。所提出的RGAN的一个显著新颖性在于，它将监督和回归卷积神经网络（CNN）与传统的无监督GAN相结合，从而克服了传统GANs中的常见技术障碍，即不能生成与给定的连续定量标签相关联的数据。所提出的RGAN能够自主地生成具有任何给定带隙的石墨烯/BN混合物。此外，所产生的结构表现出高保真度，产生的带隙在所需的带隙的~ 10%MAEF内，通过密度泛函理论（DFT）计算交叉验证。通过主成分分析（PCA）和改进的局部线性嵌入（MLLE）方法对回归量编码的潜在特征的进一步分析表明，生成器已经成功地生成了遵循真实结构的统计分布的结构。这意味着RGAN在识别隐藏在高维数据中的物理规则的可能性。这种新的逆向设计方法将加快其他二维材料及其他材料的发现和开发。
2019-08-21 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph physics.comp-ph
Heteroepitaxial integration of ZnGeN2 on GaN buffers using molecular beam epitaxy
最近理论上的混合II-IV-N{_2} / III-N异质结构，基于当前商业化的（In，Ga）N器件，被预测将显著推进可见光谱高效光电子学的设计空间，然而很少有II-IV-N{_2}材料的外延研究。在这项工作中，我们提出了异质外延ZnGeN{_2} GAN缓冲层和AlN模板。我们证明了GAN成核表面对于增加ZnGeN{_2}结晶速率以对抗Zn解吸是至关重要的，将化学计量生长窗口从AlN上的215 { \degree }C扩展到GAN缓冲层上的500 { \degree }C。结构表征揭示了良好的结晶薄膜与延伸的GAN缓冲区的线程位错。这些膜具有20 nm - 25 nm的弛豫临界厚度，如通过反射高能电子衍射（RHEED）和横截面扫描电子显微镜（SEM）所确定的。通过RHEED和X-射线衍射（XRD）测定，薄膜的晶格常数为a = 3.216 \pm } 0.004和c = 5.215 \pm } 0.005。本工作为ZnGeN{_2}-GAN混合集成器件的发展迈出了重要的一步。
2020-02-10 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Adsorption of CO and NO molecules on pristine, vacancy defected and doped graphene-like GaN monolayer: A first-principles study
本文利用DFT-D2计算CO和NO在原始、空位缺陷及金属掺杂GaN-ML上的吸附行为，发现N空位材料适合CO传感，N空位与Pt掺杂材料适合NO传感。
2023-06-05 cond-mat.mtrl-sci
Electronic structure and magnetism of Mn doped GaN
Mn掺杂半导体杂质半导体由于其新颖的磁性而成为自旋电子学应用中非常感兴趣的系统。最近的理论和实验都表明，Mn掺杂GAN系统与Mn掺杂GaAs系统相比具有非常高的居里温度。为了理解Mn掺杂GaN的电子和磁性，我们用第一性原理平面波方法对Mn掺杂GAN系统进行了详细的研究。在这里，我们显示不同的Mn浓度的电子和磁性的影响。对于稀Mn浓度，Mn的$d$态形成与基质GAN的价带态完全分离的杂质带。这与Mn掺杂的GaAs系统相反，在Mn掺杂的GaAs系统中，带隙中的Mn $d$态非常靠近价带边缘，并且与离域的价带态强烈杂交。为了研究电子关联的影响，进行了LSDA+U计算。计算的交换相互作用在（Mn，Ga）N是短期的相反，在（Mn，Ga）的Mn自旋之间的铁磁耦合的强度基本上没有降低大的Mn-Mn分离。此外，由于Mn原子之间通过As键的连接的存在或不存在，交换相互作用在不同的结晶方向上是各向异性的。
2003-08-26 cond-mat.mtrl-sci
The electronic structure of GaN and Ga investigated by soft x-ray spectroscopy and first-principles methods
用N1s软X射线吸收谱和N-K、Ga-M1和Ga-M2，3发射谱研究了纤锌矿-GaN的电子结构和化学键，并与纯Ga的电子结构和化学键进行了比较。使用第一性原理密度泛函理论（DFT），包括偶极跃迁矩阵元素和额外的现场库仑相互作用（WC-GGA+U）计算的光谱解释的测量。Ga 4p-N 2 p和Ga 4s-N 2 p杂化区和化学键区分别位于价带的顶部-1.0和-2.0之间以及更低的-5.5和-6.5 eV之间。此外，在价带底部的-13 ~-15 eV和-17.0 ~-18.0 eV之间，分别出现了N2 s-N2 p-Ga 4s和N2 s-N2 p-Ga 3d杂化区.在GaN的Ga M1和Ga M2，3发射中，在-10 eV附近也发现了带状卫星特征，但在纯Ga和计算的基态光谱中不存在。GAN和Ga的光谱特征之间的差异进行了讨论，在能带结构方法计算的各种杂交区域。
2011-12-29 cond-mat.mtrl-sci physics.atom-ph physics.comp-ph
The properties of amorphous GaN
