Application of bond valence method in the non-isovalent semiconductor alloy (GaN)$_{1-x}$(ZnO)$_x$
本文研究了键价法（BVM）及其在非等价半导体合金（GAN）$_{\rm{1-x}}$（ZnO）$_{\rm{x}}$中的应用。特别注意的是短程有序（SRO）的作用。提出了一种基于原子轨道相互作用的物理解释，并通过密度泛函理论（DFT）计算进行了检验。结合BVM与蒙特卡罗模拟和基于DFT的团簇膨胀模型，键长分布和键角的变化进行了预测。还揭示了键价与键刚度之间的相关性。最后，将键价概念推广到原子势模型中。
2015-12-28 cond-mat.mtrl-sci
Realization of epitaxial ZnO layers on GaP(111) substrates by pulsed laser deposition
采用脉冲激光沉积技术在GaP（111）衬底上外延生长了ZnO薄膜。在高分辨率X射线衍射测量中使用phi扫描确定ZnO层相对于GaP衬底的面外和面内外延关系为（0001）ZnO||（111）GaP和（-12-10）ZnO||（-110）GaP。ZnO的外延生长及其强烈的激子光致发光和非常弱的缺陷发光的结果表明，（111）取向的GaP可以作为一种潜在的缓冲层选择，用于在Si（111）衬底上集成ZnO基光电子器件。
2014-06-17 cond-mat.mtrl-sci
XPS and DFT study of Sn incorporation into ZnO and TiO2 host matrices by pulsed ion implantation
采用脉冲离子注入法对ZnO和TiO 2体材料和薄膜材料进行Sn掺杂，并利用X射线光电子能谱（XPS）、价带谱（VES）和密度泛函理论（DFT）对Sn掺杂进行了研究。XPS谱分析表明，在ZnO（Sn 2 + -> Zn 2+）和钛白（Sn 4 + -> Ti 4+）中，Sn离子均发生了等价取代，从而形成了体相和薄膜相。对于TiO 2薄膜，注入也导致了掺杂离子的占据，这引起了取代和嵌入Sn原子的聚集，这并没有发生在ZnO：Sn薄膜样品。密度泛函理论（DFT）的形成能计算的各种纳入过程中，解释的替代缺陷在这两个矩阵的患病率。可能的机制和原因所观察到的趋势，Sn纳入到ZnO和TiO 2矩阵进行了讨论。
2015-05-05 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Electronic and vibrational spectroscopy of miscible MgO-ZnO ternary alloys
MgO-ZnO合金系统的有序结构是一种具有广泛应用前景的可调谐光学材料。然而，MgO-ZnO的等价和同构合金组合物通常在环境条件下不稳定。利用最先进的\textit{ab initio}演化模拟，我们预测和研究MgO-ZnO稳定相的性质。我们通过声子谱和拉曼光谱建立了预测的晶体结构的动力学稳定性。对两种最稳定结构的详细分析揭示了高度可调的性质，可以用于光子和光学应用。
2020-02-25 cond-mat.mtrl-sci
Composition dependent band offsets of ZnO and its ternary alloys
本文报道了\emph{wurtzite}三元合金Zn $_{1-x}$ M $_x$ O（M=Mg，Cd）的基本禁带宽度和ZnO/Zn $_{1-x}$ M $_x$ O异质结的带阶，这些II-VI族材料在电子学和光电子学中具有重要的应用价值。我们的计算是基于密度泛函理论的线性muffin-tin轨道（LMTO）方法，其中使用改进的Becke-Johnson（MBJ）半局域交换来精确地产生带隙，并应用相干势近似（CPA）来处理三元合金的构型平均。结合LMTO-MBJ-CPA的方法允许一个同时确定的异质结的导带和价带偏移。ZnO合金的计算的带隙数据分别标为Zn $_{1-x}$ Mg $_x$ O和Zn $_{1-x}$ Cd $_x$ O的$E_g=3.35+2.33x$和$E_g=3.36-2.33x+1.77x^2$，其中$x$是杂质浓度。这些缩放以及组合物相关的带偏移量进行定量比较，可用的实验数据。用LMTO-CPA-MBJ方法预测ZnO及其三元合金的能带参数和能带排列的能力表明了该方法在新兴电子学和光电子学设计中的应用前景。
2017-01-25 cond-mat.mtrl-sci
Many-Body electronic structure calculations of Eu doped ZnO
用密度泛函理论和多体$GW$方法计算了铕掺杂氧化锌的形成能和电子结构。在没有晶体缺陷的情况下，我们发现铕- $f$态位于ZnO的带隙中，铕具有2+的形式电荷。另一方面，ZnO中本征缺陷的存在允许带内$f-f$跃迁，否则在铕原子中禁止。这一结果与最近观察到的可见红光区的光致发光[1]相一致。
2016-02-29 cond-mat.mtrl-sci
ZnO-based Semiconductors and Structures for Transistors, Optoelectronic Devices and Sustainable Electronics
本文综述了ZnO基半导体的关键性质、沉积方法及其在薄膜晶体管、光电器件和可持续电子中的广泛应用前景。
2024-11-20 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Manybody GW calculation of the oxygen vacancy in ZnO
基于近似泛函的半导体中缺陷能级的密度泛函理论（DFT）计算受到相当大的不确定性，特别是由于不准确的带隙能量。通过对ZnO中O空位的多体GW计算，检验了以往的修正方法，发现：（i）由于自相互作用修正，VO缺陷态的GW准粒子位移增加了占据态和未占据态之间的分裂，不能反映导带与价带的特性。(ii)GW准粒子能量的带电缺陷态需要重要的修正超原胞有限尺寸效应。(iii)GW的结果是强大的相对于底层DFT或混合DFT功能的选择，和（2+/0）施主跃迁低于中间的间隙，接近我们以前的预测采用刚性带边位移。
2010-02-17 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
An Experimental and Theoretical Insights into the Dielectric Properties of (Li, Nd) Co-doped ZnO Ceramics
