Density-functional theory study of the interaction between NV$^{-}$ centers and native defects in diamond
本研究结合量子嵌入结果与密度泛函理论计算，量化了金刚石本征缺陷对NV$^{-}$色心的应变及电场影响范围，并提出通过测量多个邻近NV$^{-}$色心判定缺陷类型与电荷态的方法。
2025-07-30 cond-mat.mtrl-sci
Native Point Defects in Mono-- and Bi--layer Phosphorene
我们研究了单层和双层磷烯中本征点缺陷，空位和自填隙的稳定性和电子性质。利用\textit{ab initio}密度泛函理论和电子自能的GW近似计算了这些缺陷的形成能、准粒子缺陷态和电荷跃迁能级。使用DFT + GW的两个路径的形式主义研究间隙在单层磷烯，我们表明，包括静电校正CTL可以可靠地计算。计算结果表明，所有的本征点缺陷在中性态都具有较低的形成能（0.9- 1.6eV）。此外，我们发现磷烯中的空位表现为类受主缺陷，这可以解释磷烯的p型导电性。另一方面，间质可以显示受体和供体样行为。
2020-01-13 cond-mat.mtrl-sci
Effect of Native Defects on Optical Properties of InxGa1-xN Alloys
利用高能4 He+辐照可以控制InxGa_（1-xN）三元合金的光吸收边和自由载流子布居的能量位置。富In材料（x > 0.34）辐照后吸收边的蓝移归因于辐照引入的本征施主引起的带填充效应（Burstein-Moss位移）。在富镓材料中，光吸收测量表明，辐射引入的原生缺陷在带隙内，在那里它们作为受主被并入。所观察到的辐照产生的光吸收边的变化和载流子的人口在InxGa 1-xN的两性缺陷模型的预测是非常一致的。
2005-08-05 cond-mat.mtrl-sci
Native Point Defects in Antiferromagnetic Phases of CrN
我们提出了一个详细的分析原生点缺陷的反铁磁（AFM）相的块状氮化铬（CrN）的作用。我们进行第一性原理计算使用本地自旋密度近似，包括本地相互作用效应（LSDA+U），研究两个最低的能量AFM模型，预计描述的材料的低温相。我们研究了由本征点缺陷引入的形成能、晶格形变以及电子和磁性结构。我们发现，正如预期的那样，氮空位是低温下材料中最有可能存在的缺陷。氮空位在立方原子力显微镜模型中呈现不同的带电状态，表现出两个跃迁能，这可以通过测温实验测量，并可以帮助识别样品中的原子力显微镜结构。这些空位也导致部分自旋极化的诱导杂质带，这将在输运实验中有有趣的后果。其他点缺陷也有签名的电子和磁性结构，可以在扫描探针实验中识别。
2018-05-23 cond-mat.mtrl-sci
Effects of excess carriers on native defects in wide bandgap semiconductors: illumination as a method to enhance p-type doping
半导体中的不期望的无意掺杂和掺杂限制通常由具有低形成能的补偿缺陷引起。由于带电缺陷的形成能量线性地依赖于费米能级，因此掺杂限制在费米能级可以显著变化的宽带隙半导体中可能特别明显。在生长或处理过程中引入非平衡载流子浓度改变了能带载流子的化学势，从而提供了以在热平衡下不可能的方式修改带电缺陷群的可能性。在这里，我们证明，对于一个遍历系统与过剩的载流子，涉及缺陷电荷跃迁水平的载流子捕获和发射率严格确定的混合物的电子和空穴准费米能级确定的非零电荷状态的形成能量的缺陷类型。目录的范围内可能的响应过剩的载流子，我们调查的行为的一个单一的施主样缺陷的功能的非本征掺杂和能量的电荷跃迁水平。技术上最重要的发现是，对于带隙中电荷跃迁能级的大多数值，过量载流子将增加补偿缺陷的形成能。因此，可以克服由原生缺陷施加的对掺杂的限制。在宽带隙半导体中也存在这样的情况，其中具有与主要掺杂剂相同的电荷极性的缺陷的浓度保持不变或实际上增加。这些不同的行为的原因是合理化的捕获和排放率和准则进行实验测试，该模型给出。
2017-03-10 cond-mat.mtrl-sci
Native point defects in $Ti_3GeC_2$ and $Ti_2GeC$
用密度泛函理论计算了MAX相$Ti_2GeC$和$Ti_3GeC_2$化合物中的本征点缺陷（空位、晶格和反位）的形成能。Ge空位的形成能为2.87 eV，是$Ti_2GeC$中最稳定的缺陷; C空位的形成能为2.47 eV，是$Ti_3GeC_2$中最稳定的缺陷。锗空位，特别是，被发现是强的声子散射中心，减少晶格贡献的热导率在$Ti_2GeC$。在这两种化合物中，所报道的高热导率和电导率归因于源自费米能级处的高态密度的电子贡献。
2019-04-08 cond-mat.mtrl-sci
Native Defects in Antiferromagnetic Topological Insulator MnBi$_2$Te$_4$
利用扫描隧道显微镜和光谱技术，我们观察了反铁磁拓扑绝缘体$\mathrm{MnBi_2Te_4}$中的本征缺陷。两个天然缺陷$\mathrm{Mn_{Bi}}$和$\mathrm{Bi_{Te}}$反位可以很好地解决在地形图像。$\mathrm{Mn_{Bi}}$倾向于抑制导带边缘的态密度。光谱成像揭示了在低于费米能的$\sim80$ ~meV处的局域峰状局域态密度。仔细检查的地形和光谱图像，结合密度泛函理论计算，表明这一结果从$\mathrm{Bi_{Mn}}$ antisites在Mn网站。$\mathrm{Mn_{Bi}}$和$\mathrm{Bi_{Mn}}$反位的随机分布导致了$\mathrm{MnBi_2Te_4}$中费米能级附近局域态密度的空间涨落。
