Atomic-scale Nucleation and Growth Pathway of Complex Plate-like Precipitates in Aluminum Alloys
本文通过理论计算揭示铝合金中复杂板状析出相遵循层间滑移+原子重排的形核生长机制，识别出基本结构转变单元并提出与实验吻合的演化路径，为高性能铝合金设计提供理论依据。
2024-10-20 cond-mat.mtrl-sci
Magnetic Damping in Epitaxial Fe Alloyed with Vanadium and Aluminum
为了开发低磁矩，低阻尼的金属铁磁体用于功率效率的自旋电子器件，关键是要了解磁弛豫是如何通过添加非磁性元素来影响的。在这里，我们比较轻的V和Al元素合金化的外延Fe膜的磁弛豫。FeV合金表现出较低的固有阻尼相比，纯铁，减少了近2倍，而在FeAl合金中的阻尼随Al含量增加。我们的实验和计算结果表明，降低费米能级的态密度，而不是平均原子序数，有更显着的影响，在降低阻尼铁合金轻元素。此外，FeV被证实表现出固有的吉尔伯特阻尼参数为$\simeq$ 0.001，其中最低的铁磁金属。
2020-07-21 cond-mat.mtrl-sci
On recrystallization nucleation in pure aluminum
本文针对纯铝再结晶形核，提出无需预先存在胚胎的机制，认为原子改组可创造新取向，可能改变对再结晶早期阶段的理解。
2023-05-15 cond-mat.mtrl-sci
Probing the Nucleation of Al2O3 in Atomic Layer Deposition on Aluminum for Ultrathin Tunneling Barriers in Josephson Junctions
超薄介质隧穿势垒是约瑟夫森结（JJ）超导量子比特的关键。然而，通过氧扩散热氧化铝的流行技术产生了有问题的缺陷，例如氧空位，这被认为是两级波动的主要来源，并有助于量子比特的退相干。开发用于改进隧穿势垒的替代方法变得迫切和必要。氧化铝（Al 2 O3）的原子层沉积（ALD）是解决Al 2 O3隧穿势垒中的氧空位问题的有希望的替代方案，并且其自限制生长机制提供了原子级精度的隧穿势垒厚度控制。在金属上的Al 2 O3的ALD中的关键问题是金属表面上缺乏羟基，这阻止了三甲基铝（TMA）的成核。在这项工作中，我们探索了铝表面的修改，水脉冲曝光，然后TMA脉冲曝光，以评估ALD作为JJ量子比特的可行技术的可行性。ALD Al 2 O3膜从40埃到100埃生长在1.4埃到500埃的Al上，并用椭圆偏振法和原子力显微镜进行表征。测得1.2埃/循环的生长速率，并观察到界面层（IL）。由于IL厚度取决于Al的可用性并在2 nm处饱和，因此选择超薄Al润湿层可能会导致超薄ALD Al 2 O3隧道势垒。
2014-05-14 cond-mat.mtrl-sci
Epitaxial aluminum contacts to InAs nanowires
我们报告了一种方法，使外延超导接触半导体纳米线。温度和栅极特性证明了无势垒电接触，并在低温下的超导状态下的性能进行了研究。半覆盖铝接触实现，而不需要光刻，我们演示了如何可控地插入高带隙层的界面区域。这些发展与支持马约拉纳零能态的混合超导体纳米线器件有关。
2013-09-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
Equilibrium shape and dislocation nucleation in strained epitaxial nanoislands
本文采用二维原子模型，利用简单的原子间对势，数值研究了小应变外延岛的平衡形状、形状转变和位错成核。我们首先绘制出平衡岛形状的相图作为岛的大小（N = 105个原子）和晶格失配与基板的函数，并表明，纳米级的岛屿有四个通用的平衡形状，与弹性连续理论的预测相反。对于增加基板吸附的吸引力，我们发现岛屿上形成一个有限的润湿层上观察到的Stranski-Krastanow增长。我们还研究了不同形状的岛屿之间的过渡和位错成核在最初的相干岛屿的能量障碍和过渡路径。特别是，我们发现，位错成核自发地在边缘的吸附物-衬底界面以上的临界尺寸或晶格失配。
2005-10-05 cond-mat.mtrl-sci
Real-time X-ray Monitoring of the Nucleation and Growth of AlN Epitaxial Films on Sapphire (0001)
我们报告的X射线散射研究的结果AlN在c面蓝宝石在反应射频磁控溅射。原位X射线测量的灵敏度使我们能够跟踪从初始成核层到完全弛豫的AlN膜的应变和粗糙度的结构演变。观察到的生长速率瞬变，与初始形成的非聚结的岛屿与显着的氧掺入从基板一致。岛聚结后，看到一个稳定的状态的生长速率与连续移位的c和晶格参数朝着松弛的体值作为生长进展，与膜达到完全松弛状态，厚度约30 nm。
2017-09-06 cond-mat.mtrl-sci
Nucleation on top of islands in epitaxial growth
我们开发了一个理论上的成核的岛屿上的外延生长的基础上推导的寿命和速率管理个人的微观过程。这些过程强烈地受到下降原子的附加台阶边势垒E_S的影响。如果不稳定团簇的解离时间可以忽略，理论预测，对于尺寸i<=2的小临界核，成核受涨落控制，在此期间，i+1个原子偶然出现在岛上。相比之下，对于i>=3的大临界核，成核过程可以以平均场类型的方式描述，对于大E_S，这对应于Tersoff等人[Phys. Rev. Lett. 72，266（1994）]。在波动主导和平均场的情况下，各种标度制度被确定，其中典型的岛的大小在开始的成核显示依赖于吸附原子的扩散速率，传入的原子通量，和步骤边缘交叉概率exp（-E_S/k_B T）的幂律。对于亚稳态团簇的解离速率作为附加参数进入问题的情况，我们建立了一个基于新颖速率方程的半解析方法，该方法可以很容易地在数值上求解。理论计算结果与MonteCarlo实验结果符合得很好。指出了各种应用的影响。
2000-06-05 cond-mat.mtrl-sci
Energetics and atomic mechanisms of dislocation nucleation in strained epitaxial layers
