Spatial and spectral dynamics in STEM hyperspectral imaging using random scan patterns
用于扫描透射电子显微镜（STEM）的扫描模块的发展已经实现了产生任意扫描路径的可能性，这是目前探索的用于提高采集速度和减少电子剂量效应的方法。在这项工作中，我们提出了一个随机扫描操作模式在STEM实现在硬件层面上通过自定义扫描控制模块的实现。使用具有完全重排的光栅顺序的预定义图案来对整个感兴趣区域进行采样。然后，可以在连续的时间帧处提取子采样的随机稀疏图像，可以对其应用合适的图像重建技术。相对于传统的光栅扫描模式，这种方法允许限制剂量累积效应，但也解耦的高光谱图像中的空间和时间信息。我们提供了一些证据的概念的灵活性的随机扫描操作模式，其应用在不同的光谱显微镜的上下文中的例子：原子分辨的元素地图与电子能量损失光谱和纳米尺度阴极射线发光光谱图像。通过采用适应后处理工具，它表明，该方法允许精确地跟踪和校正样品的不稳定性，并遵循光谱扩散与高空间定位。
2019-09-17 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Inhomogeneous micro-strain in cylindrical semiconductor heterostructures and its influence on the adiabatic motion of electrons
分析了（In，Ga）As/（Al，Ga）As量子阱结构微管的层厚涨落及其对应变状态的影响。在这些结构中，建立了弯曲的高迁移率二维电子气（HM 2DEG）。原子力显微镜，X射线散射，和空间分辨阴极发光光谱研究的层厚度波动发生在两个不同的横向长度尺度。在0.01~ $μ$ m的较短尺度上，我们从原子力显微照片和X射线衍射曲线中卫星峰的加宽中发现了一个很小的均方粗糙度值，为0.1~nm。然而，在约1.0~ $μ$ m的较长长度尺度上，外延生长期间的台阶聚束导致高达2~nm的层厚度不均匀性。由此产生的微管中的应变的波动导致化学势的局部变化，这也导致载流子密度的波动。这导致在弯曲的HM 2DEG中的Shubnikov-de-Haas振荡的相位抵消和单电子散射时间的减少，同时结构中的电子迁移率保持高。估计的载流子密度的波动同意以及在量子阱的自由电子跃迁的阴极射线发光光谱中测量的能量波动。
2019-07-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
STEM EBIC as a Quantitative Probe of Semiconductor Devices
本文针对STEM-EBIC在薄TEM薄片中应用未充分探索的问题，通过系统研究镓和氙FIB制备的硅光电二极管薄片，可视化p-n结并提取有效扩散长度，揭示表面改性和接触偏差的影响，确立其作为纳米器件载流子输运定量探针的地位。
2025-11-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Measuring spatially-resolved potential drops at semiconductor hetero-interfaces using 4D-STEM
在纳米到微米尺度上表征功能材料中的长程电场和内建电势对于优化器件至关重要。例如，在一个示例中，半导体异质结构或电池材料的功能性由在界面处建立的电场确定，所述电场也可以在空间上变化。在这项研究中，我们提出了动量分辨四维扫描透射电子显微镜（4D-STEM）的量化这些潜力，并显示所需的优化步骤，以达到定量协议模拟的GaAs / AlAs异质结模型系统。使用STEM，必须考虑形成界面的两种材料的平均内部电势（DELTA MIP）的差异以及由此产生的动态衍射效应。我们表明，测量质量显着提高了进动，能量过滤和非区域轴对齐的标本。互补模拟产生的DELTA MIP为1.3 V，证实了由于本征界面处的电荷转移引起的电位降约为0.1 V，与文献中发现的实验值和理论值一致。这些结果表明，准确测量的异质界面的实际器件结构的内建电位的可行性和更复杂的界面上的其他多晶材料在纳米尺度上的应用前景。
2023-01-26 cond-mat.mtrl-sci
Quantitative models for excess carrier diffusion and recombination in STEM-EBIC experiments on semiconductor nanostructures
Georg-August-University Goettingen（哥廷根大学）；Ruhr University Bochum（波鸿鲁尔大学）
本文提出了一种用于半导体纳米结构中STEM-EBIC实验的定量模型，用于精确确定本征扩散长度。
2026-02-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Electron beam driven collective self hybridized exciton polaritons
Institute of Experimental and Applied Physics, Kiel University（基尔大学实验与应用物理研究所）；Faculty of Electrical and Computer Engineering, Tarbiat Modares University（塔比阿特·莫达雷斯大学电气与计算机工程学院）；Kiel Nano, Surface, and Interface Science KiNSIS, Kiel University（基尔大学基尔纳米、表面与界面科学中心）
