Giant Huang-Rhys Factor for Electron Capture by the Iodine Interstitial in Perovskite Solar Cells
卤化物钙钛矿半导体光电性能的改善需要识别和抑制非辐射载流子捕获过程。碘间隙已被确定为深能级缺陷，并牵连作为一个活跃的复合中心。我们分析了载流子俘获的量子力学。发现中性碘间隙能快速不可逆地俘获电子，有效的Huang-Rhys因子超过300，表明在软半导体中可能存在强的电子-声子耦合。接受声子模式的频率为53 cm $^{-1}$，相关的电子俘获系数为10 $^{-10}$ cm $^3$ s $^{-1}$。参与率的倒数被用来量化与过渡相关的声子模式的本地化。我们推断八面体旋转的抑制是提高缺陷容限的一个重要因素。
2021-05-05 cond-mat.mtrl-sci
Random telegraph noise from magnetic nanoclusters in the ferromagnetic semiconductor (Ga,Mn)As
对铁磁半导体（Ga，Mn）As的低频电噪声的测量表明，在低温下，集成噪声增强。对于中等局部化，我们发现在整个研究温度范围内（4.2K <T <70K）的1/f归一化功率谱密度。然而，对于更强的本地化和高密度的Mn晶体，我们观察到洛伦兹噪声谱伴随着随机电报噪声。磁场依赖性和退火研究表明，间隙Mn缺陷与替代Mn原子耦合，形成纳米级磁性团簇，其特征在于约20玻尔磁子的净矩，其波动调制空穴传输。
2007-08-14 cond-mat.mtrl-sci
The M-center in 4H-SiC is a carbon self-interstitial
具有光谱指纹自发光的半导体材料的列表非常短。4 H-SiC中的M中心是一种负责电子陷阱家族的缺陷，近二十年来一直没有一个模型可以揭示其真正的重要性。使用先进的第一性原理计算和结光谱，我们证明了M的属性，包括双稳态，退火，重构动力学，和电子水平，匹配的碳自填隙。
2021-05-29 cond-mat.mtrl-sci
A possible route to grow a (Mn:Si(1-x)Gex)-based diluted magnetic semiconductor
我们系统地研究，使用从头计算密度泛函理论计算，在Si和Ge，以及在Si（1-x）Gex合金的间隙和替代Mn的性质。我们发现，体积效应不是主要原因Mn更喜欢在纯Ge的取代杂质，和化学效应，因此，发挥重要作用。使用现实的Si（1-x）Gex模型，我们表明，对于x约大于0.16的替代锰在富锗社区变得比间隙锰更稳定，这可能允许硅基稀磁半导体的生长。
2003-10-31 cond-mat.mtrl-sci
Observation of a charge-neutral muon-polaron complex in antiferromagnetic Cr$_2$O$_3$
本文报道了对典型的磁电反铁磁体Cr $_2$ O $_3$的μ子自旋旋转（$μ$ SR）研究.我们发现带正电荷的μ子（$μ^+$）占据了几个不同的间隙位置，并表现出丰富的动力学行为，包括局域跳跃、热激活位跃迁以及由μ子和电子极化子组成的电荷中性复合物的形成.这种复合物的发现具有广泛的磁性氧化物的$μ$ SR光谱的解释的影响，并打开了一条路线，研究在这种材料中的间隙氢杂质的掺杂剂特性。我们解决植入一个$μ^+$到线性磁电所产生的影响，并讨论了观察当地的μ子电荷产生的磁电效应的挑战。
2019-09-01 cond-mat.mtrl-sci
Structural, electronic, and magnetic properties of a ferromegnetic semiconductor: Co-doped TiO$_2$ rutile
Co掺杂TiO $_2$金红石具有室温铁磁性。我们的$ab$ $initio$密度泛函理论研究表明，取代Co离子纳入TiO $_2$金红石倾向于集群，然后相邻的间隙位成为积极有利于Co驻留。这表明，在确定多晶（Ti，Co）O $_2$金红石中Co的局部环境时，仅含有置换式Co的Co掺杂金红石不是合适的参考体系统。间隙原子Co处于低自旋态，破坏了周围置换原子Co的自旋极化，从而降低了杂质原子的平均磁矩。
2003-06-15 cond-mat.mtrl-sci
Ab initio strategy for muon site assignment in wide band gap fluorides
我们报告了一个基于密度泛函理论的从头算策略，以确定μ子网站。两个问题必须仔细解决，μ子离域的候选间隙网站和局部结构松弛的原子位置，由于$μ^+$样品相互作用。在这里，我们报告了我们的策略在两种宽带隙材料LiF和YF3上的验证，其中由于μ子局域化和晶格弛豫之间的相互作用，局域化问题很重要
2013-02-08 cond-mat.mtrl-sci
Muon probes of temperature-dependent charge carrier kinetics in semiconductors
我们已经应用了光激发μ子自旋光谱技术（光- $μ$ SR）的本征锗的目标是开发一种新的方法来表征在广泛的半导体过剩载流子动力学。μ子自旋弛豫速率可以是过剩载流子密度的唯一度量，并用于研究载流子动力学。所得到的载流子寿命谱可以用一个简单的扩散方程来模拟，以确定体复合寿命和载流子迁移率。对这些参数随温度变化的研究可以揭示复合和扩散机制。
2019-06-18 cond-mat.mtrl-sci
Electronic structure of shallow donor state associated with muonium in rutile TiO$_2$