本文在二维原子模型中数值研究了具有晶格失配的衬底上应变外延层的失配位错成核和应力弛豫的能量学和原子机制。利用Lennard-Jones型原子间相互作用势和系统的鞍点及跃迁路径搜索方法，研究了不同跃迁路径下从相干态到非相干态的弛豫过程.该方法是基于排斥势最小化和轻推弹性带方法的组合。对于含有单个错配位错的末态，得到了不同错配和原子间相互作用势下的最小能量路径和相应的激活势垒。我们发现，能量势垒强烈降低失配。与连续弹性理论相反，观察到强拉压不对称性。这种不对称性可以理解为对势的排斥分支和吸引分支之间的不对称性的表现，并且发现它敏感地依赖于势的形式。
2003-08-09 cond-mat.mtrl-sci
Nucleation and growth of hierarchical martensite in epitaxial shape memory films
记忆合金在马氏体状态下通常表现出复杂的分级形态。为了了解这种双内双晶微结构的形成，我们研究了外延Ni-Mn-Ga薄膜作为模型系统。原位扫描电子显微镜实验显示美丽的复杂的孪晶图案与一些不同的介观孪晶边界和宏观孪晶边界之间已经孪晶区域。我们解释这些图案的外观和几何形状，通过构建一个内部孪生马氏体核，它可以采取的形状的钻石或钻石，在马氏体的基本唯象理论。这些核已经包含了不同的可能的介观孪晶边界的种子。这些核的形核和生长决定了分层空间填充马氏体显微组织的产生。这与以前解释分级马氏体微观结构的方法相反。这种新的图片的创建和各向异性，良好的取向生长的孪晶马氏体核解释了我们的实验观察到的孪晶内孪晶微观结构的微观和宏观尺度上的形态和精确的几何特征。
2017-01-17 cond-mat.mtrl-sci
Minimum energy paths for dislocation nucleation in strained epitaxial layers
本文在二维原子模型中数值研究了具有晶格失配的应变外延层中位错成核的最小能量路径和能垒。采用基于排斥势最小化和轻推弹性带方法相结合的鞍点搜索方法，确定了不同过渡路径下从相干态到非相干态的应力松弛过程。最小的能量势垒导致一个单一的失配位错成核的最终状态的确定。观察到强的拉伸-压缩不对称性。这种不对称性可以理解为拉伸应变和压缩应变的性质不同的过渡路径。
2002-05-29 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech
Nucleation of Al3Zr and Al3Sc in aluminum alloys: from kinetic Monte Carlo simulations to classical theory
Zr和Sc在铝合金中沉淀形成化合物Al 3 Zr和Al 3Sc，其对于低过饱和固溶体具有L12结构。本研究的目的是在原子尺度上模拟这种沉淀动力学，并建立一个基于经典成核理论的介观模型，以便扩展可以模拟的过饱和和退火时间的领域。我们用从头计算和实验数据拟合了描述Al-Zr和Al-Sc体系热力学的伊辛模型。动力学行为描述的原子-空位交换机制。这使我们能够模拟与动力学Monte Carlo算法的Al 3 Zr和Al 3Sc的沉淀动力学。这些动力学，然后用来测试经典的成核理论。在这个目的中，我们推导出从我们的原子模型的各向同性界面自由能，这是一致的实验动力学和成核自由能推导出的。我们测试不同的平均场近似（布拉格-威廉姆斯近似以及集群变分法）这些参数。经典的成核理论是一致的动力学蒙特卡罗模拟，只有当使用CVM：它设法再现在亚稳固溶体中的簇的尺寸分布和它的演变，以及稳态的成核速率。我们还发现，毛细管近似中使用的经典成核理论的作品令人惊讶的是，相比之下，直接计算的自由能的形成小L12集群。
2004-02-04 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech
Contrasting Behavior of Carbon Nucleation in the Initial Stages of Graphene Epitaxial Growth on Stepped Metal Surfaces
利用密度泛函理论中的第一性原理计算，我们研究了在三种有代表性的阶梯金属表面：Ir（111）、Ru（0001）和Cu（111）上外延石墨烯生长的早期阶段中碳成核的能量学和动力学。我们发现在Ir（111）和Ru（0001）的平面上，两个碳原子相互排斥，而在Cu（111）上，它们更倾向于形成二聚体。此外，Ir和Ru表面上的台阶边缘不能作为单个碳吸附原子的有效捕获中心，但可以容易地促进碳二聚体的形成。这些对比的行为归因于C-C键和C-metal键之间的微妙竞争，并提出了一个简单的一般原则，预测的成核位置的C吸附在许多其他金属基板上的C-金属键强度作为最小输入。
2009-12-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Selective epitaxial growth of GaAs on Ge by MOCVD
我们有选择地生长薄外延GaAs薄膜的Ge衬底上的援助的200 nm的薄SiO2掩模层。选择性生长的结构具有从1 μ m宽到1 × 1mm 2的大面积的横向尺寸。在Ge衬底上生长GaAs的标准生长程序的生长揭示了掩模区域上的GaAs成核的有限量和由III族前体在掩模区域上和气相中的扩散引起的强负载效应。生长压力的降低抑制了GaAs在掩模区域上的成核，并强烈地降低了负载效应，但有利于在GaAs中产生反相畴。一个优化的生长过程，包括在高压下生长的13 nm薄的成核层，然后通过低压生长的GaAs。这种优化的生长过程抑制了GaAs在掩模区域上的成核，并且是减少加载效应和抑制GaAs中的反相畴生长之间的良好折衷。X射线衍射和光致发光测量表明选择性生长层的良好的微观特性。
2007-03-26 cond-mat.mtrl-sci
Growth and Characterization of Bulk Aluminum Nitride by Physical Vapor Transport