本研究通过阴极发光光谱发现电子束激发可增强层状半导体中激子极化激元的集体耦合强度，并揭示低能电子导致的非相干激发转变，为调控光-物质相互作用提供新途径。
2026-09-28 cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Visualising highly localised luminescence in GaN/AlN heterostructures in nanowires
利用扫描透射电子显微镜（STEM）在光谱成像模式下对GAN纳米线中GAN/AlN量子盘（QDiscs）的光学性质进行了纳米尺度空间分辨阴极发光（nanoCL）研究。对于QDisc区域中的电子束激发，由于GAN和AlN之间的高带隙差，发光信号高度局部化，空间延伸低至5 nm。这允许在相邻QDisc的发射之间进行区分，并且用于证明在纳米线侧壁上无意地生长的约3 nm厚和20 nm长的棒（量子棒，QRod）的横向夹杂物的存在。这些结构，也观察到的STEM暗场成像，被证明是光学活性的nanoCL，发射在类似的，但通常较短，相对于大多数QDiscs的波长。
2015-02-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Deep-blue light emitting diode based on defect variations of a 2D hybrid organic-inorganic low dimensional perovskite semiconductor
2D杂化有机-无机半导体（HOIS）是低成本的自组装半导体，由于其固有的稳定激子，即使在室温下也被证明对于新型光电子器件至关重要。2D HOIS相对于3D类似物是化学稳定的，但其固有的各向异性使其在器件（包括电致发光（EL）器件）中的实现复杂化。我们报告的合成，表征，阴极发光和EL的一个新的二维HOIS，（4-氟苯乙胺-H）2 PbBr 4，和它的缺陷变化（DVs）。后者，与原始材料相比，允许第一次通过在导电阳极基板上涂覆DV并使用Ga/In液滴阴极来简单制造原型蓝色EL器件。DV的优化可以导致改进的发光器件（LED），并且这里的工作预计将为利用HOIS DV提供激励，因为这些DV与工业规模合成兼容。与其薄膜容易提供EL的原始碘类似物相反，在仔细沉积后，只有DV或与MoS 2纳米尺寸片晶的混合物提供EL。这些表现出破坏微米级2D HOIS片晶的平面非导电性质的缺陷，通常平行于基板排列，从而提供电流流动的机制。最后，与使用未改性的胺相比，由于胺尾部之间的排斥，氟改性的胺的选择增强了DV作为LED材料的功能性，从而导致弱结合的稳定的装饰的2D无机片材。
2018-03-02 cond-mat.mtrl-sci
Assessment of active dopants and p-n junction abruptness using in-situ biased 4D-STEM
高性能半导体器件开发中的一个关键问题是在纳米尺度上正确测量活性掺杂剂的能力。4D扫描透射电子显微镜和离轴电子全息技术为研究pn结的静电特性提供了纳米级的空间分辨率。pn结的完整描述必须考虑结周围掺杂剂浓度的精确演变，因为掺杂剂转变的尖锐度直接影响内建电势和最大电场。本文利用原位偏置4D-STEM研究了接触硅pn结。测量的电场，内置电压，耗尽区的宽度和空间电荷区中的电荷密度相结合的分析方程，以及有限元模拟，以评估结界面的质量。名义上对称的高掺杂（$N_A = N_D = 9\space x \space10^{18} cm^{-3}$）结呈现出比突变结预期的低得多的电场和内建电压。这些实验结果与电子全息数据是一致的。所有测得的结参数是兼容的存在下，一个中间区域的掺杂剂在p-n界面的渐变的轮廓。这一假设也与电场随偏压的演化一致。这些结果表明，原位偏置4D-STEM能够更好地理解半导体pn结的电学性质与nm级的分辨率。
2022-09-20 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Mapping Charge Recombination and the Effect of Point Defect Insertion in Gallium Arsenide Nanowire Heterojunctions
电子器件对其组成半导体中的缺陷极其敏感，但定位体半导体中的电子点缺陷以前是不可能的。在这里，我们应用扫描透射电子显微镜（STEM）的电子束-感应电流（EBIC）成像映射在GaAs纳米线肖特基二极管的电子缺陷。使用非破坏性的80或200 kV STEM加速电位成像揭示了在六边形纳米线的表面附近减小的少数载流子扩散长度，从而证明该器件的电荷收集效率（CCE）受到表面缺陷的限制。用300 keV STEM束成像会在GaAs中引入空位-间隙（VI或Frenkel）缺陷，从而增加载流子复合并降低二极管的CCE。我们创建，定位和表征一个单一的插入事件，确定从肖特基接口插入7 nm的缺陷广泛地减少了整个纳米线器件的CCE的10%。因此，可变能量STEM EBIC成像允许对器件的e-h复合景观进行良性映射和精确修改，从而能够进行受控实验，阐明扩展（1D和2D）和点（0 D）缺陷对半导体器件性能的影响。
2020-10-11 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Induced spin texture in semiconductor/topological insulator heterostructures
