Scalable monolayer-functionalized nanointerface for thermal conductivity enhancement in copper/diamond composite
本研究提出在高温烧结前应用自组装单层（SAM）功能化纳米界面，显著提升了铜/金刚石复合材料的热边界导率与热导率，室温下热导率达711 W/m-K，为同类材料最高值。
2021-01-05 cond-mat.mtrl-sci
Depth-Resolved Thermal Conductivity of HFCVD Diamond Films via Square-Pulsed Thermometry
School of Energy and Power Engineering, Huazhong University of Science and Technology（华中科技大学能源与动力工程学院）；Institute for Advanced Materials and Technology, University of Science and Technology Beijing（北京科技大学先进材料与技术研究院）；Shunde Graduate School, University of Science and Technology Beijing（北京科技大学顺德研究生院）；School of Energy and Power Engineering, Nanjing University of Science and Technology（南京理工大学能源与动力工程学院）
研究通过平方脉冲热计量法测量HFCVD金刚石薄膜的深度热导率，结合频率依赖热穿透与深度分辨热传输模型，揭示了热导率随微结构演变的变化，为下一代功率器件热管理提供指导。
2026-04-14 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Conductivity crossover in nano-crystalline diamond films: Realization of a disordered superlattice-like structure
我们提出了一批不同氮浓度的纳米金刚石薄膜的电输运特性，并解释了半导体异质结构的无序准超晶格模型的导电机制。合成的热灯丝化学气相沉积技术，在薄膜中的结构无序的程度，从拉曼光谱证实，被发现是可控的，导致在过渡的导电机制从本地化和激活的金属导电制度。因此，通过在低温下的高场磁阻测量，我们牢固地建立了从跳跃到3D弱局部化的电导率交叉。长的电子退相时间和其弱的温度依赖性表明金刚石基高速器件应用的可能性。
2012-07-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Thermal conductivity of a new carbon nanotube analogue: the diamond nanothread
基于非平衡分子动力学模拟，我们研究了一种新型超薄一维碳纳米材料-金刚石纳米线（DNT）的热导率。与单壁碳纳米管（CNT）不同，DNT中Stone-Wales相变的存在赋予了其更丰富的热输运特性。输运区由波控区向粒子控区转变，这取决于多苯环的长度。然而，独立的传输区域，在具有不同长度的聚苯环的DNT中观察到热导率的强长度依赖性。DNT中独特的SW特性提供了更多的自由度来调节CNT的均匀结构中未发现的热导率。因此，DNT是一个理想的平台，研究各种热传输机制在纳米尺度上。其高可调谐性提高了为不同应用设计DNT的潜力，例如热连接和温度管理。
2015-11-05 cond-mat.mtrl-sci
Molecular dynamics simulation for heat transport in thin diamond nanowires
采用分子动力学模拟研究了金刚石纳米线（DNW）中的声子热导率。研究发现，窄DNW的热导率较低，且不表现出明显的温度依赖性;超窄DNW的热导率很小（约为2.0 W/m/K），在热电器件中具有潜在的应用价值。这两种现象可能是由于窄DNW中占主导地位的表面效应和声子限制效应造成的。我们的模拟揭示了高各向异性的热传输DNW。具体地，沿[110]生长方向的DNW中的热导率比沿[100]和[111]生长方向的DNW中的热导率大约5倍。各向异性被认为是根在各向异性群速度的声学声子模式在DNW沿三个不同的生长方向。
2011-08-30 cond-mat.mtrl-sci
High Thermal Conductivity of Back-End-of-Line Compatible Diamond Films
Peking University（北京大学）；Harbin Institute of Technology（哈尔滨工业大学）；Shenzhen Eversix Technology Co., Ltd.（深圳亿思科技有限公司）
该研究开发了400℃以下在硅上直接生长的多晶金刚石薄膜，其室温热导率达73、86 W·m⁻¹·K⁻¹，远高于传统介电材料，可作为后端制程兼容的热扩散介电层。
2026-08-11 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Ab initio variational approach for evaluating lattice thermal conductivity
我们提出了一种基于玻尔兹曼输运方程精确解的第一性原理计算晶格热导率的理论方法。我们使用的变分原理和共轭梯度法，这为我们提供了一个算法比以前在文献中使用的速度，并能够始终收敛到精确解。计算中严格处理了三声子正碰撞和umklapp碰撞、同位素散射和边界效应。此外，我们表明，通过生长更丰富的金刚石样品，它是可以实现的热导率值高达三倍以上的同位素富集的金刚石样品中观察到的99.93%C12和0.07 C13。
2013-06-28 cond-mat.mtrl-sci
