Contributions of point defects, chemical disorder, and thermal vibrations to electronic properties of Cd(1-x)Zn(x)Te alloys
基于第一性原理密度泛函理论研究了半导体合金Cd（1-x）Zn（x）Te（x<0.13）中最重要的本征缺陷的热力学和电子学性质.该合金是由一组超晶胞与无序的Cd/Zn亚晶格。缺陷形成能以及电子和光学跃迁能级作为一个功能的组合物进行了分析。我们发现，除了中性Te空位的缺陷形成能增加与Zn含量。这种行为是定性相似，但定量而不同的纯碲化镉的缺陷性质的体积应变的效果。最后，得到了点缺陷、合金无序和声子的相对载流子散射强度。它表明，对于现实的缺陷浓度载流子迁移率是有限的声子散射温度高于约150 K。
2012-10-11 cond-mat.mtrl-sci
Dynamic defect correlations dominate activated electronic transport in SrTiO3
钛酸锶（SrTiO_3，STO）是研究复杂氧化物中电子相的重要材料，也是开发基于其异质结构的应用的重要材料。尽管大量的知识STO，仍然有许多不确定性的缺陷的STO的性质，包括它们对铁电性的影响，在体STO和铁磁性的STO基异质结构中的作用。我们提出了一个详细的分析STO单晶的持久光电导的衰减与缺陷浓度相对较低，但显着影响其电子性质。结果表明，光活化电子输运不能描述的叠加的属性，由于独立的点缺陷，目前的模型建议，而是由缺陷复合物，通过动态相关性相互作用。这些结果强调了半导体和绝缘钙钛矿氧化物的激活电子输运性质的缺陷相关性的重要性。
2016-06-30 cond-mat.mtrl-sci
Oxygen annealing induced changes in defects within beta-Ga2O3 epitaxial films measured using photoluminescence
在这项工作中，我们使用光致发光光谱（PL）监测的变化，在UV，UV '，蓝色和绿色的发射带的n型（010）Ga 2 O 3薄膜的金属有机气相外延（MOVPE）生长在不同的温度下退火诱导O2环境。在连续更高的温度下退火以几乎相同的速率降低了整体PL产率和UV强度，这表明至少一种非辐射缺陷类型的形成增加。同时，蓝色/UV和绿色/UV的PL产率增加，这表明与这些排放相关的缺陷的浓度随着O2退火而增加。利用不同的吸收系数的240和266 nm的偏振相关的激发，我们发现一个整体的激活能为0.69 eV的非辐射缺陷的产生在散装，但1.55 eV的表面附近。我们还推导出激活能为绿色发光相关的缺陷的0.60 eV的表面附近和0.89-0.92 eV通过薄膜，而蓝色相关的缺陷的激活能在0.43-0.62 eV的范围内的所有深度。最后，我们观察到小丘的表面形貌和Cr从衬底扩散到薄膜的温度高于1050 ℃。这些观察结果是一致的VGa及其复合物的形成和扩散作为O2退火过程中的主导过程，但进一步的工作将是必要的，以确定哪些缺陷和复合物提供辐射和非辐射复合通道和详细的动力学过程中发生的表面和散装之间的缺陷人口。
2020-09-30 cond-mat.mtrl-sci
Direct observation of electronic inhomogeneities induced by point defect disorder in manganite films
研究了点缺陷无序对锰氧化物薄膜电子性质的影响。通过导电原子力显微镜（CAFM）进行离子辐照样品电导率的实时映射。CAFM图像显示，由于点缺陷分布的空间波动，具有不同物理性质的样品中的电子不均匀性。随着无序度的增加，导电区域之间的距离增加，金属-绝缘体转变向较低温度转移。这些系统中的输运性质可以用简化模型来解释。样品的饱和磁化强度随辐照剂量的增加而降低，而居里温度保持不变。
2009-12-11 cond-mat.mtrl-sci
Role of defects in the electronic properties of amorphous/crystalline Si interface
确定的非晶/结晶Si异质结构的能带对准的机制是解决与直接原子模拟的接口进行使用的各种计算方案，从经典的模型势分子动力学从头算方法的层次组合。我们发现，在协调无缺陷的样品的频带对齐几乎消失，并独立于接口的细节。相反，在缺陷丰富的样品中，带对齐相对于无缺陷的情况是相当大的不同，但值得注意的是，几乎独立于缺陷的浓度。我们合理化这些发现的半导体接口的理论。
2001-05-14 cond-mat.mtrl-sci
Radiative electronic bound states in the continuum from defects in semiconductors
Incheon National University（仁川国立大学）；Lawrence Berkeley National Laboratory（劳伦斯伯克利国家实验室）
以硅G中心为例，通过混合泛函第一性原理计算和Hubbard U修正，发现半导体中原本埋入连续谱的缺陷态在光激发下可形成辐射电子连续谱束缚态，抑制非辐射衰变并实现稳定发光。
2026-05-26 cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Electronic and thermoelectric properties of Fe2VAl: The role of defects and disorder
