Epitaxy of new layered materials: 2D chalcogenides and challenges of weak van der Waals interactions
新材料在纳米技术中的应用开辟了新的前景,并实现了突破性的创新。二维范德瓦尔斯材料,更具体地说,二维硫属化物是一类有前途的新材料,等待它们在半导体工业中的使用。然而,依赖于行业兼容制造工艺的范德华材料的集成仍然是一个重大挑战。目前,这些新材料的应用仅限于研究实验室环境。范德瓦尔斯材料的大面积和单晶生长是满足半导体工业所隐含的挑战性需求的最重要要求之一。这篇综述有助于更广泛地了解范德华材料的集成-更具体的二维硫属化物-通过外延生长过程。这可以进一步追求(准)范德华同质和异质结构的大面积、单晶和无缺陷外延集成到半导体工业的伟大世界中的愿望。
2020-10-09 cond-mat.mtrl-sci
A new quasi-one-dimensional transition metal chalcogenide semiconductor (Nb$_4$Se$_{15}$I$_2$)I$_2$
新的低维过渡金属硫属化物的发现有助于这些材料已经繁荣的家庭。在这项研究中,一种新的准一维材料(Nb $_4$ Se $_{15}$ I $_2$)I $_2$的针状单晶生长的化学气相传输,并通过单晶X射线衍射(XRD)的结构是解决。新结构具有沿[101]方向的一维(Nb $_4$ Se $_{15}$ I $_2$)$_n$链,每个分子式单元具有两个I $^-$离子直接键合到Nb $^{5+}$。另外两个I $^-$离子松散配位并插入链之间。单个链是手性的,并且沿着$b$轴以相反的方向堆叠,给出空间群$P2_1/c$。通过粉末XRD验证了相纯度和晶体结构。密度泛函理论计算表明(Nb $_4$ Se $_{15}$ I $_2$)I $_2$是具有约0.6 eV的直接带隙的半导体。块状晶体和微图案化器件的电阻率测量表明,(Nb $_4$ Se $_{15}$ I $_2$)I $_2$具有约0.1eV的活化能,并且在冷却时没有看到异常或转变。(Nb基于低温单晶XRD,$_4$ Se $_{15}$ I $_2$)I $_2$从室温下至8.2 K不经历结构相变。该化合物代表了各向异性过渡金属硫属化物的不同家族的良好表征和价态精确的成员。
2022-10-20 cond-mat.mtrl-sci
Vibrational properties differ between halide and chalcogenide perovskite semiconductors, and it matters for optoelectronic performance
本研究对比硫族化物BZS与卤化物CPB两种钙钛矿半导体的振动与光电特性,发现二者非辐射复合速率、声子特性等差异显著,为理解两类钙钛矿性能差异及材料优化提供依据。
2024-04-14 cond-mat.mtrl-sci
n-Type Chalcogenides by Ion Implantation
能够形成半导体pn结的载流子类型反转是许多电子应用的先决条件。硫系玻璃是p型半导体,其应用受到获得n型导电性的极大困难的限制。形成硫系玻璃pn结的能力可以改善相变存储器和热电器件的性能,并允许对非线性光学器件进行直接电子控制。以前,载流子类型反转一直限于GeCh(Ch=S、Se、Te)玻璃族,具有非常高的Bi或Pb掺杂浓度(5至11原子%)。在高温玻璃熔化过程中加入。在这里,我们报告的第一个n型掺杂的硫系玻璃的Bi离子注入GeTe和GaLaSO非晶薄膜,证明整流和光电流在Bi注入GaLaSO设备。在比Bi熔融掺杂的GeO2玻璃低100倍的浓度下观察到Bi的电掺杂效应。
2014-11-20 cond-mat.mtrl-sci
Slow Dephasing of Coherent Optical Phonons in Two-dimensional Lead Organic Chalcogenides
该研究在新型杂化二维半导体铅有机硫族化合物中观察到长寿命相干声子,其退相干时间长达75 ps且谐性参数远超卤化物钙钛矿,并可通过有机配体设计调控非谐性与中心对称性,为利用相干声子操控杂化半导体电子特性开辟新途径。
2024-08-30 cond-mat.mtrl-sci
Pressure-dependent semiconductor-metal transition and elastic, electronic, optical, and thermophysical properties of SnS binary chalcogenide
采用密度泛函理论研究了SnS二元化合物的压力相关物理性质。计算的弹性常数表明,SnS是机械稳定和脆性的环境条件下。随着压力的增加,化合物变得有延展性。泊松比也表明随着压力的增加脆-韧性转变。SnS的硬度随着压力的增加而显著增加。该化合物具有弹性各向异性。基态电子能带结构是半导体的,具有小的带隙,在压力下变成金属。随着压力的增加,能带变得越来越分散,而电子关联随着压力的增加而减小。SnS的德拜温度和声子热导率都随压力的增加而急剧增加。该化合物的熔融温度低。混合键合特性与离子和共价键的贡献。SnS是一种良好的紫外线吸收剂。材料的反射率随着压力的增加而增加。反射率在很宽的光谱范围内是非选择性的。低能量折射率高。所有这些光学特性对于未来的光电子器件应用是有用的。光学各向异性低。