在这项工作中，我们报告的综合效果的施主（Nd）和受主（Li）共掺杂在Zn位的ZnO陶瓷的结构，显微结构和介电性能。结合实验观察与DFT为基础的理论研究，我们已经表明，在实验制造DFT为基础的第一性原理研究可以作为一个很好的指示，有事先定性评估的介电介质。为了实现这一目标，各种Li和Nd共掺杂ZnO陶瓷已通过传统的固相反应路线合成。定量XRD分析揭示了具有空间群P63mc的纤锌矿六方结构ZnO的形成。同时，FESEM显微照片证实了随机排列的大小和形状不均匀的晶粒的形成。我们发现，所研究的组合物的平均粒度分布和密度是两个调谐因素来控制这些化合物的介电性能。虽然介电常数随掺杂量的增加而降低，但最佳组成的Nd0.005Li0.005Zn0.99O的介电常数（1KHz时为2066）略低于纯ZnO，而室温下的介电损耗（1KHz时为0.20）却低于1623K下烧结的纯ZnO。为了理解所研究的陶瓷中的介电弛豫机制，复阻抗谱分析也进行了深入的讨论。该研究为进一步发展超电容陶瓷提供了新的思路，并扩展了目前对陶瓷材料超电容机理的理解。
2020-09-09 cond-mat.mtrl-sci
Band Gap Tuning of DC Reactively Sputtered ZnON Thin Films
氮氧化锌（ZnO $_x$ N $_y$）是一种新型的具有带隙可调的半导体材料。在这项研究中，一种新的直流反应溅射协议，制备ZnO $_x$ N $_y$薄膜具有不同的元素浓度，通过精确控制工作压力。使用UV-可见光谱法对带隙进行严格分析，并通过EDAX光谱法进行补充以确定元素组成的变化。利用原子力显微镜、X射线衍射仪和拉曼光谱仪研究了薄膜的微观结构与禁带宽度的关系，并利用乌尔巴赫定理对缺陷态进行了分析。这项研究揭示了在带隙调整过程中形成的中间结构的存在，这对未来旨在开发异质结构和二维超晶格的光子学应用的研究具有重要意义。
2023-02-16 cond-mat.mtrl-sci
Growth of transparent Zn1-xSrxO films by facile wet chemical method: Effect of Sr doping on the structural, optical and sensing properties
采用湿化学法在透明柔性衬底上制备了Sr掺杂ZnO纳米棒薄膜。系统研究了Sr掺杂对ZnO结构和光学性质的影响。Sr掺杂提高了ZnO的传感性能，有望成为未来有毒和可燃气体传感器以及光电子器件的理想材料。
2017-08-31 cond-mat.mtrl-sci
Optoelectronic and thermoelectric properties of Ba3DN (D = Sb, Bi): A DFT investigation
采用密度泛函理论（DFT）研究了六方反钙钛矿Ba $_3$ DN（D = Sb，Bi）的光电和热电性质.计算得到的两种化合物的平衡晶格参数与已有的数据符合得很好。电子结构的计算表明，它们是直接带隙半导体，Ba 3SbN和Ba 3BiN的带隙分别为1.35和1.33 eV。自旋-轨道效应的引入使Ba $_3$ BiN的导带分裂，带隙大大减小。这两种化合物具有高的吸收系数，显著高于GaAs的吸收系数并且接近于硅的吸收系数。Ba $_3$ SbN和Ba $_3$ BiN的静态折射率分别为~2.8和3.26。我们预测这两种材料都适合于高效太阳能电池。这两种化合物都表现出高塞贝克系数和高功率因数。我们的分析预测，所研究的材料是热电器件应用的潜在候选者。
2018-10-30 cond-mat.mtrl-sci
Effect of Ag doping on structural, optical, and photocatalytic properties of ZnO nanoparticles
在$400\,^{\circ}\mathrm{C}$上，采用一种基于短时间固相研磨和煅烧前驱体粉末的简单快速的方法成功制备了Ag掺杂ZnO纳米粒子。采用X射线衍射（XRD）、紫外-可见分光光度计和光致发光（PL）光谱研究了Ag稀掺杂对ZnO纳米粒子的结构、光学和光催化性能的影响。X射线衍射分析表明，Ag掺杂ZnO以六方纤锌矿结构固化。在PL测试中，随着银掺杂量的增加，深能级发射强度降低。X射线光电子能谱学（XPS）分析表明，Ag主要以金属态存在，ZnO主要以纤锌矿结构存在。这种金属状态伴随着独特的氧化锌性能脱色甲基紫，有效。第一性原理计算表明Ag在ZnO中的深能级具有n型行为，而在具有晶界的ZnO结构中，通过浅态的p型性质占主导地位，与本工作中研究的粉末样品相同。研究结果表明，银掺杂ZnO纳米粒子在光电子学、自旋电子学和废水处理等领域具有良好的应用前景。
2015-08-03 cond-mat.mtrl-sci
Scalable fabrication of nanostructured p-Si/n-ZnO heterojunctions by femtosecond-laser processing
我们提出了一个通用的，大规模的纳米结构半导体结的制造方法。利用飞秒激光脉冲在甲醇溶液中对硅基片进行处理，在基片表面形成了准有序分布的柱状纳米尖峰。通过脉冲激光沉积在激光处理的硅表面上沉积一层薄（80 nm）的ZnO，形成纳米结构的p-Si/n-ZnO异质结。我们表征了异质结的结构、光学和电学性质。对纳米结构p-Si/n-ZnO器件的I-V测量显示出非线性的电特性，具有类似二极管的行为。平坦的p-Si/n-ZnO参考样品上的电I-V测量显示出类似的特性，然而，在纳米结构的器件中，正向电流和整流比提高了几个数量级。本工作所采用的制备方法可以推广到其他大表面积电子和光电子器件的同质结或异质结。
2014-10-22 cond-mat.mtrl-sci
Cd-substitution effect on photoexcitation properties of ZnO nanodots surrounded by carbon moiety
该研究利用 DFT 与含时 DFT 分析碳包覆 Zn27-nCdnO27C42 纳米点，证明 Cd 取代可减小能隙并增强分子内电荷转移，为其光电子和光催化应用提供依据。
2022-12-28 cond-mat.mtrl-sci
Magnetic, Optoelectronic, and Rietveld refined structural properties of Al3+ substituted nanocrystalline Ni-Cu spinel ferrites: An experimental and DFT based study
本文结合溶胶-凝胶实验、XRD/Rietveld精修、VSM与DFT计算，研究Al3+取代Ni-Cu纳米尖晶石铁氧体的结构、磁性及光电特性。
2023-01-26 cond-mat.mtrl-sci