利用第一性原理计算，我们证明了Fe_2VAl是一种间接带隙半导体。我们的计算表明，它的，有时分配，半金属字符是不是一个内在的属性，但源于反位缺陷和网站的障碍，引入本地化的ingap和共振态改变电子性质接近带隙。这些状态对热电势S和功率因数PF=S^2σ有负面影响，降低了本征Fe_2VAl的良好热电性能。
2011-02-16 cond-mat.mtrl-sci
Experimentally observed defect tolerance in the electronic structure of lead bromide perovskites
本研究通过高分辨率同步辐射X射线光谱研究三种单晶溴化铅钙钛矿，揭示A阳离子介导光致缺陷影响的关键作用及两条缺陷容忍性设计新原则，为相关材料与器件技术提供理论支撑。
2023-05-06 cond-mat.mtrl-sci
The structural and electronic properties of Stone-Wales defective zigzag/armchair antimonene nanotubes: First-principles calculations
采用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法，对Stone-Wales缺陷锑纳米管的几何优化和电子性质进行了计算。各种纳米管进行了研究，根据可能的方向锯齿形/扶手椅纳米结构时，斯通-威尔士缺陷形成。计算了锑纳米管的能带结构、分电子态密度和原子轨道，揭示了Stone-Wales缺陷对锑纳米管的影响机制。当锑烯的结构由单层转变为管状时，间接带隙半导体锑烯转变为直接带隙半导体锑烯。此外，Stone-Wales缺陷的形成保持了锑纳米管的直接带隙特性，但由于缺陷能级的介入，导带底的能量发生了变化.这些结果可为基于锑烯纳米管的新型纳米管的开发和设计提供有价值的参考。
2019-03-27 cond-mat.mtrl-sci
Atomic and electronic structure of defects in hBN: enhancing single-defect functionalities
本研究通过STM/STS直接观测hBN:C中缺陷的原子与电子结构，揭示单点与多点缺陷两类带隙中间态，为量子缺陷工程和原子尺度光电子学提供新平台。
2024-03-18 cond-mat.mtrl-sci
Unveiling Defect Physics in Gapped Metals: A Theoretical Investigation into Defect Formation and Electronic Structure Interplay
本文针对带隙金属中缺陷形成与电子结构相互作用问题，发展了第一性原理缺陷形成理论，揭示了n型带隙金属中受主缺陷形成能对超胞尺寸的显著依赖性，并通过能带填充修正和势对齐建立了分析带隙金属缺陷的理论基础。
2023-11-28 cond-mat.mtrl-sci
Impact of point defects on the electronic structure of paramagnetic CrN
本文介绍了顺磁性立方CrN $_x$的第一性原理计算，目的是提供更深入的了解最近发表的透射电子显微镜为基础的研究，这种材料。在几种类型的点缺陷，这可能会导致在N-缺乏材料，N空位被发现是积极的Cr间隙和反网站的首选。计算了不同N空位浓度的CrN $_x$中N K边跃迁的电子能量损失近边结构，得到了与实验观察相同的趋势。电子结构的分析表明，减少从Cr网站的N空位含量增加的电荷转移，从而增加了缺陷材料的金属特性。最后，电子结构被发现是强烈依赖于当地的环境（即存在的N空位）。
2014-10-13 cond-mat.mtrl-sci
Electronic Conductivity in Metal-Graphene Composites: The Role of Disordered Carbon Structures, Defects, and Impurities
本文利用从头算方法研究铝-碳复合材料中非晶石墨烯界面的电子输运，发现氮杂质影响导电性，并通过空间投影揭示传导机制。
2023-11-29 cond-mat.mtrl-sci
Multi-timescale microscopic theory for radiation degradation of electronic and optoelectronic devices
本文提出了一个多时间尺度的混合模型来研究电子器件的微观性能退化，该模型涵盖了辐射效应研究的三个独立阶段，包括超快位移级联、中间缺陷稳定化和团簇形成以及慢缺陷反应和迁移。在分子动力学计算中，采用了实原子间相互作用势，计算了前两个阶段（100 ns）以及由几百倍晶格常数的层组成的系统.这些准稳态的结果，为个别层输入到一个速率扩散理论作为初始条件，以计算在一个介观尺度的层状结构系统，包括平面偏置位错环和球形中性空隙，在一个更长的时间尺度上的点缺陷的稳态分布。借助于用于描述点缺陷的电子性质的密度泛函理论，在研究电子和光电子器件的退化时考虑了这些缺陷和团簇的所得空间分布，例如，载流子动量弛豫时间、缺陷介导的非辐射复合、电子的缺陷辅助隧穿以及缺陷或带电缺陷拉曼散射。这种理论研究预计将是至关重要的，在充分理解的物理机制，识别缺陷物种，性能退化的场效应晶体管，光电探测器，发光二极管和太阳能电池，并在有效的缓解方法的发展，在其微观结构设计阶段。
2014-09-15 cond-mat.mtrl-sci