在本文中，我们提出了三个非晶GAN模型从第一性原理模拟。我们发现，化学有序的连续无规网络是a-GaN的理想结构。如果不考虑尾态，我们预测64原子模型的光学带隙为3.0eV，250原子模型的光学带隙为2.3eV。我们观察到一个高度本地化的价尾和一个显着的离域指数传导尾，我们与不同的杂交在两个尾巴。基于这些结果，我们推测在n和p型掺杂的电势差。讨论了尾态和缺陷态的结构起源。计算了振动态密度和介电函数，与实验结果一致。
2011-03-08 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci
Competing charge density wave and antiferromagnetism of metallic atom wires in GaN(10${\overline{1}}$0) and ZnO(10${\overline{1}}$0)
低维电子系统通常表现出电子-声子和电子-电子相互作用之间的微妙相互作用，从而产生有趣的量子相，如电荷密度波（CDW）和磁性。利用密度泛函理论（DFT）的半局域和混合交换关联泛函以及无规相位近似下的精确交换关联（EX + cRPA）方法，系统地研究了GAN（10 ${\overline{1}}$ 0）和ZnO（10 ${\overline{1}}$ 0）表面部分氢化制备的含悬键电子的金属原子线的基态.我们发现，CDW或反铁磁（AFM）秩序具有电子能量增益由于带隙开放，从而更稳定的金属状态相比。我们的半局域DFT计算预测GAN（10 ${\overline{1}}$ 0）和ZnO（10 ${\overline{1}}$ 0）中的两种DB线具有相同的CDW基态，而混合DFT和EX+cRPA计算预测前者DB线的AFM基态和后者的CDW基态。结果表明，GAN（10 ${\overline{1}}$ 0）中局域化程度较高的Ga-DB电子优先选择AFM有序，而ZnO（10 ${\overline{1}}$ 0）中局域化程度较低的Zn-DB电子优先选择CDW有序.我们的研究结果表明，在两个代表性化合物半导体表面上产生的DB线中，截然不同的基态正在竞争。
2017-12-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
First principles calculation of polarization induced interfacial charges in GaN/AlN heterostructures
提出了一种新的方法来计算半导体异质结构中的极化感生界面电荷，将经典静电学应用于第一性原理计算的实空间能带图，并将其应用于GAN/AlN异质结构中的AlN层（4-6个单层）。我们表明，计算的电场和界面电荷是独立的交换相关泛函（局域密度近似和混合泛函）。我们还发现，计算的界面电荷为（6.8 +/- 0.4）× 10^13 cm-2，与实验结果非常吻合，而6.58 × 10^13 cm-2的值是根据体极化常数计算的，这验证了即使对于非常薄的薄膜，也可以使用体极化常数。
2011-05-17 cond-mat.mtrl-sci quant-ph
External control of GaN band bending using phosphonate self-assembled monolayers
我们报告的光电性能的GAN $(0001)$和$(1\bar{1}00)$表面后，其功能化与膦酸衍生物。为了分析酸的电负性与GAN表面能带弯曲之间的可能相关性，将两种类型的膦酸，正辛基膦酸（OPA）和1H，1H，2 H，2 H-全氟辛烷膦酸（PFOPA）接枝到氧化的GAN $(0001)$和GAN $(1\bar{1}00)$层以及GAN纳米线上。由此产生的混合无机/有机异质结的X射线光电子能谱和光致发光光谱进行了研究。GAN的功函数被改变显着的膦酸的接枝，证明形成致密的自组装单分子膜。无论GAN表面取向如何，两种类型的膦酸都显著影响GAN表面能带弯曲。然而，仅在氧化的GAN $(1\bar{1}00)$表面观察到对酸的电负性的依赖性，这表明表面态的密度相对较低，并且表面氧化物和酸的电子态之间具有有利的能带对准。关于光学性质，PFOPA和OPA在氧化GAN层和纳米线上的共价键合显著影响它们的外量子效率，特别是在纳米线的情况下，由于大的表面积与体积比。外量子效率的变化与内电场和表面态的调制有关。这些结果表明，潜在的膦酸酯化学的表面功能化的GAN，这可以被利用为选择性传感应用。
2020-09-25 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Tunable electronic properties and band alignments of MoSi$_2$N$_4$/GaN and MoSi$_2$N$_4$/ZnO van der Waals heterostructures
范德华异质结构（VDWH）是一种新兴的策略，工程的二维（2D）材料系统的电子性能。最近发现的MoSi $_2$ N $_4$-一个合成的七层的二维半导体具有特殊的机械和电子性能的启发，我们调查的协同作用\ce{MoSi2N4}与宽带隙（WBG）的GaN和ZnO的二维单层使用第一性原理计算。发现MoSi $_2$ N $_4$/GaN是直接带隙的I型VDHH，而MoSi $_2$ N $_4$/ZnO是间接带隙的II型VDHH.有趣的是，通过沿面外方向施加电场或机械应变，MoSi $_2$ N $_4$/GaN和MoSi $_2$ N $_4$/ZnO的能带结构可以被显著地改变，表现出丰富的过渡行为，例如I型到II型能带对准和直接到间接带隙转变。这些发现揭示了MoSi $_2$ N $_4$基WBG VDWH作为超紧凑光电应用中具有巨大设计灵活性的可调谐混合材料的潜力。