A perspective on effective medium models of thermal conductivity in (ultra)nanocrystalline diamond films
采用有效介质理论（EMT）模型分析了纳米晶和超纳米晶薄膜的热导率。现有的EMT模型使用球形夹杂近似。虽然这种近似工作得很好，但它是不一致的，主要是关于74 {\%}的最大堆积，这对于多晶膜可能是不现实的。为了检查这些模型的一致性，我们设计了一个EMT模型与任意形状的夹杂物。我们选择了立方夹杂的EMT模型，并将其结果与球形夹杂的EMT模型的结果进行了比较。这是发现一个非常好的协议之间的计算。这一协议是解释一般几何参数。我们进一步利用这些模型来分析纳米晶和超纳米晶金刚石薄膜的热导率。值得注意的是，有效电导率的强烈影响，不仅由边界Kapitza电阻，但也由晶粒内散射小于100 nm的晶粒尺寸。通常，晶粒内电导率和Kapitza电阻都随着晶粒尺寸而增加。然而，Kapitza电阻增加的影响是可以忽略不计的，由于几何因素伴随Kapitza电阻的有效电导率的贡献。
2019-07-01 cond-mat.dis-nn cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Highly sensitive thermal conductivity measurements of suspended membranes (SiN and diamond) using a 3w-Volklein method
介绍了一种用于测量膜热物性的悬挂式系统。灵敏的热测量是基于耦合到V $\ddot{o}$ lklein几何的3 $ω$动态方法。使用微加工工艺获得的装置允许测量膜的面内热导率，其灵敏度小于10 nW/K（室温下+/- $5x10^{-3}$ Wm $^{-1}K^{-1}$）和非常高的分辨率（$ΔK/K =10^{-3}$）。位于膜中心的传感器（加热器/温度计）用于产生热通量的振荡，并使用惠斯通电桥装置测量三次谐波下的温度振荡。在室温下测得的功率低至0.1nanoWatt。该方法已用于测量厚度为100 ~ 400 nm的低应力氮化硅薄膜和多晶金刚石薄膜的热性能。在多晶金刚石膜上测量的热导率支持对热传输的显著晶粒尺寸效应。
2012-01-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.ins-det
Effect of Crystallographic Orientation on the Potential Barrier and Conductivity of Bessel Written Graphitic Electrodes in Diamond
本文研究了晶体学取向对500 μm厚单晶CVD金刚石中Bessel光束写入横向石墨电极势垒与电导率的影响，发现(110)取向相比(100)取向能更有效地降低或完全消除IV特性曲线中的势垒。
2024-01-04 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Laser-Induced Heating in Diamonds: Influence of Substrate Thermal Conductivity and Interfacial Polymer Layers
University of Technology Sydney（悉尼科技大学）；The University of Hong Kong（香港大学）；Vereshchagin Institute for High Pressure Physics, Russian Academy of Sciences（俄罗斯科学院韦列夏金高压物理研究所）；University of Southern Queensland（南昆士兰大学）
本研究系统探究了基底热导率与界面聚合物厚度对金刚石激光诱导加热的影响，发现低热导率基底和薄聚合物层显著增强局部加热，并通过仿真验证，为光学测温与量子传感的基底选择提供指导。
2025-10-16 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Exploring x-ray irradiation conditions for triggering ultrafast diamond graphitization
本研究通过Monte Carlo模拟发现，硬X射线触发金刚石石墨化受光电子弹道逃逸影响，光电子射程与束斑尺寸的比例是关键参数，提前开展模拟可预测理想实验条件。
2024-11-04 cond-mat.mtrl-sci
Revisiting Effects of Nitrogen Incorporation and Graphitization on Conductivity of Ultra-nano-crystalline Diamond Films
系统研究了在H $_\text{2}$ /CH $_\text{4}$ /N $_\text{2}$等离子体中生长的超纳米金刚石（UNCD）薄膜的结构和电学性质随沉积温度（$T_d$）和氮含量（$\%$ N $_2$）的变化，以全面评估它们对电导率的影响。从1000至1300 K扫描$T_d$，以获得固定在0、5、10和20 $\%$的N $_2$。发现即使在不含氮气的合成气混合物中生长的膜也可以制成与1 $-$ 10 $^{-2}$ $Ω$ cm一样导电，其中通过改变生长参数，所有膜的总电阻率被调谐超过4个数量级。在一组27个样品上，拉曼光谱和扫描电子显微镜显示出随着沉积温度的升高，从超纳米晶金刚石到纳米晶石墨的渐进的和高度可重复的膜材料相变。这种转化的速率在很大程度上取决于N $_2$含量。氮的添加大大增加了膜中$sp^2$键合碳的量，从而增强了具有高电子态密度的GB网络中的物理连接性。然而，氮气的加入大大减缓了GB中$sp^2$相的结晶。因此，在（N）UNCD导电性工程中，GB连接性和结晶度之间的适当平衡是关键。