Quantum efficiency of III-Nitride emitters: evidence for defect-assisted non-radiative recombination and its effect on the green gap
载流子寿命测量表明，与常见的预期相反，III族氮化物发光体中的高电流非辐射复合（下降）由两个贡献组成，其与载流子密度的立方成比例：本征复合-最有可能是标准俄歇散射-和与点缺陷的密度成比例的非本征复合。这第二个下垂机制，这是以前没有观察到的，可能是由杂质辅助俄歇过程。此外，它示出，较长波长的发射器遭受较高的点缺陷重组，反过来又导致增加的非本征下垂过程。有人提出，这种效应导致绿色的差距，和点缺陷减少是一种策略，既征服绿色的差距，更普遍地提高量子效率在高电流。
2019-04-06 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Conductivity engineering of graphene by defect formation
输运测量揭示了石墨烯的几种奇异的电子性质。从电子学应用的角度来看，通过吸附或掺杂吸附原子来影响电子结构并因此控制电导率的可能性是至关重要的。在这里，我们表明，与预期相反，石墨烯的导电性随着空位缺陷浓度的增加而增加，超过一个数量级。通过量子力学输运计算和碳纳米片的实验研究，我们获得了插入缺陷后电导率的显著增强。我们的发现归因于缺陷诱导的中间带隙态，它在空位缺陷周围产生了一个表现出金属行为的区域。通过实施稳定缺陷来改变石墨烯的导电性对于在基于石墨烯的电子器件中产生电子结至关重要。
2009-05-08 cond-mat.mtrl-sci
Line defects in Graphene: How doping affects the electronic and mechanical properties
石墨烯和碳纳米管具有非凡的机械和电子性能。然而，诸如局部非六边形重构或晶界的固有线缺陷显著降低拉伸强度，但具有令人兴奋的电子性质。在这里，我们从第一性原理的全势能密度泛函理论的水平上解决石墨烯中的线缺陷的性质，并评估掺杂作为一种策略，以加强这种材料。我们仔细解开的全局和局部的掺杂效果的比较结果从虚拟晶体近似与那些从本地取代的化学物种，为了获得详细的了解的断裂和稳定机制。我们发现，n型掺杂或局部取代氮的极限拉伸强度显着增加。特别地，它可以稳定超过原始材料的极限拉伸强度的缺陷。因此，我们建议将其作为加强石墨烯材料的关键策略。此外，我们发现，掺杂和/或施加外部应力导致可调和技术上有趣的金属/半导体过渡。
2016-01-25 cond-mat.mtrl-sci
Effects of reabsorption and spatial trap distributions on the radiative quantum efficiencies of ZnO
超快时间分辨光致发光光谱的单光子和双光子激发的ZnO粉末被用来获得前所未有的洞察其“绿色”缺陷发射带的惊人的高外部量子效率。激子扩散的作用，再吸收的影响，和辐射和非辐射陷阱的空间分布的紫外激子和“绿色”的缺陷发射带在未退火的，纳米尺寸的ZnO粉末和退火的，微米尺寸的ZnO：Zn粉末的比较阐明。我们发现，限制量子效率的主要机制是表面复合，因为在这些粉末中的非辐射表面陷阱的高密度。结果发现，未退火的ZnO具有高密度的体无辐射陷阱，以及，但退火过程中降低了这些体陷阱的密度，同时在颗粒表面附近产生高密度的绿色发光缺陷。数据进行了讨论的背景下，一个简单的速率方程模型，占两个发射带的量子效率。结果表明，缺陷工程如何提高紫外激发的ZnO：Zn基白光荧光粉的效率。
2009-08-11 cond-mat.mtrl-sci
Elucidating the impact of point defects on the structural, electronic, and mechanical behaviour of chromium nitride
本研究通过密度泛函理论对比CrN2与CrN中缺陷的影响，发现CrN2对缺陷敏感导致力学软化，而CrN金属性可屏蔽缺陷，氢致退化、氧增强硬度，为涂层设计提供指导。
2025-07-22 cond-mat.mtrl-sci
Structural and electronic properties of grain boundaries in graphite: Planes of periodically distributed point defects
本文报道了高取向热解石墨晶界的扫描隧道显微镜和能谱。晶界表现出周期性的结构和增强的电荷密度相比，裸露的石墨表面。沿晶界观察到两种可能的周期性结构。本文提出了一个在石墨基面上产生周期性分布点缺陷的几何模型来解释晶界结构。晶界上的扫描隧道谱显示在-0.3V和0.4V处有两个强的局域态。
2008-10-31 cond-mat.mtrl-sci
Population of Exciton-Polaritons via Luminescent sp$^{3}$ Defects in Single-Walled Carbon Nanotubes
半导体单壁碳纳米管（SWCNTs）由于其稳定的激子、窄的近红外发射和高的载流子迁移率而成为一种重要的强光物质耦合材料。此外，它们已经作为量子光源出现，这是由于受控地引入具有能够实现单光子发射的红移跃迁的发光量子缺陷（sp $^{3}$ -缺陷）。单壁碳纳米管复杂的物理学和极化激元凝聚的总体目标提出了激子-极化激元如何填充以及如何优化的问题。可能的弛豫过程的贡献，即，利用角度分辨反射率和时间分辨光致发光测量研究了具有大范围失谐的微腔的声声子散射、振动辅助散射和辐射泵浦。我们发现，平面微腔中单壁碳纳米管激子极化激元的主要布居机制是辐射泵浦。因此，由于纳米管的低光致发光量子产率而导致的极化激元布居的限制可以通过发光sp $^{3}$缺陷来克服。在不改变极化激元分支结构的情况下，通过这些发射缺陷的辐射泵浦导致具有大光子分数的失谐的极化激元群体增加高达10倍。因此，具有sp $^{3}$缺陷的SWCNT的受控和可调谐的官能化呈现了朝向明亮和有效的极化激元器件的可行路线。