氮化物基材料技术发展中的一个主要问题是衬底的选择。这些层的结构和光学性质与外延生长中使用的衬底材料密切相关。关键问题包括衬底和外延层的晶格匹配以及衬底和外延层之间的热膨胀差异。由于氮在氮化镓（GAN）上具有极高的蒸气压，因此很难生产纯GAN衬底，目前几乎所有的氮化物基器件都是通过在蓝宝石或碳化硅（SiC）上异质外延来制造的。或者，AlN具有显著较低的氮蒸气压，并且可以以块体形式生长。在本文中，我们报告了我们的结果，在AlN的生长的物理气相传输。建立了一个理论模型来研究生长过程，以确定最佳的生长参数。研究了几种不同的晶种，奇异的6 H-SiC、3.50离轴6 H-SiC和80离轴4 H-SiC，以及通过氢化物气相沉积在硅衬底上生长的AlN（随后通过蚀刻去除硅衬底）。俄歇电子显微镜，透射电子显微镜，和各种X射线衍射技术被用来研究生长的样品。
2002-04-13 cond-mat.mtrl-sci
Epitaxial aluminum layer on antimonide heterostructures for exploring Josephson junction effects
本文研究了锑化物异质结构上外延铝层的生长，在室温或零下生长的薄膜观察到1.3K超导转变，制备的迁移率1.0×10⁶ cm²/Vs的约瑟夫森结实现超流态，为量子信息和微电子提供高质量平台。
2025-04-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
Scanning Tunneling Spectroscopy of Proximity Superconductivity in Epitaxial Multilayer Graphene
我们报告的空间测量的超导邻近效应在外延石墨烯诱导的石墨烯超导体界面。在SiC上外延多层石墨烯上生长了超导铝膜。铝膜是不连续的，在膜形态中具有沟槽网络，向下到达暴露的石墨烯平台。在石墨烯平台上测量的扫描隧道光谱显示出超导能隙随着与石墨烯-铝边缘的分离增加而明显衰减。用Bardeen-Cooper-Schrieffer（BCS）理论很好地描述了光谱。石墨烯中超导能隙的衰减长度被确定为大于400 nm。指数衰减的能隙的偏差也被观察到在一个小得多的长度尺度上的几十纳米。
2016-02-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
Elastic relaxation during 2D epitaxial growth: a study of in-plane lattice spacing oscillations
本文的目的是报告一些新的实验和理论结果的分析在二维（2D）同质和异质外延生长的面内晶格间距振荡。这些振荡的物理起源来自应变岛的有限尺寸。因此，2D岛可以通过它们的边缘松弛，导致在这些岛的诞生和扩展期间的面内晶格间距振荡。一方面，我们制定了一个连贯的2D外延存款的弹性松弛的问题，通过使用点力的概念，并证明在岛上的平均变形表现出振荡行为。另一方面，我们通过使用一个平均模型的弱变形层堆积的相干沉积的2D岛屿的衍射强度计算。发现面内晶格间距振荡的幅度线性地依赖于失配和近似线性地依赖于成核密度。我们表明，成核密度可以近似从半覆盖率的衍射棒的半峰全宽。因此，在V/Fe（001），Mn/Fe（001），Ni/Fe（001），Co/Cu（001）和V/V（001）上，实验验证了面内晶格间距振荡幅度与成核密度的预测依赖性。
2007-06-28 cond-mat.mtrl-sci
Structural and electrical properties of fiber textured and epitaxial molybdenum thin films prepared by magnetron sputter epitaxy
本文系统研究生长温度对纤维织构与外延AlN上磁控溅射Mo薄膜结构及电学性能的影响，揭示晶粒尺寸和晶界类型对电阻率的作用规律。
2024-10-29 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Threefold enhancement of superconductivity and the role of field-induced odd-frequency pairing in epitaxial aluminum films near the 2D limit
基于STM/STS测量，发现Si(111)上超薄外延Al膜在接近2D极限时超导临界温度和能隙实现三重增强，并通过计算揭示了奇频配对和顺磁Meissner效应的作用，为强磁场下研究BCS超导性提供了新平台。
2022-10-19 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
Adatom-induced dislocation annihilation in epitaxial silicene
通过吸附单层硅的一部分，将自发形成的外延硅烯在ZrB $_2$薄膜上的条纹畴结构转变为单畴结构，研究了位错如何在二维蜂窝结构中反应并最终湮灭。原位实时STM监测的域结构的演变后，Si沉积揭示的机制，导致成一个单一的域结构的成核通过逐步反应的部分位错。在形核之后，单畴通过刃位错在其边界处的传播而延伸。无位错硅烯片的这种特定成核-传播形成的识别提供了对如何在二维材料中修复晶体缺陷的见解。
2020-10-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Tailoring the SiC surface - a morphology study on the epitaxial growth of graphene and its buffer layer
我们使用原子力显微镜研究了石墨烯缓冲层的生长和碳化硅衬底表面的台阶聚束行为。局部缓冲层域的形成被确定为不期望的高步骤的边缘的起源与一个一般模型的步骤动态的预测非常一致。所应用的聚合物辅助升华生长方法表明，抑制这种行为的关键原理是缓冲层的均匀成核。以这种方式，碳化硅表面被稳定化，使得在各种碳化硅衬底表面上的石墨烯生长期间可以保留超平坦表面。实验结果的分析描述了不同的生长模式，通过强调缓冲层成核和临界质量传输过程的重要性，扩展了目前对外延石墨烯生长的理解。
2017-07-10 cond-mat.mtrl-sci
In situ Al$_2$O$_3$ passivation of epitaxial tantalum and aluminum films enables long-term stability in superconducting microwave resonators
