Anomalous Non-Hydrogenic Exciton Series in 2D Materials on High-$κ$ Dielectric Substrates
介电环境的工程是一种强大的策略,可以控制二维(2D)材料的电子和光学特性,而不会影响其结构完整性。在这里,我们表明,高$κ$二维材料的最新发展提出了新的机会,电介质工程。通过求解WSe $_2$在不同衬底上的二维Mott-Wannier激子模型,使用从第一性原理获得的屏蔽电子-空穴相互作用,我们证明了激子里德伯系列定性地改变时,在二维半导体内的介电屏蔽变得占主导地位的衬底。在这种制度下,屏蔽的距离依赖性是相反的,有效的屏蔽随着激子半径的增加,这是相反的传统的二维屏蔽制度。因此,更高的激子态变得欠束缚,而不是过度束缚相比,氢化里德伯系列。最后,我们导出了整个二维里德堡系列激子结合能的一般解析表达式
2020-09-25 cond-mat.mtrl-sci
Dielectric screening at TMD:hBN interfaces: Monolayer-to-bulk transition, local-field effect, and spatial dependence
本研究采用第一性原理介电嵌入GW方法,系统研究hBN衬底对不同TMDs的介电屏蔽效应的厚度依赖、局域场效应与空间依赖性,为能带结构工程提供定量依据。
2023-05-04 cond-mat.mtrl-sci
Substrate-Induced Shifts and Screening in the Fluorescence Spectra of Supramolecular Adsorbed Organic Monolayers
研究了基质对吸附有机分子荧光的影响。在六方氮化硼(hBN)表面制备了由三聚氰胺和三聚氰胺形成的超分子网络结构?在这些薄膜的荧光光谱中的主峰红移高达0.37 eV相对于发表的测量氦液滴中的分子。较小的位移(~0.03 eV)所产生的相邻分子之间的相互作用进行了研究,通过比较不同的安排的PTCDI,这是由超分子自组装模板和确定的分子分辨率,在环境条件下使用原子力显微镜的荧光。我们比较了我们的实验结果与使用微扰模型和密度泛函理论的组合计算的红移,分别占,共振和非共振效应的介电hBN基板。我们表明,基板引起的红移的荧光的吸附分子,也屏幕相邻的跃迁偶极矩之间的相互作用,这两种效果取决于基板的折射率。
2018-05-29 cond-mat.mtrl-sci
Accelerating amorphous polymer electrolyte screening by learning to reduce errors in molecular dynamics simulated properties
Massachusetts Institute of Technology(麻省理工学院)
聚合物电解质是下一代锂离子电池技术的有希望的候选者。聚合物电解质的大规模筛选受到无定形体系中分子动力学(MD)模拟的显著成本的阻碍:聚合物的无定形结构需要多次重复采样以减少噪声,并且缓慢弛豫需要长的模拟时间以用于收敛。在这里,我们使用多任务图神经网络来加速筛选,该网络从大量有噪声的、未收敛的短MD数据和少量收敛的长MD数据中学习。我们实现了4个不同的收敛特性的准确预测,并筛选了6247个聚合物的空间,其数量级大于以前的计算研究。此外,我们提取了聚合物电解质的几个设计原则,并为社区提供了一个开放的数据集。我们的方法可以适用于广泛的一类材料发现问题,涉及复杂的,无定形材料的模拟。
2022-03-15 cond-mat.mtrl-sci cs.AI cs.LG
Engineering bandgaps of monolayer MoS2 and WS2 on fluoropolymer substrates by electrostatically tuned many-body effects
本征电学和激子性质的单层过渡金属二硫属化物的CYTOP氟聚合物基板上进行了研究,大大抑制无意掺杂和介电屏蔽。采用固态回溯法在单层WS2中观察到双极输运行为。单层MoS2和WS2的激子性质由绷带重整化、泡利阻断和载流子屏蔽对载流子掺杂之间的复杂相互作用决定。
2016-04-27 cond-mat.mtrl-sci
Layer-dependent Quasiparticle Electronic Structure of the P3HT:PCBM Interface from A First-Principles Substrate Screening $GW$ Approach
典型的有机光伏材料是由区域规则的聚(3-己基噻吩)(P3 HT)和[6,6]-苯基-C $_{61}$ -丁酸甲酯(PCBM)的共混物组成的异质结。微观理解的能量转换机制,在这个系统中涉及的P3 HT:PCBM界面的电子结构和原子几何之间的关系。本文采用第一性原理$GW$方法研究了P3 HT层数对P3 HT:PCBM界面电子结构的影响。我们应用衬底屏蔽的方法来加速这样的计算,并更好地了解在界面处的多体介电屏蔽。整个界面的准粒子带隙随着P3 HT层数的增加而减小。的接口的各个组件的间隙被发现是小于其孤立的同行,与强烈的依赖于P3 HT层的数量。重要的是,当比较P3 HT:PCBM系统(其中存在单个界面)和P3 HT:PCBM:P3 HT系统(其中在PCBM的两侧形成界面)时,我们发现这两个系统表现出非常不同的准粒子能级排列。我们讨论了我们的研究结果在相关实验中可能产生的影响。观察到的P3 HT:PCBM界面的层相关准粒子电子结构趋势提供了对这些材料中能量转换途径的计算洞察。