2022-10-28 cond-mat.mtrl-sci
Electronic structure and the glass transition in pnictide and chalcogenide semiconductor alloys. Part II: The intrinsic electronic midgap states
我们提出了一个结构模型,在一个统一的方式对待淬火熔体中的磷族元素化物和硫族元素化物半导体的原子运动和电子激发。在第一部分(提交给J. Chem. Phys.)中,我们认为这些淬灭的熔体代表了高度稳定的非周期性$ppσ$ -网络,同时,结构退化。这些网络的特点是协调范围不断扩大。在这里,我们提出了一个系统的方法来分类这些类型的协调在一个简单的立方晶格上定义的父结构中的离散的协调缺陷。我们确定了最低能量的配位缺陷与半导体玻璃中的本征中间带隙电子态,这是以前认为在这些材料中造成许多独特的光电异常。此外,这些配位缺陷是移动的,并对应于过渡态配置在玻璃化转变以上的活化运输。配位缺陷的存在可以解释硫族化合物中动力学和热力学脆性之间令人困惑的差异。最后,所提出的模型恢复作为限制性的情况下,几种流行的类型的键合模式提出了较早的,包括:价交替对,超价配置,并在异极化合物的同极键。
2010-10-18 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci
Screening and impurity ionization energy in semiconductors
在计算电离能时,通常忽略带电杂质离子周围的微观静电场。电离能被认为是等于一个孤独的杂质原子的电离能。这里考虑了半导体中带电杂质离子周围的静电场的能量。结果表明,该场的能量有助于降低有效电离能。在足够高的载流子浓度下,有效电离能变为零。
2007-12-04 cond-mat.mtrl-sci
2D electron gas in chalcogenide multilayers
半导体界面,例如存在于多层结构中的那些(例如,量子阱(QW))是令人感兴趣的,因为它们能够形成2D电子气(2DEG),其中载流子的行为与它们在体中的行为完全不同。作为示例,在存在强磁场的情况下,2DEG中的电子能级的朗道量子化导致量子霍尔效应(QHE),其中霍尔电导被量子化。本章致力于这样的2DEG多层结构的化合物半导体属于硒和碲为基础的硫属化物的类的属性。特别是,我们还将讨论QHE现象是如何影响的巨大塞曼分裂特性的II-VI基稀磁半导体(DMS)的有趣的问题,特别是当塞曼分裂和朗道分裂变得可比。我们也将很快讨论硫属化物多层膜中的新拓扑相。
2019-05-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Charge transport and mobility engineering in two-dimensional transition metal chalcogenide semiconductors
二维(2D)范德华半导体代表已知的最薄的、空气稳定的半导体材料。它们独特的光学、电子和机械性能具有巨大的潜力,可将其作为电子和光电子学新应用的关键组件。然而,2D半导体中的电荷传输行为更容易受到外部环境(例如,来自空气的气态吸附物和衬底中的捕获电荷)的影响,并且由于表面和体相重合的事实,它们的电子性能通常低于相应的体材料。在这篇文章中,我们回顾了最近的进展,电荷输运性质和载流子迁移率工程的2D过渡金属硫族化合物,特别关注的载流子迁移率对厚度的显着高度依赖。我们揭示了这种独特的厚度依赖性的起源,并详细阐述了设计的策略来掌握它以优化载流子迁移率。具体而言,物理和化学方法对优化的主要因素,如电极/半导体接触,界面库仑杂质和原子缺陷的影响的非本征传输进行了讨论。特别地,使用\textit{ad-hoc}分子使得可以设计与电介质的界面并修复这种材料中的空位。通过对理论和实验工作进行新的阐述,我们为提高2D半导体的电子性能提供了指导,最终目标是实现技术上可行的原子薄(光)电子器件。
2016-02-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Single-Dirac-Cone topological surface states on pseudo-IV-VI-semimetal/semiconductors: Thallium-based III-V-VI2 Ternary Chalcogenides
我们已经研究了几个类的强自旋轨道硫族化物有关的(Pb,Sn)Te系列研究与狄拉克费米子物理在20世纪80年代。第一性原理计算表明,三元硫族化合物TlBiX $_2$和TlSbX $_2$(X=Te,Se,S)系列在某些选择性表面上具有单一狄拉克锥的小带隙拓扑绝缘体,而等结构和等电子的银基AgBiX $_2$和AgSbX $_2$(X=Te,Se,S)系列则没有。我们发现,几个Tl-化合物是在附近的拓扑临界点。我们确定精确的表面终止,实现了单一的狄拉克锥。单狄拉克锥表面被证明是相关的终止,最大限度地减少悬挂键合效应有利于ARPES实验。我们的结果进一步表明,这类拓扑半金属可能具有与CuxBi_2Se_3(T_c ~ 4K)类似的奇宇称拓扑超导体.
