Tunable Ferromagnetism and Thermally Induced Spin Flip in Vanadium-doped Tungsten Diselenide Monolayers at Room Temperature
过渡金属二硫属化合物（TMDs）优异的光电和谷电子性能引起了科学界的广泛关注。在TMD中诱导长程铁磁性（FM）的替代方案是通过引入磁性掺杂剂以形成稀磁半导体。增强这些半导体中的铁磁性不仅代表了现代TMD自旋电子学的关键一步，而且还可以探索新的令人兴奋的维度驱动的磁性现象。为此，我们在室温下和热诱导自旋翻转（TISF）在单层的V-掺杂WSe 2的可调铁磁性。随着钒浓度的增加，饱和磁化强度增加，并且在~4at. %钒;有史以来最高的掺杂/合金化水平达到V掺杂的WSe2单层。TISF发生在~175 K，并在向室温增加温度时变得更加明显。我们表明，TISF可以通过改变WSe 2单层内的钒浓度来操纵。我们归因于TISF的磁场和温度依赖翻转的最近的W-网站的磁矩是反铁磁耦合到的V磁矩在基态。这是完全支持最近的自旋极化密度泛函理论计算。我们的研究结果为基于原子级薄磁性半导体的新型自旋电子和谷电子纳米器件的开发铺平了道路，并刺激了在这一迅速扩大的二维磁性研究领域的进一步研究。
2020-05-01 cond-mat.mtrl-sci
Vanadium-doped HfO$_2$, multiferroic uncompromised
University of Cagliari（卡利亚里大学）；TU Dresden（德累斯顿工业大学）；CNR-ISM, Istituto di Struttura della Materia（国家研究委员会物质结构研究所）
通过从头计算显示，低浓度钒掺杂的正交晶系HfO₂是铁电和铁磁绝缘体，钒态多轨道退化被磁性、对称性降低和局部畸变打破，导致每个钒原子占据一个单电子多数态，形成1 eV量级的能隙，保持多铁性，磁化率随钒含量线性增加。
2025-10-18 cond-mat.mtrl-sci
High-Temperature Ferromagnetic Semiconductors: Janus Monolayer Vanadium Trihalides
二维（2D）本征铁磁半导体有望在自旋电子学领域脱颖而出。近年来，人们在实验上合成了单层VI $_{3}$，但由于其弱铁磁性和低居里温度（$T_C$）限制了其潜在的应用。在这里，我们报告的Janus结构可以提高$T_C$到240 K。讨论了Janus结构中高$T_C$的原因是由于最近邻V原子的$t_{2g}$和$e_{g}$态之间的虚交换能隙较低。此外，$T_C$可以进一步大幅增强拉伸应变由于铁磁性的快速淬火直接交换相互作用驱动的。我们的工作支持了一种可行的方法来提高居里温度的单层VI $_{3}$，并揭示了新的稳定的本征FM半导体自旋电子学的实际应用。
2020-01-14 cond-mat.mtrl-sci
Terahertz Optical Properties and Birefringence in Single Crystal Vanadium doped [100] \b{eta}-Ga2O3
我们利用太赫兹时域光谱（THz-TDS）研究了钒掺杂[100] \b{eta} -Ga 2 O 3的太赫兹光学性质。V掺杂的\b{eta} -Ga 2 O 3晶体在0.2-2.4 THz范围内显示出强双折射。此外，V掺杂的\b{eta} -Ga 2 O 3的相位延迟已经通过太赫兹时域偏振法（THz-TDP）在整个THz范围内测量。观察到V掺杂的\b{eta} -Ga 2 O 3晶体分别在0.38、1.08、1.71、2.28 THz处表现为四分之一波片（QWP），在0.74和1.94 THz处表现为半波片（HWP）。
2022-01-26 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Spectroscopy of vanadium (III) doped gallium lanthanum sulphide chalcogenide glass
钒掺杂的镓镧硫化物玻璃（V：GLS）显示三个吸收带在580，730和1155 nm的光致发光激发测量确定。宽的光致发光，与500 nm的半高宽（FWHM），观察到峰值在1500 nm时，激发在514，808和1064 nm。在300 K下测得荧光寿命和量子效率分别为33.4 μ s和4%。根据光谱数据，我们推测钒离子的价态为3+，并以四面体配位。结果表明，基于V：GLS的激光器或光放大器具有发展潜力。
2014-11-26 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Self-organized vanadium and nitrogen co-doped titania nanotube arrays with enhanced photocatalytic reduction of CO2 into CH4