Grad. Institute of Applied Physics and Dept. of Physics, National Taiwan University（国立台湾大学应用物理研究所及物理系）；Department of Physics, National Tsing Hua University（国立清华大学物理系）；National Synchrotron Radiation Research Center（国家同步辐射研究中心）；Taiwan Semiconductor Research Institute（台湾半导体研究院）
原位氧化铝钝化技术有效提升超导微波谐振器长期稳定性，解决界面氧化问题。
2025-08-02 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con physics.app-ph
Crystal nucleation and near-epitaxial growth in nacre
珍珠层是一种分层的，彩虹色的衬里，在许多软体动物的贝壳中发现，在亚微米尺度上具有独特的砖和砂浆周期性结构，并且具有显着的抗断裂性。尽管进行了广泛的研究，但仍不清楚珍珠层是如何形成的。在这里，我们提出了20纳米，2°分辨率的偏振依赖成像对比度（PIC）图像的贝壳从15个软体动物的贝壳物种，映射珍珠层片和它们的取向模式，显示新的晶体取向出现的地方，以及它们如何传播通过有机片珍珠层的增长。在所有的贝壳中，我们发现堆叠的共同取向的文石（碳酸钙）片排列成垂直列或交错对角。只有在靠近珍珠质-棱柱体边界处才有无序晶体成核，如球晶文石。过度生长的珍珠层片晶体最常见的共同取向与下面的球晶文石或与另一片，连接矿物桥。因此，文石晶体在珍珠层中的生长是外延或近外延的，具有突然或逐渐的取向变化，c轴在20°以内。基于这些数据，我们提出，有一个矿物桥每片，和“桥倾斜”是一个可能的机制，引入小，逐渐或突然的变化，在一堆片的珍珠层生长的晶体取向。
2013-03-27 cond-mat.mtrl-sci physics.bio-ph
Selective Epitaxial Growth of GaAs on Ge Substrates with a SiO2 Pattern
我们有选择地生长薄外延GaAs薄膜的Ge衬底上的援助的200 nm的薄SiO2掩模层。选择性生长的结构具有从1 μ m宽到1 × 1 mm 2的大面积的横向尺寸。生长是完全选择性的，由于优化的生长过程，包括在高压下生长的13 nm薄的成核层，然后是GaAs的低压生长。这种生长过程抑制了GaAs在掩模区域上的成核，并且是在GaAs中的负载效应的减少和反相畴生长的抑制之间的良好折衷。尽管如此，微观和宏观加载效果仍然可以观察到的X-截面SEM图像和轮廓仪测量。X射线衍射和低温光致发光测量表明选择性生长的GaAs具有良好的微观特性。
2007-03-26 cond-mat.mtrl-sci
Magnetic anisotropy and reversal in epitaxial Fe/MgO(001) films revisited
我们研究了具有四重面内磁各向异性和一个附加的单轴各向异性的Fe/MgO（001）薄膜的磁化反转，该单轴各向异性的取向和强度通过不同的生长几何形状和生长后处理进行调节。以前采用的180^{o}畴壁成核机制显然不能解释观察到的180^{o}磁化反转。一个新的反转机制与两个连续的畴壁成核一致地预测所有的场取向的开关场。我们的结果是相关的正确解释在许多其他外延金属和半导体薄膜的磁化反转。
2008-10-27 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Kinetics and Parameters of Epitaxial Monolayered Continuous large area Molybdenum disulfide Growth
通过化学气相沉积（CVD）生长具有所需形态的大微晶连续单层材料如二硫化钼（MoS $_2$）仍然是一个挑战。在CVD中，各种因素如生长温度、前体和衬底性质的复杂相互作用决定了所生长的MoS $_2$单层的结晶度、微晶尺寸和覆盖面积。在目前的工作中，我们报告的三氧化钼（MoO $_3$），硫，和载气流量对成核和单层生长的重量分数的作用。发现MoO $_3$重量分数的浓度控制自引晶过程并决定影响形貌和覆盖面积的成核位点的密度。100 sccm氩气的载气流导致具有较低覆盖面积（70%）的大微晶连续膜，而150 sccm的流速导致具有减小的微晶尺寸的92%覆盖面积。通过系统地改变实验参数，我们建立了适合于光电子器件的大晶粒原子级薄MoS $_2$的生长配方。
2022-05-27 cond-mat.mtrl-sci
First-principles studies of kinetics in epitaxial growth of III-V semiconductors
我们演示了如何使用密度泛函理论（DFT）的第一性原理计算可以应用于深入了解分子过程，规则的物理材料加工。具体而言，我们研究了砷化合物半导体的分子束外延（MBE）。对于GaAs在GaAs（001）上的同质外延，提出了一个生长模型，该模型建立在对β 2重构GaAs（001）表面上的分子过程的DFT计算结果的基础上，包括吸附、脱附、表面扩散和成核。动力学蒙特卡罗模拟的基础上计算的能量使我们能够模拟分子束外延生长GaAs的Ga和As_2的原子细节。模拟结果表明，岛形核是由As_2分子与表面Ga原子的反应控制的。分析表明，标准成核理论中岛密度随生长温度变化的标度律不适用于GaAs外延。我们还讨论了InAs在GaAs（001）衬底上的异质外延，并报道了In在应变GaAs衬底上扩散的第一性原理DFT计算。特别是，我们解决异质外延应变的相干应变InAs岛的生长动力学的影响。发现岛周围的应变场导致从衬底向岛的材料传输减慢，从而有助于实现更均匀的岛尺寸。
2002-02-18 cond-mat.mtrl-sci
Epitaxial growth and electronic properties of mixed valence YbAl3 thin films