2020-09-16 cond-mat.mtrl-sci
Effects of Al Addition on the Native Defects in Hafnia
在纯HfO2中检测到两个被占据的本征缺陷带，其中一个位于带隙的中间，另一个略高于价带最大值。对铝酸铪薄膜电子结构随Al浓度变化的研究表明，铝酸铪薄膜的电子结构随Al浓度的变化而变化，而铝酸铪薄膜的态密度随Al浓度的增加而显著降低，铝酸铪薄膜的态密度随Al浓度的增加而减小。我们的第一性原理研究的系统属性的两个带的带电氧空位，和氧间隙相关的缺陷状态的HfO2，分别。我们进一步证明，所观察到的缺陷带的演变起源于添加的Al和纯HfO2的本征缺陷之间的相互作用，这有效地钝化VO+诱导的中间带隙态，但对材料的电子结构的其他方面的影响很小。
2005-06-26 cond-mat.mtrl-sci
Doping-limitations of cubic boron nitride: effects of unintentional defects on shallow doping
立方氮化硼（cBN）是一种超宽带隙、超硬材料，具有极温、极压应用的潜力。使用cBN的pn结的原理验证在近三十年前就已被证明。然而，到目前为止，仍然存在两个未解决的挑战，阻止其在技术中的实际应用：（i）难以生产高质量的cBN膜，以及（ii）难以可控地对其基质进行n掺杂和p掺杂。在这项理论工作中，我们研究了掺杂限制的原因，这是实现基于cBN的电子学的一个尖锐问题。特别是，我们发现，不同的无意中存在的本征和非本征缺陷作为补偿缺陷和/或引入陷阱状态。反过来，这些缺陷及其复合物的存在会影响浅掺杂剂[硅和铍]的掺入以及电子结构特性，这些浅掺杂剂是有意引入到n型和p型掺杂cBN中的。我们的掺杂限制的分析提供了一个路径，找到可控的n-和p-掺杂cBN的解决方案。
2021-07-09 cond-mat.mtrl-sci
Native point defects in CaS: A focus on doping limit for persistent luminescence
用DFT+ Hubbard U方法研究了CaS中的本征点缺陷。考虑了Ca赝势d轨道的局域化效应。Ca位的Hubbard U修正d轨道起着辅助从S位p轨道到Ca位的电荷转移的作用，在带隙内产生局域电子和空穴态，能量间隔为1.2~ 1.4eV。这对应于光学吸收的导带边缘以下的局部激子能级。讨论了本征点缺陷的电子性质和形成能。在富Ca极限下，中性S空位的能量最低，为0.62eV。肖特基缺陷对缺陷是另一种主要缺陷，从富S到富Ca的化学势极限，每个缺陷位点的成本为1.51 eV。缺陷形成能进一步说明，双正S空位和双负Ca空位分别是CaS中最稳定的施主型和受主型缺陷。我们还总结了一个狭窄的掺杂极限能量已被确定为1.33 eV恒定在CaS独立于不同的化学势限制。但是这种掺杂允许的范围完全从价带附近向导带边缘从富S到富Ca的极限移动。在富S极限下，可掺杂范围与Eu ~（2+）掺杂实验一致，发光极限为659 nm（1.88 eV），与文献报道的650 nm非常接近。这为CaS中镧系离子的掺杂实验提供了坚实的理论参考。结合缺陷能级和形成能，我们认为这是一种反映掺杂能量范围的有效方法，也是解释镧系离子掺杂晶体材料光致发光（PSL）机制激活阶段的辅助手段。
2015-07-22 cond-mat.mtrl-sci
Energetics and electronic structure of native point defects in $α$-Ga2O3
我们报告的第一性原理计算，澄清的形成能量和电荷跃迁水平的原生点缺陷（Ga和O空位，晶体，和Ga空位-O空位对）在双晶结构的$α$ -Ga 2 O 3。无论是在富Ga还是富O生长条件下，当费米能级分别接近导带和价带边缘时，负电荷的Ga空位和正电荷的Ga间隙分别占主导地位。这些缺陷将分别补偿载流子电子和空穴。富Ga条件相对抑制Ga空位的形成，因此适合于$α$ -Ga 2 O 3的非本征n型掺杂。
2019-06-10 cond-mat.mtrl-sci
Donor and Acceptor Characteristics of Native Point Defects in GaN
氮化镓的半导体行为和光电响应由点缺陷过程控制，尽管经过多年的研究，但仍然知之甚少。描述主要带电缺陷的关键困难是确定相应缺陷能级的一致位置，这很难使用标准超级晶胞计算得出。在一个互补的方法，我们利用嵌入式集群的方法，提供了一个共同的零的静电势在所有的电荷状态的所有点缺陷的直接访问。带电缺陷极化的主机电介质材料与长程力，强烈影响的结果缺陷模拟;占的极化，我们耦合嵌入与混合量子力学/分子力学（QM/MM）的方法和调查的结构，形成和电离能，和平衡浓度的原生点缺陷在纤锌矿GaN在化学精确的混合密度泛函理论水平。N空位是GaN中最有利的原生缺陷，其有助于生长GaN的n型特征，但不是主要来源，这一结果与实验一致。我们的计算表明，没有本征点缺陷可以形成晶体稳定的受主态。GaN可以很容易地掺杂为n型，但是，在中等温度下的平衡条件下，受主掺杂剂将被N空位补偿，并且不会观察到显著的空穴浓度，这表明非平衡过程必须在p型GaN中占主导地位。我们确定在红外，可见光和紫外发光范围和互补光谱的原生缺陷的光谱签名。至关重要的是，我们计算了与电子和空穴束缚在扩散轨道相关的有效质量类态能级。
2019-05-03 cond-mat.mtrl-sci
Energetics of native point defects in GaN: a density-functional study
利用密度泛函理论研究了GAN中本征点缺陷的形成能。在我们的第一性原理方案中，带边的位置符合混合密度泛函计算，从而产生与实验一致的带隙。相对于以前的半局部计算，计算出的形成能和电荷跃迁水平被发现是显着不同的定量方面，而整体定性趋势保持相似。在富Ga条件下，氮空位对应于带隙中所有费米能的最稳定缺陷，但其形成能太高而不能解释自掺杂。我们的计算还表明镓空位在n型GAN中不起任何补偿作用。
