Stability of hydrogenated group-IV nanostructures: magic structures of diamond nanocrystals and Silicon quantum dots
我们已经开发了一个有效的模型来研究氢化IV族纳米结构的能量稳定性，然后通过第一性原理计算进行验证。发现X $_{m}$ H $_{n}$（X=C，Si，Ge和Sn）的哈密顿量可以用原子数（$m$，$n$）的线性组合解析表示，表明X $-$ X和X $-$ H局域相互作用的贡献占主导地位.因此，我们解释了实验观察到的稳定的纳米结构，并提供了一个可靠和有效的技术，寻找神奇的金刚石纳米晶体（Dia-NC）和硅量子点（SiQD）的结构。
2010-10-01 cond-mat.mtrl-sci
InP nanocrystals on silicon for optoelectronic applications
能够克服硅技术中的小型化限制的实现性能进步的解决方案之一是在单个芯片内集成不同功能的光电子器件。间接带隙硅的光学性能差，这是它的主要缺点。因此，不同的材料必须用于片上光学互连，例如直接带隙III-V族化合物半导体材料。在本文中，我们提出了合成单晶InP纳米点（NDs）在硅上使用组合离子注入和毫秒闪光灯退火技术。光学和微观结构的研究表明，高质量的（100）取向的InP纳米晶体的生长。电流-电压测量证实了InP ND和硅之间的n-p异质结的形成。我们的方法的主要优点是它与大规模硅技术的集成，这使得它可以应用于硅基光电子器件。
2012-11-11 cond-mat.mtrl-sci
Doped and Codoped Silicon Nanocrystals: the Role of Surfaces and Interfaces
硅纳米晶由于其新颖的性质及其在电子、光电子、光伏、热电和生物等领域的潜在应用而受到广泛的研究。这些新特性是通过载流子的量子限制和表面化学的强烈影响相结合来实现的。如在体硅的情况下，电子、光学和输运性质的调谐与以受控方式掺杂纳米晶体的可能性有关。这是一个很大的挑战，因为一些研究表明，Si纳米晶体中的掺杂与体相掺杂不同。理论和实验表明，掺杂和共掺杂受到大量参数的影响，如硅纳米晶体的尺寸，形状，钝化和化学环境。然而，这些参数之间的连接和掺杂剂的本地化，以及发生的自净化效应仍然不清楚。在这篇综述中，我们总结了这一迷人的研究领域的最新进展，考虑独立的和矩阵嵌入的硅纳米晶体从理论和实验的角度来看，特别注意的从头计算得到的结果和尺寸，表面和界面诱导的影响。
2018-07-13 cond-mat.mtrl-sci
Modelling and Simulation of Charging and Discharging Processes in Nanocrystal Flash Memories During Program and Erase Operations
本研究的主要目的是透过随时间变化的数值模拟，来了解矽晶快闪记忆体在程式化与抹除作业时的充电与放电过程。程序和擦除操作的时间依赖性模拟是基于在主方程方面的DRAM存储器动态的描述。相关的过渡率计算与一维泊松-薛定谔求解器，它允许计算的隧道电流和生成和重组率之间的外部水库和本地化状态的介电层。文献中的模拟和实验之间的比较提供了有用的见解的存储机制。特别是，模拟使我们能够排除电子存储在硅纳米晶体的导带中的受限状态，而它们表明电子实际上被捕获在硅间隙中的局部状态中，能量接近硅价带边缘，并且位于纳米晶体和周围氧化硅之间的界面处。
2005-09-05 cond-mat.mtrl-sci
Auger recombination and carrier multiplication in embedded silicon and germanium nanocrystals
在三维实空间网格中，采用经验赝势波函数，精确计算了宽禁带中Si和Ge纳米晶的俄歇复合寿命和载流子倍增寿命.我们的结果支持最近的实验数据提供了新的预测。我们提取简单的俄歇常数有效的NC。我们表明，硅和锗纳米碳可以受益于光伏效率的提高，通过CM由于以下事实，即在超过两倍的带隙能量的光激发下，电子获得狮子的份额从总过剩能量，并可以导致CM。我们预测，CM变得特别有效的热电子与CM阈值以上约1 eV的过剩能量。
2008-04-16 cond-mat.mtrl-sci
Phonon decay in silicon nanocrystals
计算了Si纳米晶体中光学声子衰减为两个能量较小的声子的过程。该过程的速率在1至10 ps的范围内。这种非简谐声子衰减可以控制Si/SiO $_2$纳米晶体中受激载流子的能量弛豫速率。声子衰变的实验观察到的热载流子光致发光的相关性进行了讨论。
2013-04-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Combinatorial Development of Amorphous/nanocrystalline Biphase Soft Magnetic Alloys with Silicon-steel like Saturated Magnetic Induction
针对高Bs软磁合金筛选依赖高实验强度熔铸法、磁性能高通量表征难的问题，开发基于高通量MOKE的组合筛选法，发现高Bs低Hc合金多为非晶-纳米晶双相结构，还得到Bs达2.02T、电阻率为硅钢17倍的Fe基合金薄膜，为软磁材料研发提供新范式。
2025-07-31 cond-mat.mtrl-sci
Pathways of bond topology transitions at the interface of silicon nanocrystals and amorphous silica matrix
采用分子动力学模拟方法研究了硅纳米晶嵌入非晶氧化物基体的界面化学行为。我们的研究结果表明，Si NC-氧化物界面是更多的参与比以前提出的计划，这是基于单纯的桥或双键。我们确定了不同类型的三配位氧配合物，以前没有注意到。的丰度和每个氧络合物的电荷分布被确定为NC大小的函数，以及它们之间的过渡。NC表面的氧化导致Si-Si键的拉伸应变，其仅在界面周围变得显著，而内核保持未应变。不像许多早期的报告中的接口结构，我们没有观察到任何双键。此外，我们的模拟和分析表明，通过这些三配位的氧配合物，不同的氧桥之间的界面键拓扑结构的演变。
2008-04-15 cond-mat.mtrl-sci