2020-04-21 cond-mat.mtrl-sci
Accelerating the discovery of high-performance nonlinear optical materials using active learning and high-throughput screening
本研究利用数据驱动方法,结合OPTIMADE数据库与主动学习策略,迭代改进机器学习模型,构建了约2,200个SHG张量的公开数据集,并引入多保真度校正学习方案提升数据精度,加速了高性能非线性光学材料的自动化筛选。
2025-04-02 cond-mat.mtrl-sci
Accelerating GW calculations of point defects with the defect-patched screening approximation
本研究提出缺陷补缀屏蔽近似,将多电子屏蔽拆分为本征屏蔽与缺陷诱导屏蔽分别计算,大幅加速点缺陷的GW计算,结果与直接模拟吻合,为新型量子应用的缺陷筛选提供高效方法。
2023-10-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Coulomb-Engineered Heterojunctions and Dynamical Screening in Transition Metal Dichalcogenide Monolayers
通过介电环境操纵二维材料提供了控制电子和光学特性的新机会,并允许以非侵入性方式压印纳米结构。在这里,我们评估的潜力,单层半导体过渡金属二硫属化物(TMDC)的库仑工程在材料现实和定量的方式。我们比较不同的TMDC材料的电介质周围的修改的响应,分析动态基板屏蔽的影响,即在介电函数的频率依赖性,并讨论固有的长度尺度的库仑工程异质结。我们发现对称的和刚性的位移一样的准粒子带隙调制,瞬时和动态基板筛选。从这个,我们得到一个有效的多尺度建模的库仑工程异质结放置在空间结构的基板上的均匀单层组成的短程自能量。对于这些异质结,我们表明,几个晶格常数的长度尺度上的带隙调制是可能的渲染外部限制的基板结构比内部效应更重要。我们发现,所有的半导体TMDC同样非常适合这些外部和非侵入性的修改。
2020-10-01 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Lowering the Exponential Wall: Accelerating High-Entropy Alloy Catalysts Screening using Local Surface Energy Descriptors from Neural Network Potentials
针对高熵合金催化筛选的指数级计算瓶颈,提出基于局域表面能描述符的线性回归与机器学习方法,实现快速高精度预测,大幅加速催化剂设计。
2025-01-27 cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Interplay of screening and superconductivity in low-dimensional materials
库仑相互作用的定量描述开发的二维超导材料,使我们能够比较内在与外部屏蔽效应,如那些由于基板。使用的掺杂单层的二硫化钼嵌入在一个可调的介电环境中的例子,我们证明了外部屏蔽的影响是有限的长度尺度,从下面的准二维材料的有效厚度和从上面的固有的屏蔽长度的范围。因此,它被发现,非常规的库仑驱动的超导性不能诱导在二硫化钼单独通过调整衬底的属性。我们对延迟Morel-Anderson库仑势{μ*}的计算表明,库仑相互作用(由约化层厚度和衬底性质重整化)可以改变单层MoS 2中电子-声子驱动超导相的起始位置,但对最佳掺杂下的临界温度没有显著影响。
2016-10-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
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
Accelerating discovery of infrared nonlinear optical materials with large shift current via high-throughput screening
Soochow University(苏州大学);AI for Science Institute(人工智能科学研究院);Research Institute for Intelligent Wearable Systems, The Hong Kong Polytechnic University(香港理工大学智能穿戴系统研究所);Department of Mechanical Engineering, National University of Singapore(新加坡国立大学机械工程系);Suzhou Institute for Advanced Research, University of Science and Technology of China(中国科学技术大学苏州高等研究院);School of Biomedical Engineering, Division of Life Sciences and Medicine, University of Science and Technology of China(中国科学技术大学生命科学与医学学院生物医学工程系)
通过高通量筛选发现具有强红外位移电流响应的非线性光学材料,建立高质量第一性原理数据集,推动高性能NLO材料的加速发现。