2017-04-11 cond-mat.mtrl-sci
First-principles study of native point defects in topological insulator Bi$_2$Se$_3$
\emph{p}型$_{2}$ SePDMATHABMO作为一种有前途的热电材料和拓扑绝缘体是非常理想的，而自然生长的$_{2}$ SePDMATHABMO总是由原生点缺陷掺杂的\emph{n}型.在这里，我们使用第一性原理计算来确定的\emph{n}型倾向的起源散装Bi $_{2}$硒$_{3}$：硒空位（V $_\text{Se1}$和V $_\text{Se2}$）和硒$_{\text{Bi}}$反位占主导地位的施主掺杂与低形成能，而预先处理的Bi $_{\text{Se1}}$缺陷的结果在对V $_\text{Se1}$和Bi间质，这也是一个施主，而不是一个受体。此外，对于Bi $_{2}$ Se $_{3}$（111）表面，我们发现由缺陷调制的能带结构明确地解释了现有的\emph{n}型偏好的实验观察。
2012-01-12 cond-mat.mtrl-sci
Formation and migration of native defects in NaAlH$_4$
我们提出了第一性原理研究的原生缺陷在NaAlH $_4$。我们的分析表明，这些缺陷的结构和能量可以解释为基本的积木，其中包括$V_{\rm{AlH_4}}^+$，$V_{\rm{Na}}^-$，$V_{\rm{H}}^+$，H $_i^-$，和（H $_2$）$_i$。我们还计算了几个关键缺陷的迁移势垒，为了比较扩散的huberpies实验测得的解吸活化能。由此，我们估计的缺陷和缺陷对的扩散激活能。我们认为，$V_{\rm{AlH_4}}^+$和H $_i^-$，或$V_{\rm{Na}}^-$和$V_{\rm{H}}^+$，可能是负责解吸所需的扩散。我们讨论了$V_{\rm{H}}^+$ -H $_i^-$复合物形成的可能作用。我们发现的值是在催化解吸的活化能范围内。
2009-11-14 cond-mat.mtrl-sci
Native point defects in few-layer phosphorene
采用混合密度泛函理论结合半经验vanderWaals色散修正，研究了缺陷少层磷烯中空位和自发光的结构和电子性质.我们发现，无论是空位和自填隙缺陷是更稳定的外层比在内层。空位和自填隙P缺陷的形成能和跃迁能均随膜厚的增加而降低，这主要是由于基质价带最大值相对于真空能级的上移所致.因此，空位和自激子都可以作为浅受主，这很好地解释了实验观察到的p型导电性的少层磷烯。另一方面，由于这些原生点缺陷具有中等的形成能，并且在带负电荷的状态下是稳定的，因此它们也可以作为n型少层磷烯中的电子补偿中心。
2015-08-20 cond-mat.mtrl-sci
Density functional study of native point defects in CaO
Inha University（延世大学）；Department of Physics, Inha University（延世大学物理系）；Institute of Quantum Science, Inha University（延世大学量子科学研究所）
采用第一性原理密度泛函计算研究CaO中本征点缺陷的结构、电子和光学性质，发现氧空位在贫氧条件下占优，钙空位在富氧条件下占优，空位复合物热力学稳定且能经受高温退火，光学跃迁能表明实验吸收和发射峰可归因于带负电的空位复合物和孤立氧空位。
2026-07-03 cond-mat.mtrl-sci
Mn ions' site and valence in PbTiO$_{3}$ based on the native vacancy defects
采用第一性原理计算研究了Mn离子在PbTiO $_{3}$（PT）中的掺杂位置和价态。首先，研究了PT中Pb、O和Ti的本征空位缺陷，发现Pb空位比其它空位更易产生。在平衡条件下，当Pb不足时，Mn掺杂PT的生长应优先于Mn离子取代+3价的A位Pb离子，这可能导致PT的较大晶格畸变。另外，Mn离子进入Pb位后，O的电负性变弱，使PT中的畴运动更容易，从而提高PT的性能，而Mn离子取代B位Ti离子则相反。
2021-06-25 cond-mat.mtrl-sci
Line defects in Graphene: How doping affects the electronic and mechanical properties
石墨烯和碳纳米管具有非凡的机械和电子性能。然而，诸如局部非六边形重构或晶界的固有线缺陷显著降低拉伸强度，但具有令人兴奋的电子性质。在这里，我们从第一性原理的全势能密度泛函理论的水平上解决石墨烯中的线缺陷的性质，并评估掺杂作为一种策略，以加强这种材料。我们仔细解开的全局和局部的掺杂效果的比较结果从虚拟晶体近似与那些从本地取代的化学物种，为了获得详细的了解的断裂和稳定机制。我们发现，n型掺杂或局部取代氮的极限拉伸强度显着增加。特别地，它可以稳定超过原始材料的极限拉伸强度的缺陷。因此，我们建议将其作为加强石墨烯材料的关键策略。此外，我们发现，掺杂和/或施加外部应力导致可调和技术上有趣的金属/半导体过渡。
2016-01-25 cond-mat.mtrl-sci
Native defect assisted enhanced response to CH4 near room temperature by Al0.07Ga0.93N nanowires