Analysis of Strain Fields in Silicon Nanocrystals
应变对纳米结构的光学和电学性质有着至关重要的影响。我们计算的原子应变分布在硅纳米晶体的直径为3.2 nm嵌入在无定形二氧化硅矩阵。当应变场用键长与体积应变表示时，出现了一个看似矛盾的图像。两种情况下的应变分布在芯部中表现出均匀的行为，但是在距离表面2-3 μ m的距离内变得不均匀：粘结长度为拉伸，而体积应变为压缩。我们用原子应变分析重新考虑了它们的共存。
2009-05-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
First-Principle Investigations of Carrier Multiplication in Si Nanocrystals: a Short Review
载流子倍增（CM）是库仑驱动的非辐射复合机制，其导致在吸收单个高能光子之后产生多个电子-空穴对。最近，一种新的CM过程，称为空间分离量子切割，被引入来解释一组新的实验中进行的密集阵列的硅纳米晶体。这种效应的发生被假设为产生由分布在不同相互作用的纳米晶体上的单个电子-空穴对构成的俄歇不受影响的多激子配置的形成。在这项工作中，我们讨论了我们的小组在强相互作用的硅纳米晶体系统中的CM效应的研究所获得的从头算结果。通过求解一组速率方程，我们模拟了高能量光子吸收后，在密集的硅纳米晶体阵列中产生的电子-空穴对的数量的时间演化，通过描述的情况下，CM动力学可以导致产生俄歇不受影响的多激子配置。
2018-09-20 cond-mat.mtrl-sci
Luminescence decay dynamics of germanium nanocrystals in silicon
在16 K到室温的温度范围内，研究了镶嵌在晶体硅中的锗纳米晶体的发光衰减动力学。在室温下，特征衰减时间为50纳秒的量级，而在低温下则延伸到微秒范围。衰变主要由非辐射过程，这表明一个典型的热活化能为几毫电子伏。
2010-12-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Excitons in Silicon Nanocrystalites: The Nature of Luminescence
在第一性原理框架内计算了直径达1 nm的硅纳米晶体的吸收和发射光谱，包括几何优化和由电子-空穴对的产生引起的多体效应。从不同尺寸的氢化硅团簇出发，考虑了团簇表面不同的Si/O键。我们发现，Si-O-Si桥键的存在下，起源显着的激子发光功能在可见光范围内，是在公平的协议与实验结果。
2007-07-20 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Modified Confinement Model for Size Dependent Raman Shift and Linewidth of Silicon Nanocrystals
提出了一种考虑尺寸分布的声子约束模型，改进了声子色散曲线和约束函数，并用于计算硅纳米晶的尺寸相关拉曼光谱。该模型能够同时计算拉曼位移、强度和线宽。计算的拉曼光谱的红移和线宽与尺寸有关，与文献中的实验数据符合得很好，比以前报道的理论结果更好。相对较小的硅纳米晶体的红移和线宽的快速上升被很好地再现。从该模型还得到了拉曼光谱的非对称性。
2009-04-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Chemical analysis of ligand-free silicon nanocrystal surfaces by surface enhanced Raman spectroscopy
采用表面增强拉曼光谱（SERS）技术研究了无空气环境中氯封端的硅纳米晶（Si-NC）表面的表面化学性质。在514 nm激光波长下，观察到Ag $_x$ O薄膜的表面增强拉曼散射（SERS）效应。当将单层Si-NC旋涂在Ag $_x$ O SERS基底上时，观察到非常清晰的表面态信号，包括Si-Cl $_x$和Si-H $_x$。在空气暴露后，我们观察到Si-Cl $_x$峰强度的暂时降低，以及氧化相关峰强度的发展，如Si-O $_x$和Si-O-H $_x$。此外，还分别在519、1000和1600 cm $^{-1}$处观察到了Si-NC的一阶、二阶和三阶横光学（TO）模。作为比较，对沉积在普通玻璃基板上的Si-NC的厚膜（> 200 nm）进行拉曼分析。这一分析只显示了硅纳米碳的第一个TO模式，而所有其他源于SERS增强的特征都没有出现在光谱中。这些结果表明，表面增强拉曼光谱不仅能够进行单分子检测，而且是一种监测纳米颗粒表面化学的强有力技术。
2014-12-30 cond-mat.mtrl-sci
Characterization of ZnO:Si Nanocomposite Films Grown by Thermal Evaporation
采用共蒸发法制备了氧化锌和硅的纳米复合薄膜。这导致ZnO纳米晶嵌入硅中。组成材料的晶体结构的失配导致ZnO纳米晶体处于应力状态。这与样品中的氧空位一起导致在520nm处的良好的光致发光发射。此外，硅背景在620nm处给出光致发光发射。发现该结构随着时间的推移相当稳定，因为均匀分散的ZnO纳米晶体不团聚。这种纳米复合材料有望成为未来光电子器件的有用候选材料。
2007-12-30 cond-mat.mtrl-sci
Characterization of amorphous and crystalline silicon nanoclusters in ultra thin silica layers
利用透射电子显微镜（TEM）、能量过滤透射电子显微镜（EFTEM）和二次离子质谱（SIMS）研究了不同制备条件和硅浓度（28 - 70面积%）下硅纳米晶的成核和结构。在通过硅的快速热氧化（RTO）制备的3 nm SiO $_2$层上溅射10 nm厚的富硅氧化物的高温热处理之后形成纳米晶体。当过量硅浓度超过50面积%时，纳米晶体沉淀。在TEM中对样品进行的原位热处理表明，结晶需要高于800 $^o$ C的温度。纳米晶体在4 nm波段沉淀，距离Si衬底5 nm，距离SiO $_2$样品表面4 nm。硅在过量Si浓度最高的地方成核。由于在退火期间与来自环境的氧反应，顶表面具有较少的过量Si。由于Si从SiO $_2$ -Si层扩散到RTO中，SiO $_2$ -RTO层更富含Si。在直径为4-10 nm的纳米晶体中发现了孪晶和层错。这些类型的缺陷可能对材料在电子器件中的可用性具有很大的影响。通过高分辨透射电子显微镜（HRTEM）观察发现，纳米晶中存在单孪晶和双孪晶晶界。为了获得更多关于缺陷和纳米晶体的信息，进行了图像模拟。层错是外在的，位于孪晶界。