用μ子自旋旋转技术研究了金红石型TiO（$_2$，弱$n$型）中间隙μ中心的超精细结构。角分辨超精细参数在$ab$平面内具有四元各向异性，在$c$轴上具有轴向各向异性，这强烈表明Mu模拟了位于沿$c$轴的通道内偏离中心位置的间隙氢（H）的已知局域结构，并且与Mu结合的电子波函数是高度离域的（沿$c$轴约1.5 nm，$a$轴约0.8 nm）。从Mu信号在~8 K以上消失的情况直接推断出Mu（$\rightarrow μ^+ + e^-$）的热激活电离能为1.2（4）meV。这些观察结果表明，与Mu（以及H）相关的电子能级位于导带底部附近，作为金红石中的浅施主态。
2015-04-24 cond-mat.mtrl-sci
Direct spectroscopic observation of a shallow hydrogen-like donor state in insulating SrTiO$_{3}$
我们在SrTiO $_3$中直接观察到了类氢的μ 鎓态，证实了间隙氢可能作为浅施主的理论预言.这种μ 鎓态的形成与温度有关，出现在低于$\sim 70$ K的温度下。从温度依赖性，我们估计的激活能$\sim 50$毫电子伏的散装和$\sim 23$毫电子伏附近的自由表面。的领域和方向依赖的μ子旋进频率进一步支持浅杂质状态的一个罕见的例子，一个完全各向异性的超精细张量。从这些测量，我们确定的超精细相互作用的强度，并提出μ介子占据SrTiO $_3$中的氧八面体的面附近的间隙网站。观察到的浅施主态提供了新的见解定制的电子和光学性能的SrTiO $_{3}$为基础的氧化物界面系统。
2014-09-19 cond-mat.mtrl-sci
Local electronic structure of dilute hydrogen in $β$-MnO$_{2}$
本研究利用$μ$SR技术与DFT计算探究了$β$-MnO$_{2}$中氢杂质的电子与磁态，发现间隙氢作为浅施主，并揭示了介子在氧通道中心的局域机制。
2024-01-04 cond-mat.mtrl-sci
Rutile GeO2: an ultrawide-band-gap semiconductor with ambipolar doping
超宽带隙（UWBG）半导体具有巨大的潜力，以促进电子器件的性能提高超线性增加间隙。然而，双极掺杂对于UWBG材料来说是一个主要的挑战，因为掺杂剂电离能和电荷补偿通常随着带隙的增加而增加，并且显著地限制了目前可以实现的半导体器件。使用混合密度泛函理论，我们证明金红石锗氧化物（r-GeO 2）是一种替代UWBG（4.68 eV）材料，可以双极掺杂。我们确定锑锗，砷锗，和FO作为可能的捐助者与低电离能，并提出生长条件，以避免电荷补偿深受体，如VGe和NO。另一方面，受体，如AlGe具有相对较大的电离能（0.45 eV），由于形成局部空穴极化子，并有可能被钝化VO，Gei，和自发光。然而，我们发现AlGe与间隙H的共掺入可以增加Al的溶解度极限，并使杂质带中的空穴导电。我们的研究结果表明，r-GeO 2是一种很有前途的UWBG半导体，可以克服目前的掺杂挑战，使下一代电力电子器件。
2019-03-14 cond-mat.mtrl-sci
Local Electronic Structure and Dynamics of Muon-Polaron Complexes in Fe$_2$O$_3$
我们在经典的反铁磁体Fe $_2$ O $_3$中进行了详细的μ子自旋旋转（$μ$ SR）测量，并通过考虑电荷中性μ子-极化子复合物的动态布居和解离来解释光谱。我们发现，在Fe $_2$ O $_3$中的电荷中性μ介子状态，尽管缺乏典型的电荷中性μ介子中心的签名，测量的$μ$ SR频率和弛豫率有显着的影响。我们在Fe $_2$ O $_3$中对这种极化子μ子中心的鉴定表明，孤立的氢（H）杂质形成类似的复合物，并且H杂质可能是Fe $_2$ O $_3$中载流子密度的来源。
2021-01-22 cond-mat.mtrl-sci
Interstitial Transition Metal Doping in Hydrogen Saturated Silicon Nanowires
我们报告了第一原理系统的研究氢饱和硅纳米线（H-SiNW）的原子，电子和磁性的过渡金属（TM）原子掺杂放置在不同的间隙网站。我们的结果在传统的GGA+U的方法得到了证实，使用混合功能。为了揭示表面效应，我们检查了沿[001]方向的直径约为2nm的H-SiNW的三种不同的可能的刻面。所有替代配置的掺杂和由此产生的电子和磁性的能量学检查。我们发现，除了Ti，所得到的系统具有不同的磁矩的磁基态。虽然H-SiNW最初是非磁性半导体，但它们通常在TM掺杂后变成铁磁金属。甚至在特定情况下，它们也会表现出半金属的行为。我们的研究结果表明，H-硅纳米线可以功能化的TM杂质，这将导致新的电子和自旋电子器件在纳米尺度上。
2012-04-24 cond-mat.mtrl-sci
Defect Profiling of Oxide-Semiconductor Interfaces Using Low-Energy Muons
低能μ子自旋旋转（LEμSR）是一种强有力的原子核方法，可以在$\approx$ \SI{200}{\nano\meter}尺度上研究表面附近区域和薄膜的电磁性质。在这项工作中，我们展示了利用低能量μ子对氧化物-半导体界面进行深度分辨表征的潜力，即硅（Si）和碳化硅（4 H-SiC）。二氧化硅（SiO $_2$）生长的等离子体增强化学气相沉积（PECVD）和热氧化的SiO $_2$ -半导体界面的接口和缺陷的形成进行了比较。μ的纳米深度分辨率允许氧化物层和半导体层之间的明确区分，同时还量化了由Si和SiC的氧化引起的结构变化的范围。
2022-06-02 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