Global Optimization of Copper Clusters at the ZnO(10-10) Surface Using a DFT-based Neural Network Potential and Genetic Algorithms
由于势能面的复杂性，通过计算机模拟确定金属簇在固体表面上的最稳定结构是一个巨大的挑战。在这里，我们结合了高维神经网络的潜力，它允许预测的能量和力量的大量结构的第一原理的准确性，采用遗传算法的全局优化方案。这个非常有效的设置是用来确定一系列的铜团簇的全局最小值和低能量的局部最小值之间的4和10个原子吸附在ZnO（10 $\bar{1}$ 0）表面。在金属-氧化物界面处的一系列具有类似于Cu（111）和Cu（110）表面的共同结构特征的结构已经被确定，并且详细地表征了新兴团簇的几何形状。我们证明了在全局优化中经常采用的冻结基底表面近似可能导致错过最相关的结构。
2020-07-13 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph physics.comp-ph
Strong Quantum Confinement Effects and Chiral Excitons in Bio-Inspired ZnO-Amino Acid Co-Crystals
阐明带隙工程背后的基本原理对于在光子和光电子器件中成功实现半导体是至关重要的。最近已经表明，宽的和直接的带隙半导体，如ZnO的带隙，可以修改后与氨基酸共结晶，与生物分子的作用仍然不清楚。在这里，通过探测和建模的ZnO-氨基酸共晶体的发光特性，我们确定了氨基酸的作用，这种带隙调制，并证明其有效的手性转移到带间激发在ZnO。我们的3D量子模型表明，在共晶的强带边发射蓝移可以解释由准周期性分布的氨基酸势垒内的ZnO晶格。总的来说，我们的研究结果表明，生物分子共结晶可以作为一个真正的生物启发的手段，诱导手性量子限制效应的准体半导体。
2019-12-29 cond-mat.mtrl-sci
The structural, magnetic and optical properties of TMn@(ZnO)42 (TM = Fe, Co and Ni) hetero-nanostructure
磁性过渡金属氧化物纳米颗粒由于其广泛的应用而引起人们极大的兴趣，从磁共振成像中的医学传感器到光催化。虽然已经报道了一些关于TM@氧化物小团簇的研究，但对TMn@（ZnO）42的物理电子性质的理解还远远不够。本文采用密度泛函理论研究了TMn@（ZnO）42（TM = Fe，Co，Ni）异质纳米结构的电子、磁性和光学性质。结果表明，Fe 13 @（ZnO）42、Co 15 @（ZnO）42和Ni 15 @（ZnO）42是最稳定的核壳结构。此外，还预测了TMn @ ZnO 42异质纳米结构中Fe、Co和Ni的磁矩和磁性的变化主要源于核TM-3d轨道和壳O-2 p轨道的有效杂化，并研究了Fe 15 @（ZnO）42的磁矩反转.最后，通过计算研究的光学性质表明，与（ZnO）48的情况相比，在吸收光谱中的红移现象。
2017-09-25 cond-mat.mtrl-sci
Accurate Point Defect Energy Levels from Non-Empirical Screened Range-Separated Hybrid Functionals: the Case of Native Vacancies in ZnO
本研究采用非经验性调谐的筛选范围分离杂化（SRSH）泛函结合密度泛函理论（DFT），计算ZnO中本征锌、氧空位点缺陷的电子性质及缺陷能级，结果与实验高度一致，为缺陷物理提供低成本高精度的非经验性第一性原理计算框架。
2025-04-18 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Phase driven magnetic and optoelectronic properties ofLa2CrNiO6: A DFT and Monte Carlo perspective
为了寻找自旋电子器件用的铁磁绝缘体，我们采用第一性原理密度泛函理论和蒙特卡罗模拟技术研究了La 2CrNiO 6（LCNO）的电学、光学和磁学性质。首先，我们采用溶胶-凝胶法制备了LCNO，并在Rietveld机理下用全谱仪对X射线衍射值进行了修正。得到的正交Pbnm和立方Fm-3 m空间群被用作DFT计算的输入。这两种结构都显示出半金属性和绝缘带隙分别朝向多数和少数自旋方向。从磁矩计算中可以看出，Ni ~（3+）的低自旋态和双交换（DE）相互作用是LCNO铁磁性的主要原因。正交结构的光学介电常数为10，折射率为3.2。由MCS研究确定的转变温度为110 K，与实验值（111 K）吻合较好。在5特斯拉的施加场下，RCP值被确定为12 J/Kg，这对于磁热应用是有利的。
2021-09-27 cond-mat.mtrl-sci
Special Quasi-ordered Structures: role of short-range order in the semiconductor alloy (GaN)$_{1-x}$(ZnO)$_x$
本文研究了半导体合金（GAN）$_{1-x}$（ZnO）$_x$中的短程有序（SRO）。基于密度泛函理论（DFT）的团簇膨胀模型的蒙特卡罗模拟结果表明，异质合金具有较强的自组织振荡，这是由于异质合金对最近邻Ga-N和Zn-O对的能量偏好.为了表示SRO相关的结构相关性，我们引入了特殊准有序结构（SQoS）的概念。随后的DFT计算揭示了SRO对（GAN）$_{1-x}$（ZnO）$_x$合金的原子、电子和振动性质的显著影响。由于Zn 3 $d$ -N2 $p$的强排斥作用，无序合金中的Zn-N键在统计上的存在增强，使得无序合金的晶格弯曲和带隙减小比短程有序合金大得多。晶格振动的包含物使无序合金稳定。
2015-12-09 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Revealing the Competing Contributions of Charge Carriers, Excitons, and Defects to the Non-Equilibrium Optical Properties of ZnO
由于其宽的带隙和高的载流子迁移率，ZnO是一种有吸引力的材料，用于光捕获和光电应用。然而，它的功能效率，是强烈的影响缺陷相关的间隙状态，打开外在的衰减通道和修改弛豫时间尺度。因此，几乎每个ZnO样品的行为都不同，导致无法重现甚至相互矛盾的观察结果。在这里，一组互补的时间分辨光谱被施加到两个不同的缺陷密度的ZnO样品解开的竞争贡献的载流子，激子，和缺陷的非平衡动力学光激发后：时间分辨光致发光，激发态传输，和电子和频产生。值得注意的是，缺陷影响ZnO的瞬态光学性质跨越超过八个数量级的时间，开始与正常占用的缺陷状态的飞秒时间尺度上的光耗尽，然后由竞争的自由激子发射和激子捕获在缺陷的位置在皮秒内，缺陷束缚和自由激子的纳秒时间尺度上的光致发光，并深深地被困的孔微秒的寿命。这些发现不仅提供了ZnO中电荷和激子弛豫途径的第一个全面的图像，而且还揭示了这种具有挑战性的材料中先前相互矛盾的观察结果的微观起源，从而提供了克服困难的方法。