采用阳极氧化结合水热处理的方法制备了不同掺杂量的V-N共掺杂TiO 2纳米管阵列。研究了V-N共掺杂对TNAs薄膜形貌、相结构和光电化学性能的影响。在紫外光照射下，Co掺杂的TiO 2光催化剂对CO2光还原为甲烷的反应表现出明显的光催化活性。并对提高光催化活性的机理进行了详细的讨论。
2014-06-11 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Tunable Doping of Rhenium and Vanadium into Transition Metal Dichalcogenides for Two-Dimensional Electronics
二维（2D）过渡金属二硫属化合物（TMDC）具有独特的电学性能，是未来电子学领域的重要材料。然而，TMDCs与金属电极界面处强烈的费米能级钉扎效应往往导致较高的接触电阻，严重阻碍了其在二维电子学中的应用。克服这一点的一种有效方法是使用金属TMDC或转移的金属电极作为范德华（vdW）接触。或者，使用高导电掺杂的TMDC将对2D电子器件的接触工程产生深远的影响。在这里，一种新的化学气相沉积使用混合熔盐建立气-液-固生长高品质的铼（Re）和钒（V）掺杂TMDC单层具有高的可控性和再现性。在Re和V掺杂的TMDC中观察到可调谐的半导体到金属的转变。电导率在简并V掺杂的WS 2和WSe 2中增加到108倍。与金属接触相比，使用V掺杂的WSe 2作为VdW接触，基于WSe 2的场效应晶体管的通态电流和开/关比已经得到实质性改善（从~10-8到10-5 A; ~104到108）。未来的研究横向接触和互连使用掺杂TMDC将铺平道路，为二维集成电路和柔性电子。
2021-01-29 cond-mat.mtrl-sci
Concentration dependence of the fluorescence decay profile in transition metal doped chalcogenide glass
在本文中，我们提出了钒和钛掺杂的镓镧硫化物（GLS）玻璃在不同的掺杂浓度在0.01和1%（摩尔）的荧光衰减曲线。我们证明了在临界掺杂浓度以下，荧光衰减曲线可以用拉伸指数函数exp[-（t/τ）\b{eta} ]拟合，其中τ是荧光寿命，\b{eta}是拉伸因子。在低浓度下，钒和钛掺杂GLS的寿命分别为30 μs和67 μs。我们验证了拉伸指数模型的使用，并讨论了它所产生的可能的微观现象。我们还证明，在约0.1%（摩尔）的临界掺杂浓度以上，荧光衰减曲线可以用双指数函数拟合：a*exp-（t/τ1）+ b*exp-（t/τ2），其中τ 1和τ2是荧光衰减曲线的特征快速和缓慢分量，钒的快、慢分量分别为5 μs和30 μs，钛的快、慢分量分别为15 μs和67 μs。低浓度的钒和钛在富氧化物基质硫氧化镓镧（GLSO）中的荧光寿命分别为43 μs和97 μs，比在GLS中的荧光寿命长。由此我们推断，钒和钛荧光离子优先取代到高效率的氧化物网站，直到在一个临界浓度，他们变得饱和，低效率的硫化物网站开始填充。
2014-11-20 cond-mat.mtrl-sci
High temperature ferromagnetism of Li-doped vanadium oxide nanotubes
Krusin-Elbaum等人早先报道的掺杂混合价钒氧化物纳米管的令人困惑的高温铁磁性的性质，Nature 431（2004）672，已经通过静态磁化、μ子自旋弛豫、核磁和电子自旋共振光谱技术来解决。通过电化学嵌锂实现了对电荷掺杂的精确控制。我们发现，它提供了多余的电子，从而增加了相互作用的磁性钒网站的数量，并在一定的掺杂水平，产生持续到室温的铁磁响应。因此，我们证实了令人惊讶的先前的结果，通过完全不同的插层方法制备的样品。此外，我们的光谱数据提供了第一个充分的证据，大规模的性质的影响。特别是，他们使一个结论，锂成核超顺磁性纳米尺寸的自旋团簇周围的嵌入网站负责不寻常的高温铁磁性的钒氧化物纳米管。
2009-12-07 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Multiferroicity in V-doped PbTiO$_{3}$
我们报告\emph{ab initio}预测适当的多铁性（铁磁，绝缘和铁电）特性的PbTiO $_{3}$掺杂钒。铁磁耦合的V杂质各自具有1 $μ_{\rm B}$的磁化强度。由于顺磁溶液比钒高150 meV/V，且没有发现稳定的反铁磁溶液，因此耦合很强，在GGA中掺杂系统的电子能隙约为0.2-0.3 eV，因此该系统是适当的多铁性。V掺杂使PbTiO $_{3}$中的自发极化增加，增加率约为0.7 $μ$ C/cm $^{2}$ .