由于III族氮化物具有高的化学稳定性和热稳定性，因此需要在低工作温度下具有高灵敏度的气体传感器。首次实现了Al 0.07Ga 0.93N纳米线（NW）的CH 4传感，在50 °C的低工作温度下具有比GAN NW更好的响应。采用惰性气体离子束辐照Al/GAN纳米线双层膜，通过离子束混合工艺合成了Al0.07Ga0.93N纳米线。的传感机制解释与本机缺陷的帮助下存在于系统中。Ga空位（VGa）在Al 0.07Ga 0.93N纳米线中产生的浅受主数量比在GAN纳米线中的要多。通过光致发光光谱分析，推测了O反位缺陷（ON）在浅V_Ga形成中的作用。这些原生缺陷强烈影响气体传感行为，导致增强和低温CH 4传感。
2018-08-11 cond-mat.mtrl-sci
Native point defects of semiconducting layered Bi2O2Se
Bi 2 O2 Se是一种新兴的半导体、空气稳定的层状材料（Nat.Nanotechnol. 2017，12，530; Nano Lett. 2017，17，3021），在电子迁移率方面可能超过MoS 2和磷烯，并在下一代高速和低功率电子器件中与典型的范德华堆叠层状材料相媲美。它具有功能多样性的承诺，引起了包括光电子学、热电子学和压电学在内的各个学科的迅速增长的兴趣。在这项工作中，我们全面研究了Bi 2 O2 Se中的本征点缺陷的电学性质，作为理解这种材料的基本原理的重要一步。研究了缺陷形貌与费米能和原子组分化学势的关系。随着体缺陷分析，表面性质的补充检查，在电荷中性水平模型的简单背景下，阐明了所观察到的n型特性的Bi 2 O2 Se基FET。这项工作提供了重要的指导，工程缺陷的Bi 2 O2 Se所需的性能，这是成功应用的关键，这种新兴的层状材料。
2021-09-11 cond-mat.mtrl-sci
First-principles study of native point defects in Bi2Se3
在密度泛函理论的框架下，采用第一性原理方法研究了Bi $_2$ Se $_3$的本征点缺陷对结构和电子性质的影响. Bi $_2$中Se空位Se $_3$是双施主，Bi空位是三受主.反位硒（Se $_{Bi}$）由于其施主能级（$\varepsilon$（+1/0））进入导带，在体系中始终是一个活跃的施主。有趣的是，Bi $_2$ Se $_3$中的Bi反位（Bi $_{Se1}$）是一种两性掺杂剂，当$μ$ $_e$ $<$ 0.119 eV（该材料是典型的p型）时作为施主，当$μ$ $_e$ $>$ 0.251 eV（该材料是典型的n型）时作为受主。不同生长环境（如富Bi或富Se）下的形成能表明，在富Se条件下，Se $_{Bi}$是最稳定的本征缺陷，与电子化学势$μ$ $_e$无关。在富Bi条件下，Se空位是最稳定的本征缺陷，除了在$μ$ $_e$ $>$ 0.262eV（材料为典型的n型）和$Δ$ $μ$ $_{Se}$ $<$-0.459eV（富Bi）的生长窗口下，在这样的生长窗口下，一个带负电荷的Bi $_{Se1}$是最稳定的。
2012-06-30 cond-mat.mtrl-sci
NMR study of native defects in PbSe
虽然PbSe中的每个原子种类对应于单个晶体学位点并且传输测量揭示了单个载流子密度，但$^{207}$ Pb NMR揭示了比先前认为的更复杂的图像，其包括三个离散的均匀载流子组分，每个组分与$n$ -或$p$ -型载流子组分相关。这些分数的起源进行了讨论，在本机半导体的电子异质性。核自旋和晶格振动之间通过波动自旋-旋转相互作用的相互作用机制，适用于重自旋1/2核[Phys.Rev.B74，214420（2006）]，不成立。相反，高阶温度依赖性主导弛豫途径。浅受主态和深能级缺陷的midgap解释了复杂的温度依赖性的直接带隙。
2015-06-21 cond-mat.mtrl-sci
Suppression of compensating native defect formation during semiconductor processing via excess carriers
在许多半导体中，补偿缺陷设置掺杂限制，降低载流子迁移率，并减少少数载流子寿命，从而限制了它们在器件中的应用。在许多情况下，本征缺陷是原因，但是当占据交替的晶格位置时，外来掺杂剂也可以充当其自身的补偿。在接近热平衡的处理过程中抑制补偿缺陷的浓度是困难的，因为随着费米能级向多数带边缘移动，形成缺陷降低。例如通过光生作用引入的过量载流子改变了半导体缺陷的形成焓，因此可以在晶体生长或退火期间被利用以抑制这种缺陷群。在这里，我们开发了一个严格的和一般的模型缺陷形成的存在下，稳定状态的过量载流子浓度相结合的标准准化学形式主义与详细的平衡描述，适用于任何缺陷状态的带隙。考虑准费米能级作为化学势，我们证明，增加少数载流子浓度增加典型的补偿中心的形成焓，从而抑制它们的形成。这种效果说明了在名义上未掺杂和extrinsic型掺杂的GaSb的原生GaSb反位受主的具体例子。该模型还预测电离散射中心的浓度减少，以及增加的流动性。虽然我们的治疗是广义的过量载流子注入或产生半导体中的任何手段，我们提供了一套准则，应用的概念，在光辅助物理气相沉积。
2016-06-22 cond-mat.mtrl-sci
Intrinsic Defect Energetics and Fluorine Doping Effects in Li2CO3 and Li2O2: A First-Principles Study
The University of Tokyo（东京大学）；National Institute for Fusion Science（国立核聚变科学研究所）；The University of Osaka（大阪大学）
通过第一性原理计算，系统分析了Li2CO3的本征点缺陷能量学及氟掺杂对Li2CO3和Li2O2空位形成能的影响，发现锂相关缺陷主导缺陷行为，氟掺杂选择性降低锂和碳空位形成能，为调控锂氧电池中放电产物的稳定性提供热力学基础。
2026-06-25 cond-mat.mtrl-sci
