An \emph{ab initio} study on split silicon-vacancy defect in diamond: electronic structure and related properties
金刚石中的分裂硅空位缺陷（SiV）是一种具有电活性和光学活性的色心。最近，它已被证明，这个色心是明亮的，可以检测到在单一的缺陷水平。此外，SiV缺陷显示出非零电子自旋基态，这可能使该缺陷成为除了众所周知的金刚石中的氮空位色心之外的量子光学和计量应用的替代候选者。然而，缺陷的电子结构，光激发的性质和其他相关性质还没有得到很好的理解。在这里，我们提出了先进的\emph{ab initio}研究金刚石中的SiV缺陷。我们确定了缺陷的形成能、电荷跃迁能级和激发态的性质。我们的研究解开了与1.68 eV光致发光中心相关的带负电荷的SiV缺陷的黑暗或搁置状态的起源。
2013-10-14 cond-mat.mtrl-sci
Electronic properties and metrology of the diamond NV- center under pressure
金刚石中带负电荷的氮空位（NV-）中心实现了量子技术的新前沿。在这里，该中心的光学和自旋共振下观察到的流体静压高达60 GPa。我们的观察激发了强大的新技术来测量压力和图像高压磁和电现象。我们的观察进一步揭示了当前中心模型的根本不足，并提供了对其电子结构的新见解。
2013-10-08 cond-mat.mtrl-sci
The electronic structure of the silicon vacancy color center in diamond
金刚石中带负电荷的硅空位（SiV）色心最近被证明适合于明亮和稳定的单光子发射。然而，到目前为止，它的电子结构仍然难以捉摸。在这里，我们探索的电子结构，通过暴露单个SiV缺陷的磁场塞曼效应升降机的磁子能级的简并。在低应变参考样品中的单中心和SiV系综的类似响应证明了我们制造几乎完美的单SiV的能力，揭示了缺陷的电子性质的真实性质。我们使用群论方法模拟的电子态产生了很好的协议与实验观察。此外，该模型正确地预测了单SiV中心的极化测量，并解释了最近发现的SiV缺陷的自旋选择性激发。
2013-10-11 cond-mat.mtrl-sci
Electronic properties and hyperfine fields of nickel-related complexes in diamond
利用第一性原理研究了金刚石中与镍有关的缺陷中心的微观性质。几种配置，涉及替代和填隙镍杂质，已被认为是在隔离配置或形成复合物与其他缺陷，如空位和硼和氮掺杂剂。结果，在自旋，对称性，和超精细领域，进行了比较与现有的实验数据的电活性中心的合成金刚石。此前提出的用于解释这些数据的几个微观模型已得到本次调查的证实，而一些模型可能会被丢弃。我们还对其中几个中心的微观结构提供了新的见解。
2012-08-15 cond-mat.mtrl-sci
The influence of size effect on the electronic and elastic properties of diamond films with nanometer thickness
用<111>电子能带结构计算方法研究了两侧覆盖氢原子的少层取向金刚石纳米晶的原子结构和物理性质。结果表明，能量稳定性线性增加的建议结构的厚度的增加。所有的二维碳膜显示直接介电带隙与非线性量子限制响应的厚度。金刚石的弹性性质揭示了复杂的依赖于层数的增加<111>。所有的理论结果与现有的实验数据进行了比较。
2011-03-31 cond-mat.mtrl-sci
Quantum Conductance and Electronic Properties of Lower Diamondoid Molecules and Derivatives
类金刚石及其衍生物在纳米技术中作为模板和分子构建块有着重要的应用。应用从头算方法计算了两种低级金刚烷（金刚烷和金刚烷）及其三种重要衍生物（金刚烷胺、美金刚胺和金刚乙胺）的量子电导和基本电子性质。我们还研究了两种人造分子，它们是通过在金刚烷和金刚烷分子中用一个钠离子取代一个氢离子而构建的。我们的大部分结果是基于ATK和VNL软件构建的无限Au双探针系统，包括TRANSTA-C软件包。通过改变线性Au和2 × 2 Au探针体系中的各种体系结构和分子取向，我们发现虽然金刚烷和金刚烷的电导很小，但低级金刚烷的衍生物在特定取向上具有相当大的电导，并显示出有趣的电子性质。通过改变分子的取向，这些分子的量子电导会发生显著的变化，证明了氮、钠等残基对单分子的电导和电子性质有很大的影响。人工分子的透射光谱在费米能级附近有明显的峰，表明人工分子的I-V特性存在平台。
2008-06-16 cond-mat.mtrl-sci
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
3d transition metal impurities in diamond: electronic properties and chemical trends