2013-09-27 cond-mat.mtrl-sci
Room-temperature ferromagnetism in monolayer WSe2 semiconductor via vanadium dopant
稀磁半导体包括Mn掺杂的GaAs在栅控自旋电子学中具有很大的应用前景，但其在室温下的长程铁磁有序居里转变至今仍存在争议。本文报道了用化学气相沉积法制备的V掺杂WSe_2半导体单层膜中具有长程序的室温铁磁畴。利用磁力显微镜在360 K下观察到铁磁有序结构，同时在0.1%V掺杂浓度下保持~105的高开/关电流比。通过高分辨率扫描透射电子显微镜观察，V-取代到W位点保持5 nm的V-V分离距离而没有V-V聚集，这意味着Ruderman-Kittel-Kasuya-Yoshida相互作用（或Zener模型）通过在V掺杂的WSe 2单层中通过自由空穴载流子建立长程铁磁有序的可能性。更重要的是，铁磁顺序明显调制通过应用背栅。我们的研究结果打开了新的机会，使用二维过渡金属dichalcogenides为未来的自旋电子学。
2020-01-20 cond-mat.mtrl-sci
Anisotropic compression in the high pressure regime of pure and Cr-doped vanadium dioxide
我们目前的结构研究V $_{1-x}$ Cr $_x$ O $_2$（纯，0.7%和2.5%的Cr掺杂）化合物在室温下在金刚石压砧单元的压力高达20 GPa，使用同步辐射X射线粉末衍射。所有的样品研究表明，持久性的单斜$M_1$对称性之间的4和12 GPa。在12 GPa以上，单斜$M_1$对称性改变为同构的$M_x$相（空间群$P2_1/c$），其中$M_{1}$相的$c$平面的晶格压缩具有显著的各向异性。这种行为可以被调和调用的压力引起的电荷离域。
2012-05-24 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Experimental Verification of Van Vleck Nature of Long-Range Ferromagnetic Order in Vanadium-Doped Three-Dimensional Topological Insulator Sb$_{2}$Te$_{3}$
通过高分辨低温电子能量损失谱（EELS）测量，证明了钒掺杂拓扑绝缘体Sb $_2$ Te $_3$中的长程铁磁（FM）有序具有vanVleck型铁磁性.当样品从室温冷却到T= 10 K时，VEELS谱的两个核心能级峰（L $_3$和L $_2$）的位置和相对振幅都发生了明显的变化。测量和模拟EELS光谱的磁输运和比较证实，这些变化源于发病的FM秩序。晶场分析表明，在V掺杂的Sb $_2$ Te $_3$中，部分填充的芯态有助于FM阶。由于van Vleck磁性是所有状态相加的结果，因此芯层的磁化以直接的方式验证了van Vleck型铁磁性。
2014-12-01 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Defect-induced orbital polarization and collapse of orbital order in doped vanadium perovskites
本文研究了掺杂莫特绝缘体$R_{1-x}$（Sr，Ca）$_x$ VO $_3$（$R=\,$ Pr，Y，La）中由带电（Sr，Ca）缺陷引起的轨道有序度衰减机制。我们的非限制性Hartree-Fock分析集中在随机的，带电的杂质和相关的掺杂空穴高达$x=0.5$的综合效果。该研究是基于一个广义的多带哈伯德模型的相关钒$t_{2g}$电子，并包括长程（i）库仑电位的缺陷和（ii）电子-电子相互作用。我们发现，旋转占据的$t_{2g}$轨道，引起的电场的缺陷，是一个非常有效的扰动，在很大程度上控制这些化合物的轨道顺序的抑制。我们调查的逆参与数谱，并发现，电子状态仍然局限于少数网站，即使在该政权的轨道秩序是崩溃。从动力学和超交换能的变化可以看出，掺杂空穴的运动是导致高$T_c$化合物磁序降低的主要因素，但在这里起次要作用。
2019-01-31 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Vanadium-Doped Molybdenum Disulfide Monolayers with Tunable Electronic and Magnetic Properties: Do Vanadium-Vacancy Pairs Matter?
本研究结合实验表征与理论计算，揭示了硫空位及其与钒原子的配对对钒掺杂二硫化钨单层磁有序的关键作用，还发现随钒浓度升高体系出现p型行为，为调控二维TMD基稀磁半导体性能提供了依据。
2024-01-30 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Theoretical Characterization of the Magnetic Properties of Vanadium-doped Ti2C MXenes
本研究通过理论模拟揭示钒掺杂如何调节MXenes中的交换相互作用，展示掺杂对磁性响应的增强作用。
2025-12-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Light-controlled room temperature ferromagnetism in vanadium-doped tungsten diselenide semiconducting monolayers