2019-04-15 cond-mat.mtrl-sci
Interface magnetism and electronic structure: ZnO(0001)/Co3O4(111)
本文采用密度泛函理论（DFT）的GGA+U方法研究了尖晶石$\rm Co_3O_4$（111）表面及其与ZnO（0001）界面的结构、电子和磁性。两种可能的形式的尖晶石表面，包含$\rm Co^{2+} $和$\rm Co^{3+} $离子和终止与钴或氧离子，以及它们与氧化锌的界面被认为是。我们的计算表明，$\rm Co^{3+} $离子获得非零磁矩在表面和界面，在相反的散装，在那里他们是没有磁性的，导致铁磁有序。由于重Co掺杂的ZnO样品可以包含$\rm Co_3O_4 $第二相，这种在界面处的磁有序可以解释这些稀磁半导体（DMS）中的磁性的起源。
2018-02-20 cond-mat.mtrl-sci
Computational screening of high-performance optoelectronic materials using OptB88vdW and TB-mBJ formalisms
我们进行高通量的密度泛函理论（DFT）计算的光电性能（电子带隙和频率相关的介电函数）使用OptB 88 vdW功能（OPT）和trans-Blaha修改的贝克约翰逊势（MBJ）。这些数据通过JARVIS-DFT数据库公开发布。我们使用这些数据来评估这两种形式主义之间的差异，并量化它们的准确性，在适用的情况下与实验数据进行比较。目前，我们有17，805 OPT和7，358 MBJ带隙和介电函数。MBJ被发现预测更好的带隙和介电函数比OPT，所以它可以用来改善众所周知的带隙问题的DFT在一个相对便宜的方式。用OPT和MBJ得到的介电函数的峰位与实验相当一致。这些数据可在我们的网站http://www.ctcms.nist.gov/~knc6/JVASP.html和https://jarvis.nist.gov上查阅。
2018-04-03 cond-mat.mtrl-sci
Competing charge density wave and antiferromagnetism of metallic atom wires in GaN(10${\overline{1}}$0) and ZnO(10${\overline{1}}$0)
低维电子系统通常表现出电子-声子和电子-电子相互作用之间的微妙相互作用，从而产生有趣的量子相，如电荷密度波（CDW）和磁性。利用密度泛函理论（DFT）的半局域和混合交换关联泛函以及无规相位近似下的精确交换关联（EX + cRPA）方法，系统地研究了GAN（10 ${\overline{1}}$ 0）和ZnO（10 ${\overline{1}}$ 0）表面部分氢化制备的含悬键电子的金属原子线的基态.我们发现，CDW或反铁磁（AFM）秩序具有电子能量增益由于带隙开放，从而更稳定的金属状态相比。我们的半局域DFT计算预测GAN（10 ${\overline{1}}$ 0）和ZnO（10 ${\overline{1}}$ 0）中的两种DB线具有相同的CDW基态，而混合DFT和EX+cRPA计算预测前者DB线的AFM基态和后者的CDW基态。结果表明，GAN（10 ${\overline{1}}$ 0）中局域化程度较高的Ga-DB电子优先选择AFM有序，而ZnO（10 ${\overline{1}}$ 0）中局域化程度较低的Zn-DB电子优先选择CDW有序.我们的研究结果表明，在两个代表性化合物半导体表面上产生的DB线中，截然不同的基态正在竞争。
2017-12-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Analysis of the structural characteristics and optoelectronic properties of CaTiO3 as a non-toxic raw material for solar cells: a DFT study
采用第一性原理量子化学计算方法，在密度泛函理论（DFT）框架下研究了钛酸钙α、β、γ相的结构和光电性质.当优化几何形状时，使用GGA近似。得到的弛豫晶格参数与实验结果一致。已经确定钛酸钙的最稳定相是正交晶系共晶，这与实验测量的结果相一致。结果表明，随着α相向γ相转变的进行，体系的晶格常数和原子间距离增大。这些材料的光电性能进行了研究，使用Wien 2k代码。采用高精度TB-mBJ近似计算了交换相关效应。对这些材料的电子性质的分析表明，所有研究的钛酸钙相都属于宽禁带半导体。计算出的立方、四方和正交CaTiO 3系统的带隙分别为2.83、3.07和3.26 eV。根据DOS图的分析，发现钛酸钙的四方相具有最高的态密度。所研究的系统的光学常数的计算表明，CaTiO 3立方系统的特征在于增加的吸收容量和相对较高的光电导。然而，对于钛酸钙的其他两相，计算给出了相同的模式，即，四方晶系和正交晶系CaTiO 3体系的吸收光谱和光导光谱实际上是一致的。
2022-10-29 cond-mat.mtrl-sci
Electronic and atomic structure of complex defects in highly n-type doped ZnO films
采用第一性原理电子结构计算方法研究了Ga和Al掺杂ZnO薄膜中的点缺陷。候选人的缺陷，以解释最近观察到的差异，这两个系统的电气和光谱行为。Ga-ZnO中的替代掺杂解释了电学性质的金属行为。间隙氧与取代Ga的复合物可以作为受体并引起部分补偿，以及在光电发射实验中观察到的导带最小值以下的带隙状态。Zn空位也可以充当补偿受主。另一方面，Al-ZnO的半导体化行为以及与纯ZnO相比光学带隙的微小变化，可以用受主Zn空位和替代Al施主之间几乎完全的补偿来解释。间隙Al也可以是施主能级，并且可以是在费米能级以下的光电发射实验中观察到的小带的起源。替位Al与间隙氧的组合可同时作为上述光电发射带的补偿受主和产生子。理论计算采用密度泛函理论在广义梯度近似下进行。在选定的情况下，DFT计算与半局部精确交换混合泛函已被执行。在相应的掺杂水平的Ga-ZnO和Al-ZnO的光电子能谱的结果进行了比较。