2019-10-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Probing Growth-Induced Anisotropic Thermal Transport in CVD Diamond Membranes by Multi-frequency and Multi-spot-size Time-Domain Thermoreflectance
GaN基高电子迁移率晶体管的最大输出功率受到局部自加热引起的高沟道温度的限制，这降低了器件的性能和可靠性。随着这些设备内产生的热通量达到接近太阳表面的十倍的量级，化学气相沉积（CVD）金刚石是一种有吸引力的候选物，以帮助提取这种热量，从而保持这些高功率电子设备的工作温度尽可能低。由于观察到的不均匀结构，CVD金刚石膜表现出3D各向异性热导率，这可能导致与给定应用中预期的冷却性能显著不同。本文采用时域热反射法（TDTR）从11.8 μ mCVD金刚石膜的成核面测量了金刚石膜的热性质。从大于膜厚度的光斑直径开始，在1.2 MHz至11.6 MHz的各种调制频率下进行测量，以调整热渗透深度，随后通过TDTR对金刚石部分进行采样。我们将膜分为十个子层，并假设各向同性的热导率在每个子层。由此，我们观察到该膜的深度依赖性热导率的2D梯度。通过在多个频率下测量同一区域的较小光斑尺寸，分别提取了面内和跨面热导率。通过使用多个光斑尺寸和调制频率，通过将实验数据拟合到热模型，实验获得CVD金刚石膜的3D各向异性热导率。这项工作提供了洞察力，以提高对CVD多晶金刚石膜的热传导不均匀性的理解，这是很重要的高功率电子设备的热管理应用。
2017-08-01 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Impurity impact ionization avalanche in p-type diamond
研究了高掺硼化学气相沉积金刚石薄膜在不同温度和高电场条件下的电导率。电流-电压特性已被测量使用脉冲技术，以减少热效应。实验结果表明，p型金刚石在室温下存在深杂质碰撞电离雪崩。
2012-10-03 cond-mat.mtrl-sci
Surface transfer doping of hydrogen-terminated diamond probed by shallow nitrogen-vacancy centers
该研究利用不同注量氮离子注入在氢终端金刚石表面下制备浅层NV中心，通过光致发光、ODMR和表面导电性测量，揭示能带弯曲不仅由功函数差决定，还受表面受主有限密度制约，为氢终端金刚石电子器件设计提供关键依据。
2024-08-01 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Local laser heating effects in diamond probed by photoluminescence of SiV centers at low temperature
针对低激发功率下金刚石激光加热效应被忽视的问题，本研究利用SiV色心光致发光探测发现高缺陷导致局部温升，测得热导率远低于单晶金刚石，为低温金刚石热效应表征提供新方案。
2023-06-12 cond-mat.mtrl-sci physics.optics quant-ph
Novel boron nitride polymorphs with graphite-diamond hybrid structure
氮化硼（BN）和碳（C）都具有sp、sp2和sp3杂化模式，从而产生各种具有相似结构的BN和C多晶型物，例如六方BN（hBN）和石墨、立方BN（cBN）和金刚石。在这里，五种类型的BN多晶型结构的理论提出了最近的实验中发现的石墨-金刚石混合结构的启发。这些具有石墨-金刚石混合结构的BN多晶型物具有优异的机械性能，具有高硬度和高延展性的组合，并且还表现出各种电子性能，例如半导电性、半金属性，甚至一维和二维导电性，不同于已知的绝缘体hBN和cBN。这些BN混合结构的模拟衍射图案可以解释由“压缩hBN”和类金刚石BN组成的中间产物的未解决的衍射图案，在以前的实验中由相变引起。因此，这项工作提供了一个理论基础，这些类型的混合材料之间的相变石墨类和金刚石类BN多晶型物的存在。
2022-03-02 cond-mat.mtrl-sci
Model of hopping dc conductivity via nearest neighbor boron atoms in moderately compensated diamond crystals
在准经典近似下，得到了指前因子σ_3和空穴通过硼原子跳跃电导的热激活能ε_3与硼原子浓度N和补偿比K的关系式。假设处于（0）和（-1）电荷态的受主（硼原子）和补偿它们的处于（+1）电荷态的施主在晶体基质中形成平移周期为R_h = [（1 + K）N]^{-1/3}的非化学计量简单立方晶格。当电荷态（0）和（-1）的受主能级热激活偶然重合时，跃迁事件只发生在距离R_h上。施主阻挡杂质晶格位置的分数K/（1 - K）。空穴跳跃电导率在晶格相对于外部电场方向的所有可能取向上平均。认为受主带是由处于电荷态（-1）的硼原子的势能的高斯涨落所形成的，而这种涨落仅是由于离子间的库仑相互作用而引起的。考虑到随着N的增加，由于空穴通过受体态跳跃而屏蔽杂质离子（在德拜-休克尔近似下），受体带向价带顶部的移动。K \approx为0.25时，在绝缘体-金属相变的绝缘体侧，σ_3（N）和ε_3（N）的计算值与已知的实验值符合得很好。计算是在比金刚石V带空穴输运到硼原子跃迁电导的转变温度低两倍的温度下进行的。
2011-09-05 cond-mat.mtrl-sci
Exploring the functional properties of diamond-like quaternary compound Li$_2$ZnGeS$_4$ for potential energy applications: A theoretical approach
本文基于 DFT 采用 GGA 与 mGGA 泛函系统计算 Li$_2$ZnGeS$_4$ 的电子、光学、力学及压电性能，并验证其结构稳定性，指出其适用于光电子与压电领域。