2012-09-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Engineering Silicon Nanocrystals: Theoretical study of the effect of Codoping with Boron and Phosphorus
我们表明，通过杂质掺杂可以有效地调节纳米晶硅的光学和电子性质。特别是，我们给出的证据，通过从头计算，通过适当地控制掺杂与一个或两个原子物种，一个显着的修改的吸收和发射的光可以实现。我们已经考虑了杂质，无论是硼或磷（掺杂）或两者（共掺杂），位于不同的硅纳米晶体的尺寸范围从1.1 nm到1.8 nm的直径的替代网站。我们发现，当两种杂质占据表面附近的最近邻位置时，共掺杂纳米晶体具有最低的杂质形成能。此外，这样的系统目前的带边状态本地化的杂质引起的红移的吸收阈值相对于未掺杂的纳米晶体。我们详细的理论分析表明，由于光吸收产生的电子-空穴对决定了几何畸变，进而导致吸收和发射光谱之间的斯托克斯位移。为了更深入地了解这种效应，在一种情况下，我们计算了吸收和发射光谱，超出了单粒子方法，显示了多体效应所起的重要作用。我们在这项工作中收集的整套结果强烈表明，通过掺杂可以调节硅纳米晶体的光学性质。
2007-07-26 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Production of ordered silicon nanocrystals by low-energy ion sputtering
我们报告的生产有序组装的硅纳米结构的装置的Si（100）衬底的照射与1.2 keV的Ar离子在垂直入射。原子力和高分辨率透射电子显微镜表明，硅结构是结晶的，显示均匀的高度，并自发地排列成短程六方有序。在长时间的照射下（长达16小时），所有的网点特征基本保持不变，在长波长下会出现小的斑点。我们解释的点的形成作为一个不稳定的结果，由于溅射产量依赖于局部表面曲率
2001-06-26 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech
Structural, electronic and optical properties of tetrahedral $Si_xGe_{47-x}:H_{60}$ nanocrystals: A Density Functional study
通过密度泛函理论（DFT）计算，研究了混合SiGe：H量子点的结构、内聚、电子和光学性质，并对具有代表性的$Si_xGe_{47-x}:H_{60}$形式的中等尺寸纳米颗粒进行了研究。计算是在Becke，Lee，Parr和Yang的混合非局域交换相关泛函（B3 LYP）框架下进行的。除了基态的DFT/B3 LYP值外，我们还基于含时DFT（TDDFT/B3 LYP）计算得到了自旋和对称性允许的最低电子跃迁的可靠结果。结果表明，光学带隙不仅取决于硅、锗和氢的相对浓度，还取决于硅和锗壳层相对于晶体表面的相对位置。这对于允许可能的电子和光学间隙工程的结构、内聚和电子性质也是如此。此外，它被发现的情况下，与纯Ge或Si核的纳米粒子，光学性能主要是由纳米粒子的Ge部分，而硅似乎作为钝化剂。
2007-10-01 cond-mat.mtrl-sci
Curvature Effects on Optical Response of Si nanocrystals in SiO2 having Interface Silicon Suboxides
氧化和氢化表面的Si量子阱和Si纳米晶体的可变形状的几个模型已经被构建，以评估曲率对能隙的影响，由于三个Si-suboxides。Si-低氧化物在部分氧化模型的纳米晶体的球形形状（或量子点），以减少能隙相比，氢化的纳米晶体，在文献中与以前的结果一致。当在SiO2薄膜内部的Si-NC中形成平面界面时，如在Si量子阱中，这种趋势被示出为被逆转。在平面界面（或表面）处，电子电荷密度被示出为变得扩展并分布在Si-低氧化物之间，从而沿着这些平面界面生成扩展或离域状态。与等效的氢化界面（或表面）相比，电子态的这种离域增加了能隙。曲率对带隙的几何效应的确定基于密度泛函理论（DFT），使用在“实空间电子结构的赝势算法”（PARSEC）程序中实现的实空间数值方法。本文还提出了一种测量Si-NC中Si低氧化物界面效应的方法：通过比较退火前后Si-NC样品的光致发光（PL）。DFT计算表明，在其平面界面处具有Si-低氧化物的生长态样品中，与一旦退火就具有较少或没有Si-低氧化物的高于950摄氏度的退火样品相比，应观察到PL的大于0.2eV的蓝移，条件是Si-NC的主体保持不变。
2009-06-18 cond-mat.mtrl-sci
Fabrication of silicon nanocrystals using sequential Au ion implantation
硅纳米晶体是使用两阶段的金离子注入技术。使用低能量离子的第一阶段注入导致非晶Si（a-Si）层的形成。随后的高能量金照射在第二阶段中被发现产生应变硅NC。可以看出，在低至500 $^o$ C的温度下的退火导致显示量子限制效应的无应变NC。较高温度退火的样品被发现，从a-Si矩阵的再结晶导致尺寸的增长。利用拉曼散射、X射线衍射（XRD）和卢瑟福背散射光谱（RBS）研究了退火对样品的影响以及纳米硅的尺寸。这些数据可以很好地解释使用声子禁闭模型与一个非常窄的尺寸分布。XRD结果与Raman分析一致。
2013-02-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
The Structure and Stokes Shift of Hydrogenated Silicon Nanoclusters
