Electronic structure and tunability of 2D hexagonal boron arsenide
群论和密度泛函理论的方法相结合，以获得紧凑和准确的$k\cdot p$哈密顿量，描述周围的$K$和$Γ$点的二维材料六方硼砷化物（h-BAs）的能带结构预测是一个重要的低带隙材料的电，热电和压电性能，补充了研究充分的二维材料六方氮化硼。卤化硼砷化物是一种直接带隙材料，在$K$点处具有带极值。带隙变为间接的，在受到强电场或双轴应变的$Γ$点处具有导带最小值。在甚至更高的电场强度（约0.75 V/ $Å$）或大应变（$14$ ~ 1%）下，2D六方硼砷化物变成金属。我们的$k\cdot p$模型包括了应变、电场和磁场的影响。优秀的定性和定量之间的协议密度泛函理论和$k\cdot p$预测证明了不同类型的应变和电场。
2019-05-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Band structure and carrier effective masses of boron arsenide: effects of quasiparticle and spin-orbit coupling corrections
我们确定的基本电子和光学性质的高热导率的III-V族半导体砷化硼（BAs）使用密度泛函和多体微扰理论，包括准粒子和自旋轨道耦合修正。我们发现，基本的带隙是间接的值为2.049 eV，而最小的直接带隙的值为4.135 eV。我们计算了载流子的有效质量，并报告了空穴比电子更小的值，这表明空穴迁移率更高，p型掺杂更容易。静态介电常数和高频介电常数之间的小差异表明BA仅为弱离子。我们还观察到，介电函数的虚部表现出强吸收峰，这对应于能带结构中的平行带。我们估计的激子结合能为43毫电子伏表明，激子是相对稳定的，在室温下对热解离。我们的工作提供了理论见解的基本电子性质的BA指导实验表征和设备的应用。
2019-01-15 cond-mat.mtrl-sci
Thermal expansion coefficient and lattice anharmonicity of cubic boron arsenide
最近的测量一个不寻常的高热导率约1000 W m-1 K-1在室温下立方硼砷化物（BAs）确认从理论预测，并建议这种半导体化合物的热管理应用的潜在应用。材料的热膨胀系数和Grüneisen参数的知识有助于对其晶格非谐性的基本理解和评估其作为热管理材料的效用。然而，以前的理论计算的热膨胀系数和Grüneisen参数的BA产生不一致的结果。本文报道了从300 ~ 773 K的X射线衍射测量得到的BA的线性热膨胀系数。测量结果是在良好的协议与我们的从头计算，占原子相互作用的第五近邻。利用测得的热膨胀系数和比热，在300 K下得到BAs的Grüneisen参数为0.84 +/- 0.09，与从第一原理计算的值0.82非常一致，并且远低于先前的理论结果。我们的研究结果证实，BAs表现出更好的热膨胀系数匹配常用的半导体比其他高导热材料，如金刚石和立方氮化硼。
2019-06-14 cond-mat.mtrl-sci
Deep-potential enabled multiscale simulation of gallium nitride devices on boron arsenide cooling substrates
本文利用机器学习深度势能对BAs-GaN异质结构进行多尺度模拟，揭示其265 MW m⁻²K⁻¹的超高界面热导及晶粒尺寸与边界热阻的竞争关系，为高效散热电子器件设计提供新途径。
2024-01-24 cond-mat.mtrl-sci
Symmetry-breaking strain drives significant reduction in lattice thermal conductivity: A case study of boron arsenide
本文通过第一性原理计算发现单轴拉伸应变通过解除声子简并和软化声子谱显著增加三声子与四声子散射，使砷化硼晶格热导率在室温下降低近80%，为通过调控晶体对称性操纵热输运提供了新途径。
2025-07-19 cond-mat.mtrl-sci
Point defects and dopants of boron arsenide from first-principles calculations: donor compensation and doping asymmetry
我们应用混合密度泛函理论计算，以确定形成能量和热力学电荷跃迁水平的原生点缺陷，常见的杂质，和浅掺杂的BA。我们发现硼相关的缺陷如V_B、B_As、B_i-V_B复合物和反位对是主要的本征缺陷。由于V_B和B_As的受主型特性，期望天然BA呈现p型导电。在我们探索的常见杂质中，我们发现C替代缺陷和H杂质具有相对较低的形成能，并且可能贡献自由空穴。令人惊讶地发现间隙氢在中性电荷状态下也是稳定的。Be_B、Si_As和Ge_As是优良的浅受主，它们具有低的电离能（< 0.03 eV），其它点缺陷的补偿作用可以忽略不计。另一方面，诸如Se_As、Te_As、Si_B和Ge_B的施主具有相对大的电离能（~0.15 eV），并且可能被诸如B_As和V_B以及C_As、H_i和H_B的原生缺陷钝化。空穴和电子掺杂的不对称性源于导带由于其硼轨道特性而具有的重有效质量，以及补偿施主的硼相关本征缺陷。
2018-09-24 cond-mat.mtrl-sci
Photoluminescence mapping and time-domain thermo-photoluminescence for rapid imaging and measurement of thermal conductivity of boron arsenide
