Structural and Electronic Properties of a Wide-gap Semiconductor Alloy: Zn_xMg_{1-x}S_ySe_{1-y}
$Zn_xMg_{1-xS_ySe_{1-y}}$固溶体的结构性质是由计算炼金术和集团扩张方法与蒙特卡罗模拟相结合。我们确定的合金的相图，并表明，均匀相的特点是大量的短程有序之间发生的第一近邻。电子结构计算表明，合金的能隙对这种短程有序相当敏感。
1997-12-10 cond-mat.mtrl-sci
Effect of p-d hybridization and structural distortion on the electronic properties of AgAlM2 (M = S, Se, Te) chalcopyrite semiconductors
采用基于密度泛函理论（DFT）的自洽紧束缚线性Muffin Tin轨道（TB-LMTO）方法，对AgAlM 2（M = S，Se，Te）黄铜矿半导体的结构和电子性质进行了从头算研究.计算的晶格常数、负离子位移参数（u）、四面体畸变（η = c/2a）和键长等均与实验值符合良好。我们的研究表明，这些半导体是直接带隙半导体，带隙分别为1.98 eV，1.59 eV和1.36 eV。在局域密度近似（LDA）的限制下，与实验值符合得很好。对阴离子置换效应和p-d杂化效应的研究表明，AgAlM_2（M = S，Se，Te）的禁带宽度因阴离子置换效应分别增加了9.8%，8.2%和5.1%，因p-d杂化效应分别减小了51%，47%和42%。
2010-11-04 cond-mat.mtrl-sci
Effect of structural distortion and nature of bonding on the electronic properties of defect and Li doped CulnSe2Chalcopyrite Semiconductors
本文报道了黄铜矿半导体CuInSe 2、CuIn 2Se 4和Cu0.5Li0.5InSe2的结构和电子性质。我们的计算是基于紧束缚线性松饼-锡轨道（TB-LMTO）中的密度泛函理论。计算的晶格常数、阴离子位移（u）、四角畸变（η = c/2a）和键长与实验值符合得很好。结果表明，这些化合物是直接带隙半导体。在LDA的限制范围内，我们计算的CuInSe_2和Cu_（0.5）Li_（0.5）InSe_2的带隙分别为0.79eV和1.08eV，与实验值符合得很好。CuIn_2Se_4的带隙为1.50 eV。由于p-d杂化，CuInSe 2、CuIn 2Se 4和Cu0.5Li0.5InSe2的带隙分别减小了59.57%、23.61%和48.82%;由于结构畸变，CuInSe 2、CuIn 2Se 4和Cu0.5Li0.5InSe2的带隙分别减小了16.85%、9.10%和0.92%。我们还讨论了键的性质对所有三个化合物的电子性质的影响。
2011-03-03 cond-mat.mtrl-sci
Structural phase transition in monolayer gold(I) telluride: From a room-temperature topologicalinsulator to an auxetic semiconductor
半导体和拓扑绝缘体之间的结构相变在纳米电子学中有着丰富的应用，但在二维（2D）材料中却很少发现。在这项工作中，通过结合从头计算和进化结构搜索，我们研究了两个稳定的二维形式的金（I）碲化物（Au $_{2}$ Te）的正方形对称，记为s（I）-和s（II）-金$_{2}$ Te。s（II）-Au $_{2}$ Te是全局最小结构，是室温拓扑绝缘体。s（I）-Au $_{2}$ Te是一种具有高载流子迁移率和不寻常的面内负泊松比的直接带隙半导体。s（I）和s（II）相都具有超低的杨氏模量，这意味着高柔性。通过施加小的拉伸应变，s（II）-Au $_{2}$ Te可以转变为s（I）-Au $_{2}$ Te。因此，从室温拓扑绝缘体到拉胀半导体的结构相变被发现在二维形式的Au $_{2}$ Te，这使得相变电子器件的潜在应用。此外，我们还借助声子谱和群论分析阐明了相变的机制。
2020-12-17 cond-mat.mtrl-sci
Structural Stability and Defect-Tolerance of Ionic Spinel Semiconductor for High-Efficiency Solar Cells
缺陷容限与结构稳定性之间的不相容性是阻碍高效太阳能电池广泛应用的严重问题。通常，以Si/CdTe晶体为原型的共价/极性半导体由于其复杂的四面体结构单元而表现出很好的结构稳定性，但由于组成元素的相似电负性而表现出极差的缺陷容限。相反，离子半导体，如钙钛矿系列，总是表现出良性的电子性质的本征缺陷，由于阴离子和阳离子之间的电负性的巨大差距，但结构不稳定，因为稀疏组成的八面体构建块由大阳离子支撑。结合共价半导体的稳定骨架和离子化合物的良性缺陷，我们发现HgX_2S_4（X=In，Sc，Y）尖晶石半导体兼具这两种优点。四面体和八面体紧密结合保证了结构的稳定性，而Hg-6s和S-3 p轨道分别主导导带最低（CBM）和价带最高（VBM）的带边离子特征使HgX 2S 4具有缺陷容忍性. Hg-6s球轨道的空间扩展引起的CBM的显著向下弯曲不仅诱导了合适的光学带隙（在离子化合物中通常过大），而且促进了n型载流子的形成和输运。研究表明，Hg基硫属尖晶石是一种很有前途的高效太阳能电池材料，在尖晶石晶体骨架下引入离域轨道的阳离子是合成稳定、耐缺陷光伏材料的另一种途径。
2021-05-04 cond-mat.mtrl-sci
Electronic and Structural Properties of AAl2Se4(A = Ag, Cu, Cd, Zn) Chalcopyrite Semiconductors
采用基于密度泛函理论（DFT）的第一性原理紧束缚线性Muffin Tin轨道（TB-LMTO）方法研究了缺陷黄铜矿半导体AAl_2Se_4（A = Ag，Cu，Cd，Zn）的结构和电子性质.计算得到的结构参数如晶格常数、阴离子位移参数（u）、四面体畸变（η = c/2a）、键长和体积弹性模量等与前人的工作符合较好。能带结构计算表明，这些化合物是直接带隙半导体，其带隙分别为2.40、2.50、2.46和2.82 eV（A = Ag、Cu、Cd、Zn）。在LDA限制范围内，计算的带隙与其他实验和理论工作符合得很好。我们定量地估计了p-d杂化和结构畸变对电子性质的影响。对于AAl_2Se_4（A = Ag，Cu，Cd，Zn），由于p-d杂化引起的禁带宽度减小分别为19.47%，21.29%，0%和0.7%。在AgAl_2Se_4、CuAl_2Se_4、CdAl_2Se_4和ZnAl_2Se_4的情况下，由于结构畸变引起的带隙增加分别为11.62%、2.45%、2.92%和9.30%。我们还讨论了所有四种化合物的成键性质。