2026-07-28 cond-mat.mtrl-sci
Adlayer core-level shifts of random metal overlayers on transition-metal substrates
我们计算了表面合金的芯电子的电离能之差,即,用密度泛函理论计算了fcc-B(001)衬底上A_(1-x)B_x覆盖层中的B原子和清洁fcc-B(001)表面的核电子。我们分析了初始态贡献和屏蔽效应引起的核心空穴,并研究了一些贵金属-过渡金属系统的合金成分的影响。本文给出了Cu_(1-x)Pd_x/Pd(001),Ag_(1-x)Pd_x/Pd(001),Pd_(1-x)Cu_x/Cu(001),Pd_(1-x)Ag_x/Ag(001),x从0变化到100%的数据。我们的分析清楚地表明了最终状态屏蔽效应对解释测量的核心能级位移的重要性。从初始状态的趋势计算的偏差解释的变化的原子间和原子内屏蔽合金化。合金化对金属表面化学反应性的可能作用进行了讨论。
1997-02-05 cond-mat.mtrl-sci
Isolating the Nonlinear Optical Response of a MoS$_2$ Monolayer under Extreme Screening of a Metal Substrate
本研究利用偏振控制FS-SFG技术分离出MoS₂/Au结中MoS₂单层的非线性光学响应,观测到无激子特征的线性光谱,得到约1.65±0.20eV的准粒子带隙,为极端屏蔽下二维半导体研究及光催化应用提供参考。
2023-10-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Image charge screening: a new approach to enhance magnetic ordering temperatures
我们已经测试了图像电荷屏蔽的概念,作为一种新的方法,以提高磁有序温度和超交换相互作用的超薄膜。以在Ag(100)衬底上生长的3层NiO(100)薄膜和在MgO(100)衬底上生长的3层NiO薄膜为模型系统,观察到在高极化金属衬底上生长的NiO薄膜的Neel温度为390 K,而在低极化绝缘体衬底上生长的NiO薄膜的Neel温度低于40 K。这表明,筛选高度极化介质可能指向一个实用的方法来设计强相关的氧化物纳米结构,大大提高了磁性能。
2008-06-10 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Enhanced Screening in Epitaxial Graphene via Nearly Free-Electron Metal Intercalation
Universität Würzburg(维尔茨堡大学);Würzburg-Dresden Cluster of Excellence ctd.qmat, Universität Würzburg(维尔茨堡大学维尔茨堡-德累斯顿卓越集群ctd.qmat);Institut für Theoretische Physik und Astrophysik, Universität Würzburg(维尔茨堡大学理论与天体物理研究所);Diamond Light Source(钻石光源)
本研究通过在石墨烯-SiC界面插层双层铟,利用层分辨密度泛函理论和角分辨光电子能谱证实其可显著增强石墨烯的介电屏蔽,为调控石墨烯介电环境提供了有效方法。
2026-08-12 cond-mat.mtrl-sci
Giant Quasiparticle Bandgap Modulation in Graphene Nanoribbons Supported on Weakly Interacting Surfaces
一般来说,有两个主要因素影响纳米结构中的带隙:(i)由于限制而增强的电子-电子相互作用和(ii)由于电介质屏蔽而改变的电子自能。虽然最近对石墨烯纳米带(GNR)的理论研究报道了第一种效应,但是来自周围材料(例如衬底)的介电屏蔽的效应尚未被彻底研究。使用大规模的电子结构计算的基础上的GW的方法,我们表明,当GNRs沉积在基板上,带隙得到强烈的抑制(高达1 eV),即使GNR-基板相互作用是弱的。
2013-09-12 cond-mat.mtrl-sci
Hidden by graphene -- towards effective screening of interface van der Waals interactions via monolayer coating
最近在石墨烯涂覆的SiO $_2$上进行的原子力显微镜(AFM)实验~[ACS Nano { \bf 2014},8,12410-12417]证明单层石墨烯(G)可以有效地屏蔽源自下面的衬底的分散范德华(vdW)相互作用:尽管G是单原子厚度,AFM针尖对SiO $_2$几乎不敏感,针尖-基底吸引力基本上仅由G决定。这种GvdW { \it opacity}具有深远的意义,包括多层异质结构的稳定,微机械现象,甚至多相催化。然而,这种现象的详细实验控制和高端应用还有待于对潜在物理机制的合理物理理解。通过量子多体分析和从头算密度泛函理论,我们在这里解决这一挑战提供理论合理化的观察到的G vdW { \it不透明度}弱相互作用基板。的非局部密度响应和超慢衰减的G vdW相互作用,确保标准的吸引力和多体排斥的贡献之间的补偿,使vdW { \it不透明度}在很宽的范围内的吸附距离。vdW { \it opacity}在低频极限中表现得最有效,并且延伸到包括静电德拜力的伦敦色散之外。凭借相结合的理论/实验验证,G因此出现作为一个有前途的屏蔽{ \it屏蔽}的调制和开关的vdW相互作用的接口和复杂的纳米器件。