原子薄的过渡金属二硫属化物（TMD）半导体在现代光电子器件和量子计算应用中具有巨大的潜力。通过引入少量的磁性掺杂剂在这些半导体中诱导长程铁磁性（FM），可以扩展它们在新兴自旋电子应用中的潜力。在这里，我们展示了光介导的，室温（RT）FM，在V掺杂WS 2（V-WS 2）单层。我们使用磁LC共振的原理来探测这种效应，该原理采用在射频（RF）范围内在其共振附近驱动的软铁磁Co基微丝线圈。LC谐振与异常巨磁阻抗效应的组合使得线圈对通过其芯的磁通量的变化高度敏感。然后，我们将V-WS 2单层放置在线圈的核心，在那里用激光激发，同时测量其磁导率的变化。值得注意的是，单层的磁导率被发现依赖于激光强度，从而确认在这个二维（2D）材料的RT磁性的光控制。由密度泛函计算的指导下，我们将这种现象归因于在传导和价带中存在过量空穴，以及被捕获在磁性掺杂状态中的载流子，这反过来又介导了V-WS 2单层的磁化。这些发现提供了一个独特的路线，利用光控铁磁性的低功率二维自旋电子器件能够在RT操作。
2020-07-03 cond-mat.mtrl-sci
Role of chemical disorder in tuning the Weyl points in vanadium doped Co$_2$TiSn
时间反演对称性和外尔费米子的缺乏给钴基Heusler合金带来了奇异的输运性质。在本研究中，我们研究了化学无序对Co-\textsubscript{2}-Ti \textsubscript{1-x}-V \textsubscript{x}-Sn磁性Weyl半金属候选物中Weyl点变化的作用。我们采用第一原理的方法来跟踪的节点线的演变负责外尔节点的外观在Co $_2$ TiSn作为一个功能的V取代Ti。通过增加V浓度代替Ti浓度，节线向费米能级移动，并且在中间组分附近保持在费米能级。V含量的进一步增加，导致节线远离费米能级。态密度计算表明，在整个组成范围内的半金属行为。每个Co原子上的磁矩作为V浓度的函数线性增加，直到x=0.4，并且在那之后，它开始减小。我们还研究了化学掺杂对外尔结和费米弧的影响。第一性原理计算表明，通过用V取代近一半的Ti，本征反常霍尔电导率比未掺杂的组分增加了一倍。结果表明，接近50% V掺杂Co $_2$ TiSn的组成，将是外尔物理实验研究的理想组成。
2022-01-30 cond-mat.mtrl-sci
Magnetic properties of quasi one-dimensional vanadium-benzene nanowire affected by gas molecules: a first-principle study
在考虑NO和NO2气体分子吸附的情况下，对准一维钒-苯纳米线的磁性进行了理论研究。随着NO在VBNW上吸附量的增加，可以观察到从半金属到铁磁金属再到顺磁半导体的相变。随着VBNW中NO2含量的增加，半金属性先增强后降低。因此，VBNW的电子和磁性可以对NO和NO2具有敏感性和选择性，揭示了这两种分子在自旋电子传感器中的潜在应用。
2017-07-24 cond-mat.mtrl-sci
Ferromagnetism in 2D Vanadium Diselenide
二维（2D）范德华铁磁体承载着最终微型自旋电子学和信息存储设备的希望。在新发现的二维铁磁体中，所有的铁磁体都继承了它们的大块祖先的磁序。本文报道了一种新的室温下二维铁磁半导体，2H相二硒化钒（VSe 2），它只在二维表现出铁磁性。这种独特的二维铁磁半导体表现出增强的磁有序性，由于在二维极限的结构各向异性。
2021-04-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Bound hole states associated to individual vanadium atoms incorporated into monolayer WSe$_2$
用磁性原子掺杂二维半导体是在材料中诱导磁性的一种可能途径。我们通过扫描透射电子显微镜和扫描隧道显微镜和光谱法报道了有意掺杂钒原子的单层WSe $_2$的原子结构和电子性质。大部分的V原子纳入W网站。这些V $_W$掺杂剂是带负电荷的，这引起位于价带最大值以上140 meV的局部束缚态。两种带电V $_W$掺杂剂的电子电势的重叠产生额外的间隙状态。最终，负电荷可抑制V $_W$掺杂剂上的磁矩。
2020-02-11 cond-mat.mtrl-sci
Interface Magnetism in Vanadium-doped MoS$_2$/Graphene Heterostructures
University of South Florida（南佛罗里达大学）；The Pennsylvania State University（宾夕法尼亚州立大学）
研究通过第一性原理模拟发现钒掺杂和缺陷工程可诱导MoS₂/石墨烯异质结构的铁磁性，为纳米自旋电子学应用提供新途径。
2025-04-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Evidence of itinerant holes for long-range magnetic order in tungsten diselenide semiconductor with vanadium dopants
稀磁半导体（DMS）中的一个主要关注点是如何建立具有低磁掺杂浓度的长程磁序以保持主体半导体的栅极可调谐性，以及增加居里温度。最近已经研究了二维范德华半导体以证明DMS中的磁序;然而，尚未实现对DMS中门可调谐长程磁序的机制的全面理解。在这里，我们介绍了一个单层的钨二硒化物（WSe 2）半导体与V掺杂剂，以证明远程磁秩序通过巡回自旋极化孔。通过扫描隧道显微镜和高分辨透射电子显微镜证实了V原子通过取代W原子而稀疏地位于基质晶格中。V杂质态和价带边态是重叠的，这与密度泛函理论计算结果一致。场效应晶体管的特性揭示了杂化带内的巡回孔;这显然类似于齐纳模型。我们的研究提供了一个洞察的机制，长程磁性秩序在V掺杂的WSe 2，这也可以用于其他磁掺杂半导体过渡金属二硫属化物。