Understanding the UV luminescence of zinc germanate: The role of native defects
在光电子器件中，实现高效且稳定的紫外发射是一个具有挑战性的目标。在这里，我们调查的紫外发光锗酸锌Zn2GeO4微丝的光致发光测量作为温度和激发条件的函数。所发射的UV光由与原生缺陷结构相关联的两个带（宽带和窄带）组成。此外，借助密度泛函理论（DFT）计算了Zn_2GeO_4中与本征缺陷有关的电子能级的能量位置。特别是，我们的研究结果支持，锌化合物是负责窄的紫外波段，这是，反过来，分为两个组件具有不同的温度依赖性行为。根据Zn_i在晶格中的特殊位置解释了这两个组分的来源，并与DFT计算结果相一致。此外，动力学发光模型，提出了确定这种UV发射的温度演变。这些结果铺平了道路，利用缺陷工程在实现功能性光电子器件在紫外区工作。
2020-07-30 cond-mat.mtrl-sci
Symmetry-guided data-driven discovery of native quantum defects in two-dimensional materials
本研究结合对称性原理与数据驱动方法，设计工作流程在二元二维材料中筛选本征量子缺陷，通过高通量计算评估其磁光性质，发现后过渡金属单硫族化合物的16种反位缺陷是优质量子缺陷平台，拓展了二维材料量子缺陷库。
2024-05-21 cond-mat.mtrl-sci
Native defects in the Co$_2$Ti$Z$ ($Z=$ Si, Ge, Sn) full Heusler alloys: formation and influence on the thermoelectric properties
我们已经进行了第一性原理的调查，在全Heusler合金Co $_2$ Ti $Z$（$Z$的第IV族元素Si，Ge，Sn之一）的本地缺陷，确定其形成能和它们如何影响的输运性质。我们发现所有化合物中的Co空位（Vc）和Ti $_\text{Sn}$反位都表现出负的形成能。最小正值出现在反位上过量的Co（Co $_Z$或Co $_\text{Ti}$）和Ti $_Z$。最丰富的原生缺陷被建模为稀合金，与多重散射理论格林函数方法相结合的相干势近似处理。通过Kubo-Greenwood公式和基于其能量依赖性的系统的Seebeck系数，使用以这种方式确定的自洽电位来计算剩余电阻率。后者被证明是显着依赖于缺陷的类型，导致的变化是微妙的，自旋-轨道耦合诱导，在半金属间隙以上的电子结构的变化。其中两个系统，Vc $_\text{Co}$和Co $_Z$，被发现表现出负的塞贝克系数。这一观察，连同它们的低形成能，提供了一个解释的实验观察到的负塞贝克系数的Co $_2$ Ti $Z$化合物是由于无意中产生的原生缺陷。
2017-07-05 cond-mat.mtrl-sci
Design of battery materials via defects and doping
本章阐述了使用缺陷物理学作为理解和设计电池材料的概念和理论框架。它开始与复杂的过渡金属氧化物中的缺陷的第一性原理研究的方法。然后，本章考虑在合成过程中，在测量过程中，在电池使用过程中激活阴极材料的缺陷。通过这些案例，它讨论了材料中可能的缺陷景观及其影响，通过缺陷控制合成的材料设计指南，电子和离子传导机制以及电化学提取和（重新）插入，以及掺杂的影响。虽然具体的例子取自电池阴极材料的研究，但计算方法和讨论是通用的，适用于任何离子、电子或混合离子-电子导电材料。
2022-11-14 cond-mat.mtrl-sci
Native antisite defects in h-BN
本文通过密度泛函理论计算研究hBN中的原生反位缺陷，发现中性硼反位和带正电氮反位分别对应1.58 eV和2.63 eV的量子发射中心，并揭示面外声子模式对光学性质的重要影响。
2025-02-08 cond-mat.mtrl-sci
The role of native defects in the transport of charge and mass and the decomposition of Li$_{4}$BN$_{3}$H$_{10}$
Li $_{4}$ BN $_{3}$ H $_{10}$分别由于其高氢含量和高锂离子电导率而对于氢储存和锂离子电池固体电解质具有极大的兴趣。然而，由于在分解过程中氨（NH $_{3}$）的不可逆性和共生，这种复合氢化物的实际储氢应用受到限制。我们报告的第一性原理密度泛函理论研究的本地点缺陷和缺陷复合物在Li $_{4}$ BN $_{3}$ H $_{10}$，并提出了一个原子机制的材料的分解，涉及质量输运介导的本地缺陷。鉴于这种特定的机制，我们认为，NH $_{3}$的释放与材料内部带负电荷的氢空位的形成和迁移有关，并且可以通过掺入合适的电活性杂质来操纵。我们还发现Li $_{4}$ BN $_{3}$ H $_{10}$容易在Li亚晶格上产生Frenkel无序;锂空位和杂质是高度可移动的，在质量传输和离子传导中起着重要作用。
2014-12-18 cond-mat.mtrl-sci
Stability and dopability of native defects and group-V and -VII impurities in single-layer MoS2
通过密度泛函理论计算研究了单层MoS 2中的本征缺陷、VB族和VIIB族元素的Mo替代杂质以及VA族和VIIA族元素的S替代杂质。结果表明，在富Mo和富S条件下，S空位（VS）和S间隙（Si）的形成能较低，约为1 eV，但由于它们是深能级缺陷，其载流子掺杂能力较差。发现V、Nb和Ta（VB族）和Re（VIIB族）杂质容易作为Mo替代缺陷并入单层MoS 2中，其中V、Nb和Ta是浅受主，Re是所考虑的杂质中唯一的浅施主。从自然生长的MoS 2块体材料剥离的单层MoS 2中的无意的n型掺杂被认为是源于Re杂质。