本文报道了用分子束外延法在MgO上生长混合价化合物YbAl $_{3}$的薄膜。采用铝缓冲层，外延（001）薄膜可以生长亚纳米的表面粗糙度。使用X-射线衍射，原位低能电子衍射和像差校正的扫描透射电子显微镜，我们建立的薄膜是有序的，在体以及在表面。我们的电影表现出的相干温度为37 K，可比报告的散装单晶。光电子能谱学揭示了$\textit{f}^{13}$和$\textit{f}^{12}$最终状态的贡献，确立了YbAl $_{3}$是一种混合价化合物，并显示了费米能级附近的近藤共振峰的存在。
2016-08-03 cond-mat.mtrl-sci
Hydrogen assisted growth of high quality epitaxial graphene on the C-face of 4H-SiC
我们展示了氢辅助生长的高质量的外延石墨烯的C面的4 H-SiC。与传统的热分解技术相比，该方法的生长畴的尺寸显著增加，厚度变化减小。基于外延石墨烯的形貌，揭示了氢的作用。据发现，氢作为碳蚀刻剂。它抑制了石墨烯的缺陷形成和成核。它还通过烃类物质改善碳原子的动力学。这些效应导致畴尺寸的增加和结构质量的提高。随之而来的覆盖效应导致光滑的表面形态和多层生长的抑制。我们的方法提供了一个可行的路线，微调SiC上的外延石墨烯的生长动力学。
2014-09-29 cond-mat.mtrl-sci
Suspended graphene membranes to control Au nucleation and growth
成核位置的控制是材料生长中的重要目标：规则阵列中的核可以显示出的光子或电子行为，并且一旦核聚结成薄膜，成核密度影响诸如表面粗糙度、应力和晶界结构的参数。因此，定制衬底性质以控制成核是设计功能性薄膜和纳米材料的有力工具。在这里，我们研究成核控制的金属沉积在二维（2D）材料的情况下，衬底效应是不存在的和异质成核网站最小化。通过量化石墨烯上的多面外延Au岛成核，我们表明，在我们测量相邻支撑衬底上的成核密度高2-3个数量级的条件下，可以在悬浮石墨烯上实现具有几微米间隔的核的超低成核密度。我们使用成核理论估计扩散距离，并发现成核和扩散对悬浮石墨烯厚度具有很强的敏感性。我们建议通过衬底调节控制成核位点密度可以作为石墨烯上金属非光刻图案化有益的应用平台。
2022-07-08 cond-mat.mtrl-sci
Selective etching of (111)B-oriented $Al_x Ga_{1-x} As$-layers for epitaxial lift-off
GaAs-（111）纳米结构具有二次谐波效应，是非线性光学的一种新型结构单元。这样的结构可以通过外延剥离，采用含铝层的选择性蚀刻和随后转移到玻璃基板制造。在这篇文章中，研究了在10%氢氟酸中用不同铝浓度（x=0.5至1.0）选择性蚀刻（111）B取向的$Al_x Ga_{1-x}As$牺牲层（10 nm至50 nm厚），并与标准（100）取向结构进行了比较。牺牲层越薄且铝含量越低，横向蚀刻速率越低。对于这两个方向，横向蚀刻速率是在相同的数量级，但存在一些定量差异。此外，外延剥离，转移，和薄（111）B-取向的GaAs膜的纳米图案化被证明。原子力显微镜和高分辨X射线衍射测量表明，转移的GaAs-（111）薄膜具有高的结构质量。
2021-03-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Tuning Fe Nucleation Density with Charge Doping of Graphene Substrate
我们已经证明，在外延薄膜生长的初始阶段的岛形核可以通过衬底表面电荷掺杂来调节。使用自旋密度泛函理论计算在石墨烯衬底上沉积Fe作为示例来研究这种电荷效应。结果表明，空穴掺杂能显著提高Fe原子的扩散势垒和中间分离时的Fe原子间排斥能，而电子掺杂能降低Fe原子的扩散势垒，但对Fe原子间排斥能的影响不大.进一步的动力学蒙特卡罗模拟表明，在空穴掺杂下，形核岛密度可以增加到10倍以上，并且可以降低到10倍以下。我们的研究结果表明，通过表面电荷掺杂的磁性金属纳米结构的自旋电子学应用定制的生长形态的新途径。
2014-06-02 cond-mat.mtrl-sci
Efficient spin injection through a crystalline AlOx tunnel barrier prepared by the oxidation of an ultra-thin Al epitaxial layer on GaAs
我们报告说，超薄，后氧化铝外延生长在AlGaAs表面工程作为一个高品质的隧道势垒自旋注入从铁磁金属到半导体。本发明的氧化方法的关键点之一是在不氧化Al/AlGaAs界面附近的AlGaAs区域的情况下形成结晶AlOx模板层。氧化的Al层不是无定形的，而是显示出令人联想到尖晶石γ-AlOx相的明确的单晶特征。由Fe层、结晶AlOx阻挡层和AlGaAs-InGaAs双异质结构组成的自旋LED在Fe层的剩余磁化状态下表现出圆偏振的圆偏振电致发光，圆偏振为P_{EL} = 0.145，表明相对高的自旋注入效率（λ = 2 P_{EL} / P_{Fe}）为0.63。
2013-06-25 cond-mat.mtrl-sci
Kinetic Monte Carlo simulations inspired by epitaxial graphene growth
石墨烯是一种由碳原子紧密堆积成二维六方晶格的平面单层结构，具有独特的电子性质，在纳米电子领域有着广泛的应用前景。最近的低能电子显微镜（LEEM）实验表明，在Ru（0001）上外延生长的2D石墨烯岛的台阶边缘速度随着碳吸附原子过饱和度的五次方而变化。这表明石墨烯岛是通过添加五个原子的簇而不是通过单个吸附原子附着的通常机制生长的。我们已经进行了动力学蒙特卡罗（KMC）模拟，以进一步研究的一般情况下的外延生长的移动原子团簇的附件。我们没有试图直接复制Gr/Ru（0001）系统，而是考虑了一个涉及正方形晶格上原子的移动四聚体的模型。我们的研究结果表明，四聚体的能量障碍打破和必须碰撞，以成核一个固定的岛屿的四聚体的数量是重要的参数，用于确定是否，在Gr/Ru（0001）系统中，在岛成核的开始时的吸附原子密度是温度的递增函数。为了使我们的模型产生一个平衡的吸附原子密度，这是一个大的成核密度的一部分，需要一个相对较大的能量势垒吸附原子附着到岛屿。岛密度随着温度的升高而显著降低也需要用于四聚体附着到岛的大的能量势垒。我们发现，岛屿生长的速度与四次幂的吸附原子的过饱和度时，四聚体附件是岛屿生长的主导过程。