立方硼砷化物（BAs）由于最近实验证明的高于1000 W/mK的热导率\k{appa}而引起了更大的关注。然而，它的带隙还没有得到解决，缺乏一个简单而有效的方法来探测它的晶体质量。此外，传统的\k{appa}测量方法破坏性大、耗时长，无法满足快速筛选高\k{appa}材料的迫切需求。在我们实验建立了1.82 eV作为BAs的间接带隙并观察到室温带边光致发光后，我们开发了两种新的光学技术，可以提供快速和非破坏性的表征\k{appa}，样品制备很少：光致发光映射（PL映射）和时域热光致发光（TDTP）。PL-映射提供了几乎实时的晶体质量和毫米级晶体表面上的\k{appa}的图像;而TDTP允许我们拾取样品表面上的任何点，并使用纳秒激光脉冲测量其\k{appa}。这些新技术揭示了表观单晶不仅在\k{appa}中是不均匀的，而且还由非常不同的\k{appa}畴组成。由于PL-mapping和TDTP是基于带边PL及其对温度的依赖性，因此它们可以应用于其他半导体，从而为快速识别和开发高\k{appa}半导体材料铺平了道路。
2019-10-16 cond-mat.mtrl-sci
Impacts of Point Defects on Shallow Doping in Cubic Boron Arsenide: A First Principles Study
Idaho National Laboratory（爱达荷国家实验室）；Department of Mechanical Engineering, University of Utah（犹他大学机械工程系）
研究通过第一性原理方法分析点缺陷对立方硼砷化物p型和n型掺杂的影响，发现特定缺陷对掺杂有促进或抑制作用，为BAs基电子器件发展提供理论依据。
2024-11-08 cond-mat.mtrl-sci
One-particle and excitonic band structure in cubic Boron Arsenide
本文利用自洽多体微扰理论预测立方砷化硼的单粒子和激子能带结构，发现其单粒子性质与硅相似但价带质量变化异常小，并揭示暗激子可低至约1.5 eV，对光电子应用具有重要意义。
2023-05-26 cond-mat.mtrl-sci
Electronic and valleytronic properties of crystalline boron-arsenide tuned by strain and disorder
采用从头算密度泛函理论（DFT）和DFT+相干势近似（DFT+CPA）分别研究了面内应变和位对角无序对立方硼砷化物（BAs）电子结构的影响.它表明，拉伸应变和静态对角无序都降低了半导体的一个粒子带隙的BA，和V形的p带电子状态出现-使先进的valleytronics的基础上应变和无序的半导体体晶体。在双轴拉伸应变接近15%的价带线形相关的光电子学显示符合一个报告的GaAs在低能量。静态无序的作为网站上发挥的作用是促进p型导电性的无应变的BAs体晶体，与实验观察一致。这些发现阐明了半导体和半金属的电子自由度在晶体结构和晶格无序中的复杂和相互依赖的变化。
2022-12-18 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Persistent hot carrier diffusion in boron arsenide single crystals imaged by ultrafast electron microscopy
立方硼砷化物（BAs）由于其高导热性，在微电子热管理领域具有广阔的应用前景。最近，它作为光电材料的潜力也在探索中。然而，由于可用的高质量晶体尺寸小，测量其光载流子输运性质仍然具有挑战性。在这里，我们使用扫描超快电子显微镜（SUEM）直接可视化的光激发载流子在BA单晶的扩散。令人惊讶的是，我们观察到双极扩散在低的光通量与持续的热载流子动力学超过200皮秒，这可以归因于声学和光学声子之间的大的频率间隙，相同的功能，是负责高的热导率。在较高的光通量下，我们观察到自发的电子-空穴分离。我们的研究结果表明，BA是一种有吸引力的光电材料结合高的热导率和优良的光载流子输运性能。我们的研究还证明了SUEM探测新兴材料中光载流子传输的能力。
2022-06-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Boron Arsenide Heterostructures: Lattice-Matched Heterointerfaces, and Strain Effects on Band Alignments and Mobility
BAs是具有超高热导率的III-V族半导体，但其许多电子性质尚不清楚。本工作采用预测原子计算来研究BAs异质结构的性质，如应变对能带排列和载流子迁移率的影响，考虑BAs作为晶格匹配材料的薄膜和衬底。结果表明，应变使带隙减小，与方向和符号无关。此外，双轴拉伸应变增加了面内电子和空穴迁移率超过60%相比，由于电子有效质量和空穴带间散射的减少的未应变值。此外，BAs被证明是近晶格匹配的InGaN和ZnSnN 2，两个重要的光电子半导体与可调带隙合金和阳离子无序，分别。结果预测II型带对齐，并确定这两种材料与BA的绝对带偏移。BAs的超高热导率和本征p型特性与其高电子和空穴迁移率（可通过拉伸应变进一步增加）以及与本征n型InGaN和ZnSnN 2的晶格匹配和II型能带对准的组合展示了BAs异质结构用于电子和光电子器件的潜力。
2019-09-03 cond-mat.mtrl-sci
Strong Temperature Dependence of Thermal Conductivity in High-Purity Cubic Boron Arsenide
本文通过合成高纯度同位素富集c-BAs单晶，利用TDTR、布里渊/拉曼散射和TRM测量，揭示了其热导率在300-600 K间呈现比理论预测更强的1/T²温度依赖性，并发现高导热样品中仍存在缺陷。
2025-07-08 cond-mat.mtrl-sci
Thermal conductivity of boron arsenide above 2100 watts per meter per Kelvin at room temperature