2013-11-25 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Structural and Optoelectronic Behaviour of Copper Doped Cs2AgInCl6 Double Perovskite: A DFT Investigation
最近，直接带隙双钙钛矿在光伏研究界中变得越来越流行，这是由于它们有可能解决铅（Pb）毒性和卤化铅（简单）钙钛矿中固有的结构不稳定性的问题。在本研究中，In-Ag基直接带隙双钙钛矿Cs2 AgInCl 6（CAIC），处理过渡金属掺杂，以改善材料的光电性能。采用密度泛函理论（DFT）和虚晶近似（VCA）的从头计算方法，对Cu掺杂的CAIC Cs2 Ag（1-x）CuxInCl 6的结构和光电性质进行了研究.计算结果表明，随着Cu含量的增加，Cs2 Ag（1-x）CuxInCl 6的最佳晶格常数和直接带隙分别呈线性和二次函数减小，而体弹性模量则呈二次函数增大.光吸收系数，光学电导率和其他光学参数的利益也计算，表明增强的吸收和导电性较高的铜含量。基于我们的研究结果，过渡金属（Cu）掺杂是处理双钙钛矿的一种可行方法-通过调整其光电性能，适用于广泛的光电子器件，太阳能电池和光电子器件。
2020-09-26 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
DFT based investigation of bulk mechanical, thermophysical and optoelectronic properties of PbTaSe2 topological semimetal
PbTaSe 2是一种非中心对称的拓扑半金属。在这项工作中，我们探讨了结构，弹性，机械，键合，电子，声学，热，光学性能的PbTaSe2。电子键结构的计算确认半金属字符。费米表面拓扑结构显示电子和空穴片。单晶弹性常数表明PbTaSe 2是弹性稳定的。该化合物是软的，脆的，同时具有高度的可加工性。它还具有非常高的干润滑性。各种各向异性指标表明，PbTaSe2是弹性各向异性的层状字符。研究了声子动力学。声子色散曲线表明，该化合物是动态稳定的，在声学和光学分支之间有明显的频率间隙。PbTaSe 2的德拜温度、声子热导率和熔化温度较低。该化合物具有中等的Grüneisen参数。成键特征以离子键为主，同时也有金属键的贡献。详细研究了其光学参数。光谱显示金属特征。该化合物非常有效地反射可见光（反射率高于60%）。它也是紫外线的有效吸收剂。该化合物相对于入射电场的偏振方向表现出明显的光学各向异性。
2023-03-02 cond-mat.mtrl-sci
Mechanical, optoelectronic and thermoelectric properties of half-Heusler p-type semiconductor BaAgP: A DFT investigation
我们首次利用基于密度泛函理论的计算方法研究了p型半Heusler化合物BaAgP的力学、电学、光学和热电性质。通过研究玻恩稳定性判据和声子色散曲线，证实了该化合物的力学稳定性和动力学稳定性。它是柔软的、可延展的和弹性各向异性的。沿a轴的原子成键比沿c轴的强。电子结构的计算表明，所研究的化合物是一个间接带隙半导体。电荷密度分布图和Mulliken布居分析表明BaAgP中的成键是共价键和离子键的混合。光学特性证实BaAgP是光学各向异性的。该化合物在可见光至紫外光范围内的高吸收系数和低反射率使其成为太阳能电池和光电子器件应用的可能候选者。通过求解玻尔兹曼半经典输运方程计算了其热电性能。在1000 K下沿a轴的计算功率因数为35.2 micro-W/cmK ~ 2（τ =10 ~（-14）s），这是SnSe的约3.5倍，SnSe是一种有前途的层状热电材料。BaAgP的热电优值ZT为0.44，这是由于高导热性而小的。因此，降低BaAgP的热导率是提高其热电性能的关键。
2020-11-20 cond-mat.mtrl-sci
Accelerated Dopant Screening in Oxide Semiconductors via Multi-Fidelity Contextual Bandits and a Three-Tier DFT Validation Funnel
National Institute of Electronics and Information Technology (NIELIT), India（印度国家电子与信息技术研究院（NIELIT））；Indian Institute of Information Technology, Allahabad (IIITA), Prayagraj, India（印度阿拉哈巴德信息技术学院（IIITA），普拉亚格拉杰，印度）
研究通过多保真度策略和三级DFT验证方法，高效筛选出具有可见光响应带隙的氧化锌掺杂体系，揭示掺杂性能由两个潜在化学维度决定，提供开放基准测试平台。
2026-04-11 cond-mat.mtrl-sci cs.LG physics.comp-ph
Band-edge problem in the theoretical determination of defect energy levels: the O vacancy in ZnO as a benchmark case
缺陷的形成能和电荷跃迁能级的计算通常依赖于用于描述电子结构的密度泛函理论（DFT）。由于半导体和绝缘体的体带隙不能很好地描述在半局域近似DFT，带隙校正方案或先进的理论模型，适当地描述带隙需要采用。然而，很明显，再现实验带隙的不同方法可以产生关于点缺陷的电荷跃迁水平的显著不同的结果。我们研究了这个问题的情况下，（+2/0）的电荷跃迁水平的O空位在ZnO中，这引起了相当大的关注作为一个基准的情况下。为此，我们首先进行计算的基础上非屏蔽的混合密度泛函，然后比较我们的结果与其他方法。虽然我们的结果与筛选混合泛函得到的结果非常一致，但与其他带隙校正方案相比，它们有着惊人的不同。尽管如此，我们表明，所有不同的方法彼此吻合良好，并与我们的计算时，一个合适的对齐程序。所提出的方法包括通过外部电势（例如真空能级）对准电子能带结构。当电子密度被很好地再现时，这个过程相当于在周期性边界条件下通过平均静电势进行的计算。我们强调，为了得到准确的缺陷能级，需要一个理论方案，以产生不仅带隙与实验一致，而且带边正确定位相对于这样的参考电位。
2012-04-18 cond-mat.mtrl-sci
Effect of metal dopant on structural and magnetic properties of ZnO nanoparticles