2021-03-16 cond-mat.mtrl-sci
An Informatics Software Stack for Point Defect-Derived Opto-Electronic Properties: The Asphalt Project
通过高通量筛选和机器学习方法对基于性能指标的材料发现进行计算加速正变得越来越普遍。然而，依赖于新材料中点缺陷的稀浓度的光电特性的开发和优化并没有从这些进展中显著受益。在这里，我们提出了一个信息学和模拟套件，以计算加速这些过程。这将使更快和更基础的材料研究成为可能，并减少与材料开发周期相关的成本和时间。类似于当前基于第一性原理的属性数据库所带来的新途径，这种类型的框架将随着其扩散而开辟全新的研究前沿。
2019-06-06 cond-mat.mtrl-sci
Imaging non-radiative point defects buried in quantum wells using cathodoluminescence
晶体点缺陷（PD）会显著降低光电半导体器件的效率，其中许多器件是基于量子阱（QW）异质结构。然而，空间分辨的个人非辐射PD埋在这样的量子阱迄今尚未得到证明。在这里，使用高分辨率的阴极射线发光（CL）和特定的样品设计，我们在空间上解决，图像，并分析非辐射PD在InGaN/GAN量子阱。我们确定了两种不同类型的PD与温度的对比行为，并测量其密度从$10^{14}$ cm $^{-3}$高达$10^{16}$ cm $^{-3}$。我们的CL图像清楚地说明了PD和载流子动力学之间的相互作用以及：增加PD浓度严重限制载流子扩散长度，而较高的载流子密度抑制PD的非辐射行为。这项研究的结果很容易直接从CL图像中解释，并代表了纳米级PD分析的重大进展。
2021-03-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Ab initio studies of electronic structure of defects in PbTe
理解窄带隙半导体中深缺陷态的详细电子结构一直是一个具有挑战性的问题。最近，在密度泛函理论（DFT）中使用超原胞模型的自洽从头计算已经成功地解决了这个问题。在本文中，我们进行这样的计算在碲化铅，一个众所周知的窄带隙半导体，为一大类的缺陷：阳离子和阴离子的替代杂质的不同的价态，阳离子和阴离子的空缺。对于阳离子缺陷，我们研究了一系列化合物RPb 2n-1 Te 2n，其中R为空位或一价、二价或三价原子;对于阴离子缺陷，我们研究了化合物MPb 2nTe 2n-1，其中M为空位、S、Se或I。我们发现，态密度（DOS）附近的价带的顶部和底部的导带得到显着修改的大多数这些缺陷。这表明，在杂质的存在下，碲化铅的输运性质不能用简单的载流子掺杂的概念来解释，证实了这种想法从定性和半定量的参数。
2006-05-22 cond-mat.mtrl-sci
Localized electronic states induced by defects and possible origin of ferroelectricity in strontium titanate thin films
已经研究了包括氧空位的几种缺陷配置，作为所报道的钛酸锶（STO）薄膜的室温铁电性的可能来源[Appl. Phys. Lecture. 91，042908（2007）]。第一性原理计算表明，Sr-O-O空位复合物在SrTiO 3的带隙中产生深局域态，而不影响其绝缘性能。这些结果与从光学透射和X射线吸收测量确定的电子结构变化一致。这项工作开辟了利用氧空位及其复合物作为钙钛矿氧化物薄膜（包括STO）铁电性来源的途径。
2008-09-18 cond-mat.mtrl-sci
Electronic and magnetic properties of structural defects in SrTiO$_3$(Co)
确定了SrTiO $_3$（Co）样品中Co主要进入钙钛矿型$AB$ O $_3$结构的$A$或$B$位的合成条件，EXAFS研究表明，在$A$位的Co杂质偏离中心，并从该位置移动了1.0 μ m。XANES研究揭示了Co的两种主要氧化态：在$A$位点的Co $^{2+}$和在$B$位点的Co $^{3+}$。第一性原理计算的一些可能的含钴的结构缺陷揭示的缺陷，其性能是兼容的实验观察到的Co氧化态，其局部结构，磁，电，和光学性能。
2019-12-23 cond-mat.mtrl-sci
Effects of structural distortion on electronic and optical properties of defect CdGa_2X_4 (X = S, Se, Te) Chalcopyrite Semiconductor
我们观察到结构畸变对CdGa_2X_4（X = S，Se，Te）缺陷黄铜矿的电子和光学性质的显著影响。计算是在基于密度泛函理论的紧束缚线性Muffin tin轨道（TB-LMTO）方法中进行的。CdGa_2X_4的结构参数和禁带宽度在LDA范围内与实验值符合得很好。结构畸变引起的禁带宽度变化分别为3.63%、4.0%和8.8%。我们观察到显着的光学性质的变化，也由于这种效果。对光学性质的影响主要来自光学矩阵元。这些响应函数的结果与实验值吻合得很好。