2010-11-30 cond-mat.mtrl-sci
First-principles calculations of the structural, electronic, optical and elastic properties of the CuYS2 semiconductor
在密度泛函理论（DFT）框架下，采用第一性原理方法研究了三元半导体CuYS 2.计算了在环境压力和升高的流体静压下的结构、电子、光学和弹性性质。该化合物被证明具有约1.342/1.389 eV的间接带隙（在广义梯度和局部密度近似下）。通过计算不同偏振态下的吸收谱、介电函数和折射率，研究了薄膜光学性质的各向异性。通过绘制杨氏模量对晶格方向的三维依赖性来可视化弹性性质的各向异性。所获得的结果，这是第一次报告，以作者的知识，可以促进评估可能的应用程序的标题材料。
2013-06-09 cond-mat.mtrl-sci
Structural Relaxation Enables Millisecond Infrared Photodetection in Selenium Iodine Semiconductors
Indian Institute of Science, Bangalore（印度科学研究所班加罗尔分校）
研究硒碘半导体中结构演化与载流子输运的关系，通过结构弛豫实现毫秒级红外光电探测，其响应时间4.3 ms，具备宽温成像能力，确立结构弛豫为调控载流子输运策略，使SeI2成为红外探测和热成像的有前景平台。
2026-07-20 cond-mat.mtrl-sci
Understanding the Structural Origin of Chirality in Magic-Size Semiconductor Nanoclusters through Self-Assembly Simulations
该研究通过计算模型与小团簇自组装模拟，揭示II-VI和III-V族非体相MSC的内在手性源于二十面体拓扑中四面体键合排列导致的几何阻挫与对称性破缺。
2025-10-18 cond-mat.mtrl-sci
Self-consistent hybrid functional calculations: Implications for structural, electronic, and optical properties of oxide semiconductors
密度泛函理论中新的交换相关泛函的发展意味着以适度的计算成本可以获得越来越精确的信息。最近，已经提出了一种新开发的自洽混合泛函[Skone \textbf{89}，195112（2014）]，其允许使用完全\textit{ab initio}程序可靠且准确地计算材料性质。在这里，我们将这个新的功能，纤锌矿ZnO，金红石SnO $_2$，和岩盐MgO。我们提出了计算的结构，电子和光学性质，我们比较得到的结果与PBE和PBE0泛函。对于所有的半导体在这里考虑的自洽混合的方法给出了改进的协议与实验结构数据相对于PBE 0混合泛函的计算成本适度增加，同时避免了常见的常规混合泛函的双线性。ZnO和MgO的电子性质得到改善，而SnO $_2$的PBE 0混合功能给出最好的协议与实验数据。
2017-11-08 cond-mat.mtrl-sci
Comparative Study of Structural and Electronic Properties of Cu-based Multinary Semiconductors
我们提出了一个系统的和比较研究的铜基三元和四元半导体的结构和电子性质的第一性原理电子结构方法。Cu d电子在决定其性质中所起的重要作用是通过比较不同交换相关能泛函计算的结果来说明的。我们表明，系统的改进计算的阴离子位移可以实现通过使用海德-Scuseria-Ernzerhof（HSE 06）功能相比，Perdew-Burke-Ernzerhof（PBE）功能。准粒子能带结构，然后计算G 0 W 0近似使用优化的HSE 06功能内的晶体结构，并从PBE+U平均场的解决方案。计算的准粒子带隙及其随化学成分的系统变化与实验结果吻合得很好。我们还预测，准粒子带隙的原型半导体Cu_2ZnSnS_4在kesterite（KS）相是1.65 eV和锡（ST）相是1.40 eV。这些结果也与现有的实验值从1.45到1.6 eV的变化是一致的。
2011-06-23 cond-mat.mtrl-sci
Highly Polarizable Semiconductors and Universal Origin of Ferroelectricity in Materials with a Litharge-Type Structural Unit
研究发现具有石英型结构单元的材料具有高极化率和铁电转变的普遍起源，为多功能材料设计提供新机遇。
2024-12-16 cond-mat.mtrl-sci
Ab initio calculations of the structural, electronic and elastic properties of the MZN2 (M=Be, Mg; Z=C, Si) chalcopyrite semiconductors
用第一性原理方法研究了四种黄铜矿结构的三元半导体（BeCN 2，BeSiN 2，MgCN 2和MgSiN 2）。计算了其结构、电子、光学和弹性性质。所有这些材料被发现是间接带隙半导体，与计算的带隙范围从3.46 eV到3.88 eV。比较这些化合物中化学键的共价性/离子性程度。通过计算介电函数ε的实部和虚部，证明了四元晶体光学性质的各向异性。这些材料的弹性性能的各向异性进行了分析，通过绘制的杨氏模量和它们的二维截面的三维依赖性。它还表明（至少，定性），存在光学和弹性各向异性之间的相关性：最光学各向异性MgSiN 2也是最弹性各向异性材料在所考虑的组。高硬度（体积模量高达300 GPa）与大的带隙一起可能导致这些化合物的新的潜在应用。
2015-04-17 cond-mat.mtrl-sci
Structural Semiconductor-to-Semimetal Phase Transition in Two-Dimensional Materials Induced by Electrostatic Gating
通过原子结构变化动态控制电导率和光学性质在信息存储中具有巨大的技术重要性。能量消耗的考虑提供了在装置中采用薄材料的驱动力。单层过渡金属二硫属化物是几乎原子级薄的材料，其可以以多种晶体结构存在，每种晶体结构具有不同的电学性质。使用密度泛函方法，我们发现，静电门控器件配置有可能驱动结构的半导体到半金属相变在一些单层过渡金属dichalcogenides。这是第一次，我们表明，这种相变的动态控制可以实现精心设计的电子器件。我们发现，在单层MoTe 2的半导体到半金属相变可以驱动的栅极电压的几个伏特与适当的选择的电介质。在单层TaSe 2的结构转变预测发生在类似的条件下。虽然这两种材料所需的场的大小是大的，我们发现，可以通过合金化，例如MoxW 1-xTe 2单层的过渡的栅极电压任意降低。我们已经开发了一种方法计算单层材料的相图相对于电荷和电压，通过比较直接计算和实验测量验证。我们的研究结果确定了一种新的物理机制，不存在于散装材料，动态控制结构相变在二维材料，使相变电子器件的潜在应用。