2012-03-31 cond-mat.mtrl-sci
Triggering InAs/GaAs Quantum Dot nucleation and growth rate determination by in-situ modulation of surface energy
外延InAs/GaAs量子点（QD）作为高效、纯净的单光子源和纠缠光子对源被广泛应用，然而可靠的晶圆级生长技术却被证明是难以捉摸的。二维量子阱（QW）薄膜的生长可以以原子精度低至材料中电子的德布罗意波长以下来实现，从而暴露出盒中量子粒子能量与厚度平方的关系。然而，在控制纳米结构成核的确切时刻的困难掩盖了这种行为在外延量子点材料，防止其生长的清晰理解。在这项工作中，我们表明，量子点成核可以诱导直接调制的晶体表面能，而无需额外的材料或设备。这使我们获得了量子点生长速率的定量测量，并使量子点生长过程的预测设计成为可能。我们相信这种技术对于实现单光子水平上可扩展量子器件所需的量子点均匀阵列至关重要。
2019-06-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Temperature-dependent photoluminescence characteristics of GeSn epitaxial layers
GeSn外延异质结构正在成为在Si衬底上单片集成光源的突出候选者。在这里，我们提出了一个明智的解释，其温度依赖性的光致发光（PL）的基础上，迄今为止被忽视的光学活动的位错。通过在塑性弛豫的开始，每当外延层释放在晶格失配的衬底上生长过程中积累的应变时发生，我们证明了位错成核可以明确地看到在PL数据。值得注意的是，我们的研究结果指出，单调的热PL淬灭可以观察到在相干薄膜，尽管GeSn带隙的间接性质。因此，我们的研究有助于更深入地了解这种有趣的IV族合金中的复合动力学，并提供了对塑造发光效率的关键现象的见解。
2016-09-02 cond-mat.mtrl-sci
Kagome silicene: a novel exotic form of two-dimensional epitaxial silicon
自从石墨烯被发现以来，人们一直在努力寻找新的二维（2D）材料。将材料的尺寸减小到其最终的薄度是揭示新物理现象并潜在地提高器件性能的有希望的途径。在最近的二维材料中，石墨烯的类似物，IV族元素因其意想不到的和可调的物理性质而引起了人们的广泛关注。根据生长条件和衬底，可以形成硅烯、锗烯和锡烯的几种结构。在这里，我们报告的可果美晶格硅烯铝（111）基板上的合成。我们通过扫描隧道显微镜（STM）的观察，高分辨率的核心水平（CL）和角度分辨光电子能谱学（ARPES）的测量，以及密度泛函理论计算提供了这样一个异国情调的2D硅同素异形体的证据。
2020-01-30 cond-mat.mtrl-sci
Three-dimensional nucleation and growth of deformation twins in magnesium
针对镁合金变形孪晶此前仅能表面/薄膜表征的局限，首次结合暗场X射线显微镜与晶体塑性有限元分析实现介观尺度嵌入晶粒内变形孪晶的三维原位表征，明确了孪晶形核、生长及位错累积的相关规律。
2024-12-21 cond-mat.mtrl-sci
Tunneling magnetoresistance in devices based on epitaxial NiMnSb with uniaxial anisotropy
我们证明隧道磁阻（TMR）结的基础上的三层系统，包括外延NiMnSb，氧化铝和CoFe三层。在室温下，该结的隧穿磁电阻Δ R/R为8.7%，在4.2K时增加到14.7%。这些层显示出清晰的分离开关和小的铁磁耦合。NiMnSb层中的单轴面内各向异性导致取决于施加磁场的方向的不同的切换特性，该效应可用于传感器应用。
2005-09-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Evidence of Epitaxial Growth of Molecular Layers of Dissolved Gas at a Hydrophobic/Water Interface
水在某些固体表面上的非润湿现象已经被深入研究了几十年，但疏水/水界面的性质仍然存在争议。在这里，水/石墨界面的高灵敏度原子力显微镜进行了研究。我们显示出石墨表面上的外延单层的成核和生长的证据，可能是由于溶解在水中的氮分子的吸附。随后的吸附过程类似于异质外延中的层加岛（或Stranski-Krastanov）生长模式。这一发现强调了在各种水界面的气体分离的重要性，并可能解开许多难题，特别是在固体/水界面和散装水的性质和所谓的纳米气泡的高稳定性。基于疏水效应，我们提出溶解在水中的气体分子可以聚集成团簇在本体水以及在固体/水界面。当团簇生长到临界尺寸以上时，它会转变为气泡，这可以解释水中气泡的形成或成核。
2012-03-30 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Growth mechanism for epitaxial graphene on vicinal 6H-SiC(0001) surfaces
众所周知，无法在SiC（0001）上生长具有特定层数的大的良好有序的石墨烯。生长涉及几个竞争过程（Si解吸、碳扩散、岛形核等），并且由于高温，还不可能确定生长机制。使用扫描隧道显微镜和最初的邻位6 H-SiC（0001）样品，我们确定了导致双层石墨烯形成的微观过程的顺序。相邻的台阶以不同的速度缩回，当较高速度的台阶赶上较慢移动的台阶时，释放的碳产生特征性的“指状物”。这些工艺基于来自步骤的不同的Si解吸速率，并且如果使用更快的加热速率则可以避免。我们还表明，更快的速率导致单层石墨烯膜延伸超过许多微米。
2008-09-21 cond-mat.mtrl-sci
Influence of adatom interactions on second layer nucleation