2015-08-03 cond-mat.mtrl-sci
Stacking defects in GaP nanowires: Electronic structure and optical properties
在半导体纳米线的生长过程中，孪晶界的形成是非常常见的。然而，这种平面缺陷对纳米线的电子和光学性质的影响还不是很清楚。在这里，我们使用从头计算模拟和实验技术相结合来研究这些影响。在磷化镓的孪晶边界显示作为一个原子窄平面的纤锌矿相与I型同质结构带对齐。孪晶边界和堆垛层错（纤锌矿相的较宽区域）导致在光致发光研究中观察到的浅陷阱态的引入。这些效应应该对基于MEMS器件的效率产生深远的影响。
2019-03-11 cond-mat.mtrl-sci
Anharmonic Lattice Relaxation during Non-radiative Carrier Capture
点缺陷的晶格振动对于理解半导体中的非辐射电子和空穴捕获是必不可少的，因为它们支配包括持久光电导性和Shockley-Read-Hall复合率在内的性质。虽然谐波近似足以描述具有小晶格弛豫的缺陷，但对于大晶格弛豫的情况，它很可能被击穿。我们描述了一个第一性原理的程序，占非谐波载波捕获，并将其应用到重要的情况下的\textit{DX}中心在GaAs。这是一个调和近似完全失效的系统。我们的治疗的非谐莫尔斯势准确地描述了所观察到的电子捕获势垒，预测在低温下的量子隧穿的情况下，和一个高的空穴捕获率，是独立的温度。该模型还解释了组成不变的电子发射势垒的起源。这些结果突出了一个重要的缺点，用于描述点缺陷电离，伴随着大晶格弛豫，电荷转移发生远离平衡配置的标准方法。
2019-04-02 cond-mat.mtrl-sci
Effect of N interstitial complexes on the electronic properties of GaAs$_{1-x}$N$_{x}$ alloys from first principles
N对GaAs $_{1-x}$ N $_{x}$合金电子结构的影响已被采用多种方法研究，然而，关于N在这些合金中的重要性，理论和实验之间没有一致的看法，其本质仍然未知。在这里，我们分析了五种不同的N缺陷对GaAs $_{1-x}$ N $_{x}$合金的电子结构的影响，使用密度泛函方法：我们计算电子态，形成能和电荷跃迁能级。所研究的缺陷包括N $_{As}$、As $_{Ga}$、As $_{Ga}$ -N $_{As}$替代型缺陷以及（N-N）$_{As}$、（N-As）$_{As}$分裂-间隙复合缺陷。我们计算的缺陷形成能与S.B. Zhang等人[Phys.Rev.Lett. 86，1789（2001）]，谁预测这些缺陷。在间隙缺陷中，我们发现（N-As）$_{As}$是能量最低的结构，与（N-N）$_{As}$相比，这与最近的实验结果一致[T. Jen等人，应用物理信函107，221904（2015）]。我们还计算了由于这些缺陷中的每一个引起的电子结构中的水平：缺陷状态可能会发生深层次的差距，浅层次的带边附近，并作为散装状态之间的水平。我们发现，在能带结构的最大变化是由一个孤立的N原子在GaAs，这是共振的导带，表现出强烈的N和GaAs之间的杂化状态。带隙中的更深能级是通过（N-N）$_{As}$分裂间隙缺陷获得的。我们的结果证实了在N位周围形成了高度局域化的态，这对于光致…
2019-02-07 cond-mat.mtrl-sci
Energetics and electronic structure of native point defects in $α$-Ga2O3
我们报告的第一性原理计算，澄清的形成能量和电荷跃迁水平的原生点缺陷（Ga和O空位，晶体，和Ga空位-O空位对）在双晶结构的$α$ -Ga 2 O 3。无论是在富Ga还是富O生长条件下，当费米能级分别接近导带和价带边缘时，负电荷的Ga空位和正电荷的Ga间隙分别占主导地位。这些缺陷将分别补偿载流子电子和空穴。富Ga条件相对抑制Ga空位的形成，因此适合于$α$ -Ga 2 O 3的非本征n型掺杂。
2019-06-10 cond-mat.mtrl-sci
Unlocking the Potential of GeS Monolayer: Strain-Enabled Control of Electronic Transports and Exciton Radiative Lifetimes
本研究采用多种理论方法探究GeS单层的电子输运与激子辐射寿命，发现应变可大幅调控载流子迁移率与激子复合时间，为定制其光电性质适配器件需求提供了途径。
2023-06-11 cond-mat.mtrl-sci
Tuning Penta-Graphene Electronic Properties Through Engineered Line Defects
五石墨烯是一种准二维碳同素异形体，由五角晶格组成，其中存在sp2和sp3样碳。与石墨烯不同，penta-graphene具有非零的带隙，这为其在光电应用中的应用开辟了可能性。然而，由于观察到的带隙是大的，需要间隙调整策略，如掺杂。在这项工作中，密度泛函理论计算被用来确定不同数量的替代氮或硅原子的线缺陷的五石墨烯的电子行为的影响。我们的研究结果表明，这种掺杂可以诱导半导体，半金属，或金属的行为取决于掺杂原子和有针对性的杂交（sp2或$sp3样碳）。特别是，我们观察到，sp2类碳原子的氮掺杂可以产生半金属和半导体行为之间的带隙调制。这些结果表明，工程线缺陷可以是一种有效的方式来调整penta-graphene电子行为。