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
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
Excited configurations of hydrogen in the BaTiO$_{3-x}$H$_x$ perovskite lattice associated with hydrogen exchange and transport
使用μ素（Mu）作为氢的假同位素，通过正μ子自旋弛豫（$μ^+$ SR）光谱研究了氢氧化物BaTiO $_{3-x}$ H $_x$（$x=0.1-0.5$）中氢的激发构型，这些构型被认为参与其氢的传输和交换过程。发现注入BaTiO $_{3-x}$ H $_x$钙钛矿晶格的μ子主要处于两种性质不同的亚稳态。一个被分配到一个高度移动的间隙质子状态，这是常见的钙钛矿氧化物。另一种是形成一个纠缠的双自旋- $\frac{1}{2}$系统，其中H $^-$离子的核自旋位于阴离子位置。（H，Mu）配合物的结构与计算研究预测在SrTiO $_{3-δ}$钙钛矿晶格中形成的双电荷氧空位处含有两个H $^-$离子的中和中心的结构一致[Y.岩崎$et$ $al$ .，APL Materials 2，012103（2014）]。在100 K以上，观察到间隙Mu $^+$扩散和再俘获到深缺陷，这可能是BaTiO $_{3-x}$ H $_x$晶格中宏观Mu/H输运的限速步骤.
2017-08-17 cond-mat.mtrl-sci
Unexpected Reconstruction of the alpha-Boron (111) Surface
我们报道了一种新的α-硼（111）表面的重构，发现使用从头算结构搜索，并揭示了它有一个意想不到的整洁的结构和低得多的表面能比最近提出的（111）-IR，（a）表面.在这种重构过程中，每个间隙硼原子与相邻的B12二十面体之间的极性共价键形成桥连，这完全符合电子计数规则，并负责重构诱导的金属-半导体转变。间隙原子与二十面体之间的电荷转移对表面的稳定起着重要作用。
2014-09-09 cond-mat.mtrl-sci
Universal method to extract the average electron spin relaxation in organic semiconductors from muonium ALC resonances
本文提出一种从有机半导体μ子偶素ALC共振中提取平均电子自旋弛豫速率的通用方法，该方法不受共振数量、重叠情况及超精细参数影响，可提高提取准确性并指导实验设计。
2023-10-31 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph physics.data-an
Na-ion Dynamics in the Solid Solution Na$_{\rm x}$Ca$_{1- \rm x}$Cr$_2$O$_4$ Studied by Muon Spin Rotation and Neutron Diffraction
在这项工作中，我们提出了一套系统的测量进行的μ子自旋旋转/弛豫（$μ^+$ SR）和中子粉末衍射（NPD）的固溶体钠$_{\rm x}$钙$_{1- \rm x}$铬$_2$ O $_4$。本研究探讨钠离子动力学的准一维（Q1 D）扩散通道所产生的蜂窝状排列的氧化铬$_6$八面体，在存在的缺陷引入Ca掺杂。随着Ca含量的增加，扩散通道的尺寸增大，但是，这种效应并没有提高Na离子的迁移率。相反，整体扩散率受到局部缺陷的阻碍，Na跳跃概率降低。在Na $_{\rm x}$ Ca $_{1- \rm x}$ Cr $_2$ O $_4$中的扩散机制被认为是间隙的，并且确定了固溶体的所有成员的激活能以及扩散系数。
2022-11-23 cond-mat.mtrl-sci
Identification of the major cause of endemically poor mobilities in SiC/SiO2 structures
具有良好载流子迁移率的材料是器件应用所期望的，但在实际器件中，迁移率通常受到界面和接触存在的限制。在半导体-电介质界面处的迁移率退化通常归因于界面处或电介质内部的缺陷，如在Si/SiO2结构中的情况，其中处理不会在半导体中引入有害缺陷。在SiC/SiO2结构的情况下，十年的研究集中在减少或钝化界面和氧化物缺陷，但低迁移率一直存在。通过调用理论结果和现有的实验证据，我们表明，热氧化产生的半导体衬底内的碳双间隙缺陷，它们是在SiC/SiO2结构的流动性差的主要原因。
2010-11-12 cond-mat.mtrl-sci
The magnetic phase of the perovskite CaCrO$_3$ studied with $μ^{+}$SR
我们研究了钙钛矿型CaCrO $_3$的磁相通过使用μ子自旋弛豫技术伴随着磁化率测量。一个热滞回线的宽度约为1 K的转变温度。在μ子寿命的时间尺度内，揭示了一个静态的反铁磁秩序与不同的多个内部领域，这是经历在μ子间隙网站低于相变温度，$T_N=90 K$。在$T_N$之上，晶格变形由横向场μ子自旋旋转和弛豫指示，表明磁弹性机制。
2010-04-28 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Local electronic structure of dilute hydrogen in $β$-Ga$_2$O$_3$ probed by muons