我们发现，半导体薄膜可以获得一个非平凡的自旋织构由于邻近效应诱导的拓扑绝缘体。该效应源于与拓扑表面态的耦合，即使绝缘体被掺杂也存在。我们提出了一种半导体/拓扑绝缘体异质结构作为一种设备，允许测量界面特性和探测未补偿样品的表面状态。我们还发现，拓扑绝缘体表面模式可以显着拓宽和移动的存在下，金属接触。
2011-08-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
High Mobility Free-Standing InSb Nanoflags Grown On InP Nanowire Stems For Quantum Devices
高质量的异质外延二维（2D）InSb层是很难实现的，由于大的晶格失配与其他广泛的半导体衬底。解决这个问题的一种方法是在纳米线（NW）茎上生长独立的2D InSb纳米结构，这要归功于当集成晶格失配的半导体系统时，NW沿着侧壁有效地松弛弹性应变的能力。在这项工作中，我们优化了独立的二维InSb纳米旗（NF）的形态。特别是，强大的NW茎，优化的生长参数，并使用反射高能电子衍射（RHEED），以精确地定向优先生长的衬底，实现增加的2D InSb NF的横向尺寸。这些NF的透射电子显微镜（TEM）分析揭示了无缺陷的锌共混物的晶体结构，化学计量组成，和松弛的晶格参数。所得到的NF足够大，以制造具有合适的长宽比的霍尔条接触，从而实现精确的电气特性。测得的电子迁移率为~ 29，500 cm 2/Vs，这是文献中报道的自支撑2D InSb纳米结构的最高值。我们设想使用二维InSb纳米纤维制造先进的量子器件。
2021-11-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Atomically thin mirrors made of monolayer semiconductors
过渡金属二硫属化合物单分子膜是探索新的电子和光学现象以及实现原子级薄光电子器件的理想材料。它们拥有紧密结合的电子-空穴对（激子），可以被共振光场有效地激发。在这里，我们证明了一个单层的二硒化钼（MoSe 2）可以显着修改激子共振附近的光传输，作为一个电开关镜，反射高达85%的入射光在低温下。这种高反射率是由六方氮化硼封装的这种原子级薄半导体中激子的优异相干特性的直接结果。此外，我们表明，MoSe 2单层具有功率和波长依赖的非线性，源于激子为基础的晶格加热的情况下，连续波激发和激子-激子相互作用时，快速，脉冲激光激发。这些观测为研究量子非线性光学现象和拓扑光子学以及光学器件的微型化提供了新的可能性。
2017-05-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Beam damage of single semiconductor nanowires during X-ray nano beam diffraction experiments
纳米探针X射线衍射（nXRD）是一种利用聚焦同步辐射来研究单个半导体纳米线结构特性的强有力的技术。然而，当在环境条件下进行实验时，所需的高X射线剂量和延长的暴露时间可导致辐射损伤。为了揭示辐射损伤的起源，我们比较了在第三代源PETRA III的P08光束线的微焦点站在环境条件下和在He气氛下对单个半导体纳米线的生长几何形状进行的nXRD实验。使用9 keV的入射X射线束能量和10 $^{10}$ s $^{-1}$的光子通量，通过在几个小时内连续记录在固定空间位置处的111布拉格反射的倒易空间图来监测单个GaAs/In $_{0.2}$ Ga $_{0.8}$ As/GaAs核-壳纳米线的轴向晶格参数和倾斜。此外，（In，Ga）As量子阱的发射特性，暴露的纳米线的原子组成和纳米线的形态进行了研究，分别通过阴极发光光谱，能量色散X射线光谱和扫描电子显微镜，无论是之前和之后的nXRD曝光。暴露在环境条件下的纳米线显示出严重的光学和形态学损伤，这是减少暴露在He气氛下的纳米线。所观察到的损伤可以在很大程度上归因于空气中X射线引起的臭氧反应的氧化过程。由于与GaAs相比较低的传热系数，该氧化物壳限制了通过纳米线侧刻面的传热，这被认为是生长几何形状中纳米线散热的主要通道。
2020-06-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Using x-ray diffraction to identify precipitates in transition metal doped semiconductors
在过去的十年中，人们经常在掺杂过渡金属的半导体杂质半导体中观察到室温铁磁性，这类半导体被称为稀磁半导体（DMS）。目前，人们正致力于研究所观察到的铁磁性是来源于载体介导的磁性杂质、铁磁性沉淀物还是旋节线分解。在本文中，我们已经相关的结构和磁性的过渡金属掺杂的ZnO，TiO 2和Si，离子注入制备。结晶沉淀物，即，过渡金属（Co，Ni）和Mn-硅化物纳米晶体负责磁性。另外，由于它们相对于主体的取向性质，这些纳米晶体在某些情况下不能通过常规的X射线衍射（XRD）检测到。这种性质导致了使用XRD来排除DMS材料中的磁性沉淀物的缺陷。
2013-01-01 cond-mat.mtrl-sci
Optical conductivity and optical effective mass in a high-mobility organic semiconductor: Implications for the nature of charge transport