2010-03-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Strain engineering of topological properties in lead-salt semiconductors
岩盐硫属化物SnTe代表拓扑绝缘体的最简单实现,其中晶体对称性允许在高对称性晶体表面上出现具有偶数个狄拉克锥的拓扑保护金属态。相关的岩盐铅硫族化合物也被预测在合金化和压力诱导的能带反转后经历相变到拓扑结晶绝缘相。在这里,我们从理论上预测,应变,实现在(001)衬底上生长的薄膜,可能会引起这样的拓扑相变。此外,表面态的相关拓扑性质,例如表面布里渊区上的狄拉克锥的位置或边缘态的衰减长度,似乎是可调的应变,与潜在的影响,技术设备受益于这些额外的自由度。
2013-08-06 cond-mat.mtrl-sci
Ferromagnetism and impurity band in a new magnetic semiconductor: InMnP
采用Mn离子注入和脉冲激光退火的方法合成了Ⅲ-Mn-V族铁磁半导体材料InMnP。居里温度为42 K时,观察到明显的铁磁磁滞回线和垂直磁各向异性。大的负磁电阻和磁圆二向色性以及反常的霍尔效应进一步证明了InMnP中的铁磁有序。努力理解的传输机制InMnP使用的理论模型。我们发现InP的价带不与重掺杂铁磁InMnP的杂质带合并。我们的研究结果表明,杂质带传导是Mn掺杂的III-V族半导体具有深Mn受体能级的特征。
2014-04-08 cond-mat.mtrl-sci
Importance of non-parabolic band effects in the thermoelectric properties of semiconductors
我们提出了一个分析的热电性能的$n$型GeTe和SnTe的铅硫族化合物PbTe和PbSe。我们发现半导体GeTe和SnTe的单简并导带是高度非椭球的,甚至非常接近带边。这导致了具有强烈波纹形状的等能表面,这在载流子浓度远低于0.005 $e$/分子式单位(7 - 9 $\times$ 10 $^{19}$ cm $^{-3}$,取决于材料)时是明显的。我们的计算还表明,这两种材料的功率因数的值可能远远超过PbTe和PbSe。结果,这些材料可展现出超过铅硫属化物的$n$型性能。
2013-10-21 cond-mat.mtrl-sci
Electronic structure and the glass transition in pnictide and chalcogenide semiconductor alloys. Part I: The formation of the $ppσ$-network
半导体玻璃表现出许多独特的光学和电子异常。我们已经提出了一个半现象学的方案(J. Chem. Phys. 132,044508(2010)),其中这些异常中的几个产生于深中间带隙电子态,所述深中间带隙电子态驻留在玻璃化转变以上的活化输运所固有的高应变区域上。在这里,我们演示了在分子水平上如何实现这种情况下,在一个重要的类半导体玻璃,即硫族元素和磷族元素的合金。玻璃本身和本征电子中间能隙态都是由于形成由$σ$键合的原子$p$ -轨道组成的网络而出现的,所述轨道仅弱杂化。尽管有大量的弱键,这些$ppσ$ -网络是稳定的竞争类型的键合,同时表现出高度的结构简并性。的稳定性合理化的帮助下,在此提出的结构模型,其中$ppσ$网络的高对称性结构的破坏和扭曲的版本。后一种结构表现出精确的八面体配位并且是完全共价键合的。本方法提供了一个微观路线,在玻璃半导体的电子和结构激发的完全一致的描述。
2010-10-18 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci
Atomic-scale detection of magnetic impurity interactions in bulk semiconductors
我们演示的基础上的从头计算模拟如何钝化的半导体表面可以利用研究bulklike的相互作用特性和波函数的磁性杂质在原子尺度上与传统的和自旋极化扫描隧道显微镜。通过应用我们的方法的$3d$过渡金属杂质接近H/Si $(111)$表面的情况下,我们显示示例性的,它们的波函数在Si中的扩展比在GaAs中的Mn少,从而阻碍在Si中的铁磁性。最后,我们讨论了这种方法对其他稀磁半导体的可能应用。
2018-05-15 cond-mat.mtrl-sci
Electronic transport under hydrostatic pressure and peculiar properties of the impurity energy spectrum in semiconductor arsenides of n-type: InAs, CdSnAs2, CdGeAs2 and GaAs
本文根据动力学系数随压力和温度变化的数据,研究了非掺杂砷化物InAs、GaAs、CdSnAs_2和CdGeAs_2的n型体晶体中空位的能谱。可以得出结论,深施主能级对应于这些半导体材料中砷的本征空位。定义了空位能级相对于电导带边的能级位置及其压力系数。
2015-09-28 cond-mat.mtrl-sci
Donor type semiconductor at low temperature as maser active medium
在一些半导体中,施主杂质原子可以吸引额外的电子,形成负施主杂质离子。因此,我们有3个能级的电子:零能级在底部的导电带,负能级的束缚电子的负施主杂质离子,和更深的负能级的外部电子的中性施主杂质原子。因此,施主杂质原子可以作为脉泽的活性中心。最大可实现相对群体为0.5。产生的振荡的典型波长为0.14 mm;三能级方案可以在相当低的温度下实现,大大低于6 K。
2007-04-12 cond-mat.mtrl-sci
Pinned Magnetic Impurity Levels in Doped Quantum Dots
光谱数据表明,在杂质半导体纳米结构中的杂质D/A能级被能量钉扎,导致D/A结合能随着量子限制的增加而变化。利用磁性圆二色性光谱测量了胶体ZnSe量子点中Co ~(2+)离子的施主结合能随量子限域的变化,并结合从头算密度泛函理论计算进行了分析.由此产生的量子点中的钉扎杂质水平的实验演示对于涉及杂质半导体纳米结构中的杂质-载流子相互作用的物理现象具有深远的影响,包括在新兴的半导体自旋电子学领域中,其中磁性掺杂剂-载流子交换相互作用定义了稀磁半导体的功能相关特性。