2018-06-12 cond-mat.mtrl-sci
Accelerating dynamic polarizability calculations of organic molecules using equivariant graph neural networks
Karlsruhe Institute of Technology (KIT)(卡尔斯鲁厄理工学院)
提出等变图神经网络直接从分子几何和紫外-可见光谱预测动态极化率张量,在QM9和有机光伏数据集上验证,器件模拟结果与TD-DFT高度一致(R²=0.94),加速有机分子筛选。
2026-10-08 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
GW band structure of monolayer MoS2 using the SternheimerGW method and effect of dielectric environment
过渡金属二硫属化合物(TMD)单层膜作为未来的纳米电子和光电子器件具有很大的应用前景。实现高器件性能的一个基本特征是使用合适的支撑衬底,这会影响这些二维(2D)材料的电子和光学特性。在这里,我们进行多体GW计算使用SternheimerGW方法调查的准粒子能带结构的单层二硫化钼受到一个有效的介电屏蔽模型,这是为了近似地描述在实际设备应用中的基板极化。我们发现,在这个模型中,介电屏蔽有相当大的影响准粒子带隙,例如,间隙重整化是高达250毫电子伏的二硫化钼与模型屏蔽对应的二氧化硅。在G0W0近似,我们还发现,包括有效的屏蔽诱导的直接带隙,与未屏蔽的单层。我们还发现,介电屏蔽诱导的载流子有效质量的增强高达27%的孔,等离子体卫星的移位,并重新分配准粒子的重量。我们的研究结果突出了介电环境在二维TMD器件设计中的重要性。
2021-03-01 cond-mat.mtrl-sci
Multiplet Effects in the Electronic Correlation of One-Dimensional Magnetic Transition-Metal Oxides on Metals
采用约束无规相位近似(cRPA)方法计算了四种一维磁性过渡金属氧化物XO $_2$(X = Mn,Fe,Co,Ni)在Ir(100)表面的Hubbard $U$参数.除了氧化物的预期筛选,即,的$U$值的金属基板的存在下,我们发现一个强烈的依赖于电子配置(多重态)的X($d$)轨道。原子X所获得的每一种特定的电子构型都由O配体以及与Ir(100)基底的电荷转移和杂化决定。我们发现,MnO $_2$和NiO $_2$链表现出两种不同的屏蔽制度,而CoO $_2$的情况下介于两者之间。MnO $_2$链的电子结构在吸附后几乎保持不变。因此,在这种情况下,额外的屏蔽主要由相邻金属表面原子的电子产生。发现NiO $_2$ /Ir(100)的屏蔽强度取决于吸附态的Ni($d$)构型。FeO $_2$的情况下显示出异常的行为,因为它是唯一的绝缘系统,在金属基板的情况下,因此,它具有最大的$U$值。然而,该值被吸附后的上述两种屏蔽效应显著降低。
2022-02-22 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Dielectric Screening in Atomically Thin Boron Nitride Nanosheets
二维(2D)六方氮化硼(BN)纳米片是石墨烯、二硫化钼和许多其他基于2D纳米材料的电子和光子器件的优异介电衬底。为了优化这些2D器件的性能,必须了解BN纳米片的介电屏蔽特性作为厚度的函数。在这里,电力显微镜以及理论计算的基础上的两个国家的最先进的第一性原理计算与范德华相互作用的考虑和非线性的费米子-费米理论模型被用来调查不同厚度的高品质BN纳米片的介电屏蔽。结果发现,原子级薄的BN纳米片在电场屏蔽中的效果较差,但BN的屏蔽能力对层厚度的依赖性相对较弱。
2015-03-02 cond-mat.mtrl-sci
Screening 0D materials for 2D nanoelectronics applications
随着基于二维(2D)材料的纳米电子器件走向成熟,优化有源2D材料的性能必须同时关注优化其周围其他材料(如电极,栅极电极和衬底)的性能和界面。虽然这些通常是2D或3D材料,但最近K。Liu等人[Nat.Electron.4,906(2021)]报道了使用由vdw键合的Sb $_2$ O $_3$簇组成的零维(0D)材料作为非常有前途的绝缘衬底和栅极电介质。在这里,我们报告了计算筛选研究,以找到有前途的0D材料用于纳米电子应用,特别是与2D材料。通过结合数据库和文献检索,我们发现了属于6个结构原型的16种材料,具有高熔点和高带隙,以及一系列的静态介电常数。我们进行了额外的第一性原理计算,以评估选定的技术相关的材料性能,并确认所有这些材料是范德华键合的,从而允许从3D主机容易分离的0D集群,也弱扰动沉积后的2D材料的电子特性。
2022-07-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Accelerating computational materials discovery with artificial intelligence and cloud high-performance computing: from large-scale screening to experimental validation