我们提出了一个多尺度模拟红荧烯晶体的红外光学性质。计算结果与实验数据吻合得很好，实验数据表明电导率谱具有非单调特征，光学有效质量较小。我们发现，在静态无序近似下，低频晶格振动产生的非局域电子-声子相互作用可以降低光学有效质量，导致更轻的准粒子。另一方面，在室温下的红荧烯晶体的电荷传输和红外光学性质被证明是由固有的热无序驱动的本地化载流子。我们的研究结果强调，在高迁移率的有机半导体中存在明显的轻载流子并不一定意味着带状传输。
2014-12-31 cond-mat.mtrl-sci
Ab initio analysis for initial process of Joule heating in semiconductors
为了从微观上定量地研究半导体中焦耳热的初始过程，我们结合双温模型和玻尔兹曼方程，建立了一个计算高电场下半导体中载流子能量弛豫的理论框架.我们采用的方法作为一个典型的例子，体硅。因此，我们发现电子和空穴载流子的能量弛豫过程存在显著差异。在带边界处的纵向声学和光学声子有助于电子载流子的能量弛豫，而它们对空穴载流子的能量弛豫的贡献可以忽略不计。此外，在能带边缘处，电子载流子的能量弛豫速率最大化，而空穴载流子的能量弛豫速率被抑制。这些差异源于存在/不存在谷间散射过程和各向同性/各向异性能带结构的电子和空穴。我们的研究结果为通过材料设计控制半导体中的热产生奠定了基础。
2021-07-08 cond-mat.mtrl-sci
Cubic BN optical gap and intragap optically active defects
本文对立方氮化硼（c-BN）及其光学活性缺陷的光学性质进行了全面的研究。使用电子能量损失谱（EELS）在单色扫描透射电子显微镜（STEM）的最高质量的晶体上，我们明确地表明，c-BN的光隙能量略超过10 eV。在多体微扰理论的Bethe-Salpeter方程框架下的进一步理论分析支持了这一结果。使用纳米分辨阴极发光（纳米CL）在STEM的缺陷相关的排放的空间定位进行了研究。通过高温退火的c-BN粉末，我们已经促进了相变在纳米域已被检测到的外观在EELS和CL光谱中的特定的六边形相签名。在c-BN中已知大量的带隙内光学活性中心，但文献相当分散，因此在此进行了总结。对于几个发射线，我们已经获得了纳米CL地图，显示小到几十纳米的发射点尺寸。最后，通过将纳米CL耦合到Hanbury-Brown-Twiss强度干涉仪，我们已经解决了单个斑点，以确定可能存在的单光子源。所观察到的CL聚束效应是兼容的一组有限的单光子发射器，它允许获得纳秒量级的发射寿命。
2018-06-29 cond-mat.mtrl-sci
On semiconductor--metal transition in FeSi induced by ultrahigh magnetic field
在低温下，一硅化铁是一种强相关的窄禁带半导体。在355 T下首次观察到了由磁场诱导的一级金属态跃迁。B. Kudasov等人，JETP Lett. 68（1998）350]。然而，最近在参考文献[D]中的类似条件下发现了从230 T到270 T的平滑过渡。Nakamura等人，物理修订信函127（2021）156601]。这种差异远远超出了实验误差，值得仔细研究。电导率测量的感应和RF技术的方法分析表明，这些关键的磁场估计的差异源于技术的动态范围的分歧。事实上，上述方法是相辅相成的。磁场作用下的FeSi超导体-金属相变是一个复杂的现象，它发生在很宽的磁场范围内。
2023-02-05 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Local and regular plasma oscillations in bulk donor type semiconductors
当中性或带电杂质原子的外层电子相对于内层带电核发生位移时，回复力作用于外层电子的电子云。因此，偶极振荡的出现，显着影响的色散规律的等离子体振荡体施主半导体。假设外层电子从基态到第一激发态只有一次跃迁是必要的，计算了色散规律。结果表明，计算得到的色散规律由两个分支组成，一个分支源于导带自由电子的规则等离子体振荡，另一个分支源于束缚在杂质原子上的外层电子的局域振荡.
2007-02-08 cond-mat.mtrl-sci physics.plasm-ph
Andreev Reflection and Pair Breaking Effects at the Superconductor/Magnetic Semiconductor Interface
我们调查的适用性自旋极化测量使用Andreev反射在一个点接触几何在重掺杂的稀磁半导体，如（Ga，Mn）As。虽然我们观察到传统的Andreev反射在非磁性（Ga，Be）As外延层，我们的测量表明，在铁磁（Ga，Mn）As外延层具有可比的空穴浓度的电导谱只能充分描述由一个加宽的态密度和减少超导能隙。我们认为，这些对断裂效应源于金属杂质带（Ga，Mn）As的非弹性散射，可以通过引入有限的准粒子寿命或更高的有效温度来解释。对于Mn浓度为8%、居里温度为140 K的（Ga，Mn）As，自旋极化率为83+/-17%。PACS编号：72.25.Dc，72.25.Mk，74.45.+ C
2005-02-23 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Crystal Field Effect Induced Topological Crystalline Insulators In Monolayer IV-VI Semiconductors