2022-02-24 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Surface charge induced $sp^3$-$sp^2$ transformation: new energy optimization universal mechanism of (4x4) reconstruction of stoichiometric GaN(0001) surface
本研究通过第一性原理计算发现化学计量比 GaN(0001) 表面存在混合杂化结构，揭示了表面电荷转移诱导的 $sp^3$-$sp^2$ 转变是驱动 (4x4) 重构及能量优化的普适机制。
2024-01-22 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech physics.chem-ph
Electronic structure and defect properties of Bi-doped GaN: origins of photoluminescence and optical absorption
本文利用杂化密度泛函理论系统研究Bi掺杂GaN中替代位铋原子及其与本征空位形成的缺陷复合体，揭示电荷补偿复合体稳定阴离子位铋掺入并解释实验观测到的光吸收峰和带边发射的缺陷物理起源，为控制Bi掺入GaN提供指导。
2025-07-02 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Spectroscopic Properties of Nanotube-Chromophore Hybrids
最近，单壁碳纳米管（SWNTs）功能化偶氮苯生色团被证明是一类新的杂化纳米材料的光电子应用。在这里，我们使用了一些实验技术和理论来理解的结合，方向和性质的生色团和纳米管之间的耦合，所有这些都是相关的未来优化这些混合材料。我们发现，发色团和纳米管之间的结合能强烈依赖于用于将发色团结合到纳米管的系链的类型，在处理过程中，芘系链导致超过90%的结合发色团。DFT计算表明，发色团的纳米管的结合能是最大化的发色团平行于纳米管侧壁，即使使用系绳;二次谐波产生表明，尽管如此，有一个部分的径向取向的发色团的纳米管上。我们发现弱的发色团和单壁碳纳米管之间的电子耦合，与非共价结合一致。发色团-纳米管耦合虽然弱，但足以淬灭发色团荧光。Stern-Volmer图是非线性的，这支持静态和动态淬灭过程的组合。发色团取向是发色团纳米管光电晶体管的一个重要变量，我们的实验表明进一步优化这种取向自由度的可能性。
2013-12-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Accurate non-empirical range-separated hybrid van der Waals density functional for complex molecular problems, solids, and surfaces
我们在非经验vdW-DF方法中引入了一种新的通用范围分离混合范德华密度\ph{functional, termed vdW-DF-ahbr,} [JPCM 32，393001（2020）]。它将vdW-DF 2的相关性与由\ph{a new model of exchange effects}在密度显式vdW-DF 2-b86 r函数中固定的筛选Fock交换相结合[PRB 89，121103（R）（2014）]。新的vdW-DF 2-ahbr防止虚假的交换绑定，并有一个小的密度梯度形式集从多体微扰分析。它是准确的\ph{bulk as well as layered materials}，它系统地和显着地提高了目前的vdw-DF的性能的分子问题。重要的是，vdW-DF 2-ahbr也优于目前的标准（色散校正）范围分离的杂交广泛收集的非共价相互作用的基准集，而在同一时间成功地减轻密度驱动的错误，往往影响分子过渡态和异构化计算的描述。vdW-DF 2-ahbr还通过1）正确预测Pt（111）上CO吸附的基底结构和位点偏好，2）在描述CO $_2$在官能化和简单金属-有机骨架中的吸附方面优于现有的非经验vdW-DF，和3）在DNA装配模型中是高度精确的碱基对相互作用的\ph{for the}集合。
2022-10-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Hybrid aeromaterials for enhanced and rapid volumetric photothermal response
针对三维碳纳米气凝胶光热转换受近表面吸收限制、体积利用率低的问题，研究提出高孔隙率混合气凝胶制备方案，通过rGO修饰的SiO₂微管骨架调控光散射与吸收，实现约2.5倍增强的超快速体积光热响应，拓展了光热应用场景。
2023-06-12 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph physics.optics