2006-08-31 cond-mat.mtrl-sci
Unveiling the impurity band inducing ferromagnetism in magnetic semiconductor (Ga,Mn)As
(Ga(Mn)As是一种典型的稀磁半导体,它通过掺杂空穴载流子而表现出铁磁性。尽管在大量的实验和理论研究中出现了一些有争议的模型,但(Ga,Mn)As的铁磁性机制仍然是一个令人困惑的谜。在这封信中,我们使用软X射线角分辨光电子能谱,积极确定铁磁锰3d衍生杂质带(Ga,Mn)As。该带与宿主GaAs的光空穴带出现杂化。这些发现总结了十多年来有争议的(Ga,Mn)As的价带结构的图片。IB的非色散特性及其在价带最大值附近的位置表明Mn 3d衍生的杂质带形成为由Anderson杂质模型预测的分裂Mn杂质态。(Ga,Mn)As的铁磁性是由于杂质带中空穴载流子的输运。
2013-02-01 cond-mat.mtrl-sci
Binding Energy of Impurity in a Size Quantized Coated Semiconductor Wire: Role of the Dielectric-Constant Mismatch
在阶梯无限深势阱模型的框架内,考虑了尺寸量子化的半导体线、涂层和周围环境之间的介电常数失配对杂质结合能的影响。在不存在和存在沿导线轴施加的磁场的情况下进行计算。用变分法计算了GaAs- Ga_{1-x} Al_{x} AS系统中类氢杂质的结合能随合金浓度、有效质量比、介电常数失配和磁场的变化关系。
1999-12-09 cond-mat.mtrl-sci
Study on the Fermi level of microstructured Silicon with impurities introduced by chalcogenides and their affect on solar cell efficiency
微结构硅是在一定条件下用飞秒激光脉冲辐照硅片表面而得到的,它具有特殊的光学特性,如对波长为0.25 ~ 17μm的光有强吸收。因此,它在中间带太阳能电池(IBSC)中具有很大的应用前景。一些文献讨论了硫族化合物引入硅中的简单替位杂质的电子结构。并在此基础上,通过高温退火处理,建立了硫和氧引入微结构硅的杂质能级模型。利用多能级广义统计方法,分析了各局域能级中电子的几率以及费米能级与温度和杂质密度的关系。然后利用细致平衡理论讨论了相应IBSC的理论转换效率。并详细讨论了利用飞秒激光微结构硅制作高效率太阳能电池的问题。
2013-02-25 cond-mat.mtrl-sci
Tuning the Electronic and Optical Properties of Impurity-Engineered Two-Dimensional Graphullerene Half-Semiconductors
本研究通过自旋依赖DFT分析发现,纯净及杂质工程化的graphullerene为直接带隙半导体,可通过掺杂实现自旋依赖带隙调控,覆盖近红外至短波红外波段,有望用于碳基二维自旋电子器件。
2024-05-27 cond-mat.mtrl-sci
Selective optical manipulation of the spin state of a single magnetic impurity in a semiconductor quantum dot
研究了自组装量子点中单个磁性杂质的光学性质。我们表明,使用共振泵浦可以解决和操纵选择性的磁性杂质的个别自旋态。量子点中单个杂质的共振光偏振机制涉及各向异性交换相互作用,与稀释半导体中的不同。Mn杂质可以充当量子位。量子比特操纵的限制因素是电子-空穴交换相互作用和有限温度。
2004-07-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Impurity band conduction in group-IV ferromagnetic semiconductor Ge1-xFex with nanoscale fluctuations in Fe concentration
研究了IV族铁磁半导体Ge_(1-x)Fe_x薄膜(Fe浓度x = 2.3 - 14%)在掺硼和不掺硼情况下的载流子输运和磁性,测量了它们的输运特性、电阻率、空穴浓度、迁移率的温度依赖性以及反常霍尔电导率与电导率的关系。在相对较低的x(= 2.3%)下,未掺杂Ge 1-xFex薄膜中的输运主要由Fe杂质带中的富Fe跳跃点之间的空穴跳跃决定,而B掺杂Ge 1-xFex薄膜中的输运主要由简并贫Fe区中的价带中的空穴跳跃决定.随着x的增加(x = 2.3 - 14%),在未掺杂和B掺杂的Ge 1-xFex膜的传输是由空穴跳跃之间的杂质带富Fe跳跃网站为主。采用磁圆二色性、磁化强度和反常霍尔电阻等方法研究了Ge_(1-x)Fe_x薄膜的磁性能,发现B掺杂对Ge_(1-x)Fe_x薄膜的磁性能没有影响。我们给出了未掺杂和B掺杂的Ge_(1-x)Fe_x薄膜的能带分布模型,它可以解释Ge_(1-x)Fe_x薄膜的输运和磁性。
2018-01-16 cond-mat.mtrl-sci
Inter-impurity and impurity-host magnetic correlations in semiconductors with low-density transition-metal impurities
在低掺杂绝缘相的(Ga,Mn)As的实验表明,在价带以上110 meV的杂质带的存在的证据。本文的目的是研究杂质带在决定稀磁半导体低掺杂区磁关联中的作用。为此,我们提出的Haldane-Anderson模型的过渡金属杂质在半导体主机,这是通过使用Hirsch-Fye量子蒙特卡罗(QMC)算法得到的结果。特别是,我们目前的结果杂质杂质和杂质主机磁关联在二维和三维半导体二次带色散。此外,我们利用紧束缚近似和实验确定的参数,得到了GaAs中Mn杂质的宿主能带结构和杂质-宿主杂化。当化学势位于价带顶和杂质束缚态之间时,杂质表现出最长射程的铁磁关联。我们表明,这些FM相关产生的反铁磁耦合的主机电子自旋杂质磁矩。最后,我们得到了100 meV的IBS能量,这是一致的实验值为110 meV,通过结合QMC技术与紧束缚的方法在GaAs中的Mn杂质。