本研究通过降低杂质浓度制备出室温热导率超2100 W/mK的砷化硼单晶，发现其热导率呈T^-1.8依赖关系，推动相关材料实验与理论研究发展。
2025-05-20 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Piezospectroscopy and first-principles calculations of the nitrogen-vacancy center in gallium arsenide
在掺氮或注氮的GaAs单晶中存在氮空位（NV）中心。氮的局部振动在638 cm $^{-1}$处产生尖锐的红外吸收带，由于相邻的$^{69}$ Ga和$^{71}$ Ga主体同位素的不同质量而呈现精细结构。晶体学方向的压电光谱研究<100>证明了该中心具有C $_\text{3v}$点对称性，这是弱扰动的同位素效应。应力引起的位移的一些带组件显示出一个不寻常的非线性行为，可以解释的同位素和应力分裂之间的耦合。第一性原理密度泛函理论的计算是完全符合实验和确认的C $_\text{3v}$对称性，所造成的氮原子从阴离子晶格位置向最近邻Ga平面的弛豫。GaAs中的NV中心在结构上类似于金刚石中的相同中心。$-3$的电荷状态是最稳定的几乎所有的费米能级的位置。
2018-02-06 cond-mat.mtrl-sci
Native point defects from stoichiometry-linked chemical potentials in cubic boron arsenide
点缺陷的存在通常会破坏半导体中的化学计量。例如，AB化合物中A位上的空位使晶体富含B。当化学计量比改变时，化学势也改变。虽然流行的第一性原理方法提供了显着的洞察点缺陷的特点，在一个透明的方式，晶体化学计量和化学势之间的关键联系，通常没有。然而，对化学势的特别选择可能导致在某些费米能级范围内的非物理负形成能，以及电荷平衡的问题。在这里，我们制定了一个规范的框架，描述了每个元素的化学势是如何直接链接到（非）化学计量条件下的晶体的组成，而不是特设假设的化学势是在一定的生长条件下的元素限制。因此，在带隙内化学势随费米能级变化，形成能为正。使用这样的方法，我们目前的$ab$ $initio$的结果，本征点缺陷的BA，具有超高的室温热导率的半导体。我们发现，反位是非化学计量比材料的本构缺陷，而B $_\mathrm{As}$反位和B空位占主导地位的化学计量比材料。我们进一步讨论的热力学平衡和电荷中性点的BAs根据我们的化学计量确定的化学势。如前所述，我们的工作提供了一种更适用和更容易获得的方法来解决半导体中的缺陷形成能，特别是那些通常看到负形成能的宽禁带半导体。
2021-02-19 cond-mat.mtrl-sci
Thermal Conductivity above 2000 W/m.K in Boron Arsenide by Nanosecond Transducer-less Time-Domain Thermoreflectance
该研究通过新开发的纳秒无传感器时域热反射技术，在高质量立方砷化硼中测得室温热导率超过2000 W/m·K，与金刚石相当，挑战了现有理论模型，并展示了其在下一代电子器件中的应用潜力。
2025-05-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Activated lone-pair electrons lead to low lattice thermal conductivity: a case study of boron arsenide
降低导热系数（$κ$）是提高热电性能的有效途径，可实现热能直接固态转化为电能，在废弃物资源再利用方面具有重要的应用价值。在这项研究中，我们提出了一种有效的方法来实现低$κ$通过引入孤对电子或使孤对电子立体化学活性通过键纳米设计。作为案例研究，通过在三维立方砷化硼（c-BA）的（111）横截面处切割，由于立体化学活化的孤对电子，在所得的石墨烯类BA（g-BA）的二维系统中，$κ$降低了一个以上的数量级。类似的概念也可以扩展到其他含有BAs以外孤对电子的体系，如III-V族化合物，其中发现二元化合物的$κ$调制与电负性差之间存在很强的相关性，因此，孤对电子与小的电负性差结合可能是通过键纳米设计来改变配位环境以降低$κ$的指标。所提出的实现低$κ$的方法和本研究中揭示的潜在机制将在很大程度上有利于设计具有改进性能的热电器件，特别是在未来的研究中，涉及新材料的能源应用。
2019-03-31 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Isotope effect on electron paramagnetic resonance of boron acceptors in silicon
硅中硼受体基态的四重简并性（其容易通过任何对称性破缺扰动而提升）允许硼相关的电子顺磁共振（EPR）线的强不均匀加宽，例如通过局部应变的随机分布。然而，由于EPR的外部无应变硅中的硼受体的首次报道，无论是线的形状，也没有在样品中观察到的残余加宽的大小与高结晶纯度的低浓度的碳和氧的点缺陷，是随机局部应变的主要来源是兼容的。适应的理论模型已被应用于理解受体基态分裂的情况下，由于存在不同的硅同位素的磁场的影响，我们表明，由于不同的同位素配置在附近的硼受体的价带边缘的局部波动可以定量地解释所有的非均匀加宽效应在高纯硅与天然同位素组成。我们的计算表明，这样的同位素扰动也会导致不同的硼相关的共振，我们可以在我们的实验中验证的g值的移动。此外，我们的研究结果提供了一个独立的测试和验证的价带偏移量之间的不同的硅同位素在以前的工作中确定。
2010-04-06 cond-mat.mtrl-sci
Exceptional Optical Phonon Coherence in Enriched Cubic Boron Arsenide via Suppression of Three-Phonon Scattering