2025-07-24 cond-mat.mtrl-sci
Towards the insulator-to-metal transition at the surface of ion-gated nanocrystalline diamond films
空穴掺杂可以通过硼替代或场效应晶体管中的载流子积累来控制金刚石的导电性。在这项工作中，我们结合这两种方法来研究绝缘体到金属的过渡在纳米金刚石薄膜的表面。有限的硼掺杂强烈地增加了相对于本征金刚石可以静电诱导的最大空穴密度。离子门推动膜表面的电导率远离可变范围跳跃制度，并进入量子临界制度。然而，由于不可忽略的表面粗糙度，和额外的散射中心的离子门的引入，强大的内在表面无序的组合，防止表面积累层达到金属制度。
2020-07-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Anisotropic weakly localized transport in nitrogen-doped ultrananocrystalline diamond films
我们建立了与传播费米表面相关的三维各向异性弱局域化（WL）对重氮掺杂超纳米晶金刚石（UNCD）薄膜的电导率校正的主导效应，该效应基于低温下的磁阻研究。此外，低温电导率可以在3D中显示出弱的局域输运，结合这些材料中的电子-电子相互作用的影响，这与2DWL或强局域区域中的电导率显著不同。与具有$p \geq 1$的大块脏金属的通常预期性质相比，这些系统中电子波函数的相应退相时间（描述为~ T^-p，p < 1）具有相对较弱的温度依赖性。霍尔（电子）迁移率与增强的电子密度的温度依赖性已被用来解释不寻常的磁输运功能，并显示在这些n型UNCD薄膜，这可以被描述为低维超晶格结构的离域电子输运。
2010-11-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Integration of Atomic Layer Epitaxy Crystalline Ga2O3 on Diamond for Thermal Management
Ga 2 O3由于其超宽带隙、高击穿电场和大面积可负担的熔体生长衬底而在电子器件应用中引起了极大的关注。然而，它的热导率明显低于其他宽带隙半导体，这将影响其在高功率密度应用中的使用能力。Ga 2 O3电子器件中的热管理将是器件可靠性的关键，特别是对于高功率和高频器件。类似于GaN基高电子迁移率晶体管与高热导率金刚石衬底集成冷却的方法，本工作研究了Ga 2 O3与金刚石异质集成用于Ga 2 O3器件热管理的可能性。采用ALD法在金刚石衬底上沉积了Ga_2 O_3，并利用TDTR测量了不同界面预处理的ALD-Ga_2 O_3薄膜和Ga_2 O_3-金刚石界面的热性质。我们观察到非常低的热导率的这些Ga 2 O 3薄膜由于广泛的声子晶界散射导致的纳米晶性质的Ga 2 O 3膜。然而，测量的热边界电导（TBC）的Ga 2 O3-金刚石界面的约10倍，大于范德华键合的Ga 2 O3金刚石界面，这表明显着的界面键合对TBC的影响。此外，富Ga和富O的Ga 2 O 3-金刚石界面的TBC比清洁界面的TBC小约20%，表明界面化学影响界面热输运。总体而言，这项研究表明，高TBC可以从强界面键跨Ga 2 O3-金刚石界面，提供了一个很有前途的路线，以改善Ga 2 O3器件的散热。
2019-08-23 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Exploring the magnetic properties of individual barcode nanowires using wide-field diamond microscopy
条形码磁性纳米线通常在具有多于一种片段类型的单个主体中包括多层磁性结构。有趣的是，由于选择性功能化和层之间的新型相互作用，条形码磁性纳米线引起了人们的极大关注，特别是在生物工程领域。然而，在单个纳米线水平上分析它们的磁性仍然具有挑战性。在此背景下，在本文中，我们研究了在室温下在环境条件下的磁性纳米线的表征的基础上获得的磁性图像通过宽场量子显微镜与金刚石中的氮空位中心。因此，我们可以提取的临界磁性能，如饱和磁化强度和磁化率，单根纳米线通过比较实验结果与微磁学模拟。这项研究开辟了一个通用的表征方法，适合于个别磁性纳米线的可能性。
2023-02-21 cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Exploring Overlapping Mechanisms of Dynamic Nuclear Polarization in Type 1b HPHT Diamond
Dartmouth College（达特茅斯学院）；CUNY-City College of New York（纽约市立大学城市学院）；The Hebrew University of Jerusalem（耶路撒冷希伯来大学）
本研究通过单色和频率调制微波激发探索钻石中DNP机制的竞争，发现频率调制可选择性增强不同DNP机制以提高$^{13}$C NMR信号。
2025-12-17 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Exploring the Spin Dynamics of a Room-Temperature Diamond Maser using an Extended rate Equation Model
本文建立并数值求解扩展速率方程模型，分析室温金刚石微波激射器的自旋与激射动力学，提出腔体、谐振器及增益介质的优化方向。
2023-04-07 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph physics.ins-det
Surface electronic properties of diamond