用μ子自旋旋转/弛豫（$μ$ SR）方法研究了$β$-Ga $_2$ O $_3$单晶中μ子作为赝氢的局域电子结构.在长时间范围内的高精度测量$\sim$ 25 $μ$ s已经清楚地确定了两个不同的Mu状态：准静态Mu（Mu $_1$）和快速移动的Mu（Mu $_2$）。通过将这一结果与最近建立的双极性模型的预测进行比较，这两种状态分别归因于与间隙H的密度泛函理论（DFT）计算预测的施主（$E^{+/0}$）和受主（$E^{-/0}$）能级相关的弛豫-激发态。此外，发现Mu $_1$的局部电子结构是具有三配位氧的OMu键合态。该结构与H的热平衡态几乎相同，并且被发现起电子供体的作用。另一个Mu $_2$被认为是在双极性模型的氢化物状态（Mu $^-$），这表明它是在快速扩散运动，通过短暂的中性状态，由于与传导电子的电荷交换反应（Mu $^0+e^-\rightleftarrows$ Mu $^-$）。
2023-01-05 cond-mat.mtrl-sci
Muonium state exchange dynamics in n-type Gallium Arsenide
该研究通过密度矩阵模拟和光激发μ子自旋谱学，确定了n型砷化镓中μ子素的态交换动力学模型，揭示了其微观机制，并提供了可推广到其他半导体的研究方法。
2023-05-09 cond-mat.mtrl-sci
Muonium as a probe of point defects in type-Ib diamond
ISIS Neutron and Muon Facility, STFC Rutherford Appleton Laboratory（STFC 卢瑟福阿普顿实验室 ISIS 中子与缪子设施）；National Institutes for Quantum Science and Technology (QST)（量子科学技术研究开发机构）；Department of Materials Science, Tohoku University（东北大学材料科学系）
研究muon在类型Ib金刚石中的扩散特性，用于探测氮空位中心及 substitutional 氮原子，通过muon自旋弛豫机制分析缺陷相互作用。
2026-03-26 cond-mat.mtrl-sci
Tuning the Magnetic and Electronic Properties of Monolayer VI3 by 3d Transition Metal Doping: A First-Principles Study
具有强磁性的二维材料在自旋电子学中有着广阔的应用前景，引起了人们极大的关注。最近，本征铁磁三碘化钒（VI 3）已被实验合成。为了提高其自旋电子学性能，我们对VI 3进行了间隙掺杂，并用第一性原理计算研究了VI 3和3d过渡金属（TM）掺杂的VI 3单层膜的几何结构、形成能、电子性质和磁性.在八种过渡金属（Sc-、Ti-、V-、Cr-、Mn-、Fe-、Co-和Ni-）掺杂的VI 3材料中，其中四种（Ti-、V-、Mn-和Ni-掺杂的VI 3）显示出在费米能附近具有全自旋极化的稳健磁性。我们的研究表明，Ti掺杂的VI 3导致半金属半导体特性（HMS），而V掺杂的VI 3和Ni掺杂的VI 3导致半半导体特性（HSC）。令人惊讶的是，Mn掺杂的VI 3表现出不寻常的双极磁性半导体性质（BMS）。这种强铁磁性和100%自旋极化与半金属、半导体或双极半导体性质的独特组合使得3d TM掺杂的VI 3成为下一代半导体自旋电子应用的潜在候选者。这些自旋极化材料将是非常有用的自旋电流产生和其他自旋电子应用。
2021-09-25 cond-mat.mtrl-sci
Prospects of high temperature ferromagnetism in (Ga,Mn)As semiconductors
我们报告一个全面的结合实验和理论研究居里温度的趋势（Ga，Mn）As铁磁半导体。理论预测与实测数据的一致性表明，高质量金属样品的T_c随Mn_Ga受主上未补偿局域矩的数目线性增加，没有饱和现象。室温下的铁磁性预计为10%的浓度，这些本地的时刻。我们的磁输运和磁化强度数据与Mn_Ga-Mn_I强近邻反铁磁耦合导致的Mn_I间隙位置上的Mn杂质作为双施主并补偿相邻Mn_Ga局域磁矩的情况相一致。这些缺陷可以通过生长后退火有效地去除。我们的分析表明，有没有根本的障碍，替代Mn_Ga掺杂在高品质的材料超过我们目前的最高水平6.2%，虽然这一成就将需要进一步的进展，在生长条件控制。适度的电荷补偿不会限制基于（Ga，Mn）As的铁磁半导体中可能的最大居里温度。
2005-05-09 cond-mat.mtrl-sci
Ambipolar Property of Isolated Hydrogen in Oxide Materials Revealed by Muon
对μ介子作为赝氢（用元素符号Mu表示）的电子态的研究一直被认为是实验上获得半导体和半导体中稀氢（H）电子态的少数方法之一。同时，通过使用密度泛函理论（DFT）的第一性原理计算对这些材料中H的电子状态的理论预测并不总是与Mu的观测状态一致，这成为整合Mu和H的发现的障碍。在本文中，我们提供了解决这个问题的半定量模型，使系统的理解在大多数氧化物中的电子态的穆。
2022-03-25 cond-mat.mtrl-sci
Local doping of an oxide semiconductor by voltage-driven splitting of anti-Frenkel defects
本研究通过施加直流电压驱动反弗伦克尔缺陷分裂，在Er(Mn,Ti)O₃中实现局部受主和施主掺杂，形成稳定纳米级p型和n型区域，为氧化物半导体的纳米尺度临时功能化及相关电子学领域发展提供新途径。
2025-02-11 cond-mat.mtrl-sci
Effect of arsenic doping on structural and electronic properties of MoSe$_2$ monolayer: an ab initio study