采用共沉淀法合成了Zn_（1-x）R_xO（R = Li，Mg，Cr，Mn，Fe和Cd），R离子的质量分数为3%。通过对样品的相组成、晶体结构、形貌、密度泛函理论（DFT）和磁性能的研究，探讨了R离子部分取代Zn 2+对样品磁性能的影响。X射线衍射分析表明，R掺杂对ZnO的晶格参数影响不大，掺杂后样品的结晶度提高。我们的研究结果表明，引入Cr，Mn和Fe以及Mg到ZnO诱导一个明确的磁矩没有任何明显的扭曲的结构形态。掺杂剂原子的空间配置是由第一性原理计算确定的，从而更好地理解负责磁性的掺杂剂原子的位置。计算得到Cr、Mn和Fe的磁矩分别为3.67、5.0和4.33 μB/掺杂原子，与实验值一致。虽然Cr和Fe倾向于形成团簇，但Mn更倾向于在系统内保持均匀分布，避免团簇衍生的磁性。
2021-10-24 cond-mat.mtrl-sci
Optoelectronic properties of zinc oxide: A first-principles investigation using the Tran-Blaha modified Becke-Johnson potentia
本工作利用密度泛函理论研究了半局域交换和关联效应对氧化锌电子和光学性质的影响。我们发现，包括这样的影响，使用反-Blaha修改的贝克-约翰逊势产生一个很好的描述这种材料的电子结构，给出的能带隙系统大于一个标准的局部泛函，如广义梯度近似。实验和理论带隙之间的差异，然后显着减少在计算成本低。我们还计算了ZnO的介电函数，发现ZnO的吸收边发生了紫移，这与实验结果吻合得很好。
2018-06-28 cond-mat.mtrl-sci
Evolution Process of Wurtzite ZnO Films on Cubic MgO (001) Substrates: a Structural, Optical and Electronic Investigation of the Misfit Structures
研究了用分子束外延技术制备的六方晶系ZnO薄膜与立方晶系MgO（001）衬底之间的界面。X射线衍射和（扫描）透射电子显微镜显示，在衬底温度高于200 ℃时，生长遵循单一的[0001]方向;而在衬底温度低于150 ℃时，生长最初沿着[0001]，然后主要改变为[0-332]变体，超过约10 nm的厚度。有趣的是，无论生长温度如何，对于沿着[0001]的生长都出现具有30度旋转角的双畴特征，实验证明了在这种异质外延中出现双旋转畴的理论预测[Grundmann等人，Phys.Rev.Lett. 105，146102（2010）]。通过X射线吸收谱（XAS）分析发现，ZnO薄膜的光学透过率受键长调制引起的生长方向突变的影响较大。XAS结果还显示了导带中的4pxy和4pz态随生长温度的升高而演化。本工作的结果有望促进ZnO在先进光电子领域的应用，并使其与其他不同相的材料集成。
2014-05-09 cond-mat.mtrl-sci
Energetics, electronic structure and electric polarization of basal stacking faults in wurtzite GaN and ZnO
本文利用 DFT 结合修正 Becke-Johnson 泛函研究纤锌矿 GaN 和 ZnO 中基面堆垛层错的能量、电子结构与极化性质，揭示其带隙降低及极化参数变化趋势。
2023-11-29 cond-mat.mtrl-sci
Optical properties and carrier dynamics in Co-doped ZnO nanorods
报道了通过过渡金属掺杂对ZnO纳米棒电子性质的可控修饰。采用化学浴法生长了一系列ZnO纳米棒，在生长溶液中Co含量从0到20原子%变化。光电行为进行了探讨，使用阴极射线发光，时间分辨发光，瞬态吸收光谱，和入射光子到电流转换效率（IPCE）。分析表明，表面缺陷在决定电子行为的关键作用。值得注意的是，共掺杂将纳米棒的光吸收扩展到可见光区域，增加了表面缺陷，缩短了非辐射寿命，同时使辐射寿命恒定。此外，对于1原子%的Co掺杂的ZnO纳米棒的IPCE增强。这些结果表明，掺杂可以可控地调整ZnO纳米棒的功能电子性质的应用。
2020-06-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Tailoring the Optoelectronic, Photocatalytic, Thermoelectric and Thermodynamic Properties of Halides Li2InBiX6 (X = Cl, Br, I) for Energy Conversion: A DFT Study
Princess Nourah Bint Abdulrahman University（公主诺拉·宾特·阿卜杜勒拉赫曼大学）；University of West Bohemia（西波希米亚大学）；University of Sargodha（萨尔戈达大学）；King Saud University（沙特国王大学）；Gachon University（迦南大学）
通过DFT研究Li2InBiX6卤化物的结构、电子、光学、介电、热电及光催化性质，揭示其在能量转换中的潜力。
2026-04-09 cond-mat.mtrl-sci
Electronic and optical excitations at the pyridine/ZnO(10$\overline{1}$0) hybrid interface
将全电子密度泛函理论与多体微扰理论相结合，研究了吡啶分子在ZnO（$10\overline{1}0$）非极性表面上的化学吸附.我们采用$G_0W_0$近似来描述它的准粒子能带结构的单粒子激发，并求解Bethe-Salpeter方程获得的吸收光谱。组分的不同特性导致各个Kohn-Sham态的非常不同的自能校正，因此$G_0W_0$能带结构与其DFT对应物明显不同，即，多体效应不能被认为是导带的刚性移动。我们探讨了在很宽的能量范围内的界面处的光激发的性质，并表明形成了各种电子-空穴对，包括混合激子和（混合）电荷转移激发。的吸收开始的特征在于由一个强烈的约束明亮的ZnO为主的混合激子。对于任一激子类型的选定的例子，我们分析了从价带和导带的个人贡献，并讨论了电子-空穴波函数的结合强度和扩展。
2018-07-30 cond-mat.mtrl-sci
Electron-phonon interaction and surface effects on the optoelectronic properties of diamondoids: A comparative study