2016-01-15 cond-mat.mtrl-sci
Structural, electronic, and magnetic properties of a ferromegnetic semiconductor: Co-doped TiO$_2$ rutile
Co掺杂TiO $_2$金红石具有室温铁磁性。我们的$ab$ $initio$密度泛函理论研究表明，取代Co离子纳入TiO $_2$金红石倾向于集群，然后相邻的间隙位成为积极有利于Co驻留。这表明，在确定多晶（Ti，Co）O $_2$金红石中Co的局部环境时，仅含有置换式Co的Co掺杂金红石不是合适的参考体系统。间隙原子Co处于低自旋态，破坏了周围置换原子Co的自旋极化，从而降低了杂质原子的平均磁矩。
2003-06-15 cond-mat.mtrl-sci
A Comprehensive Study of $g$-Factors, Elastic, Structural and Electronic Properties of III-V Semiconductors using Hybrid-Density Functional Theory
尽管每年都有大量的III-V族半导体理论研究报告，但我们对原子的理解仍然有限。由于非物理的自相互作用问题，主要影响半导体中的带隙和自旋轨道分裂（SOC），特别是具有类似带隙和SOC大小的III-V系统，因此理论方法在同等基础上产生精确的结构和电子性质的局限性。我们将报告采用屏蔽混合DFT框架对III-V族半导体的结构和电子性质的一致性研究，拟合12种不同III-V族化合物的$α$参数，即AlN、AlP、AlAs、AlSb、GAN，GaP，GaAs，GaSb，InN，InP，InAs，InSb，以减小带隙和SOC的理论值与实验值之间的偏差，并考虑了结构弛豫效应。除了AlP，其$α= 0.127$，我们获得了从0.209到0.343的$α$值，与普遍值0.25的偏差小于0.1。我们的晶格参数和弹性常数的结果表明，$α$的拟合不影响这些结构参数相比，HSE 06功能，其中$α= 0.25$。基于$\textbf{k}{\cdot}\textbf{p}$方法对能带结构的分析表明，有效质量与实验值一致，这可以归因于带隙和SOC的同时拟合。最后，我们估计了直接从能带结构中提取的$g$ -因子的值，其接近实验结果，表明所获得的能带结构产生了一组真实的$\textbf{k}{\cdot}\textbf{p}$参数。
2018-01-23 cond-mat.mtrl-sci
Instability of Amorphous Oxide Semiconductors via Carrier-Mediated Structural Transition between Disorder and Peroxide State
在非晶氧化物半导体中，占据价带尾态的受激空穴诱导形成亚稳态O $_2^{2-}$过氧化物缺陷。价带尾态至少部分由O-O ppσ* 分子轨道表征，局域空穴介导的晶格不稳定性导致过氧化物缺陷的形成。随着O-O键的形成，ppσ* 态被提升到导带，两个电子相应地被掺杂到电子基态。从O $_2^{2-}$过氧化态到正常无序态的能垒在混合密度泛函理论中被发现是0.97 eV。空穴介导的形成的亚稳定的过氧化物缺陷和它们的亚稳定性被认为是在非晶氧化物半导体中的负偏压和/或光照应力不稳定性的起源。
2011-12-21 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci
Structural dimerization and charge-orbital ordering in a ferromagnetic semiconductor LiV2S4 monolayer
本研究基于密度泛函理论探究二维单层LiV₂S₄的物理性质，发现电子不稳定性引发钒二聚化，进而解除电荷分布简并并稳定电荷与自旋有序态，揭示其铁磁半导体特性及金属-绝缘体转变等独特行为。
2023-12-15 cond-mat.mtrl-sci
Structural distortions in monolayers of binary semiconductors
我们在第一性原理密度泛函理论的计算范围内，研究了独立的II-VI族和III-V族半导体在单层极限下的结构特性。一个非极性的屈曲结构被发现是有利于极性屈曲结构。虽然一个明显的原因，这可能是追溯到贡献的偶极偶极相互作用存在于极性结构，这将使它不稳定的非极性结构，库仑之间的相互作用的阳离子和阴离子上的电子被发现是非极性结构的原因是有利的。调节阳离子和阴离子上的电子之间的库仑相互作用的途径是通过双轴拉伸应变。这允许CdS中的平面石墨相在仅2%的拉伸应变下稳定。应变还将价带最大值从$Γ$点移动到K点，从而为探索这些材料中的自旋谷物理提供了机会。
2017-12-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Cation-size mismatch as a predictive descriptor for structural distortion, configurational disorder, and valence-band splitting in II-IV-N$_2$ semiconductors
II-IV-N $_2$类杂价三元氮化物作为用于电子和光电应用的III-氮化物的替代物已经获得了显著的兴趣。在这项研究中，我们应用基于密度泛函理论的第一性原理计算，系统地研究了由于阳离子尺寸失配而导致的结构畸变对这类材料中阳离子亚晶格和价带结构的构型无序的影响。我们发现，较大的尺寸之间的不匹配的第II组和第IV组阳离子的结果在较强的晶格畸变从理想的六角比，这反过来又抑制了这些材料的倾向对八隅规则违反阳离子无序。我们还证明了一个单一的阳离子反位对，这是快速和简单的计算，形成能量是一个强有力的指标，材料的倾向于无序。此外，面内对称性的破坏导致在$Γ$处的顶部三个价带的分裂，这也与结构畸变的大小直接相关。我们的工作表明，II-IV-N $_2$材料的结构和功能特性可以通过可控的结构扭曲，从阳离子的选择干微调。
2021-09-12 cond-mat.mtrl-sci
Structural phase transition and bandgap control through mechanical deformation in layered semiconductors 1T-ZrX2 (X = S, Se)