我们使用密度泛函和量子蒙特卡罗（QMC）方法评估了几个候选的1 nm硅微结构的光学带隙和斯托克斯位移。我们发现，结合吸收带隙计算和斯托克斯位移计算可以用来确定结构。我们发现，虽然B3LYP和QMC内计算的吸收间隙同意球形，完全氢化的硅纳米晶体，他们不同意在不同的表面键合网络的集群。的斯托克斯位移的超亮发光的性质进行检查，通过比较可能的弛豫机制。我们发现，再现斯托克斯位移的实验值的激子是最有可能的状态，由分布在整个集群的集体结构弛豫形成。
2004-03-09 cond-mat.mtrl-sci
Properties of Nanocrystalline Silicon Probed by Optomechanics
纳米晶体材料表现出的性质可能与其单晶对应物的性质有很大不同。因此，它们提供了增强和优化其设备和应用程序功能的方法。在这里，我们报告的光学，机械和热性能的纳米晶硅探测光机械纳米束的光吸收，机械损耗，热生成和耗散的动力学信息。光机械纳米梁是利用非晶硅层在不同温度下退火制备的纳米晶薄膜。所得的微晶尺寸和薄膜中的应力可以通过退火温度和时间来控制，因此，薄膜的性质可以相对自由地调节，如这里通过电子显微镜和拉曼散射所证明的。我们发现，纳米微晶尺寸和晶界的体积分数通过非线性光学和热过程中的耗散率发挥了关键作用。在950 ℃退火的纳米晶Si中实现的光机械腔中发现了有前途的光学（13000）和机械（1700）品质因数。增强的吸收和复合率通过间隙内的状态和降低的热导率提高了潜力，利用这些非线性效应的应用，包括NEMS，声子激光和基于混沌的设备。
2020-09-02 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph physics.optics
Silicon Nanocrystallites in SiO2 Matrix: The Role of Disorder and Size
我们比较，通过第一性原理赝势计算，不同尺寸的硅纳米团簇的结构，电子和光学性质嵌入在SiO2晶体或非晶基质，与独立的，氢化和氢氧化硅纳米团簇的相应大小和形状。我们发现，对光电行为的最大影响是由于嵌入的纳米团簇的非晶化。在这方面，非晶化减小了基本带隙，同时增加了可见光范围内的吸收强度。增加纳米团簇的大小并没有改变实质上这一图片，但只会导致减少的吸收阈值，以下量子限制规则。最后，通过计算的光学吸收光谱在独立粒子和多体的方法，我们表明，局部场的影响是至关重要的适当描述的光学行为的结晶的情况下，而它是次要的非晶系统。
2010-09-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Accurate energy-size dependence of excitonic transitions in semiconductor nanocrystals and nanoplatelets using a phase jump approach
使用经典的理论方法，如有效质量近似，紧束缚，或经验赝势的半导体纳米晶体中的激子跃迁的强约束制度的准确的能量尺寸依赖性是困难的。我们提出了一个简单的经验表达式与三个拟合参数，准确地关系到最已知的激子跃迁的尺寸依赖性在CdSe和InAs纳米晶体。我们表明，这个经验表达式可以推导出一个相位跳跃的方法，如果被认为是载流子上的原子晶格的纳米粒子的边界和反弹后获得能量旅行。该经验表达式还测试了原子级平坦的CdSe纳米片，而没有任何调整的参数获得的CdSe球形纳米晶体，并提供了一个估计的CdSe纳米片的厚度，完全匹配的实验观察。这些结果表明，相移的方法可能是有用的，以描述半导体纳米晶体中的电子跃迁。
2013-11-21 cond-mat.mtrl-sci
Size dependence of lattice constants of semiconductor nanocrystals
我们从理论上研究了Si，GaAs和CdSe纳米晶体的平衡晶格常数的尺寸依赖性。虽然对于未钝化的Si纳米晶体，与体晶格常数的偏差大至1-2%，但是一旦表面被钝化，偏差下降至~ 0.3%-0.4%。尽管平均平衡键长是体状的，我们发现，最近邻键长表现出不寻常的应变曲线与体状的键长在核心和较短的（~ 1%）键在表面。
2008-02-11 cond-mat.mtrl-sci
High-sensitive MIS structures with silicon nanocrystals grown via solid-state dewetting of silicon-on-insulator for solar cell and photodetector applications
报道了一种新颖的方法，用于制备金属-绝缘体-半导体（MIS）结构，该结构具有嵌入在绝缘SiO2氧化物中的基于硅纳米晶（SiNCs）的有源层，可用于高性能太阳能电池和光电探测器应用。利用固态源分子束外延（SSMBE）生长的超纯非晶绝缘体上硅（a-SOI）材料，通过原位固态去湿制备了硅纳米晶。通过改变硅的沉积厚度来精确地调节Si NC的尺寸和密度。利用原子力显微镜（AFM）和扫描电子显微镜（SEM）对纳米硅的形貌进行了表征，结果表明纳米硅具有均匀的尺寸和良好的球形，密度可达1012/cm 2（与纳米硅厚度的平方成反比）。高分辨透射电子显微镜（HR-TEM）的结构研究表明，所制备的超小硅纳米碳（平均直径约7 nm）是单晶的，没有结构缺陷。通过对基于Si-NC的MIS结构的电流对电压（I-V）和光电流光谱进行的电测量证明了Si NC增强MIS结构中的导电性和经由MIS结构中的附加电子-空穴对的光生作用来增加光电流（即，在偏置电压V =-1V时）（X 10倍）的效率。这些结果表明，通过MBE生长和固态去湿相结合获得的硅纳米碳非常适合于开发与CMOS工艺兼容的新型高性能光电子器件。
2023-02-16 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
"Madelung model" prediction for dependence of lattice parameter on nanocrystal size
离子纳米晶体中长程库仑吸引和短程排斥相互作用之间的竞争产生有效负压，这导致晶格参数a随着纳米颗粒尺寸d的减小而增加。用一个简单的“Madelung模型”预测了CeO_2和BaTiO_3的晶格常数对d的依赖关系，δ a/a = α/d，α分别为0.22 A和0.18 A。模型预测与实验结果进行了比较。
2002-08-02 cond-mat.mtrl-sci