总结了未掺杂的氢端金刚石在吸附物和电解质溶液中的表面电子性质。通过对具有原子级光滑氢终端表面的同质外延生长的CVD金刚石膜的霍尔效应、电导率、接触电势差（CPM）、扫描电子显微镜（SEM）和循环伏安数据的分析，讨论了金刚石表面导电层的形成。由于电子从价带态转移到电解质的空态（转移掺杂），产生高导电表面层。空穴以高达350 cm 2/Vs的迁移率在层中传播。片层空穴密度在10^11至5x10^12 cm^-2之间，取决于电解质的pH值。薛定谔方程和泊松方程的数值解揭示了二维态密度（DOS）分布。这已被用于制造离子敏感场效应晶体管（ISFET）。漏源电导率是pH依赖性的，具有约66 mV/pH。施加大于+0.7 V（pH 13）至+1.6 V（pH 1）的氧化阈值的电势引起强漏电流和部分表面氧化。
2020-05-08 cond-mat.mtrl-sci
Exploring electrical conductivity within mesoscopic phases of semi-conducting PEDOT:PSS films by Broadband Dielectric Spectroscopy
聚（3，4-乙撑二氧噻吩）：聚（苯乙烯磺酸）（PEDOT：PSS）是一种光学透明的有机半导体，它由导电的PEDOT：PSS颗粒悬浮而成，并被PSS绝缘层包裹。虽然渗滤网络增强了直流电导率，但结构和电不均匀性阻碍了电荷流动，从而引起电容效应。在目前的工作中，两个不同的弛豫机制检测宽带介电谱（BDS）。用两相悬浮介质理论预测了双极化机理。在界面极化的框架内，我们提出了一种方法来洞察介观导电相内部的局部电导率。
2013-08-16 cond-mat.mtrl-sci
Dual-wavelength control of charge accumulation in rubrene microcrystals with anisotropic conductivity
Institute of physics, University of Rostock（罗斯托克大学物理研究所）；Department of light, life and matter, University of Rostock（罗斯托克大学光、生命与物质系）
通过双波长控制 rubrene 微晶中电荷积累的各向异性导电性，揭示了不同区域的电荷积累特性及可控的电荷景观形成。
2026-03-03 cond-mat.mtrl-sci
Phonon hydrodynamics and ultrahigh-room-temperature thermal conductivity in thin graphite
碳的同素异形体，如金刚石和石墨烯，是最好的热导体。我们监测薄石墨的热导率的演变作为温度和厚度的函数，并发现高电导率，厚度和声子流体力学之间的密切联系。8.5微米厚的石墨在室温下的面内热导率为4300瓦/米-开尔文--这个值远高于金刚石，略高于同位素纯化的石墨烯。升温增强了在很宽的温度范围内的热扩散率，支持部分流体动力学声子流。我们观察到的热导率的增强与厚度的减小指向声子的面外动量和动量弛豫碰撞的分数之间的相关性。我们认为，这是由于极端的声子色散各向异性石墨。
2020-01-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Interfacial Thermal Conductance across Room-Temperature Bonded GaN-Diamond Interfaces for GaN-on-Diamond Devices
宽禁带、高击穿电场和高载流子迁移率使GAN成为高功率和高频电子应用（如无线通信和雷达系统）的理想材料。然而，GaN基HEMT的性能和可靠性受到器件沟道中的焦耳热引起的高沟道温度的限制。集成有GAN的高导热率衬底可以改善GAN基HEMT的热提取并降低器件工作温度。然而，GAN与金刚石衬底的异质集成并不是微不足道的，并且提出了最大化金刚石衬底所带来的散热潜力的技术挑战。在这项工作中，两个改进的室温表面活化键合技术被用来键合GAN和单晶金刚石具有不同的中间层厚度。利用TDTR测量了从室温到480 K的热性能。观察到具有4 nm夹层的GaN-金刚石界面的相对大的TBC，并且进行材料表征以将界面的结构与TBC联系起来。器件建模表明，键合得到的GaN-金刚石TBC实测值能够充分利用单晶金刚石的高热导率，实现高功率GAN器件，并达到优异的冷却效果。此外，在这项工作中的室温键合过程中不会引起应力问题，由于不同的热膨胀系数在其他高温集成工艺在以前的研究。我们的工作揭示了半导体与金刚石的室温异质集成的潜力，用于电子冷却，特别是用于金刚石衬底GaN器件。
2019-09-04 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Ultrahard carbon film from epitaxial two-layer graphene
原子厚度的石墨烯具有迷人的机械性能，尽管其硬度和横向刚度不如金刚石。到目前为止，还没有任何将多层石墨烯转化为类金刚石超硬结构的实际证明。在这里，我们表明，在室温下和纳米压痕后，SiC（0001）上的双层石墨烯表现出与金刚石相当的横向刚度和硬度，抗金刚石压头穿孔，并在压痕时表现出可逆的电导率下降。密度泛函理论计算表明，在压缩时，两层石墨烯膜转变为类金刚石膜，产生弹性形变和sp2-to-sp3化学变化。实验和计算表明，这种可逆的相变是没有观察到的SiC或石墨烯薄膜上的一个单一的缓冲层厚于3至5层。事实上，计算表明，而在两层石墨烯层堆叠配置控制类金刚石膜的构象，在多层膜中，它阻碍了相变。
2018-01-01 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Tuning Cu/Diamond Interfacial Thermal Conductance via Nitrogen-Termination Engineering