Rice University（莱斯大学）；University of Houston（休斯顿大学）；Texas Tech University（德克萨斯理工大学）
研究揭示了富集立方硼砷中光学声子相干性的提升，通过抑制三声子散射，实现了高纯度下的高品质因子声子相干性，为理解声子散射机制提供了关键见解。
2026-03-11 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Ultrahigh interfacial thermal conductance for cooling gallium oxide electronics using cubic boron arsenide
该研究通过机器学习势与非平衡分子动力学计算β-Ga₂O₃/cBAs界面热导，并结合有限元模拟，证明cBAs可凭借超高热导率和界面热导高效冷却氧化镓器件。
2025-02-11 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Idealizing Tauc Plot for Accurate Bandgap Determination of Semiconductor with UV-Vis: A Case Study for Cubic Boron Arsenide
针对Tauc图法因基线吸收导致半导体带隙测定误差的问题，提出先去除吸收光谱基线再构建理想化Tauc图的新方法，验证了其有效性并解决了立方砷化硼带隙值的报道差异。
2023-06-13 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Higher-Order-Phonon Scattering Governs Targeted Control of Heat Conduction in Bulk Boron Arsenide
Huazhong University of Science and Technology（华中科技大学）；National University of Defense Technology（国防科技大学）
通过第一性原理计算和声子玻尔兹曼输运分析，研究了定向声子激发对bulk硼砷热导率的强频率依赖性调控，揭示四声子散射对热导率抑制的关键作用。
2026-06-09 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Basic Physical Properties of Cubic Boron Arsenide
立方砷化硼（BAs）是一种新兴的半导体材料，具有创纪录的1300 W/mK的高热导率。然而，BA的许多基本性质仍然未经实验探索。在这里，第一次，我们报告了系统的实验测量的重要物理性质的BA，包括带隙，光学折射率，刚度，弹性模量，剪切模量，泊松比，热膨胀系数，和热容。特别地，使用光吸收和法布里-珀罗干涉来测量室温下1.82 eV的光学带隙和3.29（657 nm）的折射率。基于超快光泵浦探测光谱的皮超声波方法被用来测量326 GPa的高弹性模量，这是硅的两倍。此外，温度相关的X射线衍射被用来测量线性热膨胀系数为3.85 x10 ^-6/K;这个值非常接近原型半导体，如GAN，这强调了BA用于冷却高功率和高频电子器件的前景。我们还进行了从头算理论计算，并观察到良好的协议之间的实验和理论结果。重要的是，这项工作的目的是建立一个数据库（表I）的基本物理性质的BA与期望，这种半导体将激发广泛的研究和应用在电子，光子学和力学。
2019-11-25 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Control of the phonon band gap with isotopes in hexagonal boron nitride
物质组成元素的同位素质量对振动模式的能量有众所周知的影响。用单色扫描透射电子显微镜对六方氮化硼的声子能带结构进行了实验研究，发现在面内光学声子模和声子谱的低能部分之间存在声子带隙。声子带隙的大小可以通过硼的同位素质量来控制。而在$^{11}$ BN中，声子带隙约为7 meV宽，在$^{10}$ BN中，带隙几乎闭合，小一个数量级（低于0.5 meV）。这为操纵太赫兹波通过同位素结构的器件的传播打开了令人兴奋的选择，否则在化学上不同的组分之间没有界面。
2023-03-06 cond-mat.mtrl-sci
Boron and nitrogen isotope effects on hexagonal boron nitride properties
本研究通过金属助熔剂法生长四种硼氮同位素组合的六方氮化硼晶体，并表征其性质，为热管理和量子技术应用提供新可能。
2023-06-23 cond-mat.mtrl-sci
Characterization of Lattice Thermal Transport in Two-Dimensional BAs, BP, and BSb: A First-Principles Study
自从Lindsay等人从理论上预测了立方硼砷化物（c-BAs）的高热导率以来，c-BAs的热导率一直是一个难题。在2013年，无数的研究都集中在这种特殊的材料上。最近，c-BA已被实验证实具有约1，100 W/m-K的热导率。在这项研究中，我们研究了很少研究的二维六方结构的砷化硼（h-BAs）使用第一性原理方法和解决玻尔兹曼输运方程的声子。传统上，高热导率材料的良好指标是其高德拜温度和高声子群速度。然而，我们确定的h-BAs有一个更低的德拜温度和平均声子群速度相比，其他单层硼-V化合物的氮化硼（h-BN）和磷化硼（h-BP），但奇怪的是，它具有较高的热导率。进一步的研究表明，这是由于大的质量不平衡引起的声子频率间隙，这导致了受限的Umklapp声子-声子散射通道，从而导致更高的热导率。我们确定的单层h-BA的固有晶格热导率为362.62 W/m-K在室温下，这是相当高的相比，其他单层硼-V化合物的h-BN（231.96 W/m-K），h-BP（187.11 W/m-K），和h-BSb（87.15 W/m-K）。这项研究为研究一类新的单层结构及其所具有的性质打开了大门。