施加弹性形变可以局部地且可逆地调节材料的物理性质。空间调制的晶格变形可以产生带隙梯度，有利于光电子器件中的光生电荷分离和收集。这些优点受到材料在断裂之前可以承受的最大弹性应变的阻碍。通过剥离过渡金属二硫属化物TMD得到的纳米材料是弹性形变的理想场所，因为它们可以承受高达百分之几的大弹性应变。然而，具有高度应变可调特性的可剥离TMD已被证明对研究人员具有挑战性。我们研究了1 T-ZrS 2和1 T-ZrSe 2，具有大带隙的可剥离半导体。在压缩变形下，两种TMD都显著改变其物理性质。1 T-ZrSe 2经历了一个可逆的转变成一个奇异的三维晶格，与一个超导体到金属的过渡。在ZrS 2中，两种不同层状结构之间的不可逆转变伴随着突然14%的带隙减小。这些结果表明，锆基TMD是一个最佳的应变可调平台的空间纹理带隙，具有很强的潜力，为新的光电子器件和光捕获。
2020-06-12 cond-mat.mtrl-sci
Phonon-based partition of (ZnSe-like) semiconductor mixed crystals on approach to their pressure-induced structural transition
通用的1键：2模式渗滤型拉曼信号固有的常见的（A，B）C半导体混晶的锌（立方）结构的短键被利用作为一个敏感的介观，以探讨如何各种ZnSe为基础的系统从事他们的压力诱导结构转变（岩盐）在亚宏观尺度上的焦点ZnCdSe。拉曼双峰，区分AC-和BC-类环境的短键，是反应的压力：要么关闭（ZnBeSe，ZnSeS）或打开（ZnCdSe），这取决于硬化率的两个环境下的压力。II-VI族和III-V族混晶的分区相应地概述。特别感兴趣的是封闭的情况下，在该系统中共振稳定的过渡前在其例外点对应于一个虚拟的去耦，通过过阻尼，形成拉曼偶极子的两个振荡器。在这个极限下，短分子（作为次要分子）的链连接键沿着链冻结成刚性骨架。这揭示了合金化降低热导率的能力。
2020-08-17 cond-mat.mtrl-sci
Structure and lattice dynamics of the wide band gap semiconductors MgSiN$_{2}$ and MgGeN$_{2}$
我们用密度泛函理论研究了正交晶系宽禁带半导体MgSiN $_{2}$和MgGeN $_{2}$的结构和晶格动力学性质。此外，我们提出的结构特性和拉曼光谱的MgSiN $_{2}$粉末。正交晶系系统的结构特性和晶格动力学进行了比较，纤锌矿AlN。我们发现MgSiN $_{2}$、MgGeN $_{2}$和AlN之间的晶格动力学存在明显差异，例如，我们发现MgSiN $_{2}$中的最高声子频率比AlN中的最高频率高约100 cm $^{-1}$，并且MgGeN $_{2}$更软。给出了MgSiN $_{2}$、MgGeN $_{2}$和AlN的玻恩有效电荷张量和介电张量。与声子有关的热力学性质，如热容和熵，与现有的实验结果非常一致。
2017-05-03 cond-mat.mtrl-sci
A Structural Phase Transition in Ca3Co4O9 Associated with Enhanced High Temperature Thermoelectric Properties
随温度变化的电阻率，晶体结构和热容的测量揭示了电阻率下降和金属到半导体的转变对应于一阶结构相变在400 K附近的Ca 3Co 4 O 9。晶格参数c随温度的升高而平稳变化，而a、b1和b2晶格参数在~ 400 K时出现异常。Ca_2CoO_3和CoO_2层在~ 400 K以上发生变形，这与金属到半导体的输运行为变化有关。在磁场下测量电阻率和热容随温度的变化表明，自旋对这种转变的贡献很小。与从金属到半导体行为的第一级相变相关的降低的电阻率增强了高温下的热电性能，并指出金属到半导体的转变是高温热电氧化物中改善ZT的机制。
2012-04-15 cond-mat.mtrl-sci
Structural and magnetic study of a dilute magnetic semiconductor: Fe doped CeO2 nanoparticles
本文报道了Fe掺杂对CeO 2纳米粒子的结构和室温铁磁性的影响。X射线衍射和选区电子衍射测试表明，Ce_（1-x）Fe_xO_2（x = 0.0 - 0.07）纳米粒子为单相立方结构，无第二相存在。发现通过使用透射电子显微镜测量计算的平均粒径随着Fe含量的增加而增加。在室温下进行的直流磁化测量表明，所有的样品表现出铁磁性。已发现饱和磁矩随着Fe含量的增加而增加。
2009-11-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Experimental study of the structure of chalcogenide glassy semiconductors in three-component systems of Ge-As-Se and As-Sb-Se by means of NQR and EPR spectroscopy
本文用NQR和EPR谱研究了Ge-As-Se和As-Sb-Se三元系硫系玻璃半导体的结构。研究了原子间的相互局域配位。结果提出了各种方式的组合结构单元，以提供中远程化学秩序的硫系玻璃。看来，对于Ge-As-Se系统，从二维到三维结构的结构转变发生在r = 2.45处。
2013-07-07 cond-mat.mtrl-sci
Structural stability of lattice-matched heterovalent semiconductor superlattices
晶格匹配的异价合金和超晶格具有一些独特的物理性质。例如，它们的带隙可以改变很大的量，而不会显着改变其晶格常数，因此它们具有很大的潜力，用于光电应用。利用第一性原理总能量计算、蒙特卡罗模拟和晶格简谐展开，系统地研究了异质超晶格的稳定性。我们发现，晶格匹配的异质超晶格的稳定性的化学趋势是显着不同的晶格失配的等价超晶格，因为晶格失配的等价超晶格的稳定性主要是由应变，而晶格匹配的非等价超晶格的界面能不仅取决于键能，但也来自施主和受主类错误的债券库仑能。在短周期异价超晶格中，突变的[111]界面具有最低的能量，即使它是极性的，而对于长周期异价超晶格，[110]界面具有最低的能量。相反，[201]超晶格通常是晶格失配的等价超晶格中最稳定的。
2013-09-27 cond-mat.mtrl-sci
Comparative Analysis of GFN Methods in Geometry Optimization of Small Organic Semiconductor Molecules: A DFT Benchmarking Study
本研究基准测试GFN半经验方法（GFN1-xTB、GFN2-xTB、GFN0-xTB、GFN-FF）与DFT在小有机半导体分子几何优化和电子性质预测中的表现，发现GFN1-xTB和GFN2-xTB结构保真度最高，GFN-FF在精度与速度间平衡最佳，适用于高通量筛选。