钻石状体特殊的光电性质使实验结果与多体理论计算结果之间存在一定的差异。因此，许多理论的努力被吸引来解决这些不一致。本文首先采用含时密度泛函理论（TD-DFT）和Franck-Condon（FC）近似，研究了电子-声子相互作用对最小类金刚石及其衍生物光学带隙的影响。然后，以比较的方式，这些结构的e-ph耦合和光学性能的表面效应被认为是。我们发现，碳的集体运动修改了以前的金刚烷的OG TD-DFT技术预测。这种效应的引入也可以充分解释扩散量子蒙特卡罗（DMC）方法预测的高估的间隙。此外，我们表明，表面的化学是另一个值得注意的效果，可以影响的OG重整化和光谱线型的系统。
2016-08-06 cond-mat.mtrl-sci
Optoelectronic Properties and Excitons in Hybridized Boron Nitride and Graphene Hexagonal Monolayers
本文用密度泛函理论、GW和Bethe-Salpeter方程计算解释了碳-硼氮化物（CBN）杂化单分子膜的电子带隙和光吸收谱的性质。CBN的光电性能的结果从整体单层能带结构，其准粒子状态的控制由C域的大小和谎言在单独的能量为C和BN没有显着的混合在带边，证实了存在强烈的约束明亮的激子状态本地化的C域。由此产生的吸收光谱显示出两个显着的峰，其能量和相对强度随组合物在协议的实验，与大的补偿准粒子和激子修正相比，DFT计算。带隙和光吸收不受单层组合物调节，通常用于大块半导体合金，并且不能被理解为块状C和BN域的性质的叠加，如最近的实验所建议的。
2012-04-06 cond-mat.mtrl-sci
First principles investigation of cubic RbGeO3 novel inorganic lead-free germanate perovskite material for optoelectronic and plasmonic applications
本文通过第一性原理DFT计算研究立方相RbGeO3锗酸盐钙钛矿，证明其具有与立方SrGeO3相似的热力学、动力学稳定性及反铁畸变不稳定性，并首次报道其光电性质，表明该材料适用于光电和等离激元应用。
2023-10-27 cond-mat.mtrl-sci
Surface passivated and encapsulated ZnO atomic layer by high-$κ$ ultrathin MgO layer
原子透明的垂直排列的ZnO基范德华材料已开发的表面钝化和封装的MgO原子层使用材料的设计，物理性能进行了研究。钝化和封装导致光学和电子性能的显着改善。MgO与ZnO、ZnO与MgO/ZnO、ZnO与MgO/ZnO/MgO异质界面之间的价带偏移$ΔE_v$分别为0.37 $\pm$ 0.02、-0.05 $\pm$ 0.02、-0.11 $\pm$ 0.02 eV;导带偏移$ΔE_c$被推导为0.97 $\pm$ 0.02、0.46 $\pm$ 0.02和0.59 $\pm$ 0.02 eV，表明MgO和ZnO中的跨越I型，以及ZnO和各种异质结构中交错的II型异质结能带排列。用能带偏移和界面电荷转移解释了超晶格中$n$型导电性的起源。由于载流子限制在层中而增强的光吸收表明MgO是用于封装ZnO基光电子器件的优异的高$κ$介电栅氧化物。
2019-06-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Genome-Guided Interpretable Screening of Phase-Stable, Lead-Free Double Perovskite Absorbers for All-Inorganic Semiconductors, Sensors, and Photovoltaics with DFT-Validated Design Rules
Research and Analysis Institute, RAI Initiative Ltd（拉伊倡议有限公司研究与分析研究所）；Bangladesh University of Textiles（孟加拉国纺织大学）；Universiti Putra Malaysia（马来西亚博特拉大学）；Institute of Science Tokyo（东京科学大学）；University of Évora（埃武拉大学）；Daffodil International University（达富迪尔国际大学）；University of Idaho（爱达荷大学）；North Carolina A&T State University（北卡罗来纳州立农业技术大学）
提出一种基因组引导、物理信息驱动的框架，通过四个可解释描述符家族解码热力学稳定性和光电行为，结合机器学习与DFT验证，从13088种无铅组分中筛选出5种相稳定半导体。
2026-05-21 cond-mat.mtrl-sci
Illuminating Stability and Spectral Shifts: A DFT+U Study of Eu-Doped ZnWO$_4$ for Visible-Light Optoelectronics
本研究通过GGA+U框架下的自旋极化DFT计算，探究Eu掺杂对ZnWO$_4$结构、电子及光学性质的调控作用，证实其稳定性并揭示红移等光电特性变化，为w-LEDs等光电器件提供候选材料。
2025-09-05 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Multi-component Transparent Conducting Oxides: Progress in Materials Modelling
透明导电氧化物（TCO）是现代光电子器件的重要组成部分，具有导电性和光学透明性。我们回顾了最近的进展，在我们的理解形成的多组分TCO的固溶体的ZnO，In 2 O3，Ga 2 O3和Al 2 O3，特别强调的贡献，主要是基于密度泛函理论的材料建模。特别是，我们突出了三个主要结果，从我们的工作：（i）的基本原则，多组分氧化物结构，包括（In_2 O_3）（ZnO）_n，命名为IZO，（In_2 O_3）_m（Ga_2 O_3）_l（ZnO）_n，命名为IGZO的晶体结构;（ii）元素组成和光学和电学行为之间的关系，包括价带排列;（iii）非晶氧化物半导体的高性能。从这些进展，新型电瓷材料的合理设计的挑战进行了讨论。
2011-01-29 cond-mat.mtrl-sci
Unveiling a Novel Silicene-Like Material: A DFT Study on Pentahexoctite-Silicon and Its Optoelectronic Characteristics
本文受五-六-八边形碳启发，提出新型二维硅材料PH-Si，通过DFT和AIMD模拟揭示其各向异性金属导电、可见-紫外光吸收及力学稳定性，为光电应用提供新候选材料。