Local field corrections to the spontaneous emission in arrays of Si nanocrystals
本文提出了一种局域场对二氧化硅中硅纳米晶阵列的自发发射率的修正理论。给出了Purcell因子的解析结果。我们证明，局部场校正对样品中纳米晶体的体积填充因子敏感，并且在填充因子值较大时会受到抑制。局域场校正和光子态密度被证明是由两个不同的有效介电常数：谐振子和矩阵介电常数和麦克斯韦-加内特介电常数之间的调和平均值。
2014-11-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Probing Electrical Properties of A Silicon Nanocrystal Thin Film Using X-ray Photoelectron Spectroscopy
本研究在施加直流或交流外部偏压条件下对Si纳米晶薄膜进行XPS测量以提取其电阻和电容，并提出三种精度不同的模型分析数据，计算结果与文献实验值相符。
2024-03-21 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph physics.ins-det
Stark effect, polarizability and electroabsorption in silicon nanocrystals
与其他材料不同，在氧化物中嵌入的硅纳米晶体（NC）中证明量子限制斯塔克效应（QCSE）是相当难以捉摸的。在这里，最近的实验数据，从离子注入硅纳米粒子的QCSE使用原子赝势理论的背景下明确地解释。这进一步揭示了大部分斯塔克位移来自价态，其经历能级交叉，导致相对于所施加的场的非单调辐射复合行为。在2.5- 6.5 nm的直径范围内提取包括激子效应的嵌入式Si NC的极化率，其显示立方标度$α=c D^3$，具有$c=2.436\times 10^{-11}$ C/（Vm），其中$D$是NC直径。最后，基于带内电吸收分析，预测p型掺杂的Si纳米碳将显示出显著的电压可调谐性，而n型掺杂的样品应该几乎不敏感。鉴于体硅作为中心对称晶体缺乏线性电光效应的事实，这可能为使用p型掺杂Si NC的电调制提供了一种可行的替代方案。
2010-04-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Comment on "Self-Purification in Semiconductor Nanocrystals"
在最近的一封信[PRL 96，226802（2006）]中，Dalpian和Chelikowsky声称，在CdSe纳米晶体中Mn杂质的形成能随着尺寸的减小而增加，并且认为这种尺寸依赖性导致小纳米晶体的“自纯化”。他们提出了密度泛函理论（DFT）计算，显示了Mn杂质形成能量的强烈尺寸依赖性，并提出了一个一般性的解释。在这篇评论中，我们表明，几个不同的DFT代码，赝势，交换相关泛函给出了一个显着不同的结果：我们发现没有这样的大小依赖性。更一般地说，我们认为，形成能是不相关的替代掺杂在大多数胶体生长的纳米晶体。
2008-05-02 cond-mat.mtrl-sci
Interband, intraband and excited-state direct photon absorption of silicon and germanium nanocrystals embedded in a wide band-gap lattice
采用原子赝势方法对宽禁带中镶嵌的Si和Ge纳米晶进行了理论研究。从小的集群到大的NC包含上千个原子的顺序被认为是。作为NC直径的函数的有效带隙值很好地再现了可用的实验和理论数据。据观察，最高占据分子轨道的Si和Ge的NC和最低未占分子轨道的Si NC显示振荡相对于这些球形NC所属的$C_{3v}$点群的不同的不可约表示之间的大小。基于这种电子结构，首先带间吸收进行了深入的研究，表明表面极化效应的重要性，显着降低吸收时，包括。发现这种减少随着NC尺寸的减小或NC芯与宿主矩阵之间介电常数失配的增加而增加。合理的协议，观察到与实验的吸收光谱可用。球形NC到长椭球或扁椭球的变形被认为对吸收光谱没有明显的影响。其次，得到了从远红外到可见光范围内的导带内和价带内吸收系数。这些结果可以是有价值的红外光电探测的前景，这些NC阵列。最后，研究了直径为3 nm和4 nm的纳米碳在532 nm、355 nm和266 nm三种不同泵浦波长下的激发态吸收。这揭示了在空穴的情况下的强吸收窗口和在电子的情况下的宽光谱，这对于在这些结构中实现增益的讨论尤其相关。
2007-11-27 cond-mat.mtrl-sci
Phonon-Mediated Thermal Transport in Nanocrystalline Silicon Using Machine-Learning Interatomic Potentials
International Iberian Nanotechnology Laboratory (INL)（伊比利亚纳米技术国际实验室）；Universitat de Barcelona (UB)（巴塞罗那大学）；Institute of Nanoscience and Nanotechnology (IN2UB)（纳米科学与技术研究所）；Catalan Institute of Nanoscience and Nanotechnology (ICN2), CSIC and BIST（加泰罗尼亚纳米科学技术研究所（ICN2）, 西班牙国家研究委员会和巴塞罗那智能科技学院）；Nanomaterials and Nanotechnology Research Center (CINN-CSIC), Universidad de Oviedo (UO)（纳米材料与纳米技术研究中心（CINN-CSIC）, 奥维耶多大学）
研究结构复杂材料中声子介导热输运难题，结合高斯近似势、多原子团簇展开模型等，开发机器学习框架模拟纳米晶硅热输运，计算相关参数，揭示晶界热边界电阻特性，相比传统势，该框架描述更准确自洽，利于低维材料热输运建模。
2026-08-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Giant frequency dependence of dynamic freezing in nanocrystalline ferromagnetic LaCo0.5Mn0.5O3