2025-05-27 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Structural Deformation and Metal-Semiconductor Transition in Coupled Carbon Chains
带隙（半导体）和无隙（金属）相之间的过渡和材料中带隙的可调谐性是新时代器件制备的一个非常有利可图但相当具有挑战性的目标。对于块体材料和二维层状系统，这是一个快速扩展的领域。我们从理论上提出了一种带隙可调的一维纯碳材料。我们发现，两个平行耦合的聚炔链显示金属行为与费米能级上的带交叉，不像单个半导体链。节点的数量（两个）在横向和纵向应变下是稳健的，这表明金属相的弹性保护性质。一条链相对于另一条链的滑动破坏了反射对称性，并且在节点处打开了明显的带隙，导致带隙相位。通过改变滑动参数，可以有效地调节带隙。这项工作启动并表明真正的一维材料的可能的拓扑相位没有参与的边缘模式。
2022-02-07 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Turning many-body problems to few-body ones in photoexcited semiconductors using the stochastic variational method in momentum space, SVM-k
我们发展了一种有效的计算技术，通过随机变分方法（SVM）计算光激发半导体中的复合激子态。电子气和激子态之间的多体相互作用通过导带中的费米空穴体现在这个问题中，当电子被拉出费米海以结合光激发的电子-空穴对时引入。我们考虑了复合物中可分辨粒子之间的直接库仑相互作用、交换诱导的带隙重整化效应以及电子与其导带空穴之间的电子-空穴交换相互作用。我们提供了潜在的矩阵元素的解析表达式，使用一种技术，使我们能够规避的困难所施加的低能量的电子状态的占领在导带。我们讨论的计算步骤，应该实施，以执行计算，以及如何提取单个粒子的动能的复杂，平均粒子间的距离，和密度分布。
2022-02-20 cond-mat.mtrl-sci
A comparative study of the structural, elastic, thermophysical, and optoelectronic properties of CaZn$_2$X$_2$ (X = N, P, As) semiconductors via ab-initio approach
本文用密度泛函理论计算了三元半导体CaZn $_2$ X $_2$（X = N，P，As）的结构、弹性、晶格动力学、热物理和光电性质.所得到的晶格参数与实验值和其他理论结果吻合得很好。这些弹性常数满足机械稳定性准则。此外，许多热物理参数的这些化合物，包括德拜温度，平均声速，熔化温度，热容，晶格热导率等的弹性常数和模量的综合分析表明，CaZn $_2$ X $_2$化合物具有较好的可加工性，相对较高的维氏硬度和相对较低的德拜温度。首次研究了CaZn $_2$ P $_2$和CaZn $_2$ As $_2$的声子色散曲线和声子态密度。从声子色散曲线可以看出，体相CaZn $_2$ X $_2$（X = N，P，As）化合物是动态稳定的.通过能带结构和电子态能量密度研究了其电子性质。电子能带结构表明，CaZn $_2$ N $_2$和CaZn $_2$ As $_2$具有直接带隙，而化合物CaZn $_2$ P $_2$具有间接带隙.研究了CaZn $_2$ X $_2$（X = N，P，As）化合物的成键特性。与能量相关的光学参数与电子态的能量密度特征有很好的对应关系。我们对这些半导体材料的反射率、吸收系数、折射率、介电函数、电导率和损耗函数进行了深入的讨论。对CaZn $_2$ X $_2$（X = N，P，As）的光吸收光谱、反射光谱和折射率的研究表明，该化合物有望用于光电子器件…
2022-10-31 cond-mat.mtrl-sci
Effect of substituting non-polar chains with polar chains on the structural dynamics of small organic molecule and polymer semiconductors
有机半导体的可加工性和光电性能可以通过化学设计来调节和操纵。用低聚醚取代烷基侧链最近已成功地用于生物电子传感器和光催化水分解等应用。低聚醚中的碳-氧键可能使系统更柔软，更容易发生动力学紊乱，这可能对例如电荷传输有害。利用中子能谱、X射线衍射（XRD）、差示扫描量热法（DSC）和偏光显微镜研究了三甘醇（TEG）取代正己基（Hex）对两种有机半导体：苯撑-联噻吩-苯撑（PTTP）分子和芴-二苯并噻吩（FS）聚合物结构动力学的影响。反直觉地，非弹性中子散射（INS）揭示了软化的模式PTTP和FS与六角侧链，指向在这些系统中增加的动力学紊乱。然而，依赖于T的X-射线和中子衍射，INS和DSC的证据与TEG侧链的PTTP的额外的可逆转变接近室温（RT）。观察到的过渡，不伴随着双折射的变化，也可以观察到准弹性中子散射。在PTTP而不是FS的情况下观察到TEG侧链动力学的紧固。因此，我们将这种过渡分配给TEG侧链的熔体，这些侧链在RT下促进动力学秩序，但如果结晶，可能会在RT以上引入额外的可逆结构转变，导致热不稳定性。对侧链极性和结构动力学的更深入理解可以帮助指导材料设计和导航电子电荷传输和水溶胀之间的复杂平衡，寻求许多新兴的有机电子和生物电子应用。
2021-04-01 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
High-Pressure Synthesis and Characterization of $β$-GeSe - A Semiconductor with Six-Rings in an Uncommon Boat Conformation
二维材料在开发新器件方面具有巨大的潜力。在这里，我们报告的电子和结构性质的$β$ -GeSe，以前未报道的多晶型的GeSe，具有独特的晶体结构，显示出强大的二维结构特征。$β$ -GeSe是在高压和高温下制备的，在环境条件下稳定。我们比较它的结构和电子亲属$α$ -GeSe和黑磷。GeSe的$β$形式显示其Ge-Se六环的船形构象，而先前已知的$α$形式和黑磷显示其六环的更常见的椅形构象。电子结构计算表明，$β$是一种半导体，其体带隙约为$Δ~\approx$ 0.5 eV，单层形式的$Δ~\approx$约为$Δ~\approx$ 0.9 eV.这些值落在$α$ -GeSe和黑磷的值之间，使得$β$ -GeSe成为未来应用的有希望的候选物。我们的$β$晶体的面内测量的电阻率在$ρ\approx$ 1 $Ω$ cm的数量级上，同时基本上与温度无关.