2013-07-15 cond-mat.mtrl-sci
Impacts of Point Defects on Shallow Doping in Cubic Boron Arsenide: A First Principles Study
Idaho National Laboratory（爱达荷国家实验室）；Department of Mechanical Engineering, University of Utah（犹他大学机械工程系）
研究通过第一性原理方法分析点缺陷对立方硼砷化物p型和n型掺杂的影响，发现特定缺陷对掺杂有促进或抑制作用，为BAs基电子器件发展提供理论依据。
2024-11-08 cond-mat.mtrl-sci
Anomalous behavior of native point defects in C2-ordered antiferromagnet $α$-MnO$_2$
Indian Institute of Technology Bombay（印度理工学院孟买分校）；Bhabha Atomic Research Centre（巴哈原子研究中心）
本研究采用密度泛函方法结合BSE@G₀W₀计算，探究C2型反铁磁α-MnO₂本征点缺陷的结构、电子、磁学及光学性质，明确缺陷的竞争关系与光学响应特征，为其可控掺杂及性能优化提供理论依据。
2026-08-21 cond-mat.mtrl-sci
First-principles characterization of native defects and oxygen impurities in GaAs
North Dakota State University（北达科他州立大学）
本文通过混合泛函计算系统研究了GaAs中的本征点缺陷和氧杂质，揭示了GaAs中本征缺陷和氧杂质的结构、电子和光学性质，并探讨了这些缺陷在材料设计中的重要性。
2026-03-09 cond-mat.mtrl-sci
Native defects in monolayer GaS and GaSe: electrical properties and thermodynamic stability
本研究利用从头算计算考察单层GaS和GaSe本征缺陷的电荷跃迁能级、补偿复合作用及有限温度形成能，并提出可降低缺陷浓度的生长条件窗口。
2021-10-19 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Nonstoichiometric doping and Bi antisite defect in single crystal Bi2Se3
我们研究了化学计量比和非化学计量比自熔剂Bridgman生长Bi_2Se_3产生的缺陷。生长习性，晶格尺寸和输运性质的强烈影响所产生的缺陷的类型。通过直接原子尺度成像、扫描透射电子显微镜（STEM）、能量色散X射线能谱（STEM-EDX）、X射线衍射和霍尔效应测量，确定了Bi_Se反位缺陷和部分Bi_2层间缺陷的主要类型。我们提出了一个一致的解释的起源缺陷类型，生长形态，和输运性质。
2012-08-08 cond-mat.mtrl-sci
Symmetry breaking structural relaxation and optical transitions of native defects and carbon impurities in LiGa$_5$O$_8$
Chulabhorn Royal Academy（朱拉隆功皇家学院）；Kasetsart University（Kasetsart大学（泰国农业大学））；Case Western Reserve University（凯斯西储大学）
研究LiGa$_5$O$_8$中本征缺陷和碳杂质的对称性破缺结构弛豫及光学跃迁，探讨p型掺杂起源及带隙宽化机制，修正先前矛盾结果。
2026-04-14 cond-mat.mtrl-sci
Elucidating the Influence of Native Defects on Electrical and Optical Properties in Semiconducting Oxides: An Experimental and Theoretical Investigation
在多晶氧化物基材料中使用自掺杂或产生空位的缺陷工程对光吸收、UV光检测和电开关具有深远的影响。然而，缺陷诱导的半导体氧化物器件在光检测和光敏性方面表现出增强，因此仍然是光电子学领域的研究热点。在这项研究中，半导体氧化物材料中的缺陷工程及其在基于光电子器件的应用中的作用进行了讨论。采用密度泛函理论，通过第一性原理电子结构计算，对缺陷态的识别进行了理论研究。特别是，在这项工作中，我们专注于探测缺陷引起的光和电过程的变化，通过实验以及计算调查。因此，系统的实验测量的光吸收，电开关，电荷密度，和光电流在缺陷丰富的半导体氧化物样品已被执行。我们的研究结果表明，缺陷可以导致增强的光电性能，如光电流，开关速度，光吸收等的半导体氧化物为基础的设备。
2021-12-11 cond-mat.mtrl-sci
Bistable Amphoteric Native Defect Model of Perovskite Photovoltaics
在过去的几年里，基于卤化物钙钛矿的一类新型光致发光材料的性能得到了前所未有的快速改善。即使这些太阳能电池的操作没有普遍接受的机制，也已经实现了这一进展。在这里，我们提出了一个模型的基础上，占所有的关键特性，这些photophoricics和解释许多特质的卤化物钙钛矿两性原生缺陷。我们发现，施主和受体之间的转换，导致两性缺陷和自由载流子之间的共振相互作用的配置。这种相互作用与从钙钛矿到电子和空穴传输层的电荷转移相结合，导致形成动态n-i-p结，其光伏参数由钙钛矿吸收剂确定。该模型为钙钛矿型光致发光材料的J-V特性滞后和紫外光致降解等突出特性提供了统一的解释。