2020-01-16 cond-mat.mtrl-sci
Nature of native atomic defects in ZrTe$_5$ and their impact on the low-energy electronic structure
在过去的几十年里，对ZrTe $_5$的异常低能电子性质的研究已经得出了广泛的结论。一个悬而未决的问题是生长方法对ZrTe $_5$样品化学计量的影响，特别是考虑到其化学势附近的状态密度非常小。在这里，我们报告的高分辨率扫描隧道显微镜和光谱测量样品生长通过不同的方法。使用密度泛函理论计算，我们确定了最普遍的类型的原子缺陷的表面上的ZrTe $_5$，即Te空位和插入Zr原子。最后，我们精确地量化了它们的密度，并概述了它们作为电离缺陷在这种材料的异常电阻率中的作用。
2020-10-29 cond-mat.mtrl-sci
Large-scale electronic-structure theory and nanoscale defects formed in cleavage process of silicon
几种方法被构造用于大规模电子结构计算。测试计算是用多达10^7个原子进行的。作为应用，本文采用分子动力学模拟研究了硅的解理过程。除了（111）-（2x 1）表面的基本形成过程外，我们还得到了纳米级缺陷，即台阶的形成和解理路径向最喜欢的（实验观察到的）平面的弯曲。这些结果与实验相一致。此外，模拟结果预测了一个明确的台阶结构的解理表面上，这显示了一个偏置依赖的STM图像。
2005-08-11 cond-mat.mtrl-sci
Electronic structure and magnetism of transition metal doped Zn12O12 clusters: Role of defects
采用量子化学从头算方法，在广义梯度近似+ Hubbard U（GGA+U）方法的框架下，对ZnO团簇的能量和磁性进行了全面的研究.我们的结果在GGA+U的所有3D掺杂剂，除钛表明，反铁磁相互作用占主导地位的中性，无缺陷的集群。形成能的计算，以确定在ZnO团簇中的稳定的缺陷。我们详细分析了这些缺陷的作用，以稳定铁磁性时，集群掺杂Mn，Fe和Co。我们的计算表明，在带电缺陷的存在下，过渡金属原子驻留在集群的表面可能有一个不寻常的氧化态，这起着重要的作用，使集群铁磁性。还分析了不含TM掺杂的ZnO团簇中的缺陷诱导磁性。ZnO簇上的这些结果可能在缺陷的纳米工程中具有显着的贡献，以实现自旋电子学应用所需的铁磁性能。
2010-12-02 cond-mat.mtrl-sci
Electronic and optical and topological properties of defects in bismuthene
本研究结合多种计算方法探究含空位缺陷铋烯的相关性质，发现其性质与纳米孔形貌尺寸相关，且孔结构室温热稳定，可用于气体传感与分离。
2025-05-19 cond-mat.mtrl-sci
Defect physics and electronic properties of Cu3PSe4 from first principles
最近已经确定p型半导体Cu 3 PSe 4具有1.4eV的直接带隙和类似于GaAs的光学吸收光谱[应用物理快报，99，181903（2011）]，这表明了作为太阳能光伏吸收体的可能应用。在这里，我们计算的热力学稳定性，缺陷的能量和浓度，和几个材料性质的Cu 3 PSe 4使用全GGA+U方法（广义梯度近似的密度泛函理论与Hubbard U项包括的Cu-d轨道）。我们发现两个低能受主型缺陷，铜空位V_Cu和硒上磷反位P_Se，建立了p型行为，并可能阻止任何n型掺杂接近热平衡。GGA+U缺陷计算方法被示出为产生更准确的结果比更标准的方法，应用后计算GGA+基于U的带隙校正严格GGA缺陷计算。
2013-09-07 cond-mat.mtrl-sci
Physics of band-filling correction in defect calculations of solid-state materials
本文系统研究了宽带隙绝缘体缺陷计算中后处理能带填充修正的物理机制，揭示了超胞尺寸对电子结构（含深能级）的显著影响，并强调能带填充计算需考虑缺陷引起的电子结构变化及收敛性，为提升缺陷形成能预测精度提供了关键指导。
2023-07-07 cond-mat.mtrl-sci
Correlating 3D atomic defects and electronic properties of 2D materials with picometer precision
二维材料特殊的电子、光学和化学性质在很大程度上取决于三维原子结构和晶体缺陷。以Re掺杂的MoS2为模型，发展了扫描原子电子断层成像（sAET）技术，可以精确地确定三维原子位置和晶体缺陷，如掺杂、空位和波纹，其精度可达4皮米。首次测量了单掺杂引起的三维键畸变和局域应变张量。通过直接提供实验的三维原子坐标的密度泛函理论（DFT），我们得到了更真实的电子能带结构比那些来自传统的DFT计算依赖于松弛的三维原子模型，这是证实了光致发光测量。我们预期sAET不仅普遍适用于确定二维材料、异质结构和薄膜的三维原子坐标，而且可以通过使用实验三维原子坐标作为直接输入来改变从头计算，以更好地预测和发现新的物理、化学和电子性质。
2019-09-08 cond-mat.mtrl-sci