采用第一性原理计算研究了金刚石中孤立的3d过渡金属杂质（从Sc到Cu）的性质变化趋势。这些杂质在替代或双半空位中具有小的形成能，而在间隙中具有大的形成能。从Sc到Cu，带隙中的3d相关能级在所有三个位置中从带隙的顶部向价带移动。杂质的电子性质和跃迁能的趋势，在替代或间隙的网站，很好地描述了一个简单的微观模型，考虑电子占据的3d相关的水平。另一方面，对于双半空位位的杂质，在双空位和3d相关轨道之间存在弱相互作用，导致材料带隙中的空位和3d相关能级。
2013-07-11 cond-mat.mtrl-sci
Stability and electronic structure of NV centers at dislocation cores in diamond
本文用密度泛函理论分析了金刚石中30个$^\circ$和90个$^\circ$部分滑移位错中位于或接近位错核的带负电荷的氮空位缺陷复合体。分析了在这种结构畸变环境中NV中心的形成能、电子态密度、结构形变、超精细结构和零场分裂参数。NV中心的形成能量在位错核心处比结晶金刚石的体积值低多达3eV。我们发现，当NV中心的轴平行于位错线取向时，在30 $^\circ$部分滑移位错的核心处的NV中心的最低能量配置被实现。这种特殊的构型具有稳定的三重态基态。它的超精细常数和零场分裂参数偏离体积NV中心的值仅3%。因此，这是沿着位错线的NV中心的线性阵列的自组装的一个有趣的候选者。
2022-11-29 cond-mat.mtrl-sci
Hydrophilic direct bonding of (100) diamond and deposited SiO$_2$ substrates
本研究提出一种低温大气条件下将(100)金刚石与PECVD生长的SiO$_2$衬底直接亲水键合的方法，通过优化工艺实现90%良率和9.6 MPa剪切强度，为金刚石量子光子器件规模化制造奠定基础。
2025-01-22 cond-mat.mtrl-sci
The negatively charged nitrogen-vacancy centre in diamond: the electronic solution
带负电荷的氮空位中心是金刚石中的独特缺陷，其具有非常适合于许多应用的性质，包括量子信息处理、量子精密测量和生物标记。虽然该中心的独特属性已被广泛记录和利用，但尚未实现对该中心物理特性的详细了解。事实上，关于中心的电子结构仍然存在一些争论点，例如暗中间单重态的排序。没有一个健全的模型，该中心的电子结构，了解系统的独特的动力学性质不能有效地进展。在这项工作中，分子模型的缺陷中心是充分发展，提供一个自洽的模型的完整的电子结构的中心。该模型的应用，以描述电，磁和应变相互作用的影响，以及该中心的精细结构随温度的变化，提供了一个宝贵的工具，那些研究该中心和设计未来的经验和从头研究这一重要缺陷的一种手段。
2010-08-31 cond-mat.mtrl-sci
Thermal Diffusion Boron Doping of Single-Crystal Diamond
单晶金刚石（SCD）具有最佳的整体电子和热性能，是极宽禁带材料，有望在未来彻底改变电力电子和射频电子。然而，将SCD转变为有用的半导体需要克服掺杂挑战，因为传统的替代掺杂技术，例如热扩散和离子注入，不容易应用于SCD。在这里，我们报告了一个简单的和容易获得的掺杂策略，证明在SCD中的电激活，取代掺杂，而不诱导石墨化转变或晶格损伤，可以很容易地实现与热扩散在相对较低的温度下，通过使用重掺杂的硅纳米膜作为一个独特的掺杂剂携带介质。原子模拟阐明了空位交换硼掺杂机制，发生在Si和金刚石之间的键合界面。我们进一步展示了选择性掺杂的高压二极管和半波整流器电路使用这样的掺杂SCD。我们的新掺杂策略为未来的高压功率转换系统和其他新型金刚石基电子器件使用SCD建立了一条可达的道路。这种新的掺杂机制可能在其他宽带隙半导体中找到关键用途。
2016-03-03 cond-mat.mtrl-sci
Plasmon channels in the electronic relaxation of diamond under high-order harmonics femtosecond irradiation
我们使用飞秒掺钛蓝宝石系统的高次谐波（脉冲持续时间25 fs）来实现金刚石的紫外光电子能谱学（UPS）测量。UPS光谱测量范围为13至27的谐波。我们还做了从头计算的电子寿命的能量范围内产生的UPS实验中的传导电子。这样的计算表明，当传导电子能量达到等离子体激元能量时，寿命突然减小，而UPS光谱显示在该范围内的强弛豫机制的证据，其中低能量次级电子的产生增加。我们建议，在这种情况下，电子弛豫过程中的两个步骤：激发等离子体的高能电子，后者衰减成单独的电子空穴对，在金属的情况下。这一过程是首次在绝缘体中观察到的，由于其高效率，应该在高强度下的激光击穿模型中引入。
2005-01-28 cond-mat.mtrl-sci
Silicon Oxide Passivation of Single-Crystalline CVD Diamond Evaluated by the Time-of-Flight Technique
金刚石优异的材料性能使其非常适合许多传统电子材料无法达到的极端电子应用。为了使商用金刚石器件成为现实，必须具有有效的表面钝化，因为钝化决定了器件承受高表面电场的能力。在本文中，我们提出的数据从横向飞行时间的研究SiO2钝化本征单晶CVD金刚石。使用三种不同的技术沉积SiO2膜。研究了钝化处理对空穴输运的影响，结果表明钝化处理使空穴迁移率增加。从三个不同的钝化的结果进行了比较。