Beijing Huairou Laboratory（北京怀柔实验室）；China Southern Power Grid Novel Electric Power System (BEIJING) Research Institute Co., Ltd（中国南方电网新型电力系统（北京）研究院有限公司）
本文通过氮终止策略提升Cu/金刚石界面热导率，揭示了氮化物中间层调控声子传输的原子机制，为非金属改性优化Cu/金刚石界面热传递提供了新方向。
2026-03-17 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Bulk electronic properties of diamond
综述了绝缘、硼和磷掺杂金刚石的电子性质。主要目标是，在更广泛的背景下显示数据，揭示载流子迁移率，电导率，p型和n型掺杂的趋势和限制。未掺杂的金刚石是一种绝缘体，室温下的电导率明显小于10^-17欧姆厘米。大多数情况下，这些绝缘膜显示出1.7 eV的导电性激活能，这表明少量的取代氮占主导地位的费米能级。电子和空穴迁移率非常高（在T = 80 K时> 20.000 cm 2/Vs），并且受到声学声子散射的限制。通过磷和硼掺杂，金刚石变成半导体，具有600 meV的n型施主激活能（磷）和370 meV的受主激活能（硼）。这两种掺杂物在性质上都是类氢的。由于深施主能级在室温下的电导率有限，因此电子器件的应用将是高温器件。电子和空穴都显示出几乎相同的迁移率，这对于双极应用是有希望的，然而，由于非常不同的掺杂水平，低温器件将由空穴控制，其中电子对更高温度的贡献增加。结合一些基本的物理模型和描述，显示了温度对载流子从施主和受主的激活，载流子散射以及通过跳跃的传输的影响。结果证实了金刚石优越的电子性能，这使得它在未来的电子应用中非常有前途。
2020-05-08 cond-mat.mtrl-sci
Exploring low lattice thermal conductivity materials using chemical bonding principles
对于与热能转换和管理相关的应用，例如热电和热障涂层，高度期望具有非常低的晶格热导率的半导体。虽然已知晶体结构和化学键合在形成热传递行为中起重要作用，但使用化学键合原理降低晶格热导率的材料设计方法并不常见。在这项工作中，我们提出了一个有效的策略，削弱原子间的相互作用，从而抑制晶格热导率的基础上化学键的原则，并开发了一个高效的方法，发现低$κ_{\rm L}$材料通过筛选本地的晶体化合物的配位环境。随后的第一性原理计算从无机晶体结构数据库中包含的13种原型晶体结构中发现了30种迄今未开发的具有（超）低晶格热导率的化合物。此外，我们展示了一种合理设计高性能热电材料的方法，通过另外将阳离子与立体化学活性孤对电子。我们的研究结果不仅提供了基本的见解，在一个大家庭的铜基化合物的低晶格热导率的物理起源，但也提供了一个有效的方法来发现和设计具有目标的热传输性能的材料。
2021-07-11 cond-mat.mtrl-sci
Exploring high thermal conductivity polymers via interpretable machine learning with physical descriptors
本研究提出一种基于可解释机器学习和物理特征工程的高通量筛选框架，通过分子动力学模拟数据和物理描述符预测聚合物热导率，发现了107种高热导率聚合物结构，并揭示了其微观物理机制。
2023-01-08 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft physics.app-ph
Structural, optical, and thermal properties of BN thin films grown on diamond via pulsed laser deposition
本文采用脉冲激光沉积在单晶金刚石上生长BN薄膜，表征了其混合相结构、抗磁性、各向异性折射率及热学性能，为超宽禁带BN/金刚石异质结构器件应用提供了关键数据。
2023-09-20 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Exploring the Electrical Transport Properties and Insulator-Metal Transition in Polycrystalline Pr$_2$MgZrO$_6$: Insights from Conductivity and Impedance Spectroscopy
该研究通过电导率和阻抗谱分析，发现多晶Pr$_2$MgZrO$_6$在约452 K发生绝缘体-金属转变，揭示了其导电机制随温度的变化。
2023-07-01 cond-mat.mtrl-sci
Transport properties of n-type ultrananocrystalline diamond films
研究了超纳米金刚石薄膜在宽温度范围内的输运性质。在等离子体辅助生长过程中加入氮，可以使超纳米金刚石薄膜的电导率提高几个数量级。我们发现，在低浓度的氮在等离子体中产生的薄膜是非常电阻和电子输运发生通过一个可变范围跳跃机制，而在高浓度的氮产生的薄膜中的电子状态变得离域和超纳米金刚石薄膜的传输特性可以使用玻尔兹曼形式主义来描述。我们讨论了超纳米金刚石薄膜中发生金属到绝缘体转变的临界载流子浓度，并将我们的结果与现有的实验数据进行了比较。
2006-12-26 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci
First principles Kinetic-Collective thermal conductivity of semiconductors
提出了一个基于第一性原理声子谱和弛豫时间的完全预测动力学集体模型。在宽的尺寸和温度范围内获得的Si，Ge，C（金刚石）和GaAs的热导率值与实验数据有很好的一致性，而无需使用任何拟合参数。该模型的验证打开了一扇大门，讨论如何精确结合动力学和集体贡献的热传输可以提供一个有用的框架来解释最近的复杂实验显示非傅立叶行为。