2023-10-31 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Tunable electronic properties and band alignments of MoSi$_2$N$_4$/GaN and MoSi$_2$N$_4$/ZnO van der Waals heterostructures
范德华异质结构（VDWH）是一种新兴的策略，工程的二维（2D）材料系统的电子性能。最近发现的MoSi $_2$ N $_4$-一个合成的七层的二维半导体具有特殊的机械和电子性能的启发，我们调查的协同作用\ce{MoSi2N4}与宽带隙（WBG）的GaN和ZnO的二维单层使用第一性原理计算。发现MoSi $_2$ N $_4$/GaN是直接带隙的I型VDHH，而MoSi $_2$ N $_4$/ZnO是间接带隙的II型VDHH.有趣的是，通过沿面外方向施加电场或机械应变，MoSi $_2$ N $_4$/GaN和MoSi $_2$ N $_4$/ZnO的能带结构可以被显著地改变，表现出丰富的过渡行为，例如I型到II型能带对准和直接到间接带隙转变。这些发现揭示了MoSi $_2$ N $_4$基WBG VDWH作为超紧凑光电应用中具有巨大设计灵活性的可调谐混合材料的潜力。
2022-02-24 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
High-Pressure DFT Study of BeX (X = S, Se, Te): Phonon Spectra, Optical Properties, and Thermodynamic Stability for Advanced Optoelectronic Applications
本研究通过DFT第一性原理计算，探究了0-10 GPa静水压下BeX（X=S、Se、Te）的多种性质，证实其动力学稳定性，揭示压力对能带、光学及热力学参数的调控作用，为相关器件应用提供理论支撑。
2025-10-01 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Carbon Kagome lattice and orbital frustration-induced metal-insulator transition for optoelectronics
基于第一性原理计算，提出了一种由四配位碳原子组成的三维元素碳Kagome晶格（CKL）。尽管在三角环中存在60°键角，被广泛认为是能量上不利的，但发现CKL显示出与C60相当的异常稳定性。该系统使我们能够研究三角形挫折对现实固体的电子性质的影响，它展示了从石墨烯到可见蓝色区域的直接带隙半导体的金属-绝缘体过渡。通过最小化s-p轨道杂化（这是碳的固有性质），不仅带边态变为几乎纯阻挫p态，而且能带结构在性质上不同于任何已知的体元素半导体。例如，光学性质类似于直接带隙半导体GAN和ZnO的光学性质，而有效质量与Si的有效质量相当或更小。
2015-10-19 cond-mat.mtrl-sci
Nitrogen incorporated Zinc oxide thin film for efficient ethanol detection
氧化锌是一种n型半导体金属氧化物（SMO），是一种很有前途的检测乙醇蒸气的材料。然而，纯ZnO基乙醇传感器通常具有工作温度高、对甲醇交叉敏感和对湿度稳定性差的缺点。用各种金属离子掺杂ZnO已被广泛探索，作为改善其乙醇传感性能的有效方法，而阴离子掺杂剂很少被考虑。在这里，我们展示了氮掺杂对ZnO薄膜的乙醇传感特性的影响。以尿素为氮源，采用溶胶-凝胶法制备了氮掺杂ZnO（N-ZnO）薄膜。在较宽的温度和相对湿度范围内，N-ZnO薄膜的乙醇敏感特性与纯ZnO的乙醇敏感特性相当。N-ZnO传感器在较低的操作温度下表现出显著大的乙醇感测响应（ZnO在225 °C下为~ 99%，在250 °C下为~ 81%）、更快的响应时间（ZnO为12秒，在33秒）、长期稳定性、改善的对湿度的弹性以及对乙醇的选择性超过甲醇和丙酮。通过密度泛函理论计算乙醇在ZnO和N-ZnO表面上的吸附能，对实验观测进行了补充。我们讨论了改进的N-ZnO的乙醇传感的微观起源有关的氧化物表面上的乙醇分子的容易的吸附，这是由氮掺杂原子的ZnO的电子性质的改性促进。
2021-12-18 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Polaronic-Distortion-Driven Enhancement of Excitonic Auger Recombination in ZnO Nanoparticles
Wuhan National Laboratory for Optoelectronics, Huazhong University of Science and Technology（华中科技大学武汉国家光电实验室）；Advanced Biomedical Imaging Facility, Huazhong University of Science and Technology（华中科技大学先进生物医学成像设施）
本研究利用瞬态吸收光谱和超快电子衍射，揭示了ZnO纳米颗粒中光生空穴经俄歇机制被氧空位捕获并引发局部结构畸变，形成激子-极化子复合物，从而解释了其长寿命可见发光现象。
2025-11-02 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Structural Stability and Defect Energetics of ZnO from Diffusion Quantum Monte Carlo
我们采用多体从头扩散量子蒙特卡罗（DMC）方法研究了Zn和ZnO晶体在压力下的热力学行为，以及ZnO中氧空位、锌间隙原子和氢杂质的热力学行为。我们表明，DMC是一种准确和实用的方法，可用于表征材料的多个属性是具有挑战性的密度泛函理论近似。DMC同意与实验测量到0.3 eV内，包括ZnO的带隙，O和Zn的电离势，和O $_2$，ZnO二聚体，和纤锌矿ZnO的原子化能。DMC预测氧空位作为深施主，在富氧条件下形成能为5.0（2）eV，热力学跃迁能级位于距离价带最大值1.8和2.5 eV之间。我们的DMC的结果表明，在ZnO中的锌间隙和氢杂质的浓度应该是低的n型，锌和H-丰富的条件下，因为这些缺陷在这些条件下的形成能超过1.4 eV。DMC和混合泛函的比较表明，这些DFT近似可以被参数化，以产生一个一般正确的定性描述ZnO。然而，在ZnO中的缺陷与DMC和混合功能评估的形成能可以相差超过0.5 eV。
2015-04-30 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