Electronic structure and stability of hydrogen defects in diamond and boron doped diamond: A density functional theory study
采用密度泛函理论计算方法研究了金刚石基体中孤立氢和氢对。本文研究了纯金刚石和掺硼金刚石中孤立和成对氢缺陷在不同可能晶格位置上的电子结构和稳定性。计算表明，孤立的氢缺陷在纯金刚石的键心位置和硼掺杂金刚石的键心褶皱位置是稳定的。在氢对的情况下，H2缺陷（一个氢在键中心，第二个在反键位置）对于纯金刚石是稳定的，而对于硼掺杂金刚石B-H2 BC复合物（一个H原子在B-C键中心的褶皱位置，另一个在B原子的C-C键第一邻居的褶皱位置）是最稳定的。还研究了掺硼金刚石中的多个氢捕获位置。计算结果进行了讨论，并与以前报道的理论结果进行了详细的比较。
2014-04-25 cond-mat.mtrl-sci
Effect of Oxygen Vacancy Defects on Electronic and Optical Properties of $MgO$ Monolayers: First Principles Study
用密度泛函理论的混合水平研究了MgO（111）单分子膜中氧空位缺陷引起的光电性质。HSE计算表明，由于引入氧空位，MgO单层的电子带隙显着减少。原始单分子膜具有宽带隙（4.84 eV，间接）半导体行为，当氧空位缺陷浓度分别增加6.25%和12.5%时，带隙分别变为2.97 eV（间接）和2.28 eV（直接）。因此，氧空位的存在导致能量红移的观察到的光学现象与原始单层。最重要的是，具有两个连续空位的双空位系统显示出最强的光学吸收，并且在电磁波谱中从可见光到紫外区域的光谱范围内也变得光学响应。因此，在MgO单层中产生氧钒可能是获得合适的太阳能材料的富有成效的技术。
2022-04-19 cond-mat.mtrl-sci
Computationally Predicted Electronic Properties and Energetics of Native Defects in Cubic Boron Nitride
本研究采用第一性原理方法结合半局部和介电混合泛函，全面分析了立方氮化硼中九种本征点缺陷的结构、电子特性及能量稳定性，并成功将 2.5 和 2.8 eV 处的光致发光峰分别归因于 N$_{\ m B}$ 和 B$_{\ m i}$ 缺陷。
2024-02-13 cond-mat.mtrl-sci
Thermal Transport in Defective Uranium Nitride: Effects of Point Defects, Anharmonicity, and Electronic Contributions
The Pennsylvania State University（宾夕法尼亚州立大学）；The Ohio State University（俄亥俄州立大学）；Idaho National Laboratory（爱达荷国家实验室）
研究铀氮化物中点缺陷对热输运的影响，结合机器学习势能面与Green-Kubo和正常模式分析方法，揭示缺陷对热导率的降低作用及非谐性与电子贡献的协同效应。
2026-09-03 cond-mat.mtrl-sci
Electronic and structural properties of vacancies and hydrogen adsorbates on trilayer graphene
利用从头计算方法，我们研究了三层石墨烯上空位和氢吸附物的电子和结构性质。这些缺陷被发现共享类似的低能电子特征，因为它们都从蜂窝晶格中移除了一个pz电子，并在费米能附近诱导出缺陷能级。然而，空位也会在晶格上留下未配对的$σ$电子，这导致重要的结构差异，也有助于磁性。我们探讨ABA和ABC堆叠和比较的属性，如形成能，磁矩，自旋密度和局域态密度（LDOS）的缺陷能级。这些性质显示出对缺陷所在层的强烈敏感性，对亚晶格位置和堆叠类型的敏感性较小。最后，对于ABC三层，我们还研究了这些状态在外场存在下的行为，这在非缺陷系统的能带结构中打开了一个可调的间隙。随着磁场的增加，pz缺陷态与带态表现出很强的杂化，磁化强度降低并最终丧失，当缺陷位于中间层时，会出现非磁性的midgap态。
2015-08-18 cond-mat.mtrl-sci
MultiShifter: software to generate structural models of extended two-dimensional defects in 3D and 2D crystals
晶体中的扩展缺陷，如位错、堆垛层错和晶界，在决定各种材料性能方面起着至关重要的作用。扩展的缺陷也可以导致二维材料中的新的电子特性，正如最近在扭曲的石墨烯双层中发现的电子现象所证明的那样。本文介绍了几种用于第一性原理电子结构计算的二维扩展缺陷晶体学模型的构建方法，包括（i）用于断裂研究的参数化广义内聚带模型和位错的介观模型的晶体学模型和（ii）扭曲双层的晶体学模型。这些方法在一个名为MultiShifter的开源软件包中实现。
2021-01-23 cond-mat.mtrl-sci
Understanding the electronic and ionic conduction and lithium over-stoichiometry in LiMn$_2$O$_4$ spinel