2008-06-01 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Minority-Spin Impurity Band in n-Type (In,Fe)As: A Materials Perspective for Ferromagnetic Semiconductors
充分理解n型铁磁半导体(FMS)的特性,作为主流p型铁磁半导体的补充,是半导体自旋电子学中一个具有挑战性的目标,因为n型FMS中的铁磁性在理论上是不平凡的。软X射线角分辨光电子能谱(SX-ARPES)是研究FMS中载流子诱导铁磁性机制的有效手段。本文利用SX-ARPES方法对典型的n型FMS(In,Fe)As进行了研究,揭示了包括Fe-3d杂质带和InAs主带在内的完整能带结构,为电子占据InAs导带提供了直接证据。少数自旋Fe-3d IB被发现位于导带最小值(CBM)之下。IB是由未占据的Fe-3d态与InAs的占据的CBM以自旋相关的方式杂化形成的,导致CB的大的自旋极化。带隙的能带结构随带隙填充的变化而变化,这不能用刚性能带图来解释,这为FMS材料中载流子诱导铁磁性的实现提供了一个统一的图像。
2020-09-14 cond-mat.mtrl-sci
Electronic excitations of magnetic impurity state in diluted magnetic semiconductor (Ga,Mn)As
用共振非弹性X射线散射(RIXS)研究了(Ga,Mn)As中Mn掺杂的电子结构。从组态相互作用簇模型计算,Mn $L_3$ RIXS光谱的线形可以解释为从Mn $^{3+}$基态的$d$ - $d$激发,主要由电荷转移态,而不是Mn $^{2+}$基态。与典型的$d$ - $d$激发不同,峰宽比实验能量分辨率宽。我们将加宽归因于$d$ - $d$激发的有限寿命,其通过Mn $3d$轨道与配体带的杂化而快速衰减为主体价带和导带中的电子-空穴对。
2013-06-06 cond-mat.mtrl-sci
Spatial distribution of local density of states in vicinity of impurity on semiconductor surface
我们提出了详细的理论研究结果的变化,在二维各向异性原子半导体晶格中的杂质原子附近的总电子表面态的局域密度在很宽的范围内施加偏压。我们发现,当我们对杂质原子上方的态密度感兴趣时,考虑连续谱态密度的变化会导致在特定的外加电压值处形成一个下降,甚至导致在与杂质原子的距离固定的情况下形成一系列下降。局域态密度随杂质沿链方向距离的增加的行为不同于沿垂直于链方向的行为。
2009-05-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Impurity-Semiconductor Band Hybridization Effects on the Critical Temperature of Diluted Magnetic Semiconductors
本文用蒙特卡罗模拟和相干势近似(CPA)方法研究了稀磁半导体的临界温度。在我们的模型中,磁性离子通过反铁磁交换作用$J$和静电作用$W$与载流子耦合.有效杂质势$J-W$控制磁性杂质和掺杂剂上的空穴电荷之间的杂化。我们发现,临界温度实质上取决于磁杂质上的空穴电荷。CPA的临界温度总是低于在蒙特卡罗模拟中获得的,尽管模拟结果中的所有趋势都在CPA计算中再现。最后,我们预测口袋的存在相分离的不稳定性接近载流子的带边。
2002-03-20 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci
Impurity modes and effect of clustering in diluted semiconductor alloys
在混合锌型半导体中TO带中心振动光谱随浓度的变化可以在统一的“单键-双模”方法的范例内理解,该方法最近被概述为一个相当普遍的概念,并且出现于许多先前的实验和理论研究中。关键的问题是,与某一阳离子-阴离子键相关的振动频率取决于后者的长度,而键长又不仅取决于平均合金浓度,而且取决于其局部变化。在(A,B)C替代合金中,A-C键长在富A区和贫A区不同,产生A-C振动频率的分裂。这种分裂可以在第一性原理计算中测量和再现。振动光谱的分析有助于深入了解结构的短程(集群)和长程(某些阳离子-阴离子对的延伸链的形成和介观尺度上的其他结构动机)趋势。然而,为此,需要对代表性模型系统进行第一原理基准计算。从第一性原理计算得到的最简单但重要的结果是预测当孤立的(远距离的)杂质聚集时,杂质声子模如何演化。
2008-01-22 cond-mat.mtrl-sci
Evolution of the Fe-3$d$ impurity band state as the origin of high Curie temperature in p-type ferromagnetic semiconductor (Ga,Fe)Sb
(Ga由于当Fe浓度$_{1-x}$等于或高于~0.20时,其居里温度($_x$)高于300 K,因此Sb是用于自旋电子器件应用的有前景的铁磁半导体之一。然而,(Ga,Fe)Sb中高$T_{\rm C}$的来源仍有待阐明。为了解决这个问题,我们使用共振光电子能谱(RPES)和第一性原理计算研究$x$依赖的Fe 3 $d$状态(Ga $_{1-x}$,Fe $_x$)Sb($x$ = 0.05,0.15,和0.25)薄膜。Fe 2 $p$-3 $d$的RPES谱表明,随着$x$的增加,Fe-3 $d$杂质带(IB)越过费米能级越宽,这与双交换作用的图象定性一致.通过对Fe-3 $d$偏态密度的计算与第一性原理计算结果的比较表明,Fe-3 $d$ IB是由少数自旋($\downarrow$)$e$态产生的.结果表明,随着$x$的增加,$e_\downarrow$电子间的相互作用增强是(Ga,Fe)Sb中高$T_{\rm C}$的来源.