2017-02-02 cond-mat.mtrl-sci
A comprehensive study of the magnetic, structural and transport properties of the III-V ferromagnetic semiconductor InMnP
本文研究了Mn离子注入和脉冲激光退火对InMnP外延层的磁、电和结构的影响。所有样品在费米能级上都表现出明显的磁滞回线和强的自旋极化。的磁化强度，居里温度和自旋极化的程度取决于锰浓度。明场透射电子显微镜观察表明，注入Mn后InP样品几乎变为非晶，而脉冲激光退火后样品发生了再结晶。我们没有观察到绝缘体-金属过渡在InMnP的Mn浓度高达5原子/%。相反，所有的InMnP样品显示绝缘特性的最低测量温度。在低温下获得的磁阻结果支持在InMnP的跳跃导电机制。我们发现在InMnP中Mn杂质带与价带的分离度高达5at./% Mn掺杂。结果表明，Mn离子注入InP的局域环境与GaMnAs、GaMnP和InMnAs相似，但Mn离子注入的III-V族化合物的电学性质不同。这是这些化合物中不同Mn结合能的结果之一。
2015-01-15 cond-mat.mtrl-sci
Designing isoelectronic counterparts to layered group V semiconductors
在类比III-V族化合物，这大大拓宽了IV族半导体的范围，我们提出了IV-VI化合物作为层状V族半导体的等电子对应物。利用{ \em ab initio}密度泛函理论，我们研究了一硫化硅（SiS）尚未实现的结构相.我们发现黑磷样$α$ -SiS与蓝磷样$β$ -SiS几乎同样稳定。$α$ -SiS和$β$ -SiS单层都显示出显著的间接带隙，该带隙敏感地依赖于层内应变。与具有相应非平面结构的V族元素的2D半导体不同，不同的SiS同素异形体在层内或垂直于层显示出强极化。我们发现，SiS可以形成横向和纵向异质结构与磷烯在一个非常小的能量惩罚，提供了前所未有的可调谐性的SiS-P化合物的结构和电子性质。
2015-05-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Electronic structure and the glass transition in pnictide and chalcogenide semiconductor alloys. Part I: The formation of the $ppσ$-network
半导体玻璃表现出许多独特的光学和电子异常。我们已经提出了一个半现象学的方案（J. Chem. Phys. 132，044508（2010）），其中这些异常中的几个产生于深中间带隙电子态，所述深中间带隙电子态驻留在玻璃化转变以上的活化输运所固有的高应变区域上。在这里，我们演示了在分子水平上如何实现这种情况下，在一个重要的类半导体玻璃，即硫族元素和磷族元素的合金。玻璃本身和本征电子中间能隙态都是由于形成由$σ$键合的原子$p$ -轨道组成的网络而出现的，所述轨道仅弱杂化。尽管有大量的弱键，这些$ppσ$ -网络是稳定的竞争类型的键合，同时表现出高度的结构简并性。的稳定性合理化的帮助下，在此提出的结构模型，其中$ppσ$网络的高对称性结构的破坏和扭曲的版本。后一种结构表现出精确的八面体配位并且是完全共价键合的。本方法提供了一个微观路线，在玻璃半导体的电子和结构激发的完全一致的描述。
2010-10-18 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci
Magnetic refrigeration with paramagnetic semiconductors at cryogenic temperatures
我们建议顺磁性半导体作为制冷的活性介质在低温下绝热退磁。杂质掺杂物或结构缺陷的顺磁性可以提供在低温下制冷所必需的熵。我们提出了一个简单的模型的理论限制，特定的熵和冷却功率可通过退磁的各种半导体系统。预测性能与水合物（CMN）相当。
2017-06-01 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
New 111-type Semiconductor ReGaSi Follows 14e- Rules
电子计数规则被用来理解金属二硅化物的稳定性、结构偏好和物理性质。根据14个电子计数规则的预测，提出并成功合成了该系统中的第一个三元相，即有序半导体ReGaSi。它的晶体结构与MoSi_2型ReSi_2的结构密切相关，但Ga和Si有序地分布在晶胞中。能带结构、态密度和晶体轨道计算证实了电子计数假设，预测了新的稳定化合物。基于每个ReGaSi单元14个电子的计算显示，在满电子态和空电子态之间的费米能级附近存在约0.2 eV的小间接带隙。此外，第一性原理计算证实了通过结构细化观察到的Ga和Si的位置偏好。实验磁性测量验证了预测的非磁性的ReGaSi。
2017-03-09 cond-mat.mtrl-sci
Structural, physical and photocatalytic properties of mixed-valence double-perovskite Ba$_{2}$Pr(Bi,Sb)O$_{6}$ semiconductor synthesized by citrate pyrolysis technique
采用柠檬酸盐热分解法合成了B位取代的双钙钛矿结构$_{2}$ Pr（Bi $_{1-x}$ Sb $_{x}$）O $_{6}$（$x$ = 0，0.1，0.2，0.5和1.0），研究了其晶体结构、磁性、光学和光催化性能.轻Sb取代的单相多晶样品以单斜结构（$I2/m$）结晶。对所有样品的磁化强度测量表明，有效磁矩位于3 $μ_{B}$附近，表明Pr $^{3+}$和Pr $^{4+}$之间的价混合状态。从光学测量估计的两个端元样品的带隙能量的大小为$E_{g}$ =1.06 eV（$x$ =0）和2.71 eV（$x$ =1.0）。通过本技术获得的Ba $_{2}$ Pr（Bi $_{1-x}$ Sb $_{x}$）O $_{6}$（$x$ =0和0.1）粉末当与通过常规固态方法制备的相同化合物相比时表现出增强的光催化活性。研究结果表明，较高的光催化活性强烈依赖于粉末的制备方法以及带隙和电荷分离。
2020-07-06 cond-mat.mtrl-sci
Comparative study of hybrid functionals applied to structural and electronic properties of semiconductors and insulators