2014-01-20 cond-mat.mtrl-sci
Microscopic mechanism for mechanical polishing of diamond (110) surfaces
用总能量赝势方法研究了金刚石抛光过程中的机械诱导降解。金刚石（110）表面上不同方向之间抛光速率的强烈不对称性可以用纳米沟槽形成的原子机制来解释。抛光后的表面形貌和抛光残留物的性质预测由该机制是与实验证据相一致。
1998-03-24 cond-mat.mtrl-sci
Finite temperature electronic structure of Diamond and Silicon
电子-声子相互作用对电子能量的贡献被包括在密度泛函总能量计算中，通过Allen形式[Phys.Rev.B18，5217（1978）]使用从头赝势，以获得金刚石和硅的温度依赖的电子结构。这种方法使我们能够获得热平均从头计算电子结构在一个简单的和计算成本低廉的方式。我们对金刚石和硅的有限温度电子结构的研究导致了一个新的判据，温度可转移性，这是从头计算赝势与温度相关的研究所需要的。在这项工作中使用的Troullier-Martins赝势的温度可转移性强烈依赖于截止半径和包含的未结合的3d $^0$状态。有限温度间接带隙对赝势中使用的截止半径的选择高度敏感。有限温度能带结构和态密度表明，热振动影响整个价带和导带的电子能量。我们比较了我们的结果上的带隙位移由于Debye-Waller项在Allen-Heine理论和讨论所观察到的差异在零点和高温带隙位移。虽然最高占据价带和最低未占据导带中的电子能量移动使得能够获得有限温度下间接和直接带隙的变化，但是其他电子能级随温度的移动使得能够研究键合区域中的有限温度价电荷分布。因此，我们表明，艾伦理论提供了一个简单的和理论上合理的形式主义，以获得有限的温度价电子电荷密度，超越了刚性的伪原子近似。
2018-02-16 cond-mat.mtrl-sci
Stability of Oxygenated Groups on Pristine and Defective Diamond Surfaces
金刚石的表面功能化已经通过各种技术进行了广泛的研究，例如氧化。在氧化金刚石上相应地检测到几种氧基团，例如COC（酯）、CO（酮）和COH（羟基）。然而，金刚石表面上这些基团的组成和相对浓度会受到氧化处理类型和金刚石表面质量的影响。为了研究特定金刚石表面上含氧基团的稳定性，我们通过全原子反应分子力学（FARMM）模拟，使用ReaxFF力场，评估了原始和有缺陷金刚石表面上CO，COC和COH基团的形成能（110），（111）和（311）。根据我们的研究结果，COH基团在完美的（110）表面上具有最低的形成能，而COC基团在有缺陷的表面上更受欢迎。对于（111）面，COC基团对于原始面和缺陷面都是最稳定的。同样，COC基团也是缺陷/完美（311）表面上最稳定的基团。通过这种方式，我们的结果表明，如果在金刚石膜中（110）表面是主要的暴露面，则吸附最多的氧基团可能是COH或COC，其中COC将取决于表面缺陷的水平。
2022-01-24 cond-mat.mtrl-sci
(Meta-)stable reconstructions of the diamond(111) surface: interplay between diamond- and graphite-like bonding
基于有效多体Brenner势的清洁金刚石（111）表面的非晶格Grand Canonical蒙特卡罗模拟产生了与\emph{ab-initio}计算一致的$(2\times1)$ Pandey重建，并预测了新的亚稳态的存在，其能量非常接近，所有表面原子都以三重石墨键合。我们相信，通过考虑这种类型的碳特定的配置，可以解决这个表面的结构和电子性质的长期争论。
2000-03-18 cond-mat.mtrl-sci
High-field Magnetotransport Studies of Surface Conducting Diamonds
Monash University（蒙纳士大学）；La Trobe University（乐卓博大学）；The University of Melbourne（墨尔本大学）；Queensland University of Technology（昆士兰科技大学）
本研究通过改进的理论磁输运模型分析了表面导电氢终止钻石的磁输运行为，发现轨道磁电阻主导了高磁场下的磁输运，并观察到高达1000-3000 cm²/Vs的局部空穴迁移率。
2026-05-21 cond-mat.mtrl-sci
Computational study of alpha-ray induced electron excitation in diamonds for radiation detection
本研究针对金刚石辐射探测机制，开发基于实时含时密度泛函理论的计算方案，通过模拟α粒子辐照下金刚石的电子激发及动力学，为评估金刚石基辐射探测器性能提供了稳健理论框架。
2025-08-24 cond-mat.mtrl-sci