2020-02-18 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Spin diffusion in doped semiconductors
在杂质半导体中的自旋扩散行为被证明是定性不同于未掺杂（本征）的。本征半导体中的自旋包必须是多带扰动，涉及电子和空穴的不均匀分布，而在杂质半导体中，单带扰动是可能的。对于n型掺杂的半导体，由于导带中的简并电子海而导致的扩散增强，对于这些单带自旋包来说比对于电荷包来说要大得多，并且即使对于小到10^16 cm^-3的平衡掺杂，在低温下也可以超过一个数量级。在n-掺杂的铁磁和半磁半导体中，自旋包的运动被预测为比平行极化自旋包快一个数量级。这些结果对于p-杂质半导体是相反的。
1999-12-10 cond-mat.mtrl-sci
Three-terminal field effect devices utilizing thin film vanadium oxide as the channel layer
氧化物半导体中金属-绝缘体转变（MIT）的静电控制可能会影响新兴的氧化物电子学领域。二氧化钒是特别感兴趣的，因为MIT发生在室温附近，并且被认为表现出莫特转变。本文详细介绍了以薄膜VO 2为沟道层的三端场效应晶体管器件的实验研究。栅极通过绝缘栅极氧化层与沟道分离，从而能够真正探测场效应，而直接从电极流出的大漏电流的干扰最小或没有干扰。的器件的多个组件的制造，包括栅极氧化物的沉积，对VO 2膜特性的影响进行了讨论。进一步讨论了栅压对器件响应的影响，指出了一些不寻常的特性，包括时间依赖性。一个可逆的单极调制后的栅极电压的沟道电阻首次在优化设计的设备。在这项工作中提出的结果是相关的解释栅极电压响应在这样的氧化物，以及解决在推进氧化物半导体的栅极叠层处理的挑战。
2010-06-22 cond-mat.mtrl-sci
High-quality Tungsten-doped Vanadium Dioxide Thin Films Fabricated in an Extremely Low-oxygen Furnace Environment
School for Engineering of Matter, Transport and Energy, Arizona State University（亚利桑那州立大学物质、传输与能源工程学院）
本研究通过极低氧炉环境制备高质量钨掺杂氧化钒薄膜，优化氧化、退火和还原工艺，降低IMT温度，提升薄膜性能。
2025-09-02 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Controllable p-type Doping of 2D WSe2 via Vanadium Substitution
二维（2D）过渡金属二硫属化物（TMDC）的可缩放替代掺杂是开发基于2D材料的下一代逻辑和存储器件的先决条件。迄今为止，兴奋剂的努力仍处于初期阶段。在这里，我们报告了分别在800 °C和400 °C的前端工艺（FEOL）和后端工艺（BEOL）兼容温度下2D WSe2的可扩展生长和钒（V）掺杂。实验和理论研究的结合证实，钒原子取代取代钨在WSe 2，这导致在p型掺杂通过引入离散的缺陷能级，靠近价带最大值。V掺杂剂的p型性质通过构建的场效应晶体管进一步验证，其中随着钒浓度的增加，空穴导电变得占主导地位。因此，我们的研究提出了一种精确控制有意引入的杂质密度的方法，这在电子级晶圆级非本征2D半导体的生产中是必不可少的。
2021-07-28 cond-mat.mtrl-sci
Ferromagnetism in 2p Light Element-Doped II-oxide and III-nitride Semiconductors
本文研究了掺有102 p轻元素的Ⅱ-氧化物和Ⅲ-氮化物半导体作为潜在的稀磁半导体。基于我们的第一性原理计算，氮掺杂的ZnO，碳掺杂的ZnO，和碳掺杂的AlN被预测为铁磁性。这类DMS材料的铁磁性可以归因于类p-d交换的p-p耦合相互作用，这种相互作用是由杂质（类p t_2）和价（p）态之间相似的对称性和波函数引起的。我们还提出了一种共掺杂机制，使用铍和氮作为掺杂剂在ZnO中，以增强铁磁耦合，并增加溶解度和活性。
2007-09-13 cond-mat.mtrl-sci
Doping isolated one-dimensional antiferro-magnetic semiconductor Vanadium tetrasulfide ($VS_4$) nanowires with carriers induces half-metallicity
准一维（1D）四硫化钒（$VS_4$）纳米线（NW）是通过范德华相互作用彼此结合以形成体相的合成半导体。然而，这些单独的纳米线的性质仍然未知。然而，我们对它们的稳定性的计算表明，$VS_4$）纳米线可以从它们的体结构中分离出来。因此，我们从理论上研究了体相和孤立的$VS_4$纳米线的几何，电子和磁性。我们的研究结果表明，无论是体相和孤立的$VS_4$纳米线是半导体的带隙分别为2.24和2.64 eV，并根据DFT计算，他们更喜欢反铁磁（AFM）基态。这些计算还表明，孤立的$VS_4$纳米线显示半金属反铁磁性的电子和空穴掺杂，因为载流子掺杂分裂自旋简并诱导局部自旋极化。因此，可以利用局部施加的栅极电压来操纵隔离的$VS_4$ NW中的自旋极化电流。因此，这些一维AFM材料具有很高的潜力，为推进基础研究和自旋电子学应用，因为它们是更耐磁扰动比他们的一维铁磁同行。