我们发展了一个理论，包括吸附原子的相互作用发生在外延生长的第二层成核。考虑的相互作用是由于吸附原子对之间的环势垒和不稳定的集群的结合能。该理论是基于一个主方程，它描述了微观状态的时间发展，指定的集群配置的岛屿。跃迁速率由标度参数导出，并对动力学蒙特卡罗模拟进行了测试。作为应用，我们重新分析实验，以确定Ag/Pt（111）的阶跃边缘势垒。
2002-03-20 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech
Effect of in-situ electric field assisted growth on anti-phase boundaries in epitaxial Fe3O4 thin films on MgO
反相边界（APB）通常作为所有尖晶石铁氧体薄膜中的初始生长条件的结果而形成。反尖晶石Fe 3 O 4外延膜中APBs的存在改变了它们的电子和磁性，由于强反铁磁（AF）的相互作用跨越这些边界。研究了原位电场辅助生长对异质外延Fe_3 O_4（100）/MgO（100）薄膜中APBs迁移的影响。电场辅助生长被发现，以减少跨APBs的AF相互作用，并作为结果APBs自由薄膜样的性能，这已被探测的电子，磁性和结构表征。与成核和/或生长的早期阶段相关联的能量的增加以及因此ad原子的表面迁移率的相应增加在控制APB的密度中起关键作用。这种创新的技术可以用来生长外延尖晶石薄膜与控制AF跨APBs的相互作用。
2018-01-04 cond-mat.mtrl-sci
Interplay of growth mode and thermally induced spin accumulation in epitaxial Al/Co$_2$TiSi/Al and Al/Co$_2$TiGe/Al contacts
采用{ \em ab initio}方法对热驱动自旋注入器的热力学平衡和电子输运进行了研究。我们已经集中在两个主要问题，并发现：（一）之间的界面铝和紧密晶格匹配的Heusler合金的类型Co $_2$ Ti $Z$（$Z=$ Si或Ge）是稳定的各种生长条件下;和（二）在这样的异质结的常规和自旋相关的塞贝克系数表现出强烈的依赖于间隔和原子组成的Al/Heusler接口。后一个量给出了自旋累积的量度，并且在$300$ ~K附近在$+8$ ~ $μ$ V/K和$-3$ ~ $μ$ V/K之间变化，这取决于是Ti-Ge还是Co-Co平面在三层中使Al和Co $_2$ TiGe之间接触。我们的研究结果表明，它是在原则上可以定制的自旋热效应的样品的有针对性的增长控制。
2014-05-15 cond-mat.mtrl-sci
Single Crystalline Silver Films for Plasmonics: From Monolayer to Optically Thick Film
单晶贵金属在电介质衬底上的外延生长由于其作为低损耗等离子体材料的技术潜力而受到了极大的关注。目前有两种不同的增长方式，每种方式都有其优点和缺点。一种是采用先进的分子束外延工艺来生长原子级光滑的外延Ag膜。然而，该过程相当缓慢，并且对于生长厚度> 50 nm的膜变得不切实际。另一种方法采用使用快速电子束沉积的生长工艺，其能够生长厚范围（> 300 nm）的单晶Ag膜。然而，快速生长过程使得难以精确地控制膜厚度，即，该方法不适用于生长薄外延膜。在这里，我们报告了一种通用的方法来生长原子级光滑的外延Ag膜，精确的厚度控制从几个单层的光学厚制度，克服了上述两种方法的局限性。此外，我们开发了一种原位生长的氧化铝作为覆盖层，表现出优异的性能保护外延Ag膜。外延Ag膜的性能作为膜厚度的函数进行了研究，通过直接测量的表面等离子体激元（SPP）的传播长度以及它们的设备性能，以支持波导等离子体纳米激光器在红外纳入InGaAsP量子阱作为增益介质。
2018-08-17 cond-mat.mtrl-sci
Van der Waals heteroepitaxy of air stable quasi-free standing silicene layers on CVD epitaxial graphene/6H-SiC
石墨烯由具有原子级平坦的无悬挂键表面的惰性热稳定材料组成，本质上是用于二维材料如硅烯的范德华异质外延的理想模板层。然而，取决于合成方法和生长参数，石墨烯（Gr）衬底可以在单个样品上表现出各种表面结构、厚度、缺陷和台阶高度。这些结构显著地影响外延层的生长模式，例如将逐层生长转变为缺陷辅助成核促进的Volmer-Weber生长。本文采用原子力显微镜（AFM）、扫描隧道显微镜（STM）、X射线光电子能谱学（XPS）、扫描电子显微镜（SEM）和拉曼光谱（Raman）研究了在6 H-SiC（0001）衬底上化学气相沉积外延Gr（1 ML Gr/1 ML Gr缓冲层）上硅的生长。它示出，全尺寸几乎无缺陷的1 ML Gr与单一表面结构和分子束外延（MBE）沉积硅的超清洁条件的完美控制代表确保外延石墨烯上的扩展硅烯片的生长的关键先决条件。
2022-03-15 cond-mat.mtrl-sci
Comeback of epitaxial graphene for electronics: large-area growth of bilayer-free graphene on SiC
我们提出了一种在SiC上外延石墨烯的新制造方法，该方法能够以前所未有的再现性生长超光滑无缺陷和无双层的石墨烯片，这是高质量石墨烯基电子器件的晶圆级制造的必要先决条件。在高温升华生长期间固有但不利的高SiC表面台阶的形成通过稳定SiC表面的石墨烯缓冲层的快速形成而被抑制。增强的成核作用是通过分解作为碳源的聚合物吸附物来实现的。在大多数步骤远低于0.75 nm的情况下，形成了没有双层夹杂物的纯单层石墨烯，其横向尺寸仅受衬底尺寸的限制。这使得聚合物辅助升华生长技术成为商业晶片规模外延石墨烯制造的最有前途的方法。非凡的电子质量证明了量子电阻计量在4.2 K，迄今为止尚未达到的精度和高电子迁移率的毫米级设备。
2016-06-06 cond-mat.mtrl-sci
Nanoscale studies of domain wall motion in epitaxial ferroelectric thin films