2018-11-14 cond-mat.mtrl-sci
Nitrogen isotope effects on boron vacancy quantum sensors in hexagonal boron nitride
本文研究$^{15}$N同位素富集hBN中硼空位缺陷的磁共振特性，测得$^{15}$N自旋超精细相互作用参数为64 MHz，为量子传感用hBN提供了设计准则。
2023-09-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Isotope substitution and polytype control for point defects identification: the case of the ultraviolet color center in hexagonal boron nitride
提出结合同位素取代与多型控制的通用方法识别点缺陷，应用于六方氮化硼紫外色心，揭示其为碳二聚体，证明多型堆叠调控可为二维材料缺陷识别提供独特指纹。
2024-05-31 cond-mat.mtrl-sci
Resolving isotope splitting of boron-related intracenter transitions in diamond by infrared absorption spectroscopy
同位素富集提供了材料的尖端特性，开辟了令人兴奋的研究和开发机会。在半导体中，随着高水平的同位素纯化，在生长和掺杂技术的最终控制方面取得了进展。这就需要深入了解同位素无序效应及其有效测定技术。晶格和杂质中心的同位素含量引起的效应，这可以通过不同的光学技术来检查。虽然可以通过非弹性光散射或SIMS测量直接评估主体晶格中的无序，但确定许多数量级较少的杂质的同位素贡献仍然具有挑战性，并且通常在高分辨率光致发光或光学吸收光谱中观察到。掺硼金刚石具有复杂的红外吸收光谱，但未观察到与硼有关的发光。作为在元素半导体中充当类氢掺杂剂的最轻元素，硼在其同位素质量方面具有最大的相对差异，并且由此在包括金刚石的半导体中引起最大的同位素无序，金刚石是具有主晶格的最轻原子质量的元素半导体。这使得能够通过红外吸收光谱法获得金刚石中硼的同位素组成。通过比较天然（20%的10B和80%的11B同位素）和11B富集（高达99%）掺杂金刚石的低温吸收光谱，我们区分了与10B和11B同位素相关的中心内跃迁。我们发现，同一个硼心内跃迁的同位素谱线在能量约为0.7 meV处分离。这是在掺杂类氢杂质中心的半导体中观察到的最大杂质同位素位移。
2019-11-26 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Thermal Conductivity Of Monolayer Hexagonal Boron Nitride: Four-Phonon Scattering And Quantum Sampling Effects
针对单层六方氮化硼晶格热导率研究结果差异大、核量子效应与四声子散射被忽略的问题，结合经典与路径积分分子动力学及温度相关有效势方法计算多效应下的重整化声子，揭示两类效应对热导率和声子寿命的影响，为固体晶格热导率计算提供可靠框架。
2025-06-17 cond-mat.mtrl-sci
Chemically homogeneous boron carbide 10B/11B isotope modulated neutron interference mirrors
提出一种基于化学均质BxC基体并以10B/11B同位素精确调制的新型中子干涉反射镜，实验证明其可在少层、薄层条件下实现高q值高反射率。
2024-04-07 cond-mat.mtrl-sci
BAs and boride III-V alloys
砷化硼是III-V族砷化物系列BAs-AlAs-GaAs-InAs中最常被忽略的一员，它的电子结构与硅相似：其γ导带底是类p型（γ_15），而不是类s型（γ_1c），具有类X_1c的间接带隙，其键电荷几乎均匀地分布在晶胞中的两个原子上，表现出近乎完美的共价性。其原因可以追溯到硼中极低的原子p轨道能量，以及相对于大多数其他III-V族化合物，BA中异常强烈的s-s排斥。我们发现出乎意料的价带偏移的BA相对于GaAs和AlAs。BAs的价带最大值（VBM）显著高于AlAs，尽管BAs的键长小得多，GaAs的VBM仅略高于BAs。这些效应是由VBM处阳离子和阴离子状态的异常强烈混合引起的。对于BAs-GaAs合金，我们发现（i）相对较小（~3.5 eV）且与成分无关的带隙弯曲。这意味着，虽然向GaAs中加入少量的氮降低了带隙，但向GaAs中加入少量的硼提高了带隙（ii）导带中的硼“半定域”态（类似于GaN-GaAs合金中的那些），以及（iii）比GaN-GaAs合金中更小的体混合势垒。硼化物III-V合金的独特特性为带隙工程提供了新的机会。
2000-09-05 cond-mat.mtrl-sci
Ab initio prediction of equilibrium boron isotope fractionation between minerals and aqueous fluids at high P and T