本文通过DFT计算研究MoSe₂单层中Mo空位、As替代掺杂和As间隙掺杂对结构与电子性质的影响，发现As替代掺杂最稳定且体系带隙增大，并揭示不同缺陷诱导p型或n型半导体行为及其在光催化和红外电子学中的应用潜力。
2024-12-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Effect of low-temperature annealing on the electronic- and band-structure of (Ga,Mn)As epitaxial layers
用调制光反射谱（PR）研究了（Ga，Mn）As外延层中Mn杂质的外扩散对外延层电子结构和能带结构性质的影响。用高分辨X射线衍射仪和SQUID磁强计分别研究了退火引起的层的结构和磁性能的变化。他们证实了Mn元素从层中的向外扩散以及它们的空穴浓度的增强，这对于覆盖有Sb帽的层更有效，Sb帽充当扩散Mn元素的汇。PR结果揭示了在生长的（Ga，Mn）As层的带隙跃迁能量的减少，相对于在参考GaAs的一个，解释通过假设合并的Mn相关的杂质带与主机GaAs价带。另一方面，在退火的（Ga，Mn）As层中的带隙跃迁能量的增加被解释为由于费米能级的位置在价带内，由增强的自由空穴浓度确定的吸收边的Moss-Burstein位移的结果。实验结果与（Ga，Mn）As中移动空穴介导铁磁有序的价带起源一致，与铁磁半导体的Zener模型一致.
2013-05-17 cond-mat.mtrl-sci
Quantum Monte Carlo study of three-dimensional Coulomb complexes: trions and biexcitons; hydrogen molecules and ions; helium hydride cations; and positronic and muonic complexes
三维激子复合物对体半导体的光电性质有重要影响。更一般地说，相关的少粒子分子和离子，通过成对库仑势结合在一起，在物理和化学的各个领域中发挥着重要作用。基于统计精确的扩散量子蒙特卡罗计算，我们研究了体3D半导体中的激子三体和四体复合物（三子和双激子）以及一系列小分子和离子，其中核被视为量子粒子与电子处于平等地位。我们提出的插值公式，预测这些复合物的结合能无论是在散装半导体或在自由空间。通过计算量子蒙特卡罗模拟中的对分布函数，我们研究了小分子中谐波和非谐波振动效应的重要性。
2022-12-03 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.quant-gas quant-ph
Tellurium trioxide as an n-type wide-gap semiconductor with ultrahigh work functions from first principles
该研究通过第一性原理计算发现β-TeO3是具有超高功函数的n型宽禁带半导体，明确其缺陷特性，指出其在空穴功能层及透明电极领域的应用潜力并给出调控指导。
2026-10-14 cond-mat.mtrl-sci
Continuous alloying between rocksalt and half-Heusler structures drives metal-semiconductor transition in ErNi$_x$Sb
本文研究ErNi$_x$Sb中rock salt与half-Heusler结构间的连续合金化，发现Ni空位引发带隙坍塌与晶格软化，实现了对电子和热输运特性的连续调控，为热电、超导及拓扑材料设计提供新策略。
2024-08-25 cond-mat.mtrl-sci
Ternary Semiconductors NiZrSn and CoZrBi with half-Heusler structure: a first-principles study
采用密度泛函理论计算了具有C1_b晶体结构的三元半导体NiZrSn和CoZrBi的基本结构、电子和声子性质。采用梯度校正的PBE泛函和混合泛函HSE 06。发现NiZrSn是一种小带隙半导体（PBE和HSE 06中的Eg分别为0.46 eV和0.60 eV），CoZrBi在PBE中的带隙为1.01 eV（HSE 06中为1.34 eV）。此外，有效质量和变形潜力的报告。在这两种材料ABC，本征点缺陷引入物种A（镍或钴）的计算。发现CoZrBi中的Co诱导缺陷比NiZrSn中的Ni诱导缺陷具有更高的形成能。间隙Ni原子（Ni_i）和V_Ni Ni_i复合物在带隙中引入缺陷态，而Ni空位（V_Ni）只减小带隙尺寸。出于对NiZrSn用于热电应用的报道的动机，计算了这两种材料的塞贝克系数。我们发现，CoZrBi显示一个相当大的热电势高达500微V/K时，p型掺杂，而NiZrSn具有其最大的热电势在n型制度。在NiZrSn中实现p型掺杂的困难可以通过与外部受主结合的Ni_1^2+的意外形成来合理化，从而导致它们的补偿。此外，它被发现，所有类型的缺陷考虑，当存在的浓度高达3%，往往会降低热电势相比，在T= 600 K的理想的散装晶体。对于NiZrSn，计算的热力学数据表明，通过退火可以除去额外的Ni杂质，导致金属Ni_2ZrSn相的析出。
2016-08-05 cond-mat.mtrl-sci
Stability, efficiency, and mechanism of n-type doping by hydrogen adatoms in two-dimensional transition metal dichalcogenides