最近预测了二维（2D）拓扑晶体绝缘体（TCI）的薄膜的SnTe类的IV-VI族半导体，它可以主机金属边缘状态的镜像对称保护。随着厚度的减小，量子限制效应将增加并超过临界厚度以下的反向间隙，将TCIs变成正常的绝缘体。令人惊讶的是，基于第一性原理计算，我们证明了（001）单层IV-VI族岩盐半导体XY（X=Ge，Sn，Pb，Y= S，Se，Te）是二维TCI，在单层PbTe中基本带隙高达260 meV，为实现带隙可调的二维Dirac费米子系统提供了材料平台。这种意外的非平凡拓扑相源于单层中的强{ \it晶场效应}，其提升了$p_{x,y}$和$p_z$轨道之间的简并性，并导致阳离子$p_z$和阴离子$p_{x,y}$轨道之间的能带反转。这种晶场效应诱导的拓扑相为寻找和设计其他原子级薄的二维拓扑材料提供了一种新的策略。
2015-04-27 cond-mat.mtrl-sci
Beam Routing through Excitons in Transition Metal Dichalcogenide Monolayers
University of Southern Denmark（南丹麦大学）；Aristotle University of Thessaloniki（塞萨洛尼基亚里士多德大学）；National Institute for Materials Science（国立材料研究所）
本研究利用低温角分辨阴极发光光谱，发现过渡金属二硫化物单层的暗激子可产生定向发射，无需额外纳米结构即可实现纳米尺度光路由，为紧凑光子架构提供了新平台。
2026-08-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Multi-Dot Floating-Gates for Nonvolatile Semiconductor Memories - Their Ion Beam Synthesis and Morphology
通过用一层硅点代替浮置多晶硅栅，可以大大提高当前闪存的可扩展性和性能。该多点层可以通过离子束合成（IBS）在非常薄的栅氧化物中以CMOS兼容的方式制造。在这里，我们提出了实验和理论研究IBS的多点层组成的硅纳米晶体（NC）。纳米碳是由超低能量硅离子注入产生的，这会在浅注入区引起高的硅过饱和。在注入后退火期间，这种过饱和导致过量Si与SiO2的相分离。迄今为止，对这一分相过程的研究一直受到透射电子显微镜（TEM）中Si和SiO_2之间弱Z衬度的限制。在这里，通过使用配备并行电子能量损失谱系统（PEELS-STEM）的扫描透射电子显微镜映射Si等离子体激元损失来解决这个成像问题。此外，Si相分离的动力学晶格蒙特卡罗模拟已被执行，并与实验Si等离子体激元地图进行比较。理论上预测，随着离子注量的增加，多点硅浮栅的形貌会从孤立的球形纳米碳转变为弥散的旋节硅图案。这些图案与PEELS-STEM图像非常一致。然而，对旋节模式的预测通量低于实验值。由于环境大气的氧化剂渗透到注入的SiO2中，注入的Si的相当大的一部分可能由于氧化而损失。
2004-07-13 cond-mat.mtrl-sci
Semiconductor characterization by scanning ion beam induced charge (IBIC) microscopy
缩写IBIC（离子束诱导电荷）是在20世纪90年代初创造的，表示一种扫描显微镜技术，该技术使用MeV离子束作为探针来成像半导体材料和器件的基本电子特性。从那时起，IBIC已成为一种广泛的分析技术，用于表征电子或辐射探测材料，迄今为止在同行评审期刊上发表的200多篇论文证明了这一点。它的成功源于IBIC可以提供有关成品器件中发生的电荷传输现象的有价值的信息，这些信息不容易通过其他分析技术获得。然而，IBIC分析需要强大的理论背景来正确解释实验数据。为了说明使用严格的数学形式主义的重要性，我们在本文中提出了一个基准IBIC实验，旨在测试的解释模型的有效性的基础上耿氏定理，并提供一个例子，IBIC的分析能力，以表征半导体器件。
2016-09-01 cond-mat.mtrl-sci physics.ins-det
Blue-to-green single photons from InGaN/GaN dot-in-a-wire nanowire ordered arrays
单光子发射器（SPE）是量子信息管理的许多应用的基础。基于半导体的SPE最适合于实际实现，因为它具有很高的设计灵活性、可扩展性和在实际设备中的集成潜力。报道了镶嵌在GAN纳米线中的InGaN纳米盘有序阵列的单光子发射。在蓝绿光谱范围内观察到了来自类量子点复合中心的强而窄的光发射谱线。电子显微镜，阴极射线发光和显微光致发光的表征表明，单光子发射的高浓度的纳米盘由于合金成分的波动区域。单光子发射由光子相关测量确定，在二阶关联函数中显示深反聚束最小值。目前的结果是一个有前途的一步，实现现场/按需单光子源在蓝绿色光谱范围内工作在GHz的频率范围内，在高温下。
2017-06-12 cond-mat.mtrl-sci
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
Automated crystal orientation mapping by precession electron diffraction assisted four-dimensional scanning transmission electron microscopy (4D-STEM) using a scintillator based CMOS detector