2016-09-23 cond-mat.mtrl-sci
Observation of thermal Hall effect in diamond
Institute of Low Temperature and Structure Research, Polish Academy of Sciences（波兰科学院低温与结构研究所）；Institute of Nuclear Physics, Polish Academy of Sciences（波兰科学院核物理研究所）；Laboratoire de Physique et d’Étude de Matériaux (CNRS) ESPCI Paris, PSL Research University（巴黎高等物理化工学院物质物理与研究实验室（法国国家科学研究中心））
本研究观测到金刚石中存在热霍尔效应，测得其横向热导率创绝缘体领域最大值，证实通用声子气体中存在本征热霍尔效应，相关振幅可通过基础物理理论解释。
2026-08-27 cond-mat.mtrl-sci
Measuring bulk and surface acoustic modes in diamond by angle-resolved Brillouin spectroscopy
金刚石的声学模式不仅对研究其导热性能、力学性能和光学性能具有重要意义，而且对高频大功率声波器件的性能也起着决定性的作用。本文报道了利用角分辨布里渊光散射（BLS）谱研究单晶金刚石的体声波（BAW）和表面声波（SAW）。我们识别出两个高速掠面体波，其声速分别为1.277 × 10^6 cm/s和1.727 × 10^6 cm/s。此外，我们还导出了折射率、入射角和沿任意方向传播的体声波速度之间的关系。研究结果可为金刚石声学的基础研究和器件工程提供参考。
2021-01-09 cond-mat.mtrl-sci
Second sound waves in diamond
本文研究了二次声波在金刚石单晶中传播的可能性，它与金刚石单晶的尺寸、同位素浓度和温度有关。在这一点上，边界上声子散射的正确解释是重要的。根据金刚石热导率的实验数据，在采用第二、第三弹性模量的简化各向同性晶体模型和Callaway模型中计算了声子碰撞频率。这两个模型给我们的一致的参数值下，SSW的传播是可能的。发现同位素~（13）C浓度< 10 ~（-5），温度T <90 K。这种良好的一致性提供了接收到的结果的可靠性，并显示了简化的各向同性晶体模型在低温范围内的金刚石性能的描述的效率。
2010-12-18 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
High Thermal Conductivity in Wafer Scale Cubic Silicon Carbide Crystals
高导热电子材料是高性能电子和光子器件的关键组成部分，无论是作为有源功能材料还是热管理材料。我们报告了一个各向同性的高热导率超过500 W m-1 K-1，在室温下，在高品质的晶圆级立方碳化硅（3C-SiC）晶体，这是第二高的大晶体（仅超过金刚石）。此外，发现相应的3C-SiC薄膜具有创纪录的高的面内和跨面热导率，甚至高于具有相同厚度的金刚石薄膜。我们的研究结果解决了一个长期存在的难题，即3C-SiC的热导率的文献值令人困惑地低于结构更复杂的6 H-SiC。进一步的分析表明，在这项工作中观察到的高热导率来自于3C-SiC晶体的高纯度和高晶体质量，这排除了3C-SiC中异常强烈的缺陷-声子散射。此外，通过集成3C-SiC与其他半导体外延生长，我们表明，测得的3C-SiC-Si TBC是最高的半导体接口。这些发现不仅提供了基本的声子输运机制的见解，也表明3C-SiC可能构成一个优秀的宽带隙半导体应用的电力电子作为有源元件或衬底。
2022-07-12 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Ab initio Green-Kubo Approach for the Thermal Conductivity of Solids
我们在这里提出了一个第一性原理制定的绿色Kubo方法，允许准确评估的非辐射导热系数的固体半导体和绝缘体的平衡从头计算分子动力学计算。利用原子核的维里，我们提出了一个独特的从头算定义的热通量。精确的大小和时间收敛，在适度的计算工作量内实现了一个强大的，渐近精确的外推方案。我们证明了该技术的能力，通过调查的导热系数极高和极低的导热材料，即金刚石硅和四元氧化锆$_2$。
2017-02-06 cond-mat.mtrl-sci
Thermal and Vibrational Properties of Thermoelectric ZnSb - Exploring the Origin of Low Thermal Conductivity
金属间化合物ZnSb是一种有趣的热电材料，主要是由于其低的晶格热导率。到目前为止，低热导率的起源一直是推测性的。使用多温度单晶X射线衍射（9 - 400 K）和粉末X射线衍射（300 - 725 K）测量，我们表征了体积膨胀和结构性质随温度的演变，并确定了越来越多的非谐行为的Zn原子。从拉曼光谱和声子的第一性原理计算的组合，我们巩固了波数低于60 cm-1的低能量光学模式的存在。在2 - 400 K之间的热容测量可以通过Debye-Einstein模型很好地描述，该模型包含一个Debye和两个Einstein贡献，温度为ΘD = 195 K，ΘE1 = 78 K和ΘE2 = 277 K，以及由于150 K以上的非谐性而产生的显著贡献。大量弱分散的低能量光学模式（其与声学、载热声子耦合）的存在与非谐热行为结合提供了低晶格热导率的有效机制。ZnSb独特的振动性质是由于其具有多中心成键结构的化学键性质。我们认为，所提出的机制，以解释低晶格热导率的ZnSb也可能控制电子贫半导体，如Zn 4Sb 3，CdSb，Cd 4Sb 3，Cd 13-xInyZn 10，和Zn 5Sb 4 In 2-x的热电性能。
2015-02-20 cond-mat.mtrl-sci