我们研究了纳米晶LaCo0.5Mn0.5O3的磁性。研究了交流阻抗虚部的温度依赖性。磁化率在远低于铁磁转变温度（TC ~ 230 K）的温度Tf处显示出强烈的频率依赖性最大值。Tf的频率依赖性服从阿仑尼乌斯关系f = foexp（-Ea/kBT），物理上合理的值为fo = 109 Hz，Ea/kB = 1518 K。Tf每十年的频率的频移是在任何磁性系统中观察到的最高值之一，并且在LaCo0.4Mg0.1Mn0.5O3中也发现了类似的大值，这表明尽管明显存在长程铁磁有序，但这种行为是内在的。
2003-05-28 cond-mat.mtrl-sci
Structural and optical properties of silicon nanocrystals embedded in silicon carbide
在SiC基质中的Si纳米晶体（Si NC）中的量子限制的突出表现要求制造具有窄尺寸分布的Si NC。毫无争议地理解，这种制造是困难的，并且多层（ML）结构仅在窄的参数范围内适合于这种制造。该参数范围是通过在3和9 nm之间改变化学计量SiC势垒厚度和富Si SiC阱厚度并将它们与单层（SL）进行比较来寻求的。通过等离子体增强化学气相沉积（PECVD）沉积用于该研究的处理的样品，随后在1000-1100 $°$ C下进行热退火以形成晶体。通过结构和光学表征方法获得关于整个样品面积和深度的大量信息：关于平均Si NC尺寸的信息由掠入射X射线衍射（GIXRD）测量确定。傅里叶变换红外光谱（FTIR）被应用于深入了解的Si-C网络的结构，和分光光度测量进行调查的吸收系数和估计的带隙$E_{04}$。所有的测量结果表明，ML结构对Si NC尺寸，Si-C网络和吸收性能的影响从属于样品中的总Si含量的影响，我们确定为结构和光学性能的关键参数。我们将这种行为归因于势垒层和阱层的相互扩散。因为所产生的Si NC对于所有层厚度变化都在2-4 nm的目标尺寸范围内，所以我们建议在未来的实验中使用Si含量来调整Si NC尺寸。
2020-05-15 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Formation of silicon nanocrystals in silicon carbide using flash lamp annealing
在通过固相结晶在Si $_x$ C $_{1-x}$层中形成Si纳米晶体（Si NC）期间，纳米晶体SiC的非预期形成降低了少数载流子寿命，并因此降低了Si $_x$ C $_{1-x}$作为太阳能电池中的吸收层的性能。退火时间的显著减少可以抑制SiC基质的结晶，同时保持Si NC的形成。在这项研究中，我们研究了化学计量比的SiC和富Si的SiC的结晶使用常规的快速热退火（RTA）和非平衡毫秒范围闪光灯退火（FLA）。研究的Si $_x$ C $_{1-x}$薄膜是通过等离子体增强化学气相沉积法制备的，并在700 $°$ C至1100 $°$ C的温度下退火用于RTA，在34 J/cm $^2$和62 J/cm $^2$之间的闪光能量下退火用于FLA。利用GIXRD和FTIR研究了氢逸出、Si和SiC NC生长以及SiC结晶度。Si含量和退火工艺的选择都影响晶化行为。结果表明，在一定的条件下，FLA可以成功地用于在SiC基体中形成Si NC，这非常类似于通过RTA实现的SiC基体中的Si NC。样品必须具有过量的Si，并且对于Si $_{0.63}$ C $_{0.37}$和Si $_{0.77}$ C $_{0.23}$样品，闪光能量分别不应超过40 J/cm $^2$和47 J/cm $^2$。在这些条件下，FLA成功地在比RTA更少的结晶SiC中生产给定尺寸的Si NC。这一…
2020-05-15 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Magnetic Mn5Ge3 nanocrystals embedded in crystalline Ge: a magnet/semiconductor hybrid synthesized by ion implantation
铁磁Mn 5Ge 3与Ge矩阵的集成是有前途的自旋注入在硅兼容的几何形状。在本文中，我们报告的磁性Mn 5Ge 3纳米晶嵌入在Ge基体中的Mn离子注入在高温下的制备。通过X射线衍射和透射电子显微镜，我们观察到不同的尺寸取决于锰离子注量的结晶Mn 5Ge 3。Mn 5Ge 3纳米晶中Mn的电子结构为3d 6组态，与体相Mn 5Ge 3中的电子结构相同。在低温下观察到较大的正磁阻效应。这可以用磁/半导体混合系统中的电导率不均匀性来解释。
2012-11-09 cond-mat.mtrl-sci
Modelling thermoelectric performance in nanoporous nanocrystalline silicon
通过纳米结构化将多个缺陷的分级无序引入材料是实现极低热导率从而提高热电性能的最有前途的方向之一。纳米结构的成功依赖于载流子具有比声子更短的平均自由程，使得后者可以选择性地散射。然而，将无序引入材料中通常以散射载流子以及声子为代价。为了确定晶格热导率和功率因数的退化之间的权衡，由于这一点，我们进行了理论研究的声子和电子输运在纳米晶，纳米多孔硅的几何形状。我们使用分子动力学的声子输运计算和非平衡格林函数方法的电子输运。我们报告的工程权衡孔隙率（孔的数量和它们之间的距离）对材料优化的整体热电性能。我们确实发现，热导率的降低比功率因数的降低更强，对于本研究中考虑的低孔隙率（高达5%），并且与仅纳米孔隙率相比，ZT品质因数可以经历大幅增加，特别是当包括晶界时。
2019-09-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Excitonic nonlinear absorption in CdS nanocrystals studied using Z-scan technique
用纳秒激光脉冲Z扫描方法研究了硫化镉（CdS）纳米晶体激子非线性吸收随辐照度的变化。在1 S（e）-1S ~（3/2）（h）激子跃迁附近测量了非线性吸收的波长依赖性。我们观察到的饱和吸收，这可以描述为一个三阶和五阶非线性过程的3.0 nm大小和2.3 nm大小的CdS纳米晶体。实验结果表明，CdS纳米晶的激子非线性吸收随粒径的减小而增强。一个两能级模型被用来解释激子非线性的辐照度和波长依赖性。