A path-integral molecular dynamics simulation of diamond
金刚石的研究是通过原子核的路径积分分子动力学模拟结合紧束缚哈密顿量来描述其电子结构和总能量。这种方法使我们能够量化量子零点振动和有限温度对金刚石的电子和振动性质的影响。由零点振动介导的电子-声子耦合使金刚石的直接电子能隙减小了10%。计算的直接带隙随温度的减小在700 K以下与实验数据吻合较好。基于路径积分形式主义的线性响应方法得到了晶体的非谐振动频率。特别地，从模拟中导出了带心光学声子的温度依赖性。原子间相互作用势的非谐性导致声子频率的红移，在500 K以上的温度下，与现有的实验数据相比，这种红移被高估了。预测的弹性常数c_{44}的温度变化与现有的实验结果显示合理的协议。
2006-06-01 cond-mat.mtrl-sci
Cobalt-related impurity centers in diamond: electronic properties and hyperfine parameters
用第一性原理计算研究了金刚石中与钴有关的杂质中心。我们计算的对称性，形成和过渡的能量，和超精细参数的钴杂质在孤立的配置，并在涉及空位和氮原子的配合物。我们发现，在一个双空位的钴杂质是积极有利的，并在其附近的氮原子偏析。我们的研究结果进行了讨论的背景下，最近观察到的Co相关的电活性中心的合成金刚石。
2013-07-10 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Electronic properties of c-BN/diamond heterostructures for high-frequency high-power applications
本文通过第一性原理计算，发现金刚石/c-BN异质结在(111)和(100)极性界面下呈I型能带排列，并产生二维极化电荷，有望用于高频高功率器件。
2023-10-10 cond-mat.mtrl-sci
Formation of a boron-oxide termination for the (100) diamond surface
本文通过超高真空下 B₂O₃ 分子沉积与 950°C 退火，在（100）金刚石表面制备出高度取向、化学均匀的氧化硼终端，为金刚石表面工程及硼掺杂 delta 层制备提供新途径。
2024-03-04 cond-mat.mtrl-sci
Raman spectra of electrochemically hydrogenated diamond like carbon surface
拉曼光谱已被用来区分原始氢化类金刚石碳（PHDLC）和电化学氢化类金刚石碳（ECHDLC）的拉曼光谱。拉曼光谱中背景光致发光（PL）的增强和荧光光谱的展宽是由于在电化学氢化sp2 C=C生成sp3 C-H的新过程中，PHDLC表面sp3 C-H密度增加所致。
2013-11-28 cond-mat.mtrl-sci
Studies on tuning surface electronic properties of hydrogenated diamond by oxygen functionalization
超宽带隙和浅掺杂剂的缺乏是实现金刚石基电子学的主要挑战。然而，表面功能化提供了一个很好的选择来调整金刚石的电子结构。在此，我们报告了通过氧功能化来调节氢化多晶金刚石薄膜的表面电子性质。氢化金刚石（HD）表面从疏水性质转变为亲水性质，并且薄层电阻从约8 kohms/sq增加。超过10 Gohms/sq。逐步臭氧化。导电原子力显微镜（c-AFM）的研究显示，优先选择晶粒内部（GI）比晶界确认这些HD的表面电荷转移掺杂更高的电流传导。此外，还发现（111）平面上的局部电流传导比原始和边缘O端接HD上的（100）平面高得多。然而，在完全O-终止的金刚石（OD）表面上没有电流流动。此外，X射线光电子能谱（XPS）的研究揭示了一个红移的结合能（BE）的C1 s在原始的和边缘O-终止HD表面表示表面能带弯曲，而BE转移到更高的能量OD。此外，XPS分析也证实了c-AFM研究的可能的电荷转移掺杂机制的金刚石膜上的原始和部分O-终止的HD的GI上的高电流传导。
2022-08-04 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Electronic structure and magneto-optical properties of silicon-nitrogen-vacancy complexes in diamond
金刚石中的硅空位（SiV）和氮空位（NV）中心通常被认为是固态量子信息处理的原型缺陷。在这里，我们表明，当硅和氮同时引入到金刚石晶格中，这些缺陷可以强烈地相互作用，形成更大的复合物。氮原子与Si和SiV中心强烈结合，可以形成络合物。使用混合密度泛函理论（DFT）和群论的组合，我们分析了电子结构，并提供了各种有用的物理性质，如超精细结构，准本地振动模式，零声子线，使这些配合物的实验鉴定。我们表明，氮附近的替代硅的存在下显着的施主能级向导带的位移，导致在SiN中心的活化能，这是可比的磷。我们还发现，中性的SiNV中心是特别感兴趣的，由于其光子发射在$\sim$ 1530 nm，这属于电信波长的C波段内，其顺磁性质。此外，与SiNV $^0$色心相关的光学跃迁表现出非常小的电子-声子耦合（Huang-Rhys因子~=~0.78），导致单光子发射的高量子效率（Debye-Waller因子= 46\%）。这些特征使得这个新中心对于可扩展量子电信网络的潜在应用非常有吸引力。