2020-08-18 cond-mat.mtrl-sci
The Crossover from Impurity to Valence Band in Diluted Magnetic Semiconductors: The Role of the Coulomb Attraction by Acceptor
在考虑载流子与磁性杂质之间的库仑吸引力的情况下,系统地研究了稀磁半导体(DMS)模型中杂质带(IB)与价带(VB)区之间的交叉与磁性杂质浓度的关系.采用动力学平均场论(DMFT)和蒙特卡罗(MC)方法计算了自旋-费米子模型应用于DMS的态密度和铁磁转变温度。它示出的是,除了一个方阱样的吸引力的潜力可以产生一个IB在足够小的Mn掺杂$x$的值的$p-d$交换$J$是不够强,以产生一个由自己。我们观察到当$x >= x_c$时IB与VB合并,其中$x_c$是$J$和库仑吸引强度$V$的函数。使用MC计算,我们证明了库仑吸引力的范围起着重要的作用。虽然已经在先前的数值模拟中使用的现场吸引力对于$x$的所有值有效地重新归一化$J$,但是非物理结果,最近邻范围吸引力仅在非常低的掺杂下重新归一化$J$,即,直到束缚空穴波函数开始重叠。因此,我们的研究结果表明,库仑吸引力可以被忽略,以研究Mn掺杂的GaSb,GaAs和GaP在相关的掺杂制度,但它应该包括在Mn掺杂的GAN的情况下,预计将在IB制度。
2007-05-02 cond-mat.mtrl-sci
New p- and n-type ferromagnetic semiconductors: Cr-doped BaZn2As2
采用密度泛函理论和量子蒙特卡罗模拟相结合的方法,我们发现了一种新的铁磁半导体:Cr掺杂的BaZn_2As_2。由于基质BaZn_2As_2的禁带宽度为0.2eV,Cr杂质的3d轨道的不同杂化,在价带顶和导带底都诱导出杂质束缚态。Cr杂质之间的长程铁磁耦合是通过p型和n型载流子获得的。
2016-10-12 cond-mat.mtrl-sci
Enhanced carrier scattering rates in dilute magnetic semiconductors with correlated impurities
在III-V族稀磁半导体(DMS)如Ga $_{1-x}$ Mn $_x$ As中,杂质位置往往是相关的,这会极大地影响这些材料的电子输运性质。在记忆函数形式主义,我们推导出了一个通用的表达式为当前的弛豫内核自旋和电荷无序介质,并计算了自旋和电荷散射率在弱无序的限制。使用一个简单的模型,磁性杂质集群,我们发现一个显着增强的电荷散射。增强是敏感的集群参数,可以通过生长后退火控制。
2006-07-07 cond-mat.mtrl-sci
Magnetic circular dichroism from the impurity band in III-V diluted magnetic semiconductors
III-V稀磁半导体的磁性圆二色性,计算在一个理论框架内,适合于高度无序的材料,示出占主导地位的散装带和杂质带之间的光学跃迁形成的磁性掺杂状态。该理论框架采用了真实空间格林函数,以适当地将空间相关性的无序导带和价带电子结构,并包括扩展和本地化的电子状态在平等的基础上。我们的研究结果调和不寻常的趋势,在实验中的磁性圆二色性在III-V DMS与反铁磁的p-d交换之间的相互作用的磁性掺杂剂自旋和它的主机。
2008-06-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Spin-Orbit Effects in Diluted Magnetic Semiconductors
我们提出了一个稀磁半导体的理论研究,治疗本地sp-d交换之间的相互作用J的巡回运营商和锰d电子在一个现实的能带结构,超越以前的平均场方法。在(Ga,Mn)As的情况下,我们发现,强交换势紧密结合附近的杂质网站的载流子。自旋轨道耦合被发现有更明显的影响自旋极化在弱耦合,这一功能可以利用磁输运。对于低掺杂区,我们预测自旋-轨道耦合分裂杂质带,可以诱导一个新的绝缘相。
2004-10-03 cond-mat.mtrl-sci
First-principles Study of Structural and Electronic Properties of Mn-doped Cu2NiXY4 (X=Sn, Ge, Si; Y=S, Se) Chalcogenide Semiconductors
S.U. Umarov Physical-Technical Institute of the National Academy of Sciences of Tajikistan(塔吉克斯坦国家科学院S.U.乌马罗夫物理技术研究所)
该研究用密度泛函理论及mBJ+U方法,研究Mn取代Ni对Cu2NiXY4(X = Sn,Ge,Si;Y = S,Se)结构和电子性质的影响,发现其能保持四方结构并改变电子结构,带隙变窄,为光电器件应用提供策略。
2026-07-16 cond-mat.mtrl-sci
Carrier States and Ferromagnetism in Diluted Magnetic Semiconductors
本文应用动力学相干势近似,系统地研究了$A_{1-x}$ Mn $_xB$型稀磁半导体(DMS's)的载流子态.对DMS的三种典型情况进行了模型计算:在没有交换势的情况下具有强和中等交换相互作用的情况,以及除了中等交换相互作用之外具有强吸引力的交换势的情况。当交换相互作用足够强时,磁性杂质带从主带分裂。磁性杂质带中的载流子主要停留在磁性位置,载流子自旋与局域自旋之间的耦合很强。载流子在磁性位点之间的跳跃通过{ \it双交换(DE)样}机制引起铁磁性。我们已经调查的条件DE样机制在DMS的操作。结果表明,磁位的磁吸引势有助于磁性杂质带的形成,并通过显著增强交换相互作用的作用,使类DE机制起作用.用常规参数研究了Ga $_{1-x}$ Mn $_x$ As中的载流子态。结果表明,铁磁性是由杂质态产生的尾带载流子通过类DE机制引起的。
2003-03-15 cond-mat.mtrl-sci
Ab initio calculation of the binding energy of impurities in semiconductors: Application to Si nanowires