单层和少层过渡金属二硫属化物（TMDC）为电子和光电子器件提供了理想的二维半导体材料。对于TMDC上的电子器件，必须掺入在图案化掺杂后位置稳定的n型和/或p型掺杂剂。在这里，我们通过第一性原理计算研究TMDC（MX 2，M = Mo、W，X = S、Se、Te）纳米片的氢掺杂，以解决扩散和掺杂性质。我们发现，吸附在TMDC中的氢原子在能量上最稳定的间隙网站上的Mo或W平面上，并有大量的能量障碍，对扩散的硫化物，硒化物，碲化物的顺序增加。氢原子位于Mo或W平面上最稳定的间隙位置，以每个氢原子一个电子的极高速率在导带中产生电子，带隙内没有任何明显的缺陷态。我们分析了掺杂剂周围的化学键合特性和这种高效率电子掺杂的机理。我们还考虑了氢分子和Te空位的性质进行比较。我们的工作表明氢掺杂是在TMDCs上开发高度集成电子器件的有希望的途径
2019-08-12 cond-mat.mtrl-sci
Optimization of Mn Doping in Group-IV-based Dilute Magnetic Semiconductors by Electronic Co-dopants
在基于IV族的稀磁半导体（DMS）中磁性原子（Mn）的替代掺杂的百分比可以通过与另一种常规电子掺杂剂（e-掺杂剂）共掺杂来增加[Zhu等人，物理修订版信函100，027205（2008）]。在这里，我们报告了广泛的理论研究的动力学和热力学特性的几个共掺杂系统，包括体硅和锗作为主机和各种第三组和第五组电子掺杂剂。主要研究结果如下：在体材料Ge和Si中，掺杂Mn的n型掺杂的n-p配对是能量稳定的。Mn原子从间隙位置移动到替代网站更容易在相邻的n型电子掺杂剂的存在下。两个Mn原子之间的磁耦合在体锗振荡之间的正（铁磁）和负（反铁磁）的值与Mn-Mn距离的增加，但在Mn/As共掺杂的Ge的耦合参数保持积极的在所有距离以外的最近的邻居，这种质的差异不改变掺杂水平。对于Mn掺杂的Si，除了最近邻的耦合值之外，所有的耦合值都是正的，并且在共掺杂时没有太大的变化。在共掺杂体系中，我们发现了一种非常规的磁各向异性，即磁耦合依赖于磁性离子与其相邻的电子掺杂剂的相对位置。我们采用蒙特卡罗模拟来估计居里温度（Tc）。我们发现，在Mn掺杂的Ge没有铁磁顺序存在的Mn浓度范围从3.13%到6%。相反，自旋玻璃相变发生在约5 K，在5%的Mn掺杂。对于Mn/As共掺杂的Ge，Tc随Mn浓度的增加而线性增加，当Mn掺杂量为5%时，Tc达到264 K。
2009-03-14 cond-mat.mtrl-sci
Electronic structure of Mu-complex donor state in rutile TiO$_2$
用μ子自旋旋转技术研究了金红石型TiO（$_2$，弱$n$型）中间隙μ子的超精细结构。角分辨超精细参数在$ab$平面内表现出四元各向异性，相对于$\langle 001\rangle$（$\hat{c}$）轴表现出轴向各向异性。这强烈表明，Mu结合到O（形成OH键）在偏离中心的网站内的通道沿$\hat{c}$轴，而未配对的Mu电子是本地化周围的相邻的Ti网站。超精细参数通过考虑Ti和O位点未配对电子自旋极化的模型进行了定量解释，为Mu形成为Ti-O-Mu复合顺磁态提供了证据。高于$\sim$ 10 K的Mu信号消失表明，通过热活化促进未成对电子到导带所需的能量为$10^1$ meV的量级。这些观察结果表明，虽然Mu（因此H）的电子结构与有效质量模型描述的传统浅能级施主的电子结构有很大不同，但Mu提供了一个松散结合的电子，因此可以作为金红石中的施主。
2015-08-03 cond-mat.mtrl-sci
Spin-polarized muons in condensed matter physics
正μ介子是自旋为1/2的粒子。所有自旋都被极化的μ子束可以被制备并随后植入各种类型的凝聚态物质中。随后的旋进和弛豫可以用来研究样品中的各种静态和动态效应，从而推断出磁性，超导性和分子动力学的性质。虽然严格来说，μ子是轻子，其行为本质上类似于重电子，但我们可以很方便地将μ子看作轻质子，而且它经常与一个被捕获的电子一起出现在一个被称为μ 鎓的类氢原子中。本文概述了各种实验技术的原理，其中涉及注入μ子，并介绍了一些最近的应用。μ介子在凝聚态物理中的应用为半导体中的钝化、受抑自旋系统、涡旋晶格熔化和轻粒子的量子扩散等多种学科提供了新的视角。
2002-07-30 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el cond-mat.supr-con
Transition-state lattice modes and the breakdown of adiabatic tunneling for hydrogen and deuterium in bcc Nb
Northwestern University（西北大学）
通过五维晶格重整化玻恩-奥本海默框架，发现氢和氘在体心立方铌中的隧穿本质上是非绝热集体过程，绝热近似仅在正μ子质量极限下成立。
2026-09-29 cond-mat.mtrl-sci quant-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
First principle investigation of hydrogen behavior in M doped Cu$_2$O (M $=$ Na, Li and Ti)
研究了不同掺杂（Na、Li和Ti）对Cu $_2$ O的电子、磁性和光学性质的影响。电子性质计算表明，氢使Cu $_2$ O的导电性由p型转变为n型。结果表明，在Cu $_2$ O体系中，间隙氢原子更倾向于位于四面体位置，并使后者的带隙值降低。Na或Li掺杂的Cu $_2$ O保持了Cu $_2$ O的p型导电性，而氢是Na或Li掺杂的Cu $_2$ O系统中的n型导电性的来源。Ti掺杂使Cu $_2$ O的带隙值增大，使其成为n型半导体。氢增加了M掺杂Cu $_2$ O的光学透过率。
2019-06-27 cond-mat.mtrl-sci