电子敏感和像素化探测器的最新发展吸引了四维扫描透射电子显微镜（4D-STEM）的使用。在这里，我们提出了一个进动电子衍射辅助4D-STEM技术的自动取向映射使用衍射斑点图案直接捕获的柱闪烁体的互补金属氧化物半导体（CMOS）检测器。我们比较的结果到一个传统的方法，它利用一个外部CCD摄像机拍摄的荧光屏。探测器的高动态范围和信噪比特性大大提高了衍射图案的图像质量，特别是在高散射角下衍射斑点的可见性。在通过模板匹配过程重建的方向图中，与传统方法相比，CMOS数据产生了显着减少的错误索引和更高的可靠性。也可以通过掩蔽接近直接光束的反射来提高取向差测量的角分辨率。这是因为在高散射角下取向敏感的、弱的和小的衍射斑点更显著。结果表明，精细的细节，如纳米晶粒，纳米孪晶和亚晶界可以解决与亚度角分辨率，这是可比的取向映射使用菊池衍射图案。
2021-03-05 cond-mat.mtrl-sci physics.ins-det
Freeing electrons from extrinsic and intrinsic disorder yields band-like transport in n-type organic semiconductors
众所周知，有机半导体中的电荷传输对本征和非本征的无序的存在极其敏感，尤其是对于n型材料。内禀动力学无序起源于弱相互作用范德华固体中分子间转移积分和（分子）位置能量的大的热涨落，并且起源于载流子的瞬态局部化。驱动瞬时定位的分子振动通常在低频（<几百cm-1）下操作，这使得难以通过实验对其进行评估。然而，这阻碍了明确的分子设计规则的识别，以控制和减少动态无序。此外，无序也可以是外在的，由栅极绝缘体介电性质控制。在这里，我们报告的电荷输运在两个密切相关的n-型分子有机半导体的结合使用的温度相关的非弹性中子散射和光电子能谱学证实的电测量，理论和模拟的全面研究。我们提供明确的证据表明，特设的分子设计，使自由的电子电荷载流子从内在和外在的障碍，最终达到带状电子输运。
2019-09-11 cond-mat.mtrl-sci
Electric field induced semiconductor-to-metal phase transition in vertical MoTe2 and Mo1-xWxTe2 devices
在过去的几年里，过渡金属二硫属化物（TMD）由于其原子薄的性质而作为各种电子应用的潜在构建块引起了人们的关注。一个令人兴奋的发展是最近成功的“工程”结晶相的TMD化合物在生长过程中，由于他们的多晶型特征。在这里，我们报告了电场诱导的可逆工程相变在垂直2 H-MoTe 2设备，一个重要的实验发现，使这些超薄层状材料的电相位切换。利用扫描隧道显微镜（STM）分析了施加电场后的TMD晶体结构，并利用扫描隧道光谱（STS）绘制了纳米尺度上的超导体-金属相变。此外，通过扫描透射电子显微镜（STEM）直接证实了从2 H半导体到畸变的2 H '金属相的相变。制造基于MoTe 2和Mo 1-xWxTe 2合金的垂直电阻式随机存取存储器（RRAM）单元以展示清晰的可再现的和受控的切换，其中编程电压可通过层厚度来调谐，并且如果与三元材料相比，则对于二元化合物显示出明显不同的趋势。
2017-09-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
The wavefunction reconstruction effects in calculation of DM-induced electronic transition in semiconductor targets
亚GeV暗物质（DM）在半导体中的电子激发物理在标准平面波（PW）和赝势计算框架下得到了广泛的讨论。在本文中，我们研究了全电子（AE）重建的DM诱导的电子跃迁事件率估计的含义。作为一个基准研究，我们首先计算的波函数在硅和锗块体晶体的基础上的AE和伪（PS）计划内的投影增广波（PAW）的框架，然后从这两种方法得到的计算激发事件率之间的比较。事实证明，在动力学允许大动量转移的过程中，两个计算的事件速率可以相差几倍。这种差异被发现源于PS计划中忽略的高动量分量。因此，这意味着从AE波函数的核心区域的校正是必要的DM诱导的半导体中的跃迁事件率的准确估计。
2019-04-08 cond-mat.mtrl-sci hep-ph
Anisotropy of heavy hole spin splitting and interference effects of optical polarization in semiconductor quantum wells subjected to an in-plane magnetic field
先前在量子阱中观察到的强光学偏振各向异性效应在面内磁场作用下达到了微观方法的完整描述。我们发展的理论涉及两个光学偏振源。第一个来源是由于$ψ$的电子和重空穴（HH）相位之间的相关性-由于电子塞曼自旋分裂和HH在面内磁场中的低对称性和塞曼相互作用的联合表现而产生的函数。在这种情况下，四个可能的相控电子HH跃迁构成极化效应，当只有一个跃迁存活时，极化效应可以在低温下达到其最大量（$\pm $ 1）。另一种偏振源是激发态光洞（LH）通过低对称性相互作用与HH的混合。该机制对总极化的贡献相对较小，但与温度和磁场无关。对HH分裂的不同机制的分析表明，HH分裂具有很强的偏振各向异性。这些机制的联合作用可能导致新的特性，这应该考虑到不同的实验情况的解释。
2003-02-16 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
Comprehending robust quantum effects in organic semiconductors: Charge-transfer excitons, aggregate phonons and fractons