本文以纳米线中的施主为例,在密度泛函理论和GW近似下讨论了半导体中杂质的结合能E_b。结果表明,DFT方法成功地从离子化杂质的Kohn-Sham(KS)哈密顿量计算了E_b,但由于忽略了束缚电子与施主表面极化电荷的相互作用,从中性杂质的KS哈密顿量计算E_b时失败了.我们追溯这一不足,在目前的功能缺乏屏蔽交换。
2010-04-20 cond-mat.mtrl-sci
Impurity Band Conduction in a High Temperature Ferromagnetic Semiconductor
利用光谱学方法研究了稀磁半导体Ga $_{1-x}$ Mn $_{x}$ As的能带结构.我们证明了费米能级($E_{F}$)存在于Mn诱导的杂质带(IB)中。这一结论是基于对光学电导率($σ_{1}(ω,T)$)的频率和温度依赖性的仔细分析。从我们的分析$σ_{1}(ω,T)$,我们推断出一个大的有效质量($m^*$)的运营商,支持的观点,传导发生在IB。我们的研究结果也提供了有用的见解Mn掺杂GaAs的输运性质。
2006-07-21 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Spin relaxation of conduction electrons in bulk III-V semiconductors
本文从理论上计算了$n$型和$p$型GaAs、GaSb、InAs和InSb体材料传导电子通过Elliot-Yafet、D 'yakonov-Perel和Bir-Aronov-Pikus机制的自旋弛豫时间。每个自旋弛豫机制的相对重要性进行了比较,并构建了显示主导机制的图作为温度和杂质浓度的函数。我们的方法是基于动量弛豫率的理论计算,并允许理解在很宽的温度和杂质浓度范围内影响自旋弛豫的各种因素之间的相互作用。
2001-11-25 cond-mat.mtrl-sci
Strong interlayer coupling in van der Waals heterostructures built from single-layer chalcogenides
半导体异质结构是许多重要器件应用的基础平台,例如激光器、发光二极管、太阳能电池和高电子迁移率晶体管。类似于传统的异质结构,层状过渡金属二硫属化物(TMDC)异质结构可以通过将各个单层组装成功能性多层结构来设计和构建,但原则上具有原子级尖锐界面,没有原子的相互扩散,数字控制的层状组分并且没有晶格参数约束。尽管如此,这种新型的范德华(vdW)半导体异质结构的光电行为是未知的单层限制。具体来说,实验上尚不清楚这种异质双层中的光学跃迁是空间直接的还是间接的。在这里,我们研究人工半导体异质结构从单层WSe2和MoS2构建块。我们观察到的光致发光峰和最低的吸收峰,这是一致的II型带对齐空间直接吸收,但空间间接发射之间的大斯托克斯位移约100毫电子伏。值得注意的是,这种空间间接跃迁的光致发光强度很强,表明载流子的层间耦合很强。异质界面处的耦合可以通过将六方BN(h-BN)介电层插入到vdW带隙中来容易地调谐。因此,这种层间耦合的一般性质提供了带工程中的新的自由度,并且预期产生具有定制复合层的可调光电性质的新的半导体异质结构族。
2014-04-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Ab initio calculation of carrier mobility in semiconductors including ionized-impurity scattering
本文在 EPW 代码的从头算玻尔兹曼输运方程中引入随机库仑散射中心模型以计入电离杂质散射,并在硅、碳化硅和磷化镓上验证了该方法在宽温区和杂质浓度范围内与实验的良好吻合。
2023-01-05 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Atomistic origin of low thermal conductivity in quaternary chalcogenides Cu(Cd, Zn)$_2$InTe$_4$
本研究通过统一第一性原理框架揭示四元硫族化物 Cu(Cd, Zn)$_2$InTe$_4$ 低热导率的原子起源:扩展反键态增强声子非谐性,且 Cd 离子加重声学-光学声子散射,为设计低热导率半导体提供指导。
2025-10-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
A new semiconducting perovskite alloy system made possible by gas-source molecular beam epitaxy
光电子技术基于半导体合金族。很少有新的半导体合金家族发展到可以外延生长的程度;自20世纪50年代以来,这种情况大约每十年发生一次。在这里,我们展示了外延薄膜生长的半导体硫属钙钛矿合金在Ba-Zr-S-Se系统的气体源分子束外延(MBE)。我们稳定整个范围y = 0.通过在BaZrS $_3$外延模板上生长,在钙钛矿结构中的组合物BaZrS $_{(3-y)}$ Se $_y$,直到并包括BaZrSe $_3$。所得的薄膜是环境稳定的,直接带隙($E_g$)随Se含量变化很大,如理论预测的那样,覆盖范围$E_g$ = 1.9. 1.4对于$y$ = 0. 3.这为使用硫属钙钛矿的可见光和近红外(VIS-NIR)光电子学、固态照明和太阳能电池创造了可能性。
2022-12-29 cond-mat.mtrl-sci
Transport in Nanotubes: Effect of Remote Impurity Scattering
在单电子近似下,发展了单壁碳纳米管中杂质远距离库仑散射理论。在漂移-扩散模型中求解玻尔兹曼方程,得到管电导率。电导率取决于纳米管能带结构的类型(金属或半导体)和电子费米能级。我们发现,由于库仑散射率对动量转移有很强的依赖性,电导率对费米能的指数依赖性。我们计算内和子带间散射率和电导率的一般表达式。数值计算结果以及得到的解析表达式表明,简并杂质半导体管可以有很高的迁移率,除非掺杂浓度过高,子带间跃迁阻碍了电子输运.