The phase transition in the localized ferromagnet EuO probed by muSR
我们报告的μ子自旋旋转测量的结果进行的铁磁半导体EuO，这是一个最好的近似本地化的铁磁体。我们认为，植入的μ子是敏感的内部字段主要通过超精细和洛伦兹场的组合。测量了内部场和弛豫速率的温度依赖性，并与以前的理论预测进行了比较。
2010-09-13 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
The importance of intra-molecular electron spin relaxation in small molecular semiconductors
利用避免能级交叉μ子谱作为局域自旋探针，研究了几种不同形貌和分子结构的有机半导体的电子自旋弛豫速率。我们发现，两个功能化的并苯（多晶三（异丙基）甲硅烷基并五苯和无定形5，6，11，12-四苯基并四苯）表现出eSR与Arrhenius的温度依赖性，每个具有两个特征的能量尺度类似于预期的振动。多晶三（8-羟基喹啉）镓显示出类似的行为。在300 K时，这些分子的eSR不大于0.85 MHz。这些分子所具有的晶体结构和传输机制的多样性，以及探针的局部性质，强烈地暗示了许多有机半导体的分子内现象，与通常假设的基于分子间载流子传输的自旋弛豫模型形成对比。
2010-06-14 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Investigation of the SiO2-SiC interface using low energy muon spin rotation spectroscopy
使用正μ子作为以低能量注入的局部探针使得能够以纳米深度分辨率收集关于感兴趣的材料的信息（低能量μ子自旋旋转光谱（LE- $μ$ SR））。在这项工作中，我们利用LE- $μ$ SR的能力来进行SiO $_\text{2}$ -SiC界面的研究。研究了热氧化样品在一氧化氮（NO）和氩气（Ar）气氛中退火前后的变化。发现热氧化导致在靠近界面的SiC晶体和在界面本身的结构变化。已知NO环境中的退火钝化缺陷，导致界面陷阱（D $_{it}$）的密度降低; LE- $μ$ SR进一步揭示NO退火导致SiC中的高载流子浓度的薄层，取决于退火条件延伸到50 nm以上。我们还看到在热氧化之后在SiC中形成Si空位（V $_{Si}$）的迹象。NO退火后，氮占据的V $_{Si}$网站，导致D $_{it}$的减少，并在同一时间，创建一个电荷载流子丰富的区域附近的界面。通过比较的LE- $μ$ SR数据从一个已知的掺杂密度的样品，我们执行一个高分辨率的量化的自由载流子浓度的界面附近的NO退火后，并讨论观察到的近表面的变化的起源。最后，使用$μ$ SR示出了在界面下方的区域中的MOS电容器中的载流子的耗尽。NO退火的样品示出了最窄的耗尽区域，这可能是由于界面附近的D $_{it}$减小和电荷载流子富集区域。我们的研究结果表明，利用LE- $μ$ SR的许多好处，研究已无法与其他技术的半导体器件的关键区…
2022-11-18 cond-mat.mtrl-sci
Impact of metastable defect structures on carrier recombination in solar cells
太阳能电池的效率通常受限于由光伏（PV）半导体的带隙内的缺陷态介导的电子-空穴复合。Shockley-Read-Hall（SRH）模型考虑了一个可以连续捕获电子和空穴的静态陷阱。然而，在现实中，真正的陷阱能级随缺陷电荷状态和局部结构而变化。在这里，我们考虑的亚稳态结构配置捕获电子和空穴的作用，碲间隙作为一个说明性的例子。考虑到缺陷动力学，和破环，改变了定性行为，并激活了新的载体捕获途径。我们的研究结果揭示了亚稳态缺陷结构在非辐射复合中的潜在重要性，特别是对于具有非谐/离子-共价键合、多元组合物、低晶体对称性或高流动性缺陷的半导体。
2022-02-25 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
(Sr,Na)(Zn,Mn)2As2: A new diluted ferromagnetic semiconductor with the hexagonal CaAl2Si2 type structure
报道了一种新的稀磁半导体（Sr，Na）（Zn，Mn）_2As_2，它通过Sr/Na和Zn/Mn替代分别实现了电荷和自旋的解耦，区别于传统的（Ga，Mn）As同时实现了电荷和自旋的解耦.与最近报道的铁磁性（Ba，K）（Zn，Mn）2As 2不同，该材料结晶为六方CaAl 2Si 2型结构。居里温度高达20 K的铁磁性已观察到从磁化。μ子自旋弛豫测量表明，这个新系统的Mn时刻之间的交换相互作用可能是不同的早期DMS系统。该系统为研究稀磁半导体的铁磁性提供了重要手段。
2014-11-17 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other cond-mat.str-el
Vacancy Order and Physical Properties of a Ternary Compound Fe0.68Pd0.80Te with an α-Fe1+xTe-Type Structure
Renmin University of China（中国人民大学）；Institute of Physics, Chinese Academy of Sciences（中国科学院物理研究所）；China Institute of Atomic Energy（中国原子能科学研究院）
本文报道了具有α-Fe1+xTe型结构的新化合物Fe0.68Pd0.80Te，其特征为Pd方形网格和3×3×3空位有序，呈现自旋玻璃基态及小于10 meV的极窄带隙半导体行为，为探索量子现象提供了潜力。