2020-06-21 cond-mat.mtrl-sci
Effect of fluorinated diamond surface on charge state of nitrogen-vacancy centers
研究了氟封端金刚石表面对浅氮空位缺陷中心带电状态的影响。氟化是实现与CF 4等离子体和表面化学确认与X-射线光电子能谱。这些合奏NV的光致发光显示，氟处理的表面导致更高的带负电荷的氮空位（NV-）人口比氧终止的表面。使用表面化学来控制NV电荷，特别是增加NV中心的密度，是朝着改善用于量子信息处理和磁性感测的NV的光学和自旋性质的重要步骤。
2013-04-04 cond-mat.mtrl-sci
The submonolayer assembly of C60F48 surface acceptors on the hydrogen-terminated (100) diamond surface
本研究利用扫描隧道显微镜和X射线光电子能谱，表征了氢终止（100）金刚石表面上C60F48分子受体的亚单层组装，发现退火至90°C可使多层岛状结构转变为单一润湿层，并使转移掺杂引起的载流子密度降低20%。
2024-07-29 cond-mat.mtrl-sci
Atomistic Wear Mechanisms in Diamond: Effects of Surface Orientation, Stress, and Interaction with Adsorbed Molecules
本文通过第一性原理计算揭示了金刚石原子尺度磨损以碳链脱附为主要机制，并发现压应力可显著促进磨损，甚至使其在能量上有利。
2023-04-17 cond-mat.mtrl-sci
Nanometers-thick Ferromagnetic Surface Produced by Laser Cutting of Diamond
在这项工作中，我们证明了用激光（532 nm波长，0.5 mJ能量，200 ns脉宽，15 kHz）切割金刚石晶体在室温下产生$\lesssim 20~$ nm厚的具有磁性有序的表面层。我们用SQUID磁强计测量了五个天然金刚石晶体和六个不同尺寸、氮含量和表面取向的CVD金刚石晶体的磁矩。在300K下，只有沿（100）面取向切割的晶体才能观察到强的铁磁响应。磁信号对于（110）取向弱得多，而对于（111）取向可忽略不计。我们把这种磁有序性归因于激光在金刚石表面产生的无序石墨层。铁磁信号在化学腐蚀或中温退火后消失。所获得的结果表明，激光处理的金刚石可能铺平了道路，在其表面产生铁磁斑点。
2022-01-25 cond-mat.mtrl-sci
Interface Structure and Electronic Properties in Cubic Boron Nitride - Diamond Heterostructures
本研究通过密度泛函理论揭示了立方氮化硼-金刚石异质界面的稳定性、导电类型及可调带排列，为高功率电子器件设计提供了理论指导。
2025-10-16 cond-mat.mtrl-sci
Roles of Nitrogen Substitution and Surface Reconstruction on StabilizingNon-passivated Single-layer Diamond
单层金刚石或金刚烷被N原子取代，帮助类金刚石结构稳定而没有任何钝化。通过表面重构，发现四分之一的N取代二金刚烷垂直堆积为NCCC，形成Pandey $π$链结构，并具有反铁磁性质。二胺烷中的半N取代，垂直堆积为NCCN，可以稳定并以二胺烷形式为主。其弹性常数较高，$C_{11}$是金刚石的2倍，而$C_{33}$仅比金刚石低21%。NCCN相是在10 GPa下的亚稳相，与其他层状氮化碳相相比，显示了可能的产生途径。
2020-05-04 cond-mat.mtrl-sci
Ab initio insights into the interaction mechanisms between H$_2$, H$_2$O, and O$_2$ molecules with diamond surfaces
本研究利用密度泛函理论计算H$_2$、H$_2$O和O$_2$在C(111)、C(001)、C(110)表面的吸附与解离，揭示吸附能、表面能及表面形貌变化的关联。
2023-04-27 cond-mat.mtrl-sci
Discovering structural, electronic and excitonic properties of bulk, nanostructured and doped C3N4 in diamond- and graphitic-like phases
本文通过系统密度泛函理论研究比较了PBE和HSE06功能在不同体相C3N4中的结构和电子性质预测能力，发现HSE06-D3方法与实验数据一致，用于研究体相三重激发子性质，并探讨纳米结构化和掺杂对材料性能的影响。