在过去的十年中，实验研究已经表明，在三角和四面体配位位点中携带硼的材料之间存在较大的B同位素分化，但对产生所观察到的同位素特征的机制知之甚少。为了了解硼同位素分化过程并更好地解释实验数据和在天然样品中观察到的同位素特征，我们采用基于密度泛函理论的第一性原理计算，结合从头算分子动力学和一种新的赝频率分析方法，研究了含硼矿物之间的硼同位素分化（如电气石和云母）和含H_3BO_3和H_4BO_4-物种的含水流体。我们证实了实验发现，同位素分化主要是由分馏硼原子的配位驱动，并发现另外，所产生的同位素签名的强度与B-O键长强烈相关。我们还证明了我们的计算方案的能力，以预测在极端压力下的流体的同位素签名，显示计算的压力相关的β因子与测量的压力位移的水溶液中的H_3BO_3和H_4BO_4-的B-O振动频率的一致性。硼云母和中性流体之间的分馏因子的预测值与实测值的比较证实了实验发现的高P和T下中性流体中四面体硼物种的混合物的存在，这也解释了文献中报道的电气石-云母系统的各种测量之间的不一致。研究表明，计算的平衡同位素分化因子具有与实验相当的精度。
2012-10-05 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph physics.geo-ph
Outstanding Thermal Conductivity of Single Atomic Layer Isotope-Modified Boron Nitride
具有高热导率（k）的材料对于解决高度集成和小型化的现代设备中的废热耗散的挑战是有价值的。在此，我们报告的第一个合成原子薄的同位素纯六方氮化硼（BN）和它的所有半导体和电绝缘体中最高的k之一。富含11B的单原子层（1 L）BN在室温下具有高达1009 W/mK的k。我们发现，同位素工程主要抑制BN中的面外光学（ZO）声子散射，从而减少ZO与横向声学（TA）和纵向声学（LA）声子之间的声光散射。另一方面，减少厚度到单个原子层减少了层间相互作用，因此减少了面外声学（ZA）声子的Umklapp散射，尽管这种厚度引起的k增强不如天然存在的BN那样显著。具有许多独特性质的原子级薄的单一同位素BN在范德华（vdW）器件和未来柔性电子器件的热管理方面很有前途。原子级薄BN的同位素工程也可能在2D材料中开辟其他有吸引力的应用和机会。
2020-08-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Boron Isotope Effects on Raman Scattering in Bulk BN, BP, and BAs: A Density-Functional Theory Study
本文利用密度泛函理论计算研究了体相 BN、BP 和 BAs 中硼同位素无序对拉曼散射的影响，揭示了长程库仑相互作用和同位素组成对拉曼线形的调控规律，为量子发射器、热管理及晶体质量评估提供理论指导。
2024-09-03 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
A comparative study of the thermoelectric performance of graphene-like BX (X= P, As, Sb) monolayers
采用第一性原理计算和玻尔兹曼理论研究了类石墨烯磷化硼（BP）、砷化硼（BAs）和锑化硼（BSb）单层的电子和声子输运性质.通过考虑声子-声子散射和电子-声子散射，我们证明了BAs和BSb单分子膜中强的键非谐性可以显著地抑制声子的弛豫时间，但几乎不影响电子的弛豫时间.因此，这两个系统表现出可比的功率因数与BP单层，但低得多的晶格热导率。因此，在优化的载流子浓度下，在BAs和BSb单层中可以实现高于3.0的最大ZT值。有趣的是，在BSb单层中沿着扶手椅方向观察到非常相似的p型和n型热电性能，这在具有可比效率的热电模块的制造中至关重要。
2019-02-28 cond-mat.mtrl-sci
On the origin of the Raman scattering in heavily boron-doped diamond
采用硼碳同位素替代法对高压高温合成的重掺硼金刚石的振动模式进行了识别。拉曼光谱中没有一个谱带在^{10} B-取代后发生位移，而与具有天然同位素丰度的样品相比，在^{13} C-取代后观察到所有谱带向较低频率的位移。这些同位素替代实验排除了硼二聚体相关简正模的假设，并强烈支持先前研究的“500 cm^{-1}”和“1230 cm^{-1}”带以及1003 cm^{-1}和1070 cm^{-1}处的两个弱带归属于扰动金刚石晶格声子，揭示了声子态密度。在组合频率和泛音频率的二阶声子谱也被确定。提出了一种体等离子体激元相关的声子态密度谱相对于带心声子的增强机制。
2008-01-10 cond-mat.mtrl-sci
Orthorhombic boron oxide under pressure: in situ study by X-ray diffraction and Raman scattering
在室温下，用同步辐射X射线衍射和喇曼散射原位研究了高压下硼氧化物的正交相PDMATHABMM_2 O_3。已经发现\b{eta} -B2 O3的体积模量为169（3）GPa，这与我们的从头计算很好地一致。在常压下测量了\b{eta} -B_2 O_3的拉曼光谱和红外光谱，将实验观察到的谱带与理论计算的谱带进行了归属，并进行了模式归属。根据Raman位移随压强的变化数据，结合状态方程数据，计算了实验观测到的所有Raman谱带的Grüneisen参数。合成了10 B同位素富集的\b{eta} -B_2O_3，研究了硼同位素取代对Raman光谱的影响。
2016-09-12 cond-mat.mtrl-sci
Thermal expansion coefficients of high thermal conducting BAs and BP materials
最近报道的立方砷化硼（BAs）和磷化硼（BP）晶体中的非常高的热导率可能为高功率密度器件的热管理提供革命性的解决方案。为了充分促进这种应用，需要考虑散热器和器件衬底之间的相容的热膨胀系数（CTE），以使热应力最小化。在这里，我们报告了我们的实验CTE的BA和BP的温度范围从100至1150 K，通过X射线单晶衍射和中子粉末衍射相结合的研究。我们证明了室温CTE，对于BA为3.6 $\pm$ 0.15 $\times$ 10 E-6/K，对于BP为3.2 $\pm$ 0.2 $\times$ 10 E-6/K，与金刚石相比，与大多数半导体（包括Si和GaAs）更相容，因此可以是未来电力电子器件中散热器材料的更好候选者。