本文提出将AI模型与云HPC协同用于高通量材料筛选,在80小时内从3200万候选材料中预测约50万种稳定材料并发现18种新型固态电解质候选物,且通过实验验证了Na$_x$Li$_{3-x}$YCl$_6$系列的电导率,展示了AI加速材料发现从计算到实验的完整闭环。
2024-01-08 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Strongly Temperature Dependent Sliding Friction for a Superconducting Interface
当铅通过超导转变温度时,吸附的氮单层和铅衬底之间的机械摩擦突然下降。我们将这种效应归因于衬底欧姆加热的超导转变温度突然下降。欧姆加热是由于滑动吸附膜产生的电子屏蔽电流。
1999-05-18 cond-mat.mtrl-sci
Impacts of dielectric screening on the luminescence of monolayer WSe$_2$
本文通过多种介电常数衬底实验,系统研究了介电屏蔽对单层 WSe₂ 发光的影响,发现高介电常数导致光学带隙红移和发光强度显著降低,并揭示了退火温度阈值对发光的不利影响。
2023-03-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Accelerating the prediction of stacking fault energy by combining ab initio calculations and machine learning
研究结合ab initio计算与基于Friedel模型的机器学习算法,将广义层错能预测速度提升约80倍,预测结果与实验数据一致,为基于层错能的快速材料筛选与合金设计提供了高效方法。
2024-05-08 cond-mat.mtrl-sci
Synthesis and Characterization of the Ternary Nitride Semiconductor Zn$_2$VN$_3$: Theoretical Prediction, Combinatorial Screening and Epitaxial Stabilization
采用计算引导的高通量合成方法探索Zn-V-N相空间,合成了新型三元氮化物Zn $_2$ VN $_3$ .在组合PVD筛选之后,我们分离相并在常规硼硅酸盐玻璃衬底上合成具有纤锌矿结构的多晶Zn $_2$ VN $_3$薄膜。此外,我们证明了阳离子无序,但相位纯(002)织构,Zn $_2$ VN $_3$薄膜可以使用外延稳定在α-Al 2 O3(0001)衬底上生长在非常低的生长温度远低于200 °C。利用XRD和(S)TEM技术详细研究了Zn $_2$ VN $_3$薄膜的结构和相组成。采用RBS/ERDA和XPS/HAXPES方法研究了组成元素的组成和化学状态。这些分析揭示了化学计量的材料,没有氧污染,除了薄的表面氧化物。我们发现Zn $_2$ VN $_3$是一种弱掺杂的p型半导体,表现出跨越2 eV和3 eV范围的宽带室温光致发光。此外,电子性能可以通过在阳离子位点上的同构合金化在很宽的范围内调节,使其成为光电应用的有前途的材料。
2021-11-25 cond-mat.mtrl-sci
High Crystallinity and Decoupling of Graphene on a Metal: Reduced Coulomb Screening and Tunable pn-Junctions
高质量的外延石墨烯膜可以被用作用于定制石墨烯-衬底界面的模板,其允许通过掺杂和多体效应精确控制石墨烯中的载流子行为。通过结合扫描隧道显微镜、角分辨光电子能谱和密度泛函理论,我们证明了Ir(111)上的氧插层外延石墨烯具有高的结构质量,是准独立的,并显示出多体相互作用的特征。使用这个系统作为模板,我们表明,可调PN结可以通过吸附和插入的铷图案化,并通过增强的电子-等离子体激元耦合的n-掺杂的石墨烯区域表现出减少库仑屏蔽。这些发现对于理解和定制石墨烯-金属接触的性质(例如,用于实现量子隧穿器件)至关重要。
2014-04-24 cond-mat.mtrl-sci
A technical report on the surface-energy and morphology-based screening for electrode/electrolyte interface compatibility in SOFC/ReSOC materials
Politecnico di Bari(巴里理工大学)
提出基于表面能和形貌的电极-电解质界面兼容性筛选方法,通过接触角测量和共聚焦形貌分析构建兼容性矩阵,发现高粘附功、低界面能和合适基底形貌是关键。
2026-07-01 cond-mat.mtrl-sci
External screening and lifetime of exciton population in single-layer ReSe$_2$ probed by time- and angle-resolved photoemission spectroscopy
本研究利用时间与角分辨光电子能谱,揭示了单层ReSe$_2$中激子的双指数衰减动力学,并发现双层石墨烯衬底屏蔽导致激子显著离域化。
2023-01-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Identifying candidate hosts for quantum defects via data mining