2021-01-29 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el physics.chem-ph
Microscopic mechanism of high-temperature ferromagnetism in Fe, Mn, and Cr-doped InSb, InAs, and GaSb magnetic semiconductors
在最近的实验中，在铁磁半导体Fe掺杂的GaSb和InSb中报道了高于室温的高居里温度Tc，而在具有相同晶体结构的一些其他半导体（包括Fe掺杂的InAs和Mn掺杂的GaSb、InSb和InAs）中观察到20 K至90 K之间的低Tc。本文采用密度泛函理论和量子Monte Carlo方法，系统地研究了Fe，Mn，Cr掺杂GaSb，InSb，InAs磁性半导体的高温铁磁性起源。在稀释杂质极限下，计算表明，杂质Fe、Mn和Cr在相同的半导体中具有相似的磁关联。我们的结果表明，在这些实验中获得的高（低）Tc主要来自高（低）杂质浓度。此外，我们的计算预测Cr掺杂的InSb，InAs和GaSb的铁磁半导体，可能具有高的Tc。结果表明，（Ga，Fe）Sb和（In，Fe）Sb的高Tc不是由于载流子诱导机制，因为Fe ~（3+）不引入载流子。
2020-10-15 cond-mat.mtrl-sci
Precipitation of amorphous ferromagnetic semiconductor phase in epitaxially grown Mn-doped Ge thin films
研究了外延生长的Mn掺杂Ge薄膜的铁磁性起源。采用低温分子束外延技术成功地生长了Mn掺杂的Ge薄膜，且没有析出Mn 5Ge 3等铁磁Ge-Mn金属间化合物。磁性圆二色性测量表明，外延生长的Mn掺杂Ge薄膜具有明显的铁磁行为，但在临界点处观察到的塞曼分裂不是由s，p-d交换作用引起的。高分辨率透射电子显微镜和能量色散X-射线光谱分析表明，无Mn单晶Ge基质中具有高Mn含量的非晶Ge 1-xMnx簇的相分离。由于非晶Ge_（1-x）Mn_x是一种均匀的铁磁半导体，因此非晶Ge_（1-x）Mn_x团簇的析出是外延生长Mn掺杂Ge薄膜铁磁半导体行为的起源。
2005-11-15 cond-mat.mtrl-sci
Thermoelectric properties of doped small molecule organic semiconductor films
研究了有机小分子掺杂薄膜的热电性能。各种主机和掺杂剂，为n型和p型掺杂，进行了比较。C $_{60}$ n-掺杂Cr $_2$（hpp）$_4$或o-MeO-DMBI-I被发现是最有前途的材料系统，在T $_\text{M}$ = 40°C时最大ZT $_\text{M}$ = 0.069，假设由于基于声子的热传输而具有与掺杂无关的热导率。该值是采用掺杂聚合物PEDOT：PSS的优化器件所报告的当前记录的16%。
2014-01-07 cond-mat.mtrl-sci
Plasmonic Doped Semiconductor Nanocrystals: Properties, Fabrication, Applications and Perspectives
简并杂质半导体纳米晶体由于其在近红外波段的可调谐局域表面等离子体共振（LSPR）而受到人们的关注。在载流子密度为1021 cm^-3的材料中，高掺杂水平会导致掺杂水平的简并和近红外光谱中强烈的等离子体吸收。与贵金属相比，简并杂质半导体NC中较低的载流子密度使得能够在宽光谱范围内进行LSPR调谐，因为即使载流子密度的微小变化也会强烈影响LSPR的光谱位置。我们专注于铜硫族化物NC和杂质掺杂的金属氧化物NC作为贵金属的最研究的替代品。我们揭示了在空位掺杂铜硫属化物NCs中LSPR调谐的结构变化，并提供了杂质掺杂金属氧化物NCs的LSPR改性的根本不同机制的图片。本文综述了等离子体简并掺杂纳米粒子的光学特性，着重介绍了各种光学测量方法和光学模拟方法。这些发现合并在一个详尽的部分，新的和令人兴奋的应用程序的基础上的特殊特性，等离子体半导体NC带来的。
2017-01-21 cond-mat.mtrl-sci
Nitrogen defects and ferromagnetism of Cr-doped AlN diluted magnetic semiconductor from first principles
报道了用各种方法制备的Cr掺杂AlN稀磁半导体的居里温度高达900 K，这对于自旋电子学应用是令人兴奋的。据认为，N缺陷在实现良好样品的高温铁磁性方面起着重要作用。基于这些实验进展，我们采用全势密度泛函理论和超原胞方法研究了N缺陷对含N空位（VN）的（Al，Cr）N铁磁性的影响。计算结果与实验观察和实际掺铬AlN样品及其合成的事实相一致。我们的第一性原理研究结果对于阐明铁磁性的形成机制和开发高性能的掺铬AlN稀磁半导体材料具有重要意义。
2008-10-28 cond-mat.mtrl-sci
Model of the electrochemical conversion of an undoped organic semiconductor film to a doped conductor film
我们开发了一个描述有机半导体（具体地说，发光电化学电池中的活性物质）从未掺杂的非导电状态到掺杂的导电状态的电化学转化的模型。该模型同时考虑了电子载流子的迁移率和扩散以及掺杂导电区的能斯特方程。结果表明，该模型可以准确地描述实验观察到的发光电化学电池中的掺杂前沿进展。