采用密度泛函理论和Heyd-Scuseria-Ernzerhof屏蔽杂化泛函，对尖晶石型锂锰氧化物LiMn $_2$ O $_4$中的缺陷热力学和输运进行了第一性原理研究.我们发现，本征点缺陷的LiMn $_2$ O $_4$具有低的形成能，因此可以发生与高浓度。电子传导通过小极化子的跳跃进行，并且离子传导通过锂空位和/或非线性迁移机制发生。总电导率主要由电子贡献决定。发现LiMn $_2$ O $_4$倾向于锂过化学计量，即，锰位锂过量，以及Mn $^{3+}$ /Mn $^{4+}$无序。在LiMn $_2$ O $_4$样品中也可能出现其他缺陷，例如锰反位和空位以及锂杂质。根据我们的研究结果，我们讨论了可能的影响的电化学性能的缺陷，并提供解释的实验观察和缺陷控制的合成和缺陷表征的指导方针。
2014-12-17 cond-mat.mtrl-sci
Quantum simulations of defects near the (0001) surface of $α$-Al$_2$O$_3$
本研究结合缺陷嵌入理论、第一性原理模拟与量子算法，计算α-Al₂O₃近表面空位性质，并验证误差缓解可使VQE结果达到化学精度。
2025-01-07 cond-mat.mtrl-sci
Intrinsic Electronic Defect States of Anatase using Density Functional Theory
在这项工作中的整体电子结构，包括各种本征缺陷的位置和形成能计算使用密度泛函理论辅助哈伯德校正（DFT+U）的双金属氧化物。这里考虑的本征点缺陷是氧空位（$V_O$）、氧间隙（$O_i$）、钛空位（$V_{Ti}$）和钛间隙（$Ti_i$）。在所有考虑的本征缺陷中，发现$V_{Ti}$和$Ti_i$在平衡条件下是最稳定的。而TiO2的导带主要由Ti 3d态组成，O 2p态的贡献很小，价带主要由O 2p态组成，Ti 3d态的贡献很小.发现$V_O$和$Ti_i$在带隙中形成局域态。此外，在有效质量的各向异性。最后，利用平板超原胞计算得到的真空势作为参考，对所有本征缺陷态的能带图进行了排列。这一第一原理研究将有助于理解缺陷诱导的绝缘导电转变的光催化和光电领域，这将有重大影响。
2021-03-11 cond-mat.mtrl-sci
Electronic properties of Pb-I deficient lead halide perovskites
利用密度泛函理论研究了通式为$(A,A')_{1+x}M_{1-x}X_{3-x}$的缺卤钙钛矿的电子结构演化。重点放在表征的带隙，能带对准，有效质量和光学性能的缺陷钙钛矿在各种浓度的缺陷的变化。我们发现不寻常的电子性质的缺陷对应于一个$M\!-\!X$空缺填充一个$A'$阳离子。该缺陷“排斥”电子和空穴，不产生陷阱态，并且在中等量（$x\le0.1$）下，不妨碍材料的电荷传输性质。这种行为是合理的使用限制模型，并提供了一个额外的洞察卤化物钙钛矿的缺陷容限。
2019-12-24 cond-mat.mtrl-sci
Design of battery materials via defects and doping
本章阐述了使用缺陷物理学作为理解和设计电池材料的概念和理论框架。它开始与复杂的过渡金属氧化物中的缺陷的第一性原理研究的方法。然后，本章考虑在合成过程中，在测量过程中，在电池使用过程中激活阴极材料的缺陷。通过这些案例，它讨论了材料中可能的缺陷景观及其影响，通过缺陷控制合成的材料设计指南，电子和离子传导机制以及电化学提取和（重新）插入，以及掺杂的影响。虽然具体的例子取自电池阴极材料的研究，但计算方法和讨论是通用的，适用于任何离子、电子或混合离子-电子导电材料。
2022-11-14 cond-mat.mtrl-sci
Defects in Graphene-Based Twisted Nanoribbons: Structural, Electronic and Optical Properties
我们提出了一些基于石墨烯的纳米带的计算模拟，其具有从0到4变化的半扭曲数和通过从两个不同的位点去除单个碳原子而获得的两种类型的缺陷。优化的几何形状，发现通过使用混合的经典量子半经验计算。根据模拟结果，纳米带的局部曲率在缺陷位置处增加，特别是对于较高数量的半扭曲。当缺陷纳米带的半扭曲数增加时，纳米结构的HOMO-LUMO能隙具有显著的变化。在量子半经验水平上，利用全组态相互作用（CI）框架计算了第一光学活性跃迁和振子强度，并计算了紫外/可见光区（电子跃迁）和红外区（振动跃迁）的光吸收.独特的纳米带在UV/可见光范围内显示出独特的光谱特征，第一吸收峰的波长范围从橙色到紫色。在紫外区观察到强烈的吸收，尽管它们的红外光谱几乎看不出差别。
2009-03-12 cond-mat.mtrl-sci
The deffect effect on electronic conductance in binomially tailored quantum wire
本文考虑了缺陷对二项剪裁波导量子线中电子传输特性的影响，其中每个Dirac δ函数势强度都按二项分布律加权。我们假设一个单一的自由电子通道是入射到结构和散射的电子是完全从几何性质的问题。我们用转移矩阵法研究了电子的传输。我们发现这种新颖的结构具有良好的缺陷容限。我们发现该结构对二项分布中的中心狄拉克δ函数的强度缺陷和位置缺陷的容忍度可达。同时，我们发现这种结构可以容忍的缺陷，高达在强度和位置错位
2007-08-14 cond-mat.mtrl-sci
Role of native point defects and Hg impurities in the electronic properties of Bi$_4$I$_4$
结合输运测量与密度泛函理论计算，本文揭示Bi$_4$I$_4$中本征点缺陷及Hg替位杂质对载流子类型、浓度和电阻率的调控作用。
2024-10-23 cond-mat.mtrl-sci