我们提出了一个系统的研究，阐明了有效性和限制的密度泛函理论的各种半导体和绝缘体的结构和电子性质的电流杂化泛函。三个混合泛函，PBE 0 Perdew，Ernzerhof，和贝克，HSE的海德，苏塞里亚，和Ernzerhof，和一个远程校正（LC）的功能，实施在一个完善的平面波基集计划结合规范守恒赝势，从而使我们能够评估每个功能的适用性平等的基础上的材料的性能。我们在本文中研究的材料范围从共价到离子材料以及稀有气体固体，其通过实验确定的能隙在0.6 eV-14.2 eV范围内：即，Ge、Si、BaTiO $_3$、$β$-GaN、金刚石、MgO、NaCl、LiCl、Kr和LiF。我们发现，计算的体积模量的混合泛函显示更好的协议与实验比广义梯度近似（GGA）提供，而计算的晶格常数的混合泛函和GGA显示相当的精度。计算出的十种原型材料的能带隙和价带宽度显示出显着的改善，使用混合功能相比，GGA。特别是，它被发现的带隙的离子材料以及稀有气体固体的LC-混合功能很好地再现，而那些共价材料的HSE功能很好地描述。我们还研究了由于库仑相互作用的短程和长程分量的交换效应，并提出了一个最佳的配方，在治疗的交换能量的短程和长程分离。
2011-04-14 cond-mat.mtrl-sci
Structural Transition in Layered As$_{\sf\textbf{1-x}}$P$_{\sf\textbf{x}}$ Compounds: A Computational Study
作为进一步改善V族层状半导体电子性质的一种方法，我们提出形成黑磷和灰砷的层内二维异质结构。我们使用\textit{ab initio}密度泛函理论来优化几何形状，确定电子结构，并确定最稳定的同素异形体作为组成的函数。由于纯黑磷和纯灰砷单层在其平衡结构不同，我们预测的结构转变和变化的前沿状态，包括从直接间隙的变化，间接间隙半导体，随着组成的变化。
2015-07-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Quantum tunneling devices incorporating two-dimensional magnetic semiconductors
在过去的几年里，二维（2D）材料的研究经历了快速增长。特别是，表现出量子现象的各种层状化合物，如超导性和磁性，已经以原子薄的形式分离出来，通常尽管它们的化学不稳定性。2D相位的性质可以不同于它们的本体对应物，使得这种系统对于基础研究具有吸引力。由于它们的高结晶度和不存在悬挂键，包含这些材料的器件和异质结构也可以显示出超过传统膜的性能。在这篇路线图文章中，我们重点介绍了利用二维磁性半导体CrI $_3$的自旋量子器件的一些最新进展。
2019-07-16 cond-mat.mtrl-sci
Few-layer Tellurium: one-dimensional-like layered elementary semiconductor with striking physical properties
少层碲是一种基本的半导体材料，它继承了黑磷（BP）所提供的大多数惊人的物理性质，并且可以通过简单的基于溶液的方法来可行地合成。它是由非共价结合的平行的Te链，其中共价的功能出现。我们相信，这一特征是先前发现的类共价准键（CLQB）的另一个证明，其中波函数杂化确实发生。这种链间CLQB的强度与链内共价键的强度相当，导致几种Te同素异形体的封闭稳定性。它还在第一布里渊区中引入了从几乎直接0.31 eV（体）到间接1.17 eV（2L）变化的可调谐带隙和四（两）个复杂的、高度各向异性的和层依赖的空穴（电子）袋。它还表现出非常高的空穴迁移率（~10 $^5$ cm $^2$ /Vs）和沿非共价键合方向的强光吸收、几乎各向同性和层依赖的光学性质、超过20%的大的理想强度、比BP更好的环境稳定性以及层间剪切和呼吸模式的力常数的不寻常交叉。这些结果表明，少层碲是一种具有高迁移率、高光吸收、本征各向异性、低成本、带隙可调、环境稳定性好、近直接带隙的半导体材料。这种“一维”的少层Te，与其他几何相似的层状材料一起，可能会促进一个新的层状材料家族的出现。
2017-12-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
The role of metallic impurities in oxide semiconductors: first-principles calculations and PAC experiments
我们报告从头比较研究的电场梯度张量（EFG）和结构弛豫引入受体（Cd）和供体（Ta）杂质时，他们取代阳离子在一系列的二元氧化物：TiO 2，SnO 2，和In 2 O 3。计算是用全势线性增广平面波方法进行的，该方法使我们能够以完全自洽的方式处理电子结构和原子弛豫。我们考虑了每个杂质的不同电荷状态，并研究了这些电荷状态对电子性质和结构弛豫的依赖性。我们的结果与来自PAC实验和以前的计算的可用数据进行了比较，使我们能够获得关于金属杂质在氧化物半导体中所起作用的新见解。从我们的结果可以清楚地看出，简单的模型不能描述所测量的EFG在氧化物中的杂质，甚至近似。
2008-04-23 cond-mat.mtrl-sci
Controlled aggregation of magnetic ions in a semiconductor. Experimental demonstration
控制磁性离子在半导体基质中的分布对于磁掺杂杂质半导体的功能至关重要。通过在纳米尺度上的结构分析，我们给出的实验证据表明，铁离子的聚集在（Ga，Fe）N和因此的磁响应的材料的生长速率和共掺杂浅杂质的影响。
2008-04-21 cond-mat.mtrl-sci
Experimental TDPAC and Theoretical DFT Study of Structural, Electronic, and Hyperfine Properties in ($^{111}$In-->) $^{111}$Cd-Doped SnO$_2$ Semiconductor: Ab Initio Modeling of the Electron-Capture-Decay After-Effects Phenomenon
在本文中，我们研究了在超低浓度的Cd掺杂在SnO $_2$的效果，通过测量的电四极超精细相互作用的温度依赖性的实验，与时间微分扰动角相关（TDPAC）光谱使用$^{111}$镉作为探针核，并在理论上，通过执行第一性原理计算的基础上密度泛函理论。TDPAC光谱成功地分析了与时间相关的开关模型的扰动因子。这些结果表明，结合动态加静态的相互作用，其电场梯度在这个模型中与不同的稳定的电子配置接近的镉原子。然后，动态机制起源于这些不同电子构型之间的快速波动。第一性原理计算结果表明，Cd杂质在掺杂半导体的价带顶引入了双受主能级，并产生了最近邻氧的各向同性向外弛豫.计算的电场梯度张量的变化作为镉杂质水平的电荷状态的函数显示了一个有趣的行为，解释了实验结果，从第一性原理的电子捕获后效应提出的方案提供了强有力的支持。电子捕获衰变的父$^{111}$在$^{111}$镉以及双受体字符的$^{111}$镉杂质和电性质的主机被证明有助于这些类型的时间依赖性超精细相互作用的存在。