2005-07-28 cond-mat.mtrl-sci
In Situ Imaging of the Conducting Filament in a Silicon Oxide Resistive Switch
许多阻变系统中导电细丝的性质一直是难以捉摸的。通过原位透射电子显微镜，我们图像的实时形成和演变的灯丝在硅氧化物电阻开关。电铸过程中发现，涉及局部富集的硅从氧化硅基质。观察到半金属硅纳米晶体与传统的金刚石立方体形式的硅的结构变化，这可能占在灯丝的传导。响应于不同的电刺激的硅纳米晶体的生长和收缩显示在硅形式的能量上可行的过渡过程，提供证据的开关机制。这项研究还提供了对氧化硅层电击穿过程的见解，氧化硅层在许多电子设备中无处不在。
2011-10-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Monte Carlo simulations for phonon transport in silicon nanomaterials
在纳米结构中，声子输运行为明显不同于体材料中的输运，使得可以实现具有超低热导率和增强的热电性能的材料。在包括分级尺寸的夹杂物和孔的纳米晶体材料中已经实现了低热导率。纳米多孔结构提供了一组有前途的材料性质和结构，其允许超低热导率，甚至低于非晶极限。在本文中，我们概述了一个半经典的蒙特卡罗程序的声子输运的研究，并提出了在纳米多孔和纳米晶硅的热导率的调查。采用不同的无序几何构型，研究孔隙和晶界对声子通量和热导率的影响，包括边界粗糙度，孔隙位置和孔径的影响。在恒定孔隙率下，通过与少量较大直径孔相比具有大量较小直径孔来最大化热导率降低。此外，我们表明，孔隙率有更大的影响比边界粗糙度的热导率。我们的模拟器验证了多个模拟和实验工作的原始硅通道和纳米多孔结构。
2019-02-28 cond-mat.mtrl-sci
Diameter dependence of ferromagnetic spin moment in Au nanocrystals
金纳米粒子表现出铁磁自旋极化，并表现出直径依赖性的磁化。在磁化强度-直径曲线中，颗粒中每个Au原子的磁矩在直径约为3 nm处达到最大值。由于金金属是一种典型的抗磁性材料，其铁磁极化机制被认为与过渡金属中观察到的铁磁性有很大不同。尺寸效应强烈地暗示了在纳米尺度下存在一些自旋相关效应。所谓的"费米空穴效应“是在自由电子气体系统中给出的最可能的效应。利用该模型讨论了金纳米粒子的铁磁性。
2004-03-12 cond-mat.mtrl-sci
Non-monotonic size dependence of the elastic modulus of nanocrystalline ZnO embedded in a nanocrystalline silver matrix
首次对不同平均晶粒尺寸的纳米ZnO薄膜进行了高压拉曼光谱研究。通过形成Ag和ZnO纳米颗粒的纳米复合物克服了来自纳米尺寸颗粒的低拉曼信号的问题。纳米分散的Ag颗粒的存在下，导致从ZnO的拉曼信号的实质性的表面增强。我们发现，纳米ZnO的弹性模量表现出非单调依赖于晶粒尺寸。我们认为，非单调性产生的相互作用之间的弹性性能的个别晶粒和晶粒间区域。
2008-05-26 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Thermal properties of nanocrystalline silicon nanobeams
在纳米尺度下控制热能传递在许多应用和热性质中已经变得至关重要，因为它常常限制器件性能。在这项工作中，我们研究的影响所产生的纳米级结构的独立的纳米晶硅薄膜和增加的表面体积比时，制造成悬浮的光机械纳米梁的热导率。我们表征了不同晶粒尺寸的结构中的热传输，并阐明了晶粒尺寸和几何尺寸对热导率的相对影响。我们使用微时域热反射法研究的晶粒尺寸分布的影响，从10到400 nm，在独立的纳米晶硅薄膜的热导率考虑表面声子和晶界散射。我们发现热导率急剧下降，下降到10 W.m^{-1}.K^{-1}或更低，这只是单晶硅电导率的一小部分。减小晶粒尺寸进一步降低导热率。我们还观察到，这种效果是较小的OM纳米结构比在膜由于在降低热导率的表面散射的竞争。最后，我们介绍了一种新的多功能非接触式表征技术，可以适应于任何结构支持的热位移光共振，并使用它来评估的热导率。这种方法可以用于与光学共振表现出不同的模式配置文件和数据示出同意定量与热反射测量。这项工作开辟了一条道路，以一个更普遍的热表征的光机械腔，并创建热点与工程形状在所需的位置在结构中作为一种手段，研究耦合光子-声子结构中的热输运。
2021-06-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Frequency-dependent spontaneous emission rate from CdSe and CdTe nanocrystals: influence of dark states
研究了室温下胶体CdSe和CdTe纳米晶的自发发射速率。从发光衰减曲线得到的衰减率随发射频率以超线性方式增加。这种依赖性的解释是在室温下的暗激子状态的热占领，引起发射率的强烈衰减。超线性关系与紧束缚计算结果一致。
2005-10-21 cond-mat.mtrl-sci
Lattice small polarons and magnetic interactions drive preferential nanocrystal growth in silicon doped hematite
了解纳米材料的结构、化学和物理性质之间的相互作用对于设计具有增强性能的新器件至关重要。在这方面，金属氧化物的掺杂是调整尺寸、形态、电荷、晶格、轨道和自旋自由度的一般策略，并且已经显示出影响光电化学水分解、电池、催化、磁性应用和光学的纳米材料性质。在这里，我们报告的作用，晶格小极化子驱动的形态转变，从近各向同性的纳米线晶体掺硅赤铁矿（$α-Fe_2O_3$）。晶格小极化子的形成是很好地证明了六方应变的增加和变形程度的$FeO_6$，显示出双曲线的趋势，随着Si含量的增加。通过对分布函数的本地分析突出了一个未报道的交叉从小到大的极化子，这会影响从短到平均尺度的极化子失真的相关长度。发现$Fe^{2+}/Fe^{3+}$物种之间的铁磁双交换相互作用是交叉的驱动力，限制了沿[110]晶体学方向的化学键链。这促进了仅沿赤铁矿基面的Fe原子的网状密度的增加，这促进了具有更多延伸的[110]晶面的纳米晶体的各向异性生长。我们的研究结果表明，磁性和电子相互作用驱动掺杂金属氧化物的择优晶体生长，从而提供了一种新的途径来设计其功能特性。