2026-09-02 cond-mat.mtrl-sci
Superconducting Diamond on Silicon Nitride for Device Applications
化学气相沉积（CVD）生长的纳米金刚石是一种具有吸引力的器件材料。对于某些器件结构，优化其在氮化硅上的生长是必不可少的。在这里，三个生长前的表面处理，经常采用的清洗方法的氮化硅的效果进行了研究。这样的处理通过表面功能的改性提供对基底的表面电荷的控制，允许静电金刚石晶种密度的优化。Zeta电位测量和X射线光电子能谱学（XPS）用于分析每次处理后的氮化硅表面。将氮化硅暴露于氧等离子体中为氢封端的金刚石纳米颗粒单层的静电自组装提供了最佳的表面条件。随后在CVD条件下在改性的氮化硅衬底上生长硼掺杂的纳米晶金刚石薄膜，产生用于氧等离子体和溶剂处理的聚结膜，而在RCA-1处理后观察到金刚石膜的针孔。在氧等离子体处理的氮化硅上生长的金刚石具有最强的超导转变，表明它具有最小的结构无序性。对衬底表面的改性优化了在氮化硅器件上制造金刚石的播种和生长过程。
2018-10-24 cond-mat.mtrl-sci
Hydrogen-doped cubic diamond and the crystal structure of n-diamond
为了理解n型金刚石的晶体结构，采用第一性原理计算研究了掺氢金刚石模型。特别是，氢浓度依赖的弹性常数和晶格参数的掺氢金刚石进行了分析。我们的结果表明，当氢浓度小于19原子%时，H掺杂金刚石机械稳定。当氢浓度为约4原子%时，优化后的掺氢金刚石的晶格参数、模拟XRD图谱和电子性质与相应的n型金刚石的实验值吻合较好。结果表明，n型金刚石很可能是掺氢金刚石。
2011-10-27 cond-mat.mtrl-sci
Optical and electronic properties of sub-surface conducting layers in diamond created by MeV B-implantation at elevated temperatures
采用原位动态退火的硼注入方法在IIa型（100）金刚石中制备高导电的亚表面层，以研究超导相变。在这里，我们表明，高通量MeV离子注入，在升高的温度下避免石墨化，并可用于实现掺杂密度为6原子%。为了量化与注入相关的金刚石晶体损伤，进行拉曼光谱，证明高温退火恢复晶格。此外，低温电子输运测量显示接近金属-绝缘体转变的载流子密度的证据。在电子表征之后，进行二次离子质谱以绘制出注入板的离子分布。分析显示出与模拟的离子分布密切一致，假设考虑到由于器件制造而导致的金刚石密度的平均变化的比例因子。最后，数据表明，在高温退火过程中，硼的扩散可以忽略不计。
2016-06-20 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
Electronic Structure and Optical Properties of the Lonsdaleite Phase of Si, Ge and diamond
晶体半导体可以以不同的多型相存在，具有显著不同的电子和光学性质。本文计算了金刚石、硅和锗在六方金刚石相中的电子结构和光学性质。我们使用的是基于可转移模型势的经验赝势方法，包括自旋-轨道相互作用。我们得到的能带结构，态密度和复介电函数计算的偶极子近似光偏振垂直和平行于晶体的c轴。我们发现强偏振相关的光学各向异性。给出了色散关系的简单解析表达式。我们发现，在lonsdaleite相，金刚石和Si仍然是间接带隙半导体，而Ge被转化为直接带隙半导体具有显着较小的带隙。
2012-10-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
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
Chemical vapour deposition synthetic diamond: materials, technology and applications
近年来，化学气相沉积（CVD）金刚石的合成取得了长足的发展，为工程师和设计师提供了大量新的金刚石材料。CVD金刚石具有许多出色的材料特性，可在医疗诊断、水处理、辐射检测、高功率电子产品、消费音频、磁力测量和新型激光等多种应用中实现卓越的性能。通常材料以平面形式合成，然而非平面几何形状也是可能的，并且能够实现许多关键应用。本文综述了单晶和多晶CVD金刚石的材料特性和特点，以及如何利用这些特性，特别是光学，电子学和电化学。它还总结了CVD金刚石如何根据合成一致和工程高性能产品的能力为特定应用量身定制。
2009-09-07 cond-mat.mtrl-sci
Ultrafast photoionization and excitation of surface-plasmon-polaritons on diamond surfaces