在室温下工作的有机半导体材料中，存在着显著的量子效应，但人们对它的认识还不够全面，而电荷转移（CT）激子通常被认为是其中的关键成分。另一个重要的物质是声子来自分子内和分子间的振动，相关的对角电子-声子耦合引起空间局域化，非对角耦合指的是电子波函数的色散。在这项工作中，我们首先提出了一个玩具模型的基础上的分形物理现象揭示的相干运动的CT激子其次是共振声子的聚集。基于该模型，描述了不同材料体系中的分级量子效应的一般情形。为了检验分形子模型是否适用于实际，我们采用自适应含时密度矩阵重整化群算法计算了CT激子的无序相关（OTOC），这是一种纠缠熵的量子动力学度量.基于有机材料中三种常用的考虑两种相互作用的现实模型，我们分别研究了CT激子和聚合声子在超快电荷转移、相干极化子跳跃和三重态对解离中的不可约作用.我们的理论将电荷、激子、自旋和声子统一到一个统一的框架中，有助于阐明有机半导体中复杂多样的量子效应。
2021-12-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Anisotropic magnetoresistance in antiferromagnetic semiconductor Sr2IrO4 epitaxial heterostructure
开尔文勋爵发现了镍和铁中的各向异性磁电阻（AMR）现象，比该效应所源自的相对论性量子力学的阐述提前了70年，比自旋电子学提前了近一个半世纪，而自旋电子学的首次商业应用依赖于AMR。尽管AMR在磁传感和存储技术中有着悠久的历史和重要性，但对AMR的微观理解一直在努力超越相对论磁输运现象的基本概念，该现象是由自旋轨道耦合和金属铁磁体对称性破缺对扩散载流子的组合效应引起的。我们的工作表明，即使这个看似通用的概念AMR现象需要重新审视，因为我们观察到的欧姆AMR效应在纳米级薄膜的反铁磁（AFM）半导体Sr 2 IrO 4（SIO）。我们的工作开辟了最近提出的集成半导体和自旋电子技术在原子力显微镜的路径。SIO是探索这条路径的特别有利的材料，因为它的半导体性质与AFM有序和强自旋轨道耦合纠缠在一起。为了观察SIO中的低场欧姆AMR，我们制备了外延异质结构，其包括在FM金属La 2/3Sr 1/3 MnO 3（LSMO）的外延层顶部上的纳米级SIO膜。这使得磁场控制的取向的AFM自旋在SIO通过交换弹簧效应在FM-AFM接口。
2013-03-19 cond-mat.mtrl-sci
Platform and Framework for Time-Resolved Nanoscale Thermal Transport Measurements in STEM
Humboldt-Universität zu Berlin（柏林洪堡大学）
开发了集成在扫描透射电子显微镜中的激光激发系统，结合超高分辩电子能量损失谱和外部门控直接电子探测器，实现纳米尺度热传输的时间分辨测量，并通过对非晶碳膜的测量验证了方法的有效性。
2026-03-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
AI-assisted Human-in-the-Loop Web Platform for Structural Characterization in Hard drive design
University of Tennessee, Knoxville（田纳西大学诺克斯维尔分校）；Western Digital corporation（西部数据公司）
本文提出一种可调节的人机协同工作流程框架，用于STEM图像的设备表征分析，通过结合梯度峰值检测与交互式修正模块，实现模块化和自适应的自动化分析，提升半导体制造中的计量流程标准化和可扩展性。
2026-04-01 cond-mat.mtrl-sci cs.CV
Impact of Thermal Effects on the Current-Tunable Electrical Transport in the Ferrimagnetic Semiconductor Mn$_3$Si$_2$Te$_6$
针对Mn$_3$Si$_2$Te$_6$中仅磁硬轴磁场下出现的非常规CMR，通过电流对比实验和第一性原理计算，揭示其源于磁矩沿硬轴部分极化诱导的带隙减小，而非COC驱动，明确了热效应和电子结构对电输运的影响。
2025-08-21 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Proposal for semiconductor-free negative differential resistance tunnel diode with ultra-high peak-to-valley current ratio
负微分电阻（NDR）隧道二极管是有前途的替代器件的超CMOS计算，因为它们提供了几个潜在的应用时，与晶体管集成。我们提出了一种新的无阻NDR隧道二极管的概念，具有超高的峰谷电流比（PVCR）值。我们提出的负阻二极管由两个冷金属电极组成，由一个薄的绝缘隧道势垒隔开。NDR效应源于冷金属电极的独特电子能带结构，即，费米能级周围的隔离金属带的宽度以及分隔较高和较低能带的能隙确定隧道二极管的电流-电压（$I$ - $V$）特性和PVCR值。通过适当选择冷金属电极材料，可以获得传统的N型或$Λ$型NDR效应。二维（2D）材料为实现所提出的NDR隧道二极管提供了独特的平台。为了证明概念的证明，我们采用非平衡格林函数方法结合密度泛函理论来计算基于2D冷金属的横向（Al I $_2$ /Mg I $_2$ /Al I $_2$）和垂直（NbS $_2$ /h-BN/NbS $_2$）异质结隧道二极管的$V$特性。对于横向隧道二极管，我们获得了$Λ$型NDR效应，在室温下具有10 $^{16}$的超高PVCR值，而垂直隧道二极管表现出常规N型NDR效应，具有约10 $^4$的较小PVCR值。所提出的概念为NDR器件提供了一种无阻容器的解决方案，以实现具有超高PVCR值的期望的$I$ - $V$特性，用于存储器和逻辑应用。
2022-10-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Humble planar defects in SiGe nanopillars
我们报道了在SiGe纳米柱中发现的一种新的001平面缺陷。缺陷结构，由原子分辨电子显微镜，确定相匹配的Humble缺陷模型提出的金刚石。我们还使用第一性原理计算研究了Humble结构的几种可能变体，发现能量最低的一种也与STEM图像最一致。用电子能量损失谱分析了柱的成分，揭示了缺陷的形成机理。我们的研究结果表明，在纳米结构的IV族半导体的缺陷的结构和形成过程可以从他们的散装对应不同。
2021-11-07 cond-mat.mtrl-sci
The effect of a band gap gradient on the radiative losses in the open circuit voltage of solar cells
研究带隙梯度对太阳能电池开路电压辐射损耗的影响，通过光致发光和电致发光光谱等方法分析，发现带隙梯度显著增加吸收起始处的变宽，导致辐射损耗增加16 mV。
2025-03-18 cond-mat.mtrl-sci
Switchable Atomically Thin 2D Electrides from First-principles Prediction
电子化物中多余的阴离子电子被限制在它们的空的空间中，在催化、非线性光学和自旋电子学中有着很好的应用前景。然而，由于其与环境因子的高化学反应性，其应用受到限制。在这项工作中，我们发现了一组二维（2D）的月亮层的电子结构中存在可切换的近自由电子（NFE）状态的发现。与传统的双金属氧化物不同，传统的双金属氧化物是具有形成接近费米能级的部分占据的能带的浮动电子的金属，可切换的双金属氧化物是化学活性低得多的半导体，其保持在费米能级以上0.3-1.5 eV的NFE态。根据高通量搜索，我们确定了12个具有这种低能量NFE状态的2D候选者。其中，11种2D材料可能是从已知的层状材料剥离的。在诸如压缩应变的外力下，这些源自表面像势的NFE态将被向下推动以越过费米能级。值得注意的是，在2D单层Na $_2$ Pd $_3$ O $_4$中，通过低至3%的应变可以实现临界的载流子-金属转变。因此，可切换的2D光栅可以为探索新的量子现象和现代电子器件应用提供理想的平台。
2020-09-03 cond-mat.mtrl-sci
Preliminary Demonstration of Diamond-GaN pn Diodes via Grafting
针对超宽禁带半导体有效掺杂类型单一、异质集成受晶格失配限制的问题，通过接枝法制备带超薄ALD Al₂O₃插层的金刚石-GaN pn二极管，实现1.55的理想因子与超10⁴的整流比，为器件优化提供参考。
2025-10-28 cond-mat.mtrl-sci
Percolative Ferromagnetism in Anatase Co:TiO2
我们重新审视了最广泛的研究和争议的氧化物稀磁半导体（DMS），Co：TiO 2，与一个新的高温薄膜生长，并表明相应的材料不仅是一个本征DMS铁磁体，但也支持一个解释机制的铁磁性。我们建立了整个膜截面的掺杂剂分布的均匀性，通过Z-对比度成像，通过扫描透射电子显微镜（STEM）和电子能量损失谱（EELS）在0.4 nm的空间分辨率和氧化的2+价态的钴的X-射线吸收光谱（XAS）。磁性对钴浓度的依赖关系符合缺陷极化子逾渗模型。在特定的钴浓度以上的运输活化能的特殊增加进一步强调了极化子的磁秩序的贡献。
2005-05-10 cond-mat.mtrl-sci
Nanometre scale monitoring of the quantum confined stark effect and emission efficiency droop in multiple GaN/AlN quantum disks in nanowires
我们报告了一个详细的研究的强度依赖的光学性质的单个GAN/氮化铝量子阱（QOLD）嵌入到GAN纳米线（NW）。在扫描透射电子显微镜（STEM）中用高空间分辨率阴极发光（CL）研究了QNO 3的结构和光学性质。通过用纳米级电子束以跨越3个数量级的电流激发量子阱，观察到光发射中的强非线性（能量偏移）。特别是，我们发现，能量转移的量取决于发射率和QDisk形态（大小，沿NW和壳厚度的位置）。对于较厚的量子点（> 4 nm），随着量子点发射强度的增加，量子点发射能量发生蓝移。这被解释为量子阱内部入射电子束激发的载流子密度增加的结果，其屏蔽了内部电场，从而降低了这些量子阱中存在的量子限制斯塔克效应（QCSE）。对于更薄的QCSE（<3 nm），蓝移几乎不存在，与在这样的尺寸下可忽略的QCSE一致。对于中等大小的QCSE，存在一个电流阈值，高于该阈值，能量转移，标志着从未屏蔽到部分屏蔽的QCSE的过渡。从阈值，我们估计的寿命在未屏蔽的制度。这些观察结果表明，与直觉相反，高能量的电子最终可以表现为单个电子空穴对发生器。此外，当我们将电流从1 pA增加到10 pA时，发光效率下降超过一个数量级。这种发光效率的降低是在氮化物基2D发光二极管中观察到的效率下降的表现，这是一种暂时归因于俄歇效应的现象。
2016-05-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci quant-ph