2018-04-09 cond-mat.mtrl-sci
Large bulk photovoltaic effect and second-harmonic generation in few-layer pentagonal semiconductors PdS$_2$ and PdSe$_2$
最近，合成了具有罕见的五边形Se-Pd-Se单层的原子级薄的PdSe $_2$半导体，并且还发现其具有优异的性质，例如空气稳定性和高载流子迁移率，从而为二维（2D）半导体物理的探索和在先进的光电子和非线性光子器件中的应用提供了新的二维材料家族。本文采用第一性原理密度泛函理论，采用广义梯度近似加剪刀修正的方法，系统地研究了非中心对称双层（BL）和四层（FL）PdS $_2$和PdSe $_2$的非线性光学（NLO）响应（即体光伏效应（BPVE）、二次谐波产生（SHG）和线性电光（LEO）效应）.首先，移位电流电导率为130 $μ$ A/V $^2$的量级，与已知的BPVE材料相比非常高。类似地，它们的注入电流灵敏度在100 $\times$ 10 $^8$ A/V $^2$ s的数量级，同样是大的。其次，这些材料的SHG系数（$χ^{(2)}$）也很大，比最著名的少层6 B族过渡金属二硫属化物的SHG系数高一个数量级。例如，$χ^{(2)}$的最大幅度对于BL PdSe $_2$在1.9 eV处可以达到1.4 $\times$ 10 $^3$ pm/V，并且对于BL PdS $_2$在3.1 eV处可以达到1.2 $\times$ 10 $^3$ pm/V。第三，我们发现这些结构在低光子能量下具有显著的LEO系数。所有这些都表明，二维PdX $_2$半导体将有很好的非线性光学应用前景…
2021-06-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Interplay Between Structural Defects and Charge Transport Dynamics in MA and FA Modified CsSnI3 Thin Film Semiconductors
本研究通过MA和FA阳离子取代修饰CsSnI3钙钛矿薄膜，深入分析了结构缺陷与电荷输运的相互作用，发现FA修饰显著提升器件高温稳定性，并揭示了MA修饰中与Sn原子缺陷相关的陷阱能级。
2025-04-07 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Phonon screening of excitons in atomically thin semiconductors
本研究通过第一性原理GW-BSE计算揭示了声子屏蔽对原子级薄半导体光学激发的显著影响，并发现通过结构工程可调控屏蔽程度，为结构、声子与激子相互作用提供了新见解。
2024-08-01 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Orbital ordering in the two-dimensional ferromagnetic semiconductor Rb_2CrCl_4
本文给出了二维铁磁体Rb_2CrCl_4的电子结构计算结果。它们是用基于密度泛函理论和局域密度近似的增广球面波方法得到的。与实验数据一致，发现Rb_2CrCl_4是半导体的，并显示出局域化的Cr 3d磁矩的长程铁磁有序。磁性几乎不受Jahn-Teller不稳定性引起的结构变化的影响，Jahn-Teller不稳定性导致母体中心的四相K_2NiF_4结构转变为侧心的正交晶格。与此相反，我们的计算给出了证据的光学带隙相应的结构变化的强烈响应。
2005-10-12 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
First-Principles Prediction of Two-Dimensional B3C2P3 and B2C4P2: Structural Stability, Fundamental Properties, and Renewable Energy Applications
基于密度泛函理论计算，预测了两种新型的二维杂化单层膜：二维B3 C2 P3和二维B2 C4 P2.结果表明，这些材料具有结构和热力学稳定性。2D B3C2P3是中等带隙半导体，而2D B2C4P2是零带隙半导体。它也已被证明，2D B3C2P3具有高度可调的带隙下的应变和衬底工程的影响。此外，2D B3C2P3在其表面上对水和氢分子的解离产生低势垒，并且在分子解吸后显示出快速恢复。这种新型材料可以通过磷化硼的碳掺杂、电弧放电和激光烧蚀蒸发直接制备。2D B3C2P3在可再生能源和应变纳米器件中的应用已经被提出。
2021-04-04 cond-mat.mtrl-sci
Thermodynamic Phase Stability, Structural, Mechanical, Optoelectronic, and Thermoelectric Properties of the III-V Semiconductor AlSb for Energy Conversion Applications
S.U. Umarov Physical-Technical Institute of NAST（纳兹尔科学院苏·乌马尔物理技术研究所）；School of Optoelectronic Engineering & CQUPT-BUL Innovation Institute, Chongqing University of Posts and Telecommunications（重庆邮电大学光电工程学院与CQUPT-BUL创新学院）
本研究通过第一性原理方法分析了AlSb在不同相中的热力学、结构、机械、光电和热电性能，发现立方相更稳定，且六方相在热电应用中具有优势。
2025-12-30 cond-mat.mtrl-sci
Leveraging Low-Energy Structural Thermodynamics in Halide Perovskites
本文通过将卤化物钙钛矿的低形成能、多晶型和高离子输运与相关半导体对比，揭示其独特性质组合，并探讨在新兴应用中加以利用的途径。
2022-09-27 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Comprehensive landscape and simple rules for transition-metal Heusler semiconductors
本研究梳理含过渡金属 Heusler 半导体，涵盖非化学计量比与整数化学计量比体系，并用简单规则解释其结构与电子性质及热电应用潜力。
2025-06-06 cond-mat.mtrl-sci