2009-09-16 cond-mat.mtrl-sci
First principles investigation of transition-metal doped group-IV semiconductors: R${_x}$Y$_{1-x}$ (R=Cr, Mn, Fe; Y=Si, Ge)
用第一性原理计算研究了过渡金属掺杂的第四族半导体R-$_{x}$-Y $_{1-x}$（R=Cr，Mn，Fe; Y=Si，Ge）.结果表明，在Cr掺杂的Ge和Si中，反铁磁（AFM）有序比铁磁（FM）有序在能量上更有利，其$x$分别为$x$ =0.03125和0.0625.在6.25%Fe掺杂的Ge中，FM相互作用在所有R-R距离范围内都占主导地位，而对于3.125%Fe掺杂的Ge和3.125%和6.25%Fe掺杂的Si，仅在短R-R范围内存在FM态。在Mn掺杂的情况下，类RKKY机制似乎适合于Ge基质，而对于Mn掺杂的Si，短程AFM相互作用与长程FM相互作用竞争。这些稀磁半导体中磁序的不同起源使得稀磁半导体铁磁性的微观机制更加复杂和引人注目。
2006-03-29 cond-mat.mtrl-sci
Carbon-doped ZnO: A New Class of Room Temperature Dilute Magnetic Semiconductor
我们报道了碳掺杂ZnO的磁性。我们基于密度泛函理论的第一性原理计算预测，碳取代ZnO中的氧导致每个碳的磁矩为1.78 $μ_B$。理论预测得到了实验证实。用脉冲激光沉积法制备的不同碳浓度的掺碳ZnO薄膜具有铁磁性，居里温度高于400 K，基于薄膜中碳化物含量（$1.5 - 3.0 μ_B$/碳）测量的磁矩与理论预测一致。磁性是由于Zn离子和掺杂的C原子之间的成键耦合。磁电阻和反常霍尔效应的研究表明，掺杂薄膜是具有本征铁磁性的$n$型半导体。碳掺杂ZnO是一种很有前途的室温稀磁半导体，我们的工作为非金属掺杂制备稀磁半导体提供了可能。
2006-10-31 cond-mat.mtrl-sci
Composite excitonic states in doped semiconductors
提出了一个杂质半导体中复合激子态的理论模型。多体之间的相互作用的光激发的电子-空穴对和电子气被集成到一个计算易处理的少体问题，通过变分法求解。由于ML-MoSe $_2$和ML-WSe $_2$的导带性质不同，本文重点研究了它们的电子掺杂。在这两种情况下，复合材料的核心是一个紧密结合的三电子（两个电子和价带空穴），周围是一个耗尽电子的区域。ML-WSe $_2$中的复合物还包括具有不同量子数的卫星电子。该理论是通用的，可以应用于具有各种能带特性的半导体，允许计算它们的激子态并量化与费米海的相互作用。
2022-02-20 cond-mat.mtrl-sci
Self-compensation in manganese-doped ferromagnetic semiconductors
本文提出了Mn掺杂铁磁半导体中的间隙Mn理论。利用密度泛函理论，我们表明，在非平衡条件下的生长，间隙锰很容易形成一个简单的低能量吸附途径的表面附近。在GaAs中，孤立的间隙Mn是电子供体，每个补偿两个替代Mn受体。在一个杂质带模型，部分补偿促进铁磁秩序低于金属-绝缘体过渡，最高的居里温度发生0.5个孔每置换锰。
2002-09-13 cond-mat.mtrl-sci
Semiconductor to metal transition for Ni doped CdO thin films
在本研究中，电阻率与温度的测量已经进行了溶胶-凝胶法制备的纯和Ni掺杂的CdO（NDO）薄膜。纯CdO薄膜在整个温度范围内的负电阻温度系数（TCR）半导化行为主要归因于载流子浓度依赖的热激活机制。通过晶界、离子杂质、声子散射和载流子激活的综合作用，阐明了NDO薄膜的半导体-金属转变过程。
2019-04-26 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
Magnetic oxide semiconductors
磁性氧化物半导体，即掺杂有过渡金属元素的氧化物半导体，是高居里温度铁磁半导体的候选者之一，其对于在室温下实现半导体自旋电子学是重要的。本文综述了近年来各种磁性氧化物半导体材料的研究进展。从评价铁磁性的可行性的观点出发，研究了磁化强度、磁光效应和磁输运（如反常霍尔效应）。讨论了Co掺杂TiO2和过渡金属掺杂ZnO的铁磁性。
2005-04-07 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
Vanadium doping induced valley asymmetries in WS$_2$ monolayers
The Pennsylvania State University（宾夕法尼亚州立大学）；University of Central Florida（中佛罗里达大学）
本研究通过钒掺杂WS₂单层实现谷不对称性，增强谷极化效率，为缺陷工程二维材料的谷电子学应用奠定基础。
2026-09-22 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
The effect of vanadium substitution on the structural and magnetic properties of (Fe$_{1-x}$V$_{x}$)$_{3}$Ga$_{4}$