2018-05-14 cond-mat.mtrl-sci
Tuning Fermi Levels in Intrinsic Antiferromagnetic Topological Insulators MnBi2Te4 and MnBi4Te7 by Defect Engineering and Chemical Doping
MnBi_2Te_4和MnBi_4Te_7是本征反铁磁拓扑绝缘体，为实现奇异拓扑量子态提供了一个很有前途的材料平台。然而，在这些材料中的高密度的本征缺陷不仅导致体金属导电性，防止测量的量子输运在表面状态，但也可能影响磁性和拓扑性质。在本文中，我们通过密度泛函理论计算表明，内部异质结构引起的应变促进形成大尺寸失配的反位缺陷BiMn在MnBi2Te4，这种应变进一步增强MnBi4Te7，从而产生更高的BiMn密度。本征BiMn施主的丰度导致在贫Te生长条件下的简并n型导电性。我们的计算表明，生长在一个富Te的条件下可以降低费米能级，这是支持我们的运输测量。我们进一步表明，内部应变也可以通过大尺寸失配的替代NaMn受体实现有效掺杂，这可以补偿BiMn施主并降低费米能级。Na掺杂可以钉在体带隙内的费米能级，即使在MnBi2Te4中的贫Te极限。此外，讨论了MnSb_2Te_4中易形成的缺陷及其在MnBi_2Te_4中Sb掺杂的意义，以及MnBi_4Te_7中的缺陷偏析。本文提出的缺陷工程和掺杂策略将刺激进一步的研究，以改善合成和操纵MnBi2Te4，MnBi4Te7和相关化合物的磁性和拓扑性质。
2020-06-28 cond-mat.mtrl-sci
Computationally Predicted Electronic Properties and Energetics of Native Defects in Cubic Boron Nitride
本研究采用第一性原理方法结合半局部和介电混合泛函，全面分析了立方氮化硼中九种本征点缺陷的结构、电子特性及能量稳定性，并成功将 2.5 和 2.8 eV 处的光致发光峰分别归因于 N$_{\ m B}$ 和 B$_{\ m i}$ 缺陷。
2024-02-13 cond-mat.mtrl-sci
Native point defects and carbon clusters in 4H-SiC: A hybrid functional study
我们报告的第一性原理计算，澄清的形成能量和电荷跃迁水平的原生点缺陷和碳团簇在4 H多型碳化硅（4 H-SiC）在富碳条件下。我们采用了一种混合功能，再现SiC的实验带隙以及提供可靠的缺陷特性。对于点缺陷，我们调查了单空位，反位，和相关网站上的Si和C的晶体。对于碳团簇，我们系统地将两个额外的C原子引入到完美的4 H-SiC晶格中，去除Si原子和不去除Si原子，并进行结构优化以确定稳定的缺陷构型。我们发现，中性Si反位是积极有利的Si点缺陷在很宽的范围内的费米能级位置周围的本征制度，而带负电荷的Si空位和带正电荷的Si间隙的网站上包围的三个Si和三个C原子成为有利的n型和p型条件下，分别。对于C点缺陷，中性C反位是有利的本征和n型条件下，而带正电的C空位成为有利的p型条件下。我们还发现，一个二碳反位是更有利的比一个C-分裂间隙，这是最稳定的形式的单碳化合物。
2019-01-17 cond-mat.mtrl-sci
Defect Modulation Doping
半导体材料的掺杂是现代技术的基本部分，但是经典方法在许多情况下在可实现的载流子密度以及迁移率方面都达到了它们的极限。调制掺杂是一种利用两种材料之间界面处的能带对准以在其中一种材料中诱导自由载流子的机制，已被证明可以规避迁移率限制。然而，由于本征缺陷的掺杂限制的对准，使用这种方法不能提高载流子密度限制。在这里，我们提出了一种新的掺杂策略，使用宽带隙材料中的缺陷来掺杂不同性质的第二半导体层的表面。我们表明，通过在半导体材料上沉积绝缘体，层堆叠的导电性可以增加七个数量级，而不需要高温工艺或外延生长。这种方法有可能规避载流子迁移率和密度的限制，在半导体器件制造中开辟了新的可能性，特别是对于新兴的氧化物薄膜电子领域。
2019-07-05 cond-mat.mtrl-sci
Fermi Level Tuning of Epitaxial Sb2Te3 Thin Films on Graphene by Regulating Intrinsic Defects and Substrate Transfer Doping
采用分子束外延技术在石墨烯衬底上制备了高质量的Sb 2 Te 3薄膜，并利用原位扫描隧道显微镜/光谱仪对薄膜进行了研究。与第一性原理计算一致，确定了Sb 2 Te 3的本征缺陷是Sb空位和SbTe反位.通过最小化缺陷密度，再加上石墨烯衬底的转移掺杂，可以在体带隙的整个范围内调谐Sb 2 Te 3薄膜的费米能级。这为研究拓扑绝缘体在Dirac点附近的行为提供了必要条件。
2011-11-06 cond-mat.mtrl-sci
Role of native point defects and Hg impurities in the electronic properties of Bi$_4$I$_4$
结合输运测量与密度泛函理论计算，本文揭示Bi$_4$I$_4$中本征点缺陷及Hg替位杂质对载流子类型、浓度和电阻率的调控作用。
2024-10-23 cond-mat.mtrl-sci
First-principles study of defects and doping limits in CaO
本文通过杂化泛函第一性原理计算，系统研究了CaO中本征点缺陷对费米能级和掺杂类型的限制，并分析了氢杂质对掺杂的影响，为CaO作为量子缺陷宿主材料的掺杂设计提供了理论依据。
2024-04-01 cond-mat.mtrl-sci