利用原子力显微镜研究了PbZr 0. 2 Ti 0. 8 O 3薄膜的铁电开关和纳米畴动力学。测量的写入时间依赖性的域的大小揭示了一个两步的过程中，成核其次是径向域生长。在此生长过程中，畴壁速度表现出v ~ exp[-（1/E）^mu]依赖于电场，蠕变过程的特征。畴壁运动分析的背景下，在一个周期性的潜力，以及规范的蠕变运动的弹性流形在无序势的随机成核。的尺寸的电影表明，无序是在所观察到的畴壁蠕变的起源。为了研究改变薄膜中的无序的影响，在晶体生长过程中引入缺陷（a轴夹杂物）或通过重离子辐照，分别产生具有平面缺陷和柱状缺陷的薄膜。这些缺陷的存在下，发现显着降低蠕变指数μ，从0.62 - 0.69到0.38 - 0.5，在辐照膜和0.19 - 0.31，在含有a轴夹杂物的膜。
2004-11-07 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci
Real-time observation of epitaxial graphene domain reorientation
气相沉积法生长的石墨烯薄膜由于具有不同面内取向的岛的成核和生长而倾向于多晶。在这里，使用低能电子显微镜，我们发现Ir（111）上的微米级石墨烯岛在热退火过程中旋转到优选取向。我们观察到三种对齐机制：对齐域的同时生长和旋转域的溶解，即，“成熟”;岛内的畴边界运动;以及整个畴的连续晶格旋转。通过测量成熟过程中的相对增长速度的域，我们估计，对齐的驱动力是在0.1毫电子伏每C原子的顺序，并增加与旋转角。一个简单的模型的取向相关的能量与莫尔条纹的石墨烯片，由于在石墨烯基板相互作用的局部变化再现的结果。这项工作提出了新的战略，以改善范德瓦尔斯外延的二维材料。
2015-02-26 cond-mat.mtrl-sci
Epitaxial mounding in limited mobility models of surface growth
我们研究，通过大规模随机模拟使用降噪技术，大量的简单的非平衡有限迁移率固体-固体生长模型。我们发现，d=2+1维表面生长在几个降噪模型（最显着的沃尔夫-恶棍和较大的曲率模型）表现出壮观的准规则丘形成与斜坡选择在其动态表面形态。在这些外延生长模型中的隆起不稳定性不涉及Ehrlich-Schwoebel台阶边缘扩散势垒。在这些生长模型中的隆起形态产生于平行于平均表面的平面中沿台阶边缘的线张力与噪声和岛形核的抑制之间的相互作用。线张力倾向于稳定与面内高对称结晶方向一致的一些台阶取向，因此形成的丘呈现准规则结构。最初为Eden型模型开发的降噪技术可用于控制随机噪声并增强沿台阶边缘的扩散，这最终导致在生长过程中形成准规则丘。我们发现，通过增加扩散表面的长度与抑制成核和沉积噪声一起，可以获得准规则图案的金字塔的自组织。
2001-01-19 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech
Atomic structure of initial nucleation layer in hexagonal perovskite BaRuO$_3$ thin films
由于其多种多晶型物相和丰富的结构-性能关系，六方钙钛矿是一组有吸引力的材料。BaRuO 3（BRO）是典型的六方钙钛矿结构，其原子结构决定了其电磁性能的变化。尽管薄膜外延将通过外延稳定各种亚稳多晶型物而极大地扩展六方钙钛矿的应用，但外延六方钙钛矿的原子结构，特别是在初始生长阶段，很少被研究。在这项研究中，我们发现一个有趣的成核行为发生在初始稳定的六方钙钛矿9 R BaRuO 3（BRO）薄膜（111）SrTiO 3（STO）衬底。我们使用高分辨率高角度环形暗场扫描透射电子显微镜结合几何相分析来了解局部应变弛豫行为。我们发现，纳米尺度的应变层，由不同的RuO 6八面体堆叠，最初形成在界面处，其次是一个松弛的单晶9 R BRO薄膜。在界面层内，六方BRO通过角和面共享在STO（111）衬底上成核。更有趣的是，我们发现，不同堆叠的成核层之间的边界，即异质结边界有利于应变弛豫，除了形成传统的失配位错从同质结构边界演变。我们的观察揭示了一个重要的潜在机制，以了解在六角钙钛矿薄膜外延和应变调节。
2021-07-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Molecular-beam epitaxial growth of a far-infrared transparent electrode for extrinsic Germanium photoconductors
利用分子束外延（MBE）技术制备了一种用于非本征锗（Ge）光电导体的远红外（IR）透明电极，研究了该电极在4 K温度下的光学和电学特性。作为远红外透明电极，铝（Al）掺杂的Ge层在三个要求方面以良好优化的掺杂浓度和层厚度形成：高远红外透射率、低电阻率和优异的欧姆接触。掺Al的Ge层在40- 200 μ m波长范围内具有> 95%的远红外透射率，同时在4K下确保低电阻率（~5 ohm-cm）和欧姆接触。我们证明了分子束外延技术在制备满足上述要求的远红外透明电极中的适用性。
2012-06-23 astro-ph.IM cond-mat.mtrl-sci
Aluminum Oxide at the Monolayer Limit via Oxidant-free Plasma-Assisted Atomic Layer Deposition on GaN
原子层沉积（ALD）是半导体器件制造中的重要工具，其允许外延和保形膜的生长以精确地形成异质结构并调节界面性质。ALD过程中化学反应的自限性提供了对层厚度的极好控制。然而，与理想化的生长模型相反，通过ALD产生连续单层在实验上是具有挑战性的，因为表面不均匀性和前体空间相互作用导致膜成核期间的岛状生长。因此，通过ALD产生无针孔单层的能力将为控制半导体器件中的界面电荷和质量传输以及定制表面化学提供新的机会。在这里，我们报告的c-平面氮化镓（GAN）与最终薄（~3微米）的氧化铝（AlOx）单层，这是通过使用三甲基铝沉积和氢等离子体暴露的组合的GAN表面氧化物的部分转化为AlOx实现的完全封装。单层AlOx的引入显著地改变了表面的物理和化学性质，降低了功函数并向GAN表面引入了新的化学反应性。这种可调的界面化学突出的改性表面与膦酸在标准条件下的反应性，这导致在自组装单分子膜的密度接近理论极限。更广泛地说，所提出的单层AlOx沉积方案可以扩展到其他基于III-V族和III-V族的半导体，与光电子学、化学传感和（光）电催化的应用具有显著的相关性。
2021-02-06 cond-mat.mtrl-sci