2019-06-10 cond-mat.mtrl-sci
Phonon study of rhombohedral BS under high pressure
在室温下，在高达34 GPa的压力下测量了菱面体一硫化硼（r-BS）的拉曼光谱。没有观察到压力诱导的结构相变，而拉曼光谱带向更高的波数的强烈压力位移已被揭示。红外光谱作为一种补充技术已被用来，以完整地描述的声子模式的r-BS。所有的实验观察到的频带进行了比较，理论计算和模式分配已执行。合成了10 B同位素富集的r-BS，观察并分析了硼同位素取代对拉曼光谱的影响。
2015-03-06 cond-mat.mtrl-sci
Thermal Conductivity of BAs under Pressure
由于砷化硼（BAs）特殊的声子色散，其热导率被认为受声子散射选择规则的影响。压缩的BA导致显着的变化，声子色散，这使得测试的第一原理理论的声子色散如何影响三，四声子散射率。这项研究报告的导热系数从0到30 GPa的BA。用金刚石对顶砧装置测量了BA的热导率与压力的关系。与典型的非金属晶体形成鲜明对比的是，观察到BA具有低于30 GPa的压力无关的热导率。非金属晶体的热导率通常在压缩时增加。不寻常的压力独立的BAs的热导率显示声子色散特性和三，四声子散射率之间的重要关系。
2023-02-16 cond-mat.mtrl-sci
Sieving hydrogen isotopes through two dimensional crystals
单原子厚的晶体对原子和分子是不可渗透的，但氢离子（热质子）可以穿透它们。我们表明，石墨烯和氮化硼的单层可用于分离氢离子同位素。采用电测量和质谱，我们发现，氘核渗透通过这些晶体比质子慢得多，在室温下的分离因子约为10。同位素效应归因于入射质子和氘核的零点能量之间约60 meV的差异，其转化为由二维晶体构成的激活势垒的等效差异。除了提供对质子传输机制的深入了解外，所展示的方法还为氢同位素富集提供了一种具有竞争力和可扩展的方法。
2016-01-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci nucl-ex
High phonon-limited mobility of BAs under pressure
最近的实验报道，在立方砷化硼晶体（BAs）中观察到~1000 W/mK的高热导率。为了拓展其应用范围，我们采用第一性原理计算研究了BAs族声子限制的电子输运和压力调制效应。在电子掺杂的情况下，BAs、AlAs和AlSb在BSb中表现出高频光学声子和电子之间的耦合以及低频声学声子之间的耦合。而BAs的电子-声子耦合最弱，因此具有较高的N型载流子迁移率（1740 cm ^2/Vs）。引入压力后，声子谱比电子结构有更明显的变化。声子在压力作用下硬化，导致电子-声子耦合减弱。结果表明，在50 GPa的压力下，BAs的迁移率可以提高到4300 cm^2/Vs，这对当前的半导体工业具有重要意义。
2018-10-26 cond-mat.mtrl-sci
Finite temperature optoelectronic properties of BAs from first principles
砷化硼（BAs）的高导热性使其成为一种有前途的材料，用于热管理是核心的光电应用。在本工作中，我们研究了BAs的有限温度光电性质，同时考虑了电子-声子耦合和热膨胀。包含电子-声子耦合证明了捕获材料的光电性质的温度依赖性是必要的，而由于BA的高度共价键合特性，热膨胀的贡献可以忽略不计。我们预测，随着温度的升高，光学吸收开始受到红移，吸收峰变得更平滑，声子辅助吸收的能量低于那些的光学间隙具有一个系数，位于范围$10^{-3}$到$10^{-4}$ cm $^{-1}$。我们还表明，良好的协议与测量的BAs的间接带隙只有获得准确的交换，电子-声子耦合，自旋-轨道耦合效应都包括在计算中。
2019-06-05 cond-mat.mtrl-sci
The direct and indirect optical absorptions of cubic BAs and BSb
近年来，砷化硼（BAs）在实验中被测得具有很高的热导率，这对小功率光电器件的发展是一个巨大的鼓舞。因此，本论文采用第一性原理计算，系统地研究了BAs和BSb的直接和间接光学效应以及同系物的掺杂效应。通过考虑声子辅助的二阶光学吸收，得到了间接带隙对应的吸收起始点。在温度相关的计算中，我们还发现了吸收起始点的红移、光吸收谱的增强和平滑。为了在可见光范围内引入一阶光折变效应，在没有声子辅助的情况下，研究了同系物的掺杂对光折变效应的影响。研究发现，掺杂后局域直接带隙的减小主要是由于原型III-V族半导体中的带隙较小或位于R $_c$点的CBM所致。因此，同源物的掺杂可以改善可见光范围内的直接光学吸收。
2019-01-13 cond-mat.mtrl-sci
Fröhlich-type Polarons in Isotopically Enriched Hexagonal Boron Nitride
Texas Tech University（德克萨斯理工大学）；U.S. Naval Research Laboratory（美国海军研究实验室）；Kansas State University（堪萨斯州立大学）
研究通过低温阴极发光揭示了同位素富集六方氮化硼中的弗罗赫利希型激子-声子耦合，确定了间接激子能级及其纵向声子副本，并提取出弗罗赫利希耦合常数和更大的激子结合能，为调控其声子极子和量子光学性质提供了基础。
2026-05-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Site independent strong phonon-vacancy scattering in high temperature ceramics ZrB$_2$ and HfB$_2$