新型材料的超快等离子体已经成为纳米光子学的一个有前途的领域，为先进的光学应用带来了新的概念。首次从理论和实验两方面研究了金刚石表面的超快电子光激发和随后的表面等离子体激元激发。在脉冲的上升沿上的光激发后，瞬态表面金属化被发现发生在18 TW/cm $^2$附近的激光强度由于增强的碰撞电离率;在该制度中，光激发的金刚石的介电常数在脉冲的后沿中变为负的，从而增加了效率，其中表面粗糙度导致在SPP波矢量处的不均匀能量吸收。这些瞬态SPP波印永久精细和粗糙的表面波纹取向垂直于激光偏振。理论模型得到了垂直入射515 nm，200 fs激光脉冲在金刚石表面诱导周期性表面结构实验的支持。随着激光发射次数的增加，烧蚀坑内出现了垂直于激光偏振方向的亚波长（$Λ\approx 100$ nm）和近波长（$Λ\approx 450$ nm）表面波纹;表面波纹的空间周期随着暴露量的增加而减小，遵循已知的累积趋势。实验数据和理论预测之间的比较表明，在周期性的表面波纹形成的初始阶段，超短激光脉冲照射后的金刚石的介电常数的瞬态变化的作用。
2017-02-02 cond-mat.mtrl-sci
Surface zeta potential and diamond seeding on gallium nitride films
测量了Ga和N面氮化镓的zeta电位随pH值的变化。在pH值为5.5-9的范围内，两个面均显示负zeta电位。Ga面的等电点为pH 5.5。N-面由于吸附的氧浓度较大而显示出较高的负zeta电位。Zeta电位数据清楚地表明，在pH 8的H-终止的金刚石种子溶液将是最佳的金刚石纳米颗粒在GAN表面上的单层的自组装。随后在用H-终止的金刚石晶种接种的GAN上生长金刚石薄膜产生完全聚结的膜，证实接种密度超过10 $^{12}$ cm $^{-2}$。该技术消除了对低导热籽晶层如GAN上的氮化硅的要求。
2017-10-09 cond-mat.mtrl-sci
Molecular dynamics simulations of the growth of thin amorphous hydrogenated carbon films on diamond surface
利用分子动力学模拟方法研究了CH2基团轰击金刚石(111)面所形成的无定形碳氢薄膜(a-C:H)的生长过程.结构分析表明局部结构（例如，C原子的第一配位数）的α-C：H的结构与氢的含量密切相关。入射自由基动能的增加导致a-C：H中氢含量的降低，从而改变了a-C：H中sp3键合碳原子的比例.
2014-11-26 cond-mat.mtrl-sci
Micro-beam and pulsed laser beam techniques for the micro-fabrication of diamond surface and bulk structures
金刚石微加工涉及一系列新兴技术，利用金刚石的特殊特性应用于生物物理学，光子学，辐射检测。微离子束辐照和脉冲激光辐照是互补技术，其允许通过表面和/或块体材料的改性和功能化，修改材料的光学、电学和机械特性来实现复杂的几何形状。本文总结了意大利佛罗伦萨在离子束和脉冲激光束微细加工金刚石方面所做的工作。
2016-08-25 cond-mat.mtrl-sci
The Diamond (111) Surface Reconstruction and Epitaxial Graphene Interface
利用角分辨光电子能谱、低能电子衍射和互补的密度泛函理论计算研究了金刚石（111）表面在重构和随后的石墨烯形成过程中的演化。在920 °C下表面吸附原子脱离后发生的C（111）-（2x 1）表面重构开始检查该过程，并继续直到重构的表面原子在高于1000 °C的温度下释放成独立的外延石墨烯单层。我们的研究结果表明，C（111）-（2x 1）表面是金属，因为它有电子态，相交的费米能级。这与对称π键合链模型非常一致，并应有助于解决文献中围绕该表面的电子性质存在的争议。在较高温度下形成的石墨烯存在于新形成的C（111）-（2 \times 1）表面上方，并且似乎具有很少的衬底相互作用，因为在费米能级处观察到Dirac点。最后，我们证明，它是可能的氢终止下的金刚石表面的等离子体处理的手段，而不去除石墨烯层，形成石墨烯-半导体界面。这对于掺杂经由可调谐衬底相互作用在金刚石（111）表面上形成的石墨烯具有特别的相关性，所述可调谐衬底相互作用是通过等离子体处理改变金刚石-石墨烯界面处的终止物质的结果。
2022-02-21 cond-mat.mtrl-sci
The nitrogen-vacancy center in diamond re-visited
对称性的考虑是用来提出一个模型的电子结构和相关的动力学的氮空位中心的金刚石。该模型解释了光致自旋极化的发生，自旋极化的发射水平的变化和瞬态发射的新测量。给出的速率常数与以前报道的速率常数有差异。
2006-06-05 cond-mat.mtrl-sci
Dislocations as natural quantum wires in Diamond
从第一性原理出发，利用混合交换关联泛函研究了金刚石中位错滑移集的电子性质，发现原子尺度的位错芯态产生了一维能带结构，即天然量子线.芯态的位置和特征随局域结构而强烈变化，其中具有悬挂键的混合位错呈现出具有特征一维态密度（$1/\sqrt{E})$）的一维金属带。这种一维费米气体在空间上沿着位错核定位到单原子直径轨道链。当核心内的悬挂键被重建时，1D金属带消失。相比之下，在金刚石中的纯刃位错揭示了具有3.0 eV的直接带隙的1D半导体。这些计算为长期观测到的金刚石中与位错相关的蓝色发光带提供了一种可能的解释。这打开了使用位错作为1D量子相的大门，其功能（电子和光学）特性来自原子尺度的核心状态。