Polaron formation, native defects, and electronic conduction in metal tungstates
钨酸铁（FeWO $_4$）和钨酸锰（MnWO $_4$）属于在包括超级电容器、电池和多铁性材料的各种领域中具有应用的钨型材料家族。然而，缺乏对这些过渡金属钨酸盐的体性质和缺陷物理的详细了解，阻碍了其功能性质的可能改进。在这里，我们报告的第一性原理研究FeWO $_4$和MnWO $_4$使用筛选混合密度泛函计算。我们发现，在这两种化合物中，带边附近的电子结构主要是高度局域化的过渡金属$d$态，这使得在Fe（Mn）位点形成空穴极化子，在W位点形成电子极化子。然而，在实际合成条件下，FeWO $_4$（MnWO $_4$）中的主要本征点缺陷是Fe（Mn）位点处的空穴极化子和带负电荷的Fe（Mn）空位。低能量和高移动极化子的存在为实验中观察到的良好p型导电性以及材料通过赝电容机制存储能量的能力提供了解释。
2017-10-26 cond-mat.mtrl-sci
Comprehensive ab initio study of doping in bulk ZnO with group-V elements
尽管缺乏可重复的实验证实，V族元素已被认为是以简单和复杂缺陷形式在ZnO中进行p型掺杂的可能来源。使用从头计算，基于最先进的混合交换相关泛函，我们研究了广泛的缺陷和缺陷复合物与N，P，As和Sb杂质。我们发现，没有一个候选人的p型掺杂可以被认为是一个很好的来源，由于深的受主能级和低形成能量的补偿施主缺陷的空穴在价带。此外，我们还讨论了配合物在不同体系中的稳定性。
2014-04-29 cond-mat.mtrl-sci
Dimensionality-suppressed chemical doping in 2D semiconductors: the cases of phosphorene, MoS2, and ReS2 from first-principles
尽管二维（2D）半导体对于电子学和光电子学具有巨大的吸引力，但是由于大的缺陷电离能（IE），通过化学掺杂来实现所需的电荷载流子浓度仍然是一个挑战。这里通过将缺陷IE分解为中性单电子缺陷能级、结构弛豫能量增益和电子弛豫能量成本，我们提出了一个概念性的图片，即大缺陷IE是由两种降维效应引起的。量子限制效应（QCE）使中性单电子点缺陷能级变深，而屏蔽效应（RE）的降低导致电子弛豫的高能量消耗。作为例子，分别对单层、少层和块状黑磷（BP）、MoS 2和ReS 2在强、中和弱层间相互作用下的第一性原理计算确实证明了总的趋势。基于对缺陷行为的深入了解，可以设想减少缺陷IE和改善载流子掺杂的策略。使用BP单层嵌入到介电连续体中或封装在两个h-BN层之间，作为实际例子，我们证明了增加屏蔽以减少缺陷IE和提高载流子浓度的可行性。我们的分析有望帮助实现有效的载流子掺杂，从而为2D半导体更广泛的应用开辟道路。
2017-11-14 cond-mat.mtrl-sci
Nature of native atomic defects in ZrTe$_5$ and their impact on the low-energy electronic structure
在过去的几十年里，对ZrTe $_5$的异常低能电子性质的研究已经得出了广泛的结论。一个悬而未决的问题是生长方法对ZrTe $_5$样品化学计量的影响，特别是考虑到其化学势附近的状态密度非常小。在这里，我们报告的高分辨率扫描隧道显微镜和光谱测量样品生长通过不同的方法。使用密度泛函理论计算，我们确定了最普遍的类型的原子缺陷的表面上的ZrTe $_5$，即Te空位和插入Zr原子。最后，我们精确地量化了它们的密度，并概述了它们作为电离缺陷在这种材料的异常电阻率中的作用。
2020-10-29 cond-mat.mtrl-sci
Optimizing defect states in $(Bi_{0.3}Sb_{0.7})_{2}Te_{3}$ ternary topological insulators using indium doping
本研究利用脉冲激光沉积制备薄膜并结合电阻与噪声测量，发现铟掺杂能系统性地改变BST拓扑绝缘体中浅层和深层缺陷态的激活能，有效增强绝缘性能，为先进电子应用提供了调控手段。
2025-08-11 cond-mat.mtrl-sci
Influence of Rhenium Concentration on Charge Doping and Defect Formation in MoS2
研究铼浓度对MoS2单层中电荷掺杂和缺陷形成的影响，发现高浓度铼导致聚集，降低掺杂效率并产生缺陷态，影响激子复合。
2024-01-03 cond-mat.mtrl-sci
Direct Visualization of Native Defects in Graphite and Their Effect on the Electronic Properties of Bernal-Stacked Bilayer Graphene
用于制备石墨烯基异质结构的石墨晶体通常被认为是无缺陷的。我们在这里报告扫描隧道显微镜的结果表明，石墨通常用于制备石墨烯器件可以包含大量的原生缺陷。表面的广泛扫描使我们能够确定原生缺陷的浓度为6.6 $\times$ 10 $^8$ cm $^{-2}$。我们进一步研究了这些本征缺陷对Bernal堆叠双层石墨烯电子性质的影响。我们观察到了门相关的谷内散射，并成功地将我们的实验结果与基于T矩阵的计算进行了比较，揭示了散射矢量分布中明显的载流子密度依赖性。我们还提出了一种用于评估短尺度散射的空间分布的技术。基于玻尔兹曼输运方程的理论分析预测，这里确定的稀释原生缺陷是一个重要的外部散射源，最终在低温下设置的迁移率。
2021-09-01 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