2026-09-11 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
MuSR Investigation and Suppression of TC by overdoped Li in Diluted Ferromagnetic Semiconductor Li1+y(Zn1-xMnx)P
利用μ子自旋弛豫（muSR）方法研究了体相稀磁半导体（DFS）Li 1.15（Zn 0.9Mn 0.1）P（T_C ~ 22 K）的磁性. MuSR结果证实了在低于T_C时铁磁有序的逐渐发展，磁有序体积接近100%。尽管它的低载流子密度，静态内场和居里温度之间的关系观察到的Li（Zn，Mn）P是一致的趋势发现（Ga，Mn）As和其他散装DFS，表明这些系统共享一个共同的机制的铁磁交换相互作用。Li 1 +y（Zn 1-xMnx）P具有载流子和自旋掺杂解耦的优点，其中Mn 2+取代Zn 2+引入自旋，Li+非化学计量提供载流子。这一优势使我们能够研究过掺杂Li对铁磁有序态的影响。过掺杂Li抑制了一定自旋量的T_C和饱和磁矩，表明更多的载流子不利于铁磁交换作用，要获得最高的T_C，需要在电荷密度和自旋密度之间保持微妙的平衡。
2014-06-14 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el cond-mat.supr-con
Device contacts as spin-state selectors for silicon vacancies in 4H-SiC
University of Oslo（奥斯陆大学）；ETH Zürich（苏黎世联邦理工学院）；Paul Scherrer Institute（保罗谢尔研究所）；California Institute of Technology（加州理工学院）；NASA Jet Propulsion Laboratory（美国国家航空航天局喷气推进实验室）
本研究以4H-SiC中硅空位为模型，发现镍接触会磁污染并猝灭其四重态发光，而钛和铝无此效应，凸显器件接触设计对保持量子自旋环境的关键作用。
2026-10-15 cond-mat.mtrl-sci
Deep-level structure of the spin-active recombination center in dilute nitrides
利用自旋敏感光致电流瞬态光谱揭示稀氮化物中镓间隙缺陷的深能级结构，发现除已知两个能级外还存在一个此前被忽视的近价带边能级，为改进自旋依赖复合模型提供依据。
2023-12-01 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Contrasting chemical pressure effect on the moment direction in the Kondo semiconductor CeT$_2$Al$_{10}$ (T = Ru,Os)
在正交晶系化合物CeT $_2$ Al $_{10}$（T = Ru和Os）中自旋能隙的打开之后，分别在$T_N$ = 27 K和28.5 K下进行反铁磁有序化，并且沿着$c-$轴具有小的有序矩（0.29 $-$ 0.34 $μ_B$），该轴不是晶场（CEF）的易磁化轴。为了研究Ce $_{1-x}$ La $_x$ T $_2$ Al $_{10}$（T = Ru和Os）中10% La掺杂对磁矩方向和自旋能隙的影响，以及了解磁性基态的微观本质，本文报道了这些化合物的磁性、输运性质、热性质、中子衍射（ND）和非弹性中子散射（INS）研究.我们的INS研究揭示了7 meV和10 meV的自旋能隙的持久性在10%的La掺杂的T = Ru和Os化合物，分别。更有趣的是，我们的ND研究显示在Ce $_{0.9}$ La $_{0.1}$ Ru $_2$ Al $_{10}$中沿着$b-$轴的非常小的有序矩为0.18 $μ_B$（与未掺杂的化合物相比，矩方向改变），然而在Ce $_{0.9}$ La $_{0.1}$ $_2$ Al $_{10}$中沿着$c-$轴的矩仍然为0.23 $μ_B$。这种对比行为可以通过CeRu $_2$ Al $_{10}$和CeOs $_2$ Al $_{10}$中不同程度的杂化来解释，后者比前者更强。μ子自旋旋转Ce $_{1-x}$ La $_x$ Ru …
2015-01-29 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Theoretical study of structure and magnetism of Ga$_{1-x}$V$_x$Sb compounds for spintronic applications
本文采用第一性原理计算，系统地研究了Zn掺杂Ga 1-xSb化合物从稀掺杂到极端掺杂极限的结构、电子和磁性.在富Sb生长条件下，V原子优先取代Ga原子，形成能低于富Ga生长条件。同时，SbGa反位缺陷能有效地降低替代过程的能垒，从0.85 eV降低到0.53 eV。V原子在GaSb晶格中的扩散是通过亚稳间隙位进行的，势垒为0.6eV。在低V浓度x = 0.0625时，V原子分布均匀，相互间存在反铁磁耦合。然而，从x = 0.5开始，由于相邻V原子的eg和t2 g态之间的超交换相互作用增强，V原子之间的磁耦合变为铁磁耦合。在x = 1.00的极限下，我们发现Zinc-VSb及其类似物VAs和VP都是本征铁磁半导体，在居里温度下光吸收有很大的变化。这些结果表明Ga_（1-x）Sb化合物可以为设计新型电子、自旋电子和光电子器件提供一个平台。
2019-12-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