Fe $_{3}$ Ga $_{4}$显示出复杂的磁性相图，该相图对电子和晶体结构的变化敏感且可调。为了探索这种可调谐性，已经合成并表征了钒掺杂的（Fe $_{1-x}$ V $_{x}$）$_{3}$ Ga $_{4}$。高分辨同步辐射X射线衍射和Rietveld精修表明，当V掺杂量达到20%时，样品仍保持与Fe $_{3}$ Ga $_{4}$的等结构，并且随着掺杂量的增加，晶胞体积呈线性增加。磁性测量揭示了与V掺杂的反铁磁螺旋自旋密度波（SDW）的抑制，揭示了在低温铁磁-反铁磁（FM-AFM）转变（T $_{1}$）和高温AFM-FM转变（T $_{2}$）的变化。当V掺杂量为7.5%时，不再观察到AFM螺旋SDW相的变磁行为。这些结果提供了一个途径，以有效地调整的磁性顺序在Fe $_{3}$ Ga $_{4}$的设备，以及增加在这个系统中的磁性的理解。
2022-10-03 cond-mat.mtrl-sci
A Primary Exploration to Quasi-Two-Dimensional Rare-Earth Ferromagnetic Particles: Holmium-Doped MoS2 Sheet as Room-Temperature Magnetic Semiconductor
近年来，具有强磁性的二维材料和纳米粒子在纳米自旋电子学的基础物理研究中也引起了人们极大的兴趣。更重要的是，具有高居里温度的室温磁性半导体材料对于开发下一代自旋电子和量子计算器件至关重要。在这里，我们开发了一个理论模型的基础上的密度泛函理论计算和Ruderman-Kittel-Kasuya-Yoshida理论预测的二维磁性材料的热稳定性。与其他稀土（镝（Dy）和铒（Er））和3d（铜（Cu））杂质相比，掺钬（Ho掺杂）的单层1H-MoS 2被认为是具有强大磁性的有前途的半导体。在杂化HSE 06泛函水平上的计算预测居里温度远高于室温。Ho掺杂的MoS 2片具有完全自旋极化的价带和导带，这是柔性自旋电子应用的先决条件。
2018-03-22 cond-mat.mtrl-sci
Ferromagnetism in magnetically doped III-V semiconductors
讨论了半磁III-V族材料铁磁性的起源。无论样品是否简并，由带隙内磁性杂质能级到价带的虚电子激发引起的间接交换相互作用都可以解释GaAs（Mn）的铁磁性。铁磁团簇的形成和相变的逾渗图很好地描述了所有可用的实验数据，并允许预测纤锌矿（Ga，In，Al）N外延层的转变温度的Mn成分依赖性。
2001-01-25 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
Vanadium-Engineered Co2NiSe4 Nanomaterial: Coupled Thermoelectric, Piezoelectric, and Electronic Optimization via DFT+U for Advanced Energy Applications
本研究通过DFT+U计算证实钒掺杂可协同优化Co₂NiSe₄的电子、热电、压电等多方面性能，使其成为适用于储能、热电发电及多功能传感器的多功能材料平台。
2025-09-05 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Heavily Fe-doped n-type ferromagnetic semiconductor (In,Fe)Sb with high Curie temperature and large magnetic anisotropy
采用低温分子束外延方法生长了重掺Fe的n型铁磁半导体（In 1-x，Fex）Sb（x = 20 - 35%）薄膜，研究了其高温铁磁性和大的磁各向异性。当x = 20 - 35%时，（In 1-x，Fex）Sb薄膜保持了锌-铁磁晶体和具有单相铁磁性的能带结构。（In 1-x，Fex）Sb的居里温度（TC）在x = 35%时达到390 K，显著高于室温，是迄今为止报道的III-V族铁磁半导体的最高值。此外，x = 35%的（In 1-x，Fex）Sb薄膜具有较大的矫顽力（HC = 160 Oe）和剩磁（Mr/MS = 71%）。我们的研究结果表明，n型铁磁半导体（In 1-x，Fex）Sb是非常有前途的自旋电子器件在室温下运行。
2019-01-07 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
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
Spinodal nanodecomposition in magnetically doped semiconductors
本文综述了磁杂质半导体等自旋电子材料中三维和二维晶体生长条件下亚稳纳米分解的计算材料设计、实验实现和控制方法的最新进展。纳米分解的计算描述，通过结合第一性原理计算与动力学蒙特卡罗模拟，讨论了广泛的电子显微镜，同步辐射，扫描探针，以及离子束方法，其已经被用于使双节和旋节纳米分解可视化（化学相分离）以及纳米沉淀在具有超过溶解度极限的过渡金属（TM）杂质浓度的一系列半导体化合物中，晶体学相分离（结晶相分离）是一种有效的方法。的生长条件，共掺杂的浅杂质，动力学障碍，和表面反应在控制磁性阳离子的聚集的作用被突出。根据理论模拟和实验结果，富TM区域以纳米点（{ \em dairiseki}相）或纳米柱（{ \em konbu}相）的形式出现在主体半导体中。特别注意的是Mn掺杂的第三组砷化物和锑化物，TM掺杂的第三组氮化物，Mn和Fe掺杂的Ge，和Cr掺杂的第二组硫属化物，其中铁磁特性持续到室温以上与纳米分解的存在相关，并占这些化合物的应用相关的磁光和磁输运性质。最后指出，亚稳纳米分解可以被看作是一类新的自底向上的方法纳米纤维。
2015-12-22 cond-mat.mtrl-sci