2022-10-21 cond-mat.mtrl-sci
Angle-Resolved Cryogenic Brillouin-Mandelstam Spectroscopy of Surface and Bulk Acoustic Phonons in Diamond
University of California, Los Angeles（加州大学洛杉矶分校）；California NanoSystems Institute, University of California, Los Angeles（加州纳米系统研究所）；Auburn University（奥本大学）；Center for Quantum Science and Engineering, University of California, Los Angeles（量子科学与工程中心）
研究通过角分辨布里渊-曼德尔施塔姆光谱学测量钻石在10K至300K温度范围内沿<100>和<110>晶向的体声子和表面声子频率与相速，发现表面声子温度依赖性弱，理论值与实验结果一致。
2026-05-09 cond-mat.mtrl-sci
Reconstructions of diamond (100) and (111) surfaces: Accuracy of the Brenner potential
我们提出了一个详细的比较的结构预测的有效多体Brenner势与从头计算研究已知的重建金刚石（100）和（111）表面。这些结果表明，高可靠性的布伦纳潜力处理碳基结构，其中不同类型的键合同时存在。
2000-03-14 cond-mat.mtrl-sci
Extremely high negative electron affinity of diamond via magnesium adsorption
我们报道了在金刚石（100）上利用镁吸附在先前氧终止的表面上的大的负电子亲和势（NEA）。测得的NEA高达$(-2.01\pm0.05)$ eV，这是迄今为止报道的最大负电子亲和力。尽管镁和锂物种的表面化学氧终止金刚石之间的预期密切关系，我们观察到两者之间的吸附性能的差异。最重要的是，不需要高温退火步骤即可将镁吸附表面激活至负电子亲和力状态。通过这种方法制备的金刚石表面在暴露于高温、空气甚至浸入水中后仍然具有负电子亲和力。
2015-06-20 cond-mat.mtrl-sci
Low temperature crystallization of diamond-like carbon films to graphene by low energy plasma surface treatment
采用等离子体表面改性技术在绝缘类金刚石薄膜上制备石墨烯。结果表明，通过脉冲氩等离子体处理和在350 \degreeC下的热退火的组合，可以实现无定形碳到石墨烯的部分结晶。观察到的拉曼光谱对于缺陷石墨烯是典型的-分裂的D-和G-峰以及宽的2D-峰。这一结果非常令人鼓舞，我们希望通过改进这项技术，可以制造出无缺陷的石墨烯，这种石墨烯可以用于电子产品，而不会转移到其他衬底上。
2012-07-03 cond-mat.mtrl-sci
Non-trivial topological valence bands of common diamond and zinc-blende semiconductors
金刚石和锌半导体是众所周知的，几十年来一直被广泛研究。然而，它们的电子结构仍然出人意料的价带的拓扑性质。在这个联合的理论和实验研究中，我们证明了基准化合物InSb和GaAs的电子结构特征的拓扑表面状态低于费米能量。我们的宇称分析表明，价带顶附近的自旋-轨道分裂带表现出强的拓扑非平凡行为，其特征在于$\mathcal{Z}_2$不变量$(1;000)$ .与传统的拓扑相变机制不同，非平凡的特征在非零自旋轨道耦合下瞬间出现。\textit{Ab initio}为基础的紧束缚计算解决的拓扑表面状态的InSb和GaAs的占据电子结构，进一步证实了实验从这两种材料的软X射线角分辨光电发射。我们的研究结果对于所有其他材料都是有效的，其价带与InSb的那些价带是热力学相关的，即，许多金刚石和锌半导体，以及其他相关材料，如半赫斯勒化合物。
2019-04-10 cond-mat.mtrl-sci
Interaction between shallow NV$^-$ and spin active azafullerenes on hydrogenated and fluorinated (001) diamond surfaces
Nantes Université, CNRS, Institut des Matériaux de Nantes Jean Rouxel（南特大学，法国国家科学研究中心，南特材料研究所让·鲁克塞尔）；Jožef Stefan Institute（约瑟夫斯蒂芬研究所）；Faculty of mathematics and physics, University of Ljubljana（卢布尔雅那大学数学与物理学院）
研究揭示了氢化与氟化金刚石表面中浅层NV⁻与含氮富勒烯的相互作用差异，表明氟化能稳定自由自旋并抑制电荷转移。
2025-12-26 cond-mat.mtrl-sci