固态基质中的类原子缺陷是发展量子信息系统的有希望的候选者,但是尽管它们很重要,目前正在研究的基质/缺陷组合几乎完全是偶然发现的。在这里,我们通过对材料项目数据库中的所有条目应用组合的四阶段数据挖掘和手动筛选过程来系统地评估宿主材料的适用性,并基于文献的实验确认带隙值。我们确定了580个可行的主机基板量子缺陷的引入和使用在量子信息系统。虽然这构成了已知和潜在可行的材料系统数量的显著增加,但它仍然代表了已知无机相总数的显著(99.54%)减少,并且针对特定应用的额外选择标准的应用将进一步减少它们的数量。概述的筛选原则可以很容易地应用于以前未实现的阶段和其他技术上重要的材料系统。
2020-06-25 cond-mat.mtrl-sci
Tailoring a Molecule's Optical Absorbance Using Surface Plasmonics
由于缺乏用于描述分子吸光度和底物筛选的稳健且计算效率高的方法,在计算机上设计新型功能材料受到严重阻碍。在这里,我们采用我们的混合$G_0[W_0+ΔW]$ -BSE的实现,它通过其屏蔽$ΔW$在准粒子$G_0W_0$水平,并在求解贝特-萨尔皮特方程(BSE)时,将基板。我们表明,这种方法可以用来有效地和准确地描述金属基板上的物理吸附分子的吸收光谱,从而通过改变表面等离子体激元的能量来定制分子的吸光度。具体而言,我们研究了三个原型$π$共轭分子:苯(C $_6$ H $_6$),三萘嵌苯(C $_{30}$ H $_{16}$)和富勒烯(C $_{60}$)的光学吸收光谱如何依赖于金属衬底的Wigner-Seitz半径$r_s$。为了进一步理解光-分子/衬底相互作用,我们还研究了亮激子的电子和空穴密度以及它们与红外活性振动模的相互作用。我们的研究结果表明,(1)苯的明亮的$E_{1u}^1$激子在7.0 eV,其能量对$r_s$的变化不敏感,可能与光催化脱氢和聚合反应有关,(2)三萘嵌苯的明亮的$B_{3u}$激子在2.3 eV与表面等离子体杂交,允许调整激子能量和表面等离子体激子样激子的光学活化,以及(3)富勒烯的$π-π^*$亮激子和暗激子在6.4和6.8 eV与表面等离子体激元杂交,导致它们的激子能量的定制以及表面等离子体激子样激子和暗四极模式经由基底的对称性破缺而激活。
2019-10-11 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Quasiparticle electronic structure of phthalocyanine:TMD interfaces from first-principles $GW$
单层过渡金属二硫属化物(TMD)与酞菁(metallo)分子之间形成的界面在能源应用中很有前途,并为研究混合维分子-半导体异质结构提供了一个平台。在这些接口的前沿能级对齐的准确表征是关键的两个光子吸收剂之间的电荷转移动力学的基本理解。在这里,我们采用第一性原理衬底屏蔽$GW$方法定量表征一系列界面的准粒子电子结构:无金属酞菁(H $_2$ Pc)吸附在单层MX $_2$(M=Mo,W; X=S,Se)和锌酞菁(ZnPc)吸附在MoX $_2$(X=S,Se)。此外,我们揭示了常用的$α$ -石英(SiO $_2$)衬底上的H $_2$ Pc:MoS $_2$界面的介电屏蔽效应,使用介质嵌入$GW$的方法。我们的计算提供了这些接口的第一组$GW$结果,提供了一系列类似的系统和基准的结构-性能关系,为未来的实验和理论研究。
2021-09-27 cond-mat.mtrl-sci
Atomic-scale compensation phenomena at polar interfaces
介电薄膜或铁电薄膜的界面屏蔽电荷是决定介电铁电体电容或极化的最重要因素。在这里,我们调查使用像差校正电子显微镜和密度泛函理论界面如何应付需要终止铁电极化。在一种情况下,我们显示了离子屏蔽的证据,这已经被理论预测,但从未观察到。对于绝缘衬底上的铁电薄膜,我们发现,补偿可以介导的界面电荷产生的,例如,由氧空位。
2010-10-26 cond-mat.mtrl-sci
Accelerating the theoretical study of Li-polysulphide adsorption on single-atom catalysts via machine learning approaches
解锁Li-S电池的设计,其中没有穿梭效应出现,因此它们的能量存储容量不会随着时间的推移而减少,这将使能量存储设备的制造比目前的锂离子商业设备性能更高。多硫化锂(LiPS)在单原子催化剂(SAC)基底上的吸附的计算筛选对于Li-S电池的设计具有很大的帮助,所述Li-S电池对LiPS从阴极到阳极和电解质的穿梭具有鲁棒性。为了帮助这一过程,我们开发了一种机器学习协议,以加速DFT计算发现的主导局部极小值的系统映射,进而快速筛选LiPS在SAC上的吸附特性。我们首先通过探测吸附在石墨烯上的锂多硫化物的势能面来验证该方法,该石墨烯用与四个氮原子结合的Fe-N $_4$ -C SAC装饰。我们确定的最小值的结合能是更好的或与以前在文献中报道的。然后,我们分析了Zn-N $_4$ -C SAC上的吸附趋势,并观察到与Fe-N $_4$ -C SAC相似的吸附强度和行为,突出了我们的方案的良好预测能力。
2021-12-21 cond-mat.mtrl-sci
Correlating surface energy with adsorption energy by means of intrinsic characteristics of substrates