2019-08-09 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Sign of the Gap Temperature Dependence in CsPb(Br,Cl)3 Nanocrystals Determined by Cs-Rattler Mediated Electron-Phonon Coupling
Institut de Ciència de Materials de Barcelona, ICMAB-CSIC（巴塞罗那材料科学研究所）；CINBIO, Universidade de Vigo（维戈大学）；ICREA（加泰罗尼亚高级研究院）
研究揭示了铯铅溴氯钙钛矿纳米晶中能隙温度依赖性符号变化的起源，发现电子-声子耦合机制是关键因素，影响其光电性质。
2024-11-20 cond-mat.mtrl-sci
Size Dependence in Multicolor Upconversion in Single Yb3+, Er3+ Co-doped NaYF4 Nanocrystals
Schietinger等人（Nano Lett. 2009，9，2477-2481）观察到来自NaYF 4：Er 3+，Yb 3+的单个纳米颗粒发射，并注意到红色和绿色发射的强度随粒度的不寻常变化。我们表明，记录的变化是由于仪器的文物和变化的解释是不正确的。
2010-01-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Size Dependence of Nanoscale Wear of Silicon Carbide
纳米尺度，单晶碳化硅（sc-SiC）和纳米晶碳化硅（nc-SiC）的纳米粗糙磨损研究使用单晶金刚石纳米压痕针尖和纳米金刚石原子力显微镜（AFM）的尖端在干燥条件下，和磨损行为进行比较的单晶硅与薄和厚的原生氧化层。我们发现了一个过渡的相对耐磨性的SiC样品相比，Si作为一个函数的接触尺寸。随着较大的纳米压头尖端（尖端半径约370 nm），sc-SiC和nc-SiC的耐磨性高于Si。该结果是根据Archard方程预期的，因为SiC比Si硬。然而，与较小的AFM提示（尖端半径约20 nm），sc-SiC和nc-SiC的耐磨性低于Si的，尽管事实上，接触压力是与纳米压头提示所施加的那些相媲美，和塑性区是发达国家在这两组磨损实验。我们将SiC的相对耐磨性与Si相比的降低归因于从由材料的抗塑性形变性主导的磨损状态（即，硬度）到由材料对界面剪切的抵抗力主导的状态。这一结论得到了我们的无磨损摩擦的AFM研究的支持，它揭示了SiC的界面剪切强度高于Si。还讨论了表面粗糙度和表面化学对界面剪切强度差异的贡献。
2017-03-01 cond-mat.mtrl-sci
Polarization anisotropy in the optical properties of silicon ellipsoids
采用一种新的考虑局域场效应的实空间量子力学方法计算了硅纳米晶体的光学性质。研究了硅椭球的表面极化特性，详细讨论了表面极化的作用。特别是，表面极化被证明是负责在硅椭球体中的强光学各向异性，更明显的情况下，只考虑量子限制效应。静态介电常数和吸收光谱的计算，表明垂直和平行分量有一个非常不同的依赖于椭球的纵横比。然后，与经典的电介质模型进行比较，表明该模型只适用于大的和规则的结构，但它不适用于薄的细长椭球。
2007-07-10 cond-mat.mtrl-sci
Bound-state third-order optical nonlinearities of embedded germanium nanocrystals
对镶嵌在二氧化硅基质中的锗纳米晶进行了理论分析，以确定其三阶束缚态非线性。采用严格的原子赝势方法确定了体系的电子结构和非线性光学性质。本研究表征的双光子吸收，非线性折射率，和光学开关参数揭示了从静态到紫外光谱的全波长依赖性和尺寸依赖性高达3.5 nm的直径。与Si NC类似，强度依赖性折射率随着NC直径的减小而增加。另一方面，与相同尺寸的Si NC相比，Ge NC具有大约一个数量级的较小的非线性极化率。观察到双光子吸收阈值超过半带隙值。这使得非线性折射率可调谐性在更宽的波长范围内，没有双光子吸收。
2008-08-15 cond-mat.mtrl-sci
Size dependence of the pressure-induced phase transition in nanocrystals
将最近开发的键级长度强度（BOLS）相关机制[Sun CQ，Prog Solid State Chem 2007，35，1-159]扩展到压力域，导致了对纳米结构在压力和固体尺寸的变化刺激下的相稳定性的原子洞察。结果表明，压力诱导的过热（TC升高）和尺寸诱导的过冷（TC降低）之间的竞争主导了压力诱导的相变的测量尺寸趋势。再现测得的尺寸和压力依赖性的相稳定性的CdSe，Fe 2 O3，和SnO 2纳米晶体的证据的有效性的解决方案来自原子的结合能的角度和它的响应外部刺激。
2008-01-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Abnormal temperature dependence of mobility in conjugated polymer / nanocrystal composite: experiment and theory
代替正常的非阿克里米乌斯关系，载流子迁移率$ln(μ)$对$1/T^2$在MEH-PPV / InP纳米复合体系中表现出异常的温度依赖性，在233 K ~ 333 K温度范围内，$(T_c)$的临界温度行为显著。在这里，在可变距离跳频理论的模型中，在高斯陷阱分布内开发了一个分析模型，该模型成功地实现了该现象。结果表明，当陷阱填充因子（FF）为1时，Tc为相变温度，即存在从玻尔兹曼分布到费米分布的转变点。此外，该模型预测的$ln(μ)$对$1/T^2$的FF确定的任何无序系统与陷阱的普遍关系。
2013-10-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