A new Measurement of Thermal Conductivity of Iron at high pressures and temperatures
行星核心中最丰富的元素铁（Fe）的热导率测量到地球外核压力为$\sim 120$ GPa。利用激光加热金刚石对顶砧装置进行了测量，其中Fe金属箔的吸收功率由数学方程计算。$γ-Fe$的热导率线性增加到最大实验压力40 GPa。在77 - 120 GPa压力范围内，$ε-Fe$的热导率达到饱和值$\sim$ 52（$\pm$ 5）$Wm^{-1}K^{-1}$。在不同的压力下，导热系数随温度的变化曲线在熔化过程中急剧下降，说明在熔化过程中形成了一个热缓冲层。
2016-10-13 cond-mat.mtrl-sci
Thermal conductivity of group-IV Semiconductors from a Kinetic-Collective Model
用动力学-集体模型计算了几种类金刚石材料的热导率。从这种方法中，得到的热导率表达式，包括从动力学（自由）的声子场的集体（流体动力学）的行为的过渡。表达式只包含三个参数。一旦拟合到天然存在的硅，其他材料的相同参数直接从理论关系计算。计算结果与实验数据吻合较好。
2014-02-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
High thermal conductivity of high-quality monolayer boron nitride and its thermal expansion
热管理变得越来越重要，特别是在小型化的现代设备中，因此探索具有电绝缘和良好机械性能的高导热材料具有重要意义。在这里，我们报告说，高品质的单层氮化硼（BN）在室温下的热导率（\k{appa}）为751 W/mK。虽然小于石墨烯，但该值大于立方氮化硼（cBN），仅次于金刚石和最近发现的立方硼砷化物（BAs）。如果考虑密度，单层BN在所有半导体和绝缘体中具有第二大的每单位重量的\k{appa}，仅次于金刚石。原子级薄BN的\k{appa}随厚度增加而减小。我们的大规模分子动力学模拟使用Green-Kubo形式准确地再现了这一趋势，和密度泛函理论（DFT）计算揭示了主要的散射机制。在300-400 K的单层到三层BN的热膨胀系数（TEC）也进行了实验测量，结果是原子从头算DFT计算在更宽的温度范围内。由于其宽带隙、高导热性、出色的强度、良好的柔性以及优异的热稳定性和化学稳定性，原子级薄BN是散热应用的强有力候选者，特别是在下一代柔性电子器件中。
2019-03-26 cond-mat.mtrl-sci
Thermal Conductivity of BAs under Pressure
由于砷化硼（BAs）特殊的声子色散，其热导率被认为受声子散射选择规则的影响。压缩的BA导致显着的变化，声子色散，这使得测试的第一原理理论的声子色散如何影响三，四声子散射率。这项研究报告的导热系数从0到30 GPa的BA。用金刚石对顶砧装置测量了BA的热导率与压力的关系。与典型的非金属晶体形成鲜明对比的是，观察到BA具有低于30 GPa的压力无关的热导率。非金属晶体的热导率通常在压缩时增加。不寻常的压力独立的BAs的热导率显示声子色散特性和三，四声子散射率之间的重要关系。
2023-02-16 cond-mat.mtrl-sci
Growth Morphology of Boron Doped Single Crystal Diamond
采用微波等离子体辅助化学气相沉积法在合成的（100）Ib型金刚石衬底上同质外延生长了掺硼单晶金刚石薄膜。用原子力显微镜观察到随着等离子体中硼浓度的增加，薄膜的表面形貌发生了变化。已经发现在硼掺杂期间使用氮改善了膜的表面形态和生长速率，但是其降低了膜的电导率。拉曼光谱表明，随着一些额外的带在较低的波数区域的区域中心光学声子模式。随着薄膜中硼含量的增加，观察到了带心光学声子模的峰形变化及其下移。然而，在工艺气体中存在氮以及乙硼烷的情况下生长的膜中观察到拉曼线的收缩和上移。
2013-11-05 cond-mat.mtrl-sci
Thermal Conductivity above 2000 W/m.K in Boron Arsenide by Nanosecond Transducer-less Time-Domain Thermoreflectance
该研究通过新开发的纳秒无传感器时域热反射技术，在高质量立方砷化硼中测得室温热导率超过2000 W/m·K，与金刚石相当，挑战了现有理论模型，并展示了其在下一代电子器件中的应用潜力。
2025-05-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Unusually High Thermal Conductivity of Carbon Nanotubes
结合平衡和非平衡分子动力学模拟与精确的碳势，我们确定了碳纳米管的热导率$λ$及其对温度的依赖性。我们的研究结果表明，在室温下，孤立的（10，10）纳米管具有异常高的$λ{\approx}6,600$ ~W/m $\cdot$ K值，与假设的孤立石墨烯单层或金刚石的热导率相当。我们的研究结果表明，这些高值的$λ$与大的声子平均自由程在这些系统中，大大降低的值预测和观察的基面的块状石墨。
2000-02-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Machine learning reconstruction of depth-dependent thermal conductivity profile from pump-probe thermoreflectance signals
提出基于核岭回归的机器学习方法，直接从TDTR/FDTR频域相位信号重建深度依赖的热导率分布K(z)，无需预知函数形式，能准确重现典型及复杂热导率分布，为深度热性能映射提供有效途径。
2023-02-16 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