表面能是控制表面性质和表面驱动过程(如多相催化)的基础,吸附能也是如此。因此,建立一个有效的方案来确定表面能及其与吸附能的关系是至关重要的。在此,我们提出了一个基于体原子的周期数和基团数以及表面原子的价电子数、电负性和配位的模型来量化材料本征特征对材料相关性质和表面能各向异性的影响。我们的方案适用于固相和液相中的元素晶体、体心四面体金属间化合物、萤石结构金属间化合物、面心立方金属间化合物、Mg基表面合金和半导体化合物,这进一步确定了表面能和吸附能之间的定量关系,并合理化了第一原理方法在计算这两个量时的材料相关误差。该模型具有预测性,参数易于获取,因此可以快速筛选材料的目标属性。
2020-09-21 cond-mat.mtrl-sci
Efficient Screening of Organic Singlet Fission Molecules Using Graph Neural Networks
South China Normal University(华南师范大学);Nanjing University(南京大学)
本文提出利用图神经网络高效筛选有机单线态分裂分子,通过高通量筛选发现潜在候选物并验证其可行性。
2026-01-06 cond-mat.mtrl-sci
One-step synthesis of mesoporous Cobalt sulfides (CoSx) on the metal substrate as an efficient bifunctional electrode for overall water splitting
基于过渡金属硫化物的电催化剂因其具有优异的析氢和析氧反应活性而在可再生能源领域受到越来越多的关注。迄今为止,人们已经做出了相当大的努力来改善这些催化剂的性能,但是忽视不适当的合成策略会导致催化剂的额外成本。本文提出了一种简便的一步阳极氧化法快速制备硫化钴薄膜。不需要任何高温或长时间的处理,介孔CoSx在几分钟内就可以在金属基底上自生长。因此,作为阳极CoSx需要102 mV的HER和284 mV的OER的过电位,以实现在碱性溶液中的电流密度为10 mA m-2。此外,串联双功能作为阳极CoSx表现出所需的电池电压为1.64 V的碱性溶液中的整体水裂解,超过了大多数记录的钴基电催化剂。
2021-02-28 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Time-dependent screening explains the ultrafast excitonic signal rise in 2D semiconductors
我们使用第一性原理非平衡实时方法计算了在SiO $_2$ /Si衬底上的MoS $_2$单分子膜中瞬态反射信号的时间演化。我们的模拟提供了一个简单而直观的物理图像延迟,但超快,信号的上升时间取决于泵浦激光器的过剩能量的演变:在激光能量以上的A-和B-激子,泵浦脉冲激发电子和空穴远离第一布里渊区的K谷。电子-声子和空穴-声子散射导致载流子在K附近向小的$\textit{Active Excitonic Regions}$逐渐弛豫,增强了介电屏蔽。随时间变化的带隙重整化在泡利阻塞和激子结合能重整化中占主导地位。这解释了探测脉冲的瞬态反射信号的延迟建立,与最近的实验数据非常一致。我们的研究结果表明,所观察到的延迟是不是一个独特的签名的激子形成过程,而是由协调载流子动力学及其对屏蔽的影响。
2020-10-06 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph physics.optics
High Throughput Screening of Transition Metal Binuclear Site for N2 Fixation
金属(M)-Nx作为一种有前途的催化中心的发现,引起了单原子催化剂在N2还原反应(NRR)中的极大兴趣。然而,由于活性中心的吸附行为不合理,现有的活性炭的活性和选择性差,与工业要求相差甚远。通过第一性原理的高通量筛选,我们发现在石墨碳氮化物(Fe 2/gCN)上合理构建Fe-Fe双原子中心位置可以兼顾N2 H和NH 2的吸附能力,在23种不同的过渡金属(TM)中心中实现最佳的NRR性能。我们的研究结果表明,Fe 2/gCN可以实现100%的法拉第效率为NH3生产。令人印象深刻的是,Fe 2/gCN的极限电位估计为低至-0.13 V,这是迄今为止所报道的理论结果中的最低值。多级描述符(吸附的N2和集成晶体轨道汉密尔顿人口上的过剩电子)揭示了从能源,电子结构和基本特性的观点的NRR活动的起源。作为电催化NRR过程中普遍存在的问题,由底物分解引起的氨污染可以克服。我们的预测为电催化合成NH3提供了一个新的平台,有助于进一步阐明结构与性能的相关性。
2020-09-14 cond-mat.mtrl-sci
A transferable prediction model of molecular adsorption on metals based on adsorbate and substrate properties