金属和硼空位对ZrB $_2$和HfB $_2$的声子散射和晶格热导率（$κ_l$）的影响相似。这些缺陷挑战了将较大影响与较大缺陷相关联的传统理解。我们发现其根本原因是由硼空位引起的强烈的局域扰动，它大大改变了原子间的力常数。与此相反，在金属空位的情况下，一个长期的，但较弱的扰动。我们表明，这些行为起源于混合金属和共价键的金属二硼化物的性质。在基于Boltzmann输运方程和密度泛函理论的完整的\textit{ab initio}框架下进行了热输运计算。用\textit{ab initio}格林函数方法计算了声子-空位散射。天然同位素和晶界对$κ_l$的影响也进行了系统的研究，但我们发现一个有影响力的作用，空位解释实验中看到的大的变化。我们进一步报告了两个数量级的差异之间的非晶和纯晶体的限制。我们的研究结果概述了这些多功能高温陶瓷的重要材料设计方面。
2022-02-25 cond-mat.mtrl-sci
Role of higher-order phonon scattering in the zone-center optical phonon linewidth and the Lorenz oscillator model
带心光学声子线宽是红外光谱、拉曼光谱和洛伦兹振子模型的重要参数。虽然三声子散射通常被认为是主要的贡献，在这项工作中，我们发现，令人惊讶的是，高阶声子散射普遍发挥了显着的作用，甚至主导作用，在室温下，更是在高温下，对广泛的材料，包括金刚石，硅，锗，砷化硼（BAs），立方碳化硅（3C-SiC），和$α$ -石英。这是由区域中心光学声子的大的四声子散射相空间实现的，并且不同于热传导，其中在室温下四声子散射仍然是三声子散射的第二种。此外，我们的研究结果表明，五声子甚至更高阶的散射可能是一些大的带隙材料，例如，BAs.我们通过洛伦兹振子模型预测的红外光学性质，包括四声子散射后，显示出更好的协议与实验测量比那些基于三声子的预测。这项工作将提高广泛的兴趣，研究在各个领域的高阶散射热传导以外。
2019-08-14 cond-mat.mtrl-sci
Crystal structures of dodecaborides: complexity in simplicity
分析十二硼化物$R$ B $_{12}$有趣的物理性质需要精确的晶体结构数据。我们发现，一个简单的立方模型很好地符合原子的位置在单位细胞，但不能解释所观察到的各向异性的物理性质。合作的Jahn-Teller（JT）效应稍微违反了立方晶格的理想度规和晶格间隙中电子密度分布的对称性。硼框架的JT失真的理论模型。它们的对应关系的电子密度分布的傅立叶合成的地图上使用X射线数据和解释以前观察到的导电性能的各向异性证明。硼同位素组成上的字符的晶格畸变的效果。我们还讨论了应用爱因斯坦模型的阳离子和德拜模型的硼原子来描述晶格动力学。
2020-10-29 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Slow Thermalization and Long-Lived Coherence across Acoustic Phonon Branches in BAs
University of California, Santa Barbara（加州大学圣塔芭芭拉分校）；University of Houston（休斯顿大学）；SLAC National Accelerator Laboratory（斯坦福直线加速器中心）
本研究通过时间分辨X射线漫散射揭示BAs中声学声子支的慢热化（TA为29.2皮秒，LA为13.9皮秒）及长寿命相干性，直接证明了其弱声子散射机制，解释了其超高热导率。
2026-09-15 cond-mat.mtrl-sci
Thermodynamic and Kinetic Tests for Low-Pressure Metal-Flux Growth of Diamond, with an Extension to Cubic Boron Nitride
Institute for Basic Science (IBS)（基础科学研究院）；UNIST（蔚山科学技术院）
该研究探讨金刚石低压金属助熔剂生长的热力学与动力学条件，提出同位素分辨测试方法并拓展至立方氮化硼，为相关实验及模拟提供量化标准。
2026-08-25 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Giant anharmonicity and non-linear electron-phonon coupling in MgB$_{2}$; A combined first-principles calculations and neutron scattering study
本文报道了新型超导体MgB $_{2}$的电子能带结构和晶格动力学的第一性原理计算。理论和我们的非弹性中子散射测量的声子态密度之间的良好的协议给出了信心，计算提供了一个健全的描述系统的物理性质。计算结果表明，带心附近的面内硼声子（具有E $_{2g}$对称性）具有很强的非谐性，并与费米能级附近的部分占据的平面B $σ$带强耦合.这种巨大的非谐性和非线性的电子-声子耦合是解释在MgB $_{2}$中观察到的高T $_{c}$和硼同位素效应的关键
2001-04-26 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
Uniaxial stress tuning of interfacial thermal conductance in cubic BAs/4H-SiC heterostructures
利用近第一性原理精度的机器学习势和非平衡分子动力学，研究 cBAs/4H-SiC 界面热导，发现 B-C 键合及垂直单轴应力可显著提升 ITC。
2025-06-14 cond-mat.mtrl-sci