2004-02-25 cond-mat.mtrl-sci
Inert gas as electronic impurity in semiconductors: The case for active infrared absorption in silicon
本研究发现激光脉冲照射的硅中可长期保留高剂量氩,并揭示氩锁定空位缺陷通过空间排斥和振动调制缺陷态产生强红外吸收,为硅基非异质外延光子探测器提供主动红外吸收源。
2023-01-10 cond-mat.mtrl-sci
Cr resonant impurity for studies of band inversion and band offsets in IV-VI semiconductors
Institute of Physics, Polish Academy of Sciences(波兰科学院物理研究所);Center for Science and Innovation in Spintronics, Tohoku University(东北大学自旋电子学科学与创新中心);Research Institute of Electrical Communication, Tohoku University(东北大学电气通信研究所);International Research Centre MagTop, Institute of Physics Polish Academy of Sciences(波兰科学院物理研究所磁顶国际研究中心);ENSEMBLE3 Centre of Excellence for Nanophotonics, Advanced Materials and Novel Crystal growth-based Technologies(纳米光子学、先进材料及新型晶体生长技术卓越中心 ENSEMBLE3);Faculty of Physics, University of Warsaw(华沙大学物理学院)
本研究通过Cr掺杂物的磁性和输运测量,揭示了IV-VI半导体中能带倒置和偏移的机制,并发现Cr离子存在三种电荷状态。
2025-08-11 cond-mat.mtrl-sci
Heavily Doped Semiconductor Nanocrystal Quantum Dots
杂质原子对半导体的掺杂使其在微电子和光电子学中得到了广泛的技术应用。对于胶体半导体纳米晶体,一种新兴的材料家族,其尺寸,成分和形状控制提供了广泛可调的光学和电子特性,掺杂已被证明是难以捉摸的。这既源于如何引入单一杂质的合成挑战,也源于对强量子限制下的重掺杂极限缺乏基本理解。我们开发了一种方法来掺杂半导体纳米晶体与金属杂质提供控制的带隙和费米能量。结合光学测量,扫描隧道光谱和理论揭示了一个有限的杂质带和带尾的出现。掺杂的成功控制及其理解提供了n-和p-杂质半导体纳米晶体,其极大地增强了这种材料在太阳能电池、薄膜晶体管和光电子器件中的潜在应用。
2021-05-23 cond-mat.mtrl-sci
Dissipation-induced symmetry breaking: Emphanitic transitions in lead- and tin-containing chalcogenides and halide perovskites
铅和锡基硫属化物半导体如PbTe或SnSe长期以来一直被认为表现出异常低的热导率,这使得它们成为非常有吸引力的热电材料。一个明显无关的事实是,这些材料中的激子带隙随温度增加,而对于大多数半导体,人们观察到相反的趋势。这两个异常特征也见于非常不同的一类光伏材料,即卤化物-钙钛矿,如CsPbBr 3。以前有人提出,emphanisis,一个当地的破坏性现象,是这些不寻常的特征的一个共同起源。十年前发现的emphanisis是指在高温下观察到的铅或锡离子从立方对称基态到局部扭曲相的位移。这种现象一直令人困惑,因为高温态的对称性低于简并基态是不寻常的。受著名的氨分子的振动反转共振的启发,我们提出了一个基于量子隧道的emphanisis模型,其中退相干是负责本地对称性破缺随着温度的升高。从隧道分裂的温度依赖性(作为序参量)的解析表达式,我们提供了三个参数的拟合公式,捕获所观察到的离子位移的温度依赖性以及激子带隙的异常增加在所有相关的材料。
2020-12-10 cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Electronic structure of Diluted Magnetic Semiconductors $Ga_{1-x}Mn_{x}N$ and $Ga_{1-x}Cr_{x}N$
采用全电子线性缀加平面波方法(LAPW)对Mn和Cr的不同组态进行了稀磁半导体$Ga_{1-x}Mn_{x}N$和$Ga_{1-x}Cr_{x}N$与$x=0.0625, 0.125$的研究。我们研究了纤锌矿GAN结构中杂质的四种可能构型,以预测32原子超晶胞中能量最有利的结构,并得出结论,近邻构型具有最低的能量。我们还分析了杂质原子的铁磁和反铁磁组态。态密度和能带结构表明所有体系均为半金属态。还估算了上述系统的$T_c$。
2006-06-02 cond-mat.mtrl-sci
Radial Dependence of the Carrier Mobility in Semiconductor Nanowires
假设在低温下杂质散射占主导地位,探讨了半导体纳米线中载流子的迁移率随半径增加的函数关系。增加的横截面和可用的散射通道的并发增加之间的竞争导致强烈的非单调依赖的半径上的移动性。带间散射导致每个新信道变得可用的线半径处的迁移率急剧下降。在中间半径与通道的数量不变的流动性被认为是保持指数增长,即使有多个通道。我们还比较了改变杂质分布的径向标度的影响。我们使用的横向载波波函数是一致的边界条件,并证明了$δ$函数近似的横向轮廓导致远程杂质的情况下的错误。
2005-07-08 cond-mat.mtrl-sci
Long-range ferromagnetic correlations between Anderson impurities in a semiconductor host
本文用量子蒙特卡罗方法研究了半导体基质中的双杂质安德森模型。我们发现,杂质自旋表现出铁磁相关的范围,可以大大增强比在半填充金属带。特别地,当费米能级位于价带顶部以上时,该范围最长,并且随着杂质束缚态被占据而减小。与光电子发射和光吸收实验的比较表明,该模型捕捉的基本电子结构的Ga_{1-x} Mn_xAs,原型稀磁半导体(DMS)。这些数值结果也可能是有用的合成DMS或稀氧化物铁磁体具有较高的居里温度。
2006-11-25 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el