表面吸附是催化、环境、能源、医药等领域的基础过程之一。发展一个能在几分钟内有效预测结合能的吸附模型一直是表面和界面科学的一个长期目标。该解决方案一直难以捉摸,因为识别各种组合物、结构和环境的吸附能的内在决定因素是不平凡的。我们介绍了一个新的和灵活的模型来预测吸附能的金属基板。该模型是基于容易计算,基板和吸附质的固有特性。它是使用基于探针分子的第一性原理计算的机器学习来参数化的(例如,H $_2$ O,CO $_2$,O $_2$,N $_2$)吸附到一系列纯金属基底上。该模型预测的计算解离吸附能的金属表面的相关系数为0.93和平均绝对误差为0.77 eV的大数据库的分子吸附能提供的\textit{Catalysis-Hub.org},其中有一个范围为15 eV。由于该模型是基于预先计算的量,它提供了吸附能的近瞬时估计,它是足够准确的,以消除约90%的候选人在筛选研究的新的吸附质。该模型,因此,显着提高了目前的努力,以确定新的分子涂层在许多应用研究领域。
2022-05-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Selective area epitaxy of PbTe-Pb hybrid nanowires on a lattice-matched substrate
拓扑量子计算基于编码拓扑量子比特的马约拉纳零模的编织。一个有前途的候选平台马约拉纳零模式是超导体-超导体混合纳米线。拓扑量子比特和编织操作的实现需要可扩展和无无序的纳米线网络。平面InAs和InSb纳米线的选择性区域生长,以及超导体结构的阴影壁生长,已经通过实现各种网络结构证明了这种可扩展性。然而,作为无序源,在锗-衬底界面处的明显的晶格失配与该路线图一起施加了严重的障碍。在这里,结合选择性区域和阴影壁生长,我们展示了PbTe-Pb混合纳米线的制造-另一个潜在的有前途的马约拉纳系统-在一个几乎完美的晶格匹配的衬底CdTe,所有在一个分子束外延室完成。透射电子显微镜显示的单晶性质的碲化铅纳米线和其原子尖锐和干净的界面的碲化镉基板和铅覆盖层,没有明显的相互扩散或应变。由于PbTe的介电常数较大,界面条件接近理想,加上电荷杂质的屏蔽作用,有望形成一个干净的纳米线系统,用于研究Majorana零模和拓扑量子计算。
2021-10-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Accelerating point defect photo-emission calculations with machine learning interatomic potentials
本文提出利用通用机器学习原子间势替代DFT计算声子模式,以从头算精度加速光致发光光谱计算,速度提升超一个数量级,并在791个色心及分子发射体上验证了高精度,为缺陷材料高通量筛选铺路。
2025-09-08 cond-mat.mtrl-sci physics.atom-ph physics.comp-ph
Physical origin of satellite in photoemission of doped graphene: An ab-initio GW plus cumulant study
我们计算了悬浮和外延掺杂的石墨烯的光电子能谱使用从头算累积展开的格林函数的基础上GW的自能。我们的结果进行了比较实验和标准GW计算。对于碳化硅衬底上的掺杂石墨烯,我们发现,与早期的计算相反,GW的光谱函数仅不能再现实验卫星特性。然而,从头算GW加上累积量理论结合衬底筛选的准确描述,结果与实验吻合良好,但没有给出等离子体(即,没有满足戴森方程的额外的明确定义的激励)。
2013-02-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Sensing Remote Bulk Defects Through Resistance Noise in a Large Area Graphene Field Effect Transistor
衬底在决定石墨烯场效应器件的输运和低频噪声行为中起着至关重要的作用。典型地,重掺杂Si/SiO $_2$衬底用于制造这些器件以用于有效的选通。接近石墨烯/衬底界面的俘获-去俘获过程是石墨烯通道中电阻波动的主要来源,而由于衬底本体内部的任何远程电荷波动而产生的库仑波动被重掺杂衬底有效地屏蔽。在这里,我们提出了在轻掺杂Si/SiO $_2$衬底(N $_A$ $\sim$ 10 $^{15}$ cm $^{-3}$)上制备的大面积CVD石墨烯场效应晶体管(FET)的电子输运和低频噪声特性。通过对不同温度下的输运、噪声和电容的系统表征,我们发现Si/SiO $_2$界面对石墨烯中的电荷输运有很大的影响,硅衬底内部的电荷波动都可以被石墨烯沟道感应到.该器件的电阻(R)对背栅电压(V $_{bg}$)的特性示出了在SiO $_2$ /Si界面处形成的耗尽区周围的驼峰,这通过电容(C)-电压(V)测量来确认。对这些制造的器件的低频噪声测量显示接近耗尽区的噪声幅度的峰值。这表明,由于在Si/SiO $_2$界面处不存在任何电荷层,屏蔽能力降低,因此,硅衬底内部的深能级库仑杂质的任何波动都可以通过迁移率波动作为石墨烯沟道中的电阻噪声被观察到。在同一衬底上的离子液体门控石墨烯上的噪声行为没有表现出这样的噪声峰,并且可以通过靠近石墨烯通道的界面捕获-去捕获过程来解释。
2022-10-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Control of growth morphology of deposited fcc metals through tuning substrate-metal interactions
通过调节基底-金属相互作用强度,研究了fcc金属生长形态的控制方法,发现Au、Pd和Pt对基底相互作用敏感,可有效改善表面平整度和减少缺陷密度。
2025-11-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph