Formation of a boron-oxide termination for the (100) diamond surface
本文通过超高真空下 B₂O₃ 分子沉积与 950°C 退火，在（100）金刚石表面制备出高度取向、化学均匀的氧化硼终端，为金刚石表面工程及硼掺杂 delta 层制备提供新途径。
2024-03-04 cond-mat.mtrl-sci
Highly Boron-Doped Graphite and Diamond Synthesized From Adamantane and Ortho-Carborane under High Pressure
这项工作证明了使用金刚烷碳硼烷混合物作为前体生产具有高度硼掺杂的石墨和金刚石的高压方法的有效性。在8GPa和$1700 ^{o}C$下，石墨由金刚烷$C_{10}H_{16}$获得，而硼掺杂金刚石（2 × 2.5at.%）的微晶由金刚石（2 × 2.5at.%）获得。由金刚烷和邻碳硼烷$C_{2}B_{10}H_{12}$（原子比B：C = 5：95）的混合物合成。这一结果有力地说明了硼在高压合成金刚石中的催化活性。在低于7GPa的压力下，只有石墨由金刚烷和碳硼烷混合物合成。石墨化在相当低的温度（低于$1400 ^{o}C$）下开始，并且温度的增加同时增加硼含量和石墨晶格的质量。对材料结构的深入研究使我们能够假设在高硼浓度（> 1at.%）下，替代硼原子在石墨层中周期性地且彼此等距地分布。理论论证和模型从头计算证实了这一假设，并解释了实验观察到的硼浓度。
2021-08-10 cond-mat.mtrl-sci
Non-adiabatic Kohn Anomaly in Heavily Boron-doped Diamond
我们报告的非绝热Kohn异常硼掺杂金刚石的证据，使用联合的声子色散关系的理论和实验分析。我们表明，使用密度泛函微扰理论的声子的标准计算是无法重现的高分辨率非弹性X射线散射测量的高能量声子的色散关系。相反，通过考虑非绝热效应在多体场论框架内，我们得到了很好的协议与我们的实验数据。这一结果表明，在硼掺杂金刚石的声子色散关系的玻恩-奥本海默近似的故障。
2017-06-07 cond-mat.mtrl-sci
Thermodynamic stabilities of ternary metal borides: An ab initio guide for synthesizing layered superconductors
用密度泛函理论计算了最近提出的二元金属三明治（MS）一硼化锂超导体的稳定层状Li- $M$ -B晶体结构相。我们表明，MS锂一硼化物的收益时，与富电子的金属二硼化物合金化的稳定性，所得到的有序的锂$_{2(1-x)}M_x$ B $_2$三元相可以在正常的合成条件下形成在一个广泛的浓度范围内的$x$的一些第III-V族金属$M$。为了预先选择具有最强电子-声子耦合的化合物，我们研究了在一大类金属硼化物中$Γ$处平面硼声子模的软化。我们的研究结果揭示了有趣的一般趋势的平面内硼声子模式的频率作为硼-硼键长和金属的化合价的函数。对有望成为MgBPDMATHABMO型超导体的候选化合物之一Li $_2$ AlB $_4$进行了更详细的研究：根据我们对声子色散和电子-声子耦合$λ$的{ \it ab initio}计算，该化合物的临界温度应为$\sim4$ K。
2008-06-02 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
Boron-doped diamond
硼掺杂金刚石在掺杂浓度的某个临界值（约2.21at%）处经历绝缘体-金属转变。在这里，我们报告了一个简单的方法，计算其体积模量，基于vacuical模型，由Varotsos和Alexopoulos，最初已建议的缺陷形成参数之间的互连固体和散装性能。在2.6at%的掺杂水平下获得的结果与实验值一致，该掺杂水平后来在0.5at%的水平下得到改善。
2017-05-18 cond-mat.mtrl-sci
Diffusion Monte Carlo Study on Relative Stabilities of Boron Nitride Polymorphs
虽然氮化硼（BN）是广泛用于工程和科学目的的众所周知的化合物，但其多晶型物的相稳定性（其最基本的性质之一）仍处于争论之中。BN多晶型物（如六方晶系和锌-立方晶系）的基态的从头计算确定是困难的，因为难以捉摸的范德华相互作用在一些多晶型物中起着决定性作用，使得定量预测极具挑战性。因此，尽管进行了多项理论研究，但主要由于相互矛盾的报告，尚未就基态达成共识。在这项研究中，我们采用了一个国家的最先进的从头计算框架-固定节点扩散蒙特卡罗（FNDMC），四个众所周知的BN多晶型，即六方，菱面体，纤锌矿，和锌-立方氮化硼。我们的FNDMC计算表明，hBN是在0 K以及在300 K的四种多晶型物中最稳定的。这一结果与Corrigan~{ \it et al.}的实验数据一致。福永所得结论与耦合聚类等高阶方法所得结果一致。我们证明，FNDMC是一个强大的方法来解决表现出各种形式的债券的多晶型。它还提供了有价值的信息，如可靠的参考能量，当可靠的实验数据丢失或难以访问。我们的研究结果将促进FNDMC在其他范德华材料中的应用。
2021-11-24 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
A detailed analysis of the Raman spectra in superconducting boron doped nanocrystalline diamond
利用可见光激发拉曼光谱研究了超导（Tc= 3.8K）重掺硼纳米金刚石的光散射特性。确定了带心声子线和电子连续谱的Fano型干涉。线形分析显示Fano线形具有显著的不对称性（q=-2）。拉曼散射振幅的反常波长依赖性和小的值被观察到与以前的研究一致。
2013-05-03 cond-mat.mtrl-sci
Growth Morphology of Boron Doped Single Crystal Diamond
采用微波等离子体辅助化学气相沉积法在合成的（100）Ib型金刚石衬底上同质外延生长了掺硼单晶金刚石薄膜。用原子力显微镜观察到随着等离子体中硼浓度的增加，薄膜的表面形貌发生了变化。已经发现在硼掺杂期间使用氮改善了膜的表面形态和生长速率，但是其降低了膜的电导率。拉曼光谱表明，随着一些额外的带在较低的波数区域的区域中心光学声子模式。随着薄膜中硼含量的增加，观察到了带心光学声子模的峰形变化及其下移。然而，在工艺气体中存在氮以及乙硼烷的情况下生长的膜中观察到拉曼线的收缩和上移。
2013-11-05 cond-mat.mtrl-sci
Large Microwave Inductance of Granular Boron-Doped Diamond Superconducting Films
掺硼金刚石颗粒薄膜具有超导电性，其最佳临界温度为Tc = 7.2K。在这里，我们报告的测量复杂的表面阻抗的掺硼金刚石薄膜在微波频率范围内使用的谐振技术。实验测得的电感值与从材料的正常状态薄层电阻获得的估计值吻合良好。磁穿透深度的温度依赖性是一致的，一个完全带隙的s波超导体。掺硼金刚石薄膜应该在需要高动力学电感的地方找到应用，例如微波动力学电感探测器和量子阻抗器件。
2021-06-16 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
Electron-Phonon Coupling in Boron-Doped Diamond Superconductor
采用密度泛函超原胞方法研究了掺硼金刚石的电子结构、晶格动力学和电子-声子耦合。结果表明，掺硼金刚石是一种声子介导的超导体，这与以前用虚晶近似计算得出的理论结论相一致。我们表明，光学声子模式，包括B振动起着重要的作用，在电子-声子耦合。与前人的理论结果不同，我们用库仑赝势μ*= 0.10计算了掺硼2.78%的金刚石的电子-声子耦合常数为0.39，超导转变温度Tc为4.4K，与实验结果符合得很好。
2004-10-07 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
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
Toward catalyst-mediated growth of diamond and cubic boron nitride wires
Institute for Basic Science (IBS)（韩国基础科学研究所）；UNIST（蔚山科学技术院）
针对金刚石和立方氮化硼线状晶体缺乏可重复催化剂介导生长方法的问题，提出VLS和VSS路线，通过切换起始材料、沉积催化剂等策略，探索金刚石-金属接触以促进四面体键合，实现单晶或多晶线状生长。
2026-10-27 cond-mat.mtrl-sci
Nanostructures made from superconducting boron doped diamond
我们报道了由硼掺杂的超导金刚石制成的纳米结构的输运性质。从纳米晶超导掺硼金刚石薄膜，化学气相沉积生长，我们图案的电子束光刻设备的尺寸在纳米范围内。我们表明，即使是这样的小设备，材料的超导性能得到很好的保护：对于宽度小于$100\, nm$的导线，我们测量临界温度在开尔文范围和临界场在特斯拉范围。
2010-03-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
Mechanical properties of cubic boron nitride and diamond at dynamical pressure and temperature
本研究利用从头算分子动力学比较c-BN与金刚石在动态温压条件下的力学性能，发现c-BN在约220 GPa发生脆韧转变且硬度表现接近金刚石。
2023-12-12 cond-mat.mtrl-sci
The Effects of Boron Doping on the Bulk and Surface Acoustic Phonons in Single-Crystal Diamond
本文报道了用布里渊-曼德琉散射光谱研究未掺杂和掺硼单晶金刚石薄膜中的体声子和表面声子的结果。在同一组样品中的光学声子的演变与拉曼光谱监测。结果表明，随着硼掺杂浓度的增加，声学声子的频率和群速度呈非单调下降，表现出明显的声子软化现象。简并掺杂金刚石中的剪切水平和高频伪纵向声学声子的速度的变化，与未掺杂金刚石相比，分别高达~15%和~ 12%。作为硼掺杂的结果，体纵向和横向声学声子的速度相应地降低。光学声子的频率在低硼浓度下不受影响，但在高掺杂水平下经历了强烈的下降。用密度泛函理论计算了纯金刚石和高掺杂金刚石的声子能带结构，证实了金刚石中硼掺杂导致的声子软化。重掺杂金刚石是一种很有前途的超宽带隙电子学材料，研究结果对重掺杂金刚石的热输运具有重要意义。
2022-06-23 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Optical properties of boron-doped diamond
本文报道了用热灯丝化学气相沉积法生长的纯金刚石薄膜和掺硼金刚石薄膜的光学反射率研究。研究表明，硼掺杂后，在靠近价带顶部的位置形成了一个杂质带。根据实验观察，绘出了硼掺杂后电子结构演变的示意图。研究还表明，硼掺杂引起了晶格局域畸变，在掺杂样品中激活了位于1330 cm $^{-1}$处的红外禁戒声子模。电导谱中该模式的反共振特性证明了电子与该声子模式之间的强耦合。
2005-11-24 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
Novel boron nitride polymorphs with graphite-diamond hybrid structure
氮化硼（BN）和碳（C）都具有sp、sp2和sp3杂化模式，从而产生各种具有相似结构的BN和C多晶型物，例如六方BN（hBN）和石墨、立方BN（cBN）和金刚石。在这里，五种类型的BN多晶型结构的理论提出了最近的实验中发现的石墨-金刚石混合结构的启发。这些具有石墨-金刚石混合结构的BN多晶型物具有优异的机械性能，具有高硬度和高延展性的组合，并且还表现出各种电子性能，例如半导电性、半金属性，甚至一维和二维导电性，不同于已知的绝缘体hBN和cBN。这些BN混合结构的模拟衍射图案可以解释由“压缩hBN”和类金刚石BN组成的中间产物的未解决的衍射图案，在以前的实验中由相变引起。因此，这项工作提供了一个理论基础，这些类型的混合材料之间的相变石墨类和金刚石类BN多晶型物的存在。
2022-03-02 cond-mat.mtrl-sci
Shift of Fermi level by substitutional impurity-atom doping in diamond and cubic- and hexagonal-boron nitrides
采用KKR（Korringa-Kohn-Rostoker）方法计算了金刚石、立方氮化硼（cBN）和六方氮化硼（hBN）的态密度和能带图，研究了杂质原子掺杂低于10at.%时费米能级的移动.对于金刚石，掺杂剂原子为B和N，对于cBN，掺杂剂原子为Be、Si和C，对于hBN，掺杂剂原子为Be和C。发现在下列七种情况下费米能级位于价带最大值或导带最小值：（i）B浓度为0.3at.%在B掺杂的金刚石中，（ii）N浓度为0.4原子%，在N掺杂金刚石中，（iii）Be取代B的浓度为0.9at.%在cBN中，（iv）Si取代B的浓度为0.3原子%，在cBN中，（v）C取代B的浓度为0.3原子%，在cBN中，（vi）C取代N的浓度为0.9原子%，在cBN中，和（vii）Be取代B的浓度为~ 2at.%在hBN中。这些值中的每一个都指示用于载流子到金属转变的临界掺杂剂浓度。在掺硼金刚石中，它是在低温下发生超导性的一种量度。
2014-12-10 cond-mat.mtrl-sci
Optical centers in cubic boron nitride and diamond: remarkable similarities
Central European Institute of Technology, Brno University of Technology（中欧技术研究所，布尔诺理工大学）；Jilin Diamond Technology Research & Development（吉林金刚石技术研发有限公司）
通过对比同立方压力机生长的立方氮化硼与金刚石的光吸收和发光，发现二者光学中心谱学特征相似，初步归属了立方氮化硼中多种光学中心的缺陷起源。
2026-08-05 cond-mat.mtrl-sci
Signature of high Tc around 25K in higher quality heavily boron-doped diamond
金刚石具有突出的物理特性：已知最硬的材料，宽的带隙，最高的导热性和非常高的德拜温度。2004年，Ekimov等人发现重掺硼（B掺杂）金刚石在4K左右成为超导体。本课题组成功地控制了硼的浓度，用化学气相沉积法制备了超导金刚石薄膜。通过CVD方法，我们发现当硼浓度（nB）超过3.0 × 10^20 cm^-3的金属-绝缘体转变浓度时，超导性出现，并且随着nB的增加，其Tczero增加到7.4 K。我们还阐明了在价带形成的空穴是导致超导性的金属态的原因。计算结果表明，空穴掺杂到价带诱导强烈的吸引相互作用和快速增加的Tc随着硼浓度的增加。根据计算，如果置换掺杂的硼可以周期性地排列或无序度降低，则可以通过最小百分比掺杂实现约100 K的Tc。在这项工作中，我们已经成功地观察到零电阻率高于10 K和在25.2 K的电阻率降低在重B掺杂的金刚石膜的发病。然而，有效载流子浓度与具有较低Tc的超导金刚石相似。我们发现，该载体具有较长的平均自由程和寿命比以前报道的，这表明，这种最高的Tc金刚石具有更好的结晶度相比，其他超导金刚石薄膜。此外，磁化率在高质量金刚石中显示出高于20 K的小转变，表明高于20 K的超导性的特征。这些结果强烈地表明，较重的载流子掺杂的无缺陷的金刚石晶体可以产生高Tc金刚石。
2014-11-28 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
Current-induced nanogap formation and graphitization in boron-doped diamond films
采用强电流退火技术在掺硼纳米金刚石薄膜中制备纳米间隙和金刚石/石墨混合结构。使用反馈控制的电流退火程序产生低至1 nm的纳米尺寸的间隙。纳米间隙的特征在于使用扫描电子显微镜和电子传输测量。高温下产生的结构变化，实现电流退火过程中的焦耳加热，其特征在于使用拉曼光谱。在最大热积累点处观察到金刚石/石墨杂化结构的形成。
2012-12-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Accurate FTIR determination of boron concentration in CVD homoepitaxial diamond layers
本文提出一种从FTIR光谱精确测定CVD同质外延金刚石层中硼浓度的非破坏性方法，通过计算多层结构辐射获取有效光密度，其结果与电容-电压测量数据高度一致。
2023-10-19 cond-mat.mtrl-sci
Family of boron fullerenes: general constructing schemes, electron counting rule and ab initio calculations
提出了一套通用的构建方案，预测了一个大家族的稳定的单元素硼，空心富勒烯的幻数为32+8k（k>=0）。这些新的硼富勒烯显着的稳定性，然后研究了激烈的从头计算。电子计数规则以及一个孤立的空心规则，提出了很容易显示的高稳定性和电子键合性能，这也表明适用于一些新预测的硼片和纳米管。
2009-09-14 cond-mat.mtrl-sci
Origin of Superconductivity in Boron-doped Diamond
利用硼掺杂金刚石的电子和振动性质与MgB 2的相似性，研究了最近报道的掺硼金刚石在T_c= 4K时的超导电性。由C-C键拉伸模式产生的空穴态的变形势比驱动其高Tc的MgB 2中的相应量大60%，导致非常大的电子-声子矩阵元素。计算得到的耦合强度λ~ 0.5导致T_c在5-10 K范围内，并使声子耦合成为可能的机制。较高的掺杂应该会使T_c有所增加，但主要是三维性对态密度的影响使掺杂金刚石的T_c不能接近MgB_2。
2004-10-14 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
Intervalence Plasmons in Boron-Doped Diamond
该研究首次在掺硼金刚石中发现价带间等离激元，通过谱学实验和第一性原理计算证实其存在与金属性特征，为掺杂半导体诱导类等离激元行为提供了新机制，也为金刚石在量子信息领域的应用拓展了方向。
2024-12-11 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Thermal Diffusion Boron Doping of Single-Crystal Diamond
单晶金刚石（SCD）具有最佳的整体电子和热性能，是极宽禁带材料，有望在未来彻底改变电力电子和射频电子。然而，将SCD转变为有用的半导体需要克服掺杂挑战，因为传统的替代掺杂技术，例如热扩散和离子注入，不容易应用于SCD。在这里，我们报告了一个简单的和容易获得的掺杂策略，证明在SCD中的电激活，取代掺杂，而不诱导石墨化转变或晶格损伤，可以很容易地实现与热扩散在相对较低的温度下，通过使用重掺杂的硅纳米膜作为一个独特的掺杂剂携带介质。原子模拟阐明了空位交换硼掺杂机制，发生在Si和金刚石之间的键合界面。我们进一步展示了选择性掺杂的高压二极管和半波整流器电路使用这样的掺杂SCD。我们的新掺杂策略为未来的高压功率转换系统和其他新型金刚石基电子器件使用SCD建立了一条可达的道路。这种新的掺杂机制可能在其他宽带隙半导体中找到关键用途。
2016-03-03 cond-mat.mtrl-sci
Electronic structures of B-2p and C-2p of boron-doped diamond film by soft X-ray absorption and emission spectroscopy
对金属（~1at%B，B-金刚石）和半导体（~0.1at%B，N，BN-金刚石）掺杂金刚石薄膜进行了B-K和C-K边附近的X射线吸收（XAS）和发射（XES）谱研究。B-K XAS和XES谱都显示出金属的偏态密度（PDOS），费米能级为185.3eV，与不同的电学性质相比，没有明显的硼浓度依赖性。在B金刚石的C-K XAS谱中，在费米能级附近观察到明显的硼杂质态。费米能级E_V与未掺杂金刚石的价带顶能级E_V基本相同，为283.9 eV。BN-金刚石的C-K XAS显示了B诱导的浅能级和N诱导的深宽能级作为带隙态，其中浅能级与由电导率随温度的变化估算的激活能（Ea =0.37 eV）吻合较好，即直接观察到了杂质诱导金属化的C-2 p PDOS的变化。这种金刚石的电学性质主要归因于费米能级附近C-2 p的电子结构。所观察到的XES光谱与DVX-α簇计算进行了比较。DVX-α结果支持在XAS和XES谱中观察到的B-2 p和C-2 p之间的强杂化，并且表明金刚石中的少量硼（<1at%）占据替代位点而不是间隙位点。
2004-07-16 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
On the structures and stabilities of B$_7$Cr$_2$ clusters: A DFT study
本研究采用DFT方法探究B$_7$Cr$_2$团簇结构，发现其最稳定构型为B$_7$环与两个金属原子配位的双锥结构，并揭示了全局最小值与高能异构体在结构和电子性质上的显著差异。
2024-07-30 cond-mat.mtrl-sci
Phonon- and defect-limited electron and hole mobility of diamond and cubic boron nitride: a critical comparison
金刚石和立方氮化硼（cBN）是两种最有前途的超宽带隙（UWBG）半导体材料，在大功率高频电子器件中有着广泛的应用前景。然而，尽管对这些材料中的载流子输运进行了广泛的研究，但它们报道的载流子迁移率存在很大的差异。在这项工作中，我们调查的声子和掺杂剂有限的电子和空穴迁移率的cBN和金刚石原子第一性原理计算，以了解其基本上限载流子输运。我们的研究结果表明，虽然声子限制的电子迁移率cBN和金刚石之间是可比的，空穴迁移率是显着较低的cBN由于其较重的空穴有效质量。此外，尽管晶格散射在低掺杂下主导迁移率，但由于高掺杂剂电离能，中性杂质散射在较高掺杂剂浓度下成为主导散射机制。我们的分析提供了关键的见解，并揭示了金刚石和cBN的载流子迁移率作为掺杂和温度的函数在高功率电子器件中的应用的固有上限。
2021-08-09 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
Boron-Doping Effects on Local Structures of Semiconducting Ultrananocrystalline Diamond/Hydrogenated Amorphous Carbon Composite Thin Films Fabricated via Coaxial Arc Plasma: an X-ray Absorption Spectroscopic Study
利用同轴电弧等离子体技术制备的超纳米金刚石/氢化非晶碳复合薄膜具有金刚石颗粒嵌入非晶碳和氢化非晶碳基体中的显著结构特征。由于非晶性质产生更大的光吸收系数，以及与紫外线的光致载流子的产生源，这些薄膜可以是深紫外光电探测器应用的潜在候选人。从一些以前的研究中，p型导电的薄膜已实现通过掺杂硼在实验条件下。此外，他们的光学和电学特性进行了研究以前。然而，在很大程度上影响器件的物理性能的键合结构还没有被研究。本文对近边X射线吸收精细结构光谱进行了表征。结果表明，在掺硼初期，金刚石表面优先形成σ* C-B键态，导致结构畸变。进一步掺杂到膜中减少了不饱和键如π* C=-C的量，这可能是器件性能劣化的原因。我们的工作提出了一个基本的情况下模型的局部结构的薄膜上的硼掺杂的影响。
2021-08-22 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Optical and Acoustic Phonons in Turbostratic and Cubic Boron Nitride Thin Films on Diamond Substrates
该研究通过拉曼、布里渊-曼德尔斯塔姆光谱及HRTEM，表征金刚石衬底上t-BN与c-BN薄膜的声子特性，发现布里渊-曼德尔斯塔姆光谱可区分c-BN的体纵与表面声学声子，为超宽禁带器件热管理提供参考。
2023-07-21 cond-mat.mtrl-sci
Shift of Fermi level by substitutional impurity-atom doping in diamond and cubic- and hexagonal-boron nitrides II. Generalized Gradient Approximation
继第一篇论文（arXiv 1406.6204 v5）之后，我们使用KKR（Korringa-Kohn-Rostoker）方案，使用局域密度近似（LDA），确定了金刚石、立方氮化硼（cBN）和六方氮化硼（hBN）的费米能级处于价带最大值（VBM）或导带最小值（CBM）时的杂质原子浓度。本文用广义梯度近似代替LDA计算交换关联。金刚石的杂质原子是B和N，cBN的杂质原子是Be、Si和C，hBN的杂质原子是Be;在第一篇论文中，这些杂质原子通过增加杂质原子浓度而形成简并态。当费米能级位于VBM或CBM时，杂质原子浓度如下：（i）B浓度为0.27at.%在B掺杂的金刚石中，（ii）N浓度为0.25原子%在N掺杂金刚石中，（iii）Be取代B的浓度为0.88at.%在cBN中，（iv）Si取代B的浓度为0.06at.%在cBN中，（v）C取代B的浓度为0.07原子%，在cBN中，（vi）C取代N的浓度为0.88原子%，在cBN中，以及（vii）Be取代B的浓度为1.80原子%在hBN中。（iv）和（v）的值明显小于论文I中的相应值，但这归因于本文中使用的输入参数，因此得出的结论是，计算的浓度对所使用的GGA不敏感。
2014-12-21 cond-mat.mtrl-sci
Relaxation of the resistive superconducting state in boron-doped diamond films
本文报道了利用调幅太赫兹辐射吸收（AMAR）技术研究掺硼金刚石单晶电阻超导态恢复的弛豫时间。在绝缘金刚石衬底上生长的薄膜具有约2.5 × 10 ^{21} cm^{-3}的低载流子密度和约2 K的临界温度。通过改变调制频率，我们发现了一个高频滚降，它与电子和声子系统之间的能量弛豫特征时间或非平衡超导的弛豫时间有关。我们的主要结果是，在1.7 ~ 2.2 K的温度范围内，电子-声子散射时间随T^{-2}而变化。此外，我们还发现，在接近临界温度T_c时，T_c两侧的弛豫时间都增加。
2016-02-12 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
Multifrequency Nanoscale Impedance Microscopy (m-NIM): A novel approach towards detection of selective and subtle modifications on the surface of polycrystalline boron-doped diamond electrodes
在本文中，我们描述了纳米阻抗显微镜（NIM）的修改，即结合接触模式原子力显微镜与局部阻抗测量。假设的方法是基于多频电压扰动的应用，而不是标准的逐频分析，其中包括提供更省时和准确的测定所得的阻抗谱与高空间分辨率。基于阻抗谱分析与适当的等效电路，它是可能的映射表面电阻和接触电容。以多晶重掺硼金刚石（BDD）电极为研究对象。最近的研究表明，这种电极暴露于氧化环境中可能会导致终止类型的修改，因此它是描述BDD的电学和电化学性质的关键因素。我们已经成功地应用了多频NIM，这使我们能够证明，终止类型的修改是选择性的，并发生在具有特定的晶体取向的晶粒上的不同倾向。此外，我们的方法能够检测甚至微妙的亚微观表面异质性，创建作为各种氧化处理的结果，并将它们与晶界处硼的局部分布相关的表面异质性区分开来。
2018-11-14 cond-mat.mtrl-sci
Interface Structure and Electronic Properties in Cubic Boron Nitride - Diamond Heterostructures
本研究通过密度泛函理论揭示了立方氮化硼-金刚石异质界面的稳定性、导电类型及可调带排列，为高功率电子器件设计提供了理论指导。
2025-10-16 cond-mat.mtrl-sci
Model of hopping dc conductivity via nearest neighbor boron atoms in moderately compensated diamond crystals
在准经典近似下，得到了指前因子σ_3和空穴通过硼原子跳跃电导的热激活能ε_3与硼原子浓度N和补偿比K的关系式。假设处于（0）和（-1）电荷态的受主（硼原子）和补偿它们的处于（+1）电荷态的施主在晶体基质中形成平移周期为R_h = [（1 + K）N]^{-1/3}的非化学计量简单立方晶格。当电荷态（0）和（-1）的受主能级热激活偶然重合时，跃迁事件只发生在距离R_h上。施主阻挡杂质晶格位置的分数K/（1 - K）。空穴跳跃电导率在晶格相对于外部电场方向的所有可能取向上平均。认为受主带是由处于电荷态（-1）的硼原子的势能的高斯涨落所形成的，而这种涨落仅是由于离子间的库仑相互作用而引起的。考虑到随着N的增加，由于空穴通过受体态跳跃而屏蔽杂质离子（在德拜-休克尔近似下），受体带向价带顶部的移动。K \approx为0.25时，在绝缘体-金属相变的绝缘体侧，σ_3（N）和ε_3（N）的计算值与已知的实验值符合得很好。计算是在比金刚石V带空穴输运到硼原子跃迁电导的转变温度低两倍的温度下进行的。
2011-09-05 cond-mat.mtrl-sci
Detection of acoustic phonons in carbon by Raman spectroscopy
Central European Institute of Technology, Brno University of Technology（中欧技术研究所，布尔诺理工大学）；Jilin Diamond Technology Research & Development（吉林钻石技术研发有限公司）
本研究通过拉曼光谱结合密度泛函理论计算，在石墨和金刚石中检测到声学声子，利用晶格非晶化和硼掺杂激活禁戒模式，并发现金刚石中类似石墨的无序，方法可推广至其他材料。
2026-09-23 cond-mat.mtrl-sci
Boron Spectral Density and Disorder Broadening in B-doped Diamond
用几种超原胞和相干势近似（CPA）对周期性B掺杂与金刚石中取代硼的无规合金进行了比较。B局域态密度中的主峰与本征金刚石中相应的C峰相比向较低的结合能移动。在超晶胞中，这表现为在约-1 eV的能量区域中从远离带中心的体C带分裂出的强烈B特征带。即使对于4*4*4超晶胞（BC $_{127}$），掺杂剂顺序的影响也是明显的，其形式主要是在超晶胞区边界处的费米能级之下的B特征带。CPA产生的谱带具有连续的C-B混合特征。它们类似于虚拟的晶体带，但扩大了一些反映的无序诱导的寿命，并与角度分辨的光电子能谱带图是一致的。在CPA的价带顶部附近，B特征比C（每个原子）大1.7倍，并且对于超晶胞大致相同。CPA的结果是特别有用的，因为它们表征的波矢量和能量依赖的无序加宽。
2006-01-05 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
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
Phase Slips and Metastability in Granular Boron-doped Nanocrystalline Diamond Microbridges
相位滑移是超导体相干性中的局部扰动，允许突然的2 $π$相移。相位滑移是一维超导体普遍存在的特征，在二维超导体中也有类似的现象。在这里，我们提出了电输运测量硼掺杂纳米晶金刚石（BNCD）微桥，尽管他们的三维宏观几何形状，我们发现明确的证据，在电阻-温度和电压-电流特性的相位滑移。我们将这种行为归因于BNCD不寻常的微观结构。我们认为，BNCD的柱状晶体结构形成了一个内在的约瑟夫森结阵列，支持跨微桥的相位滑移线。这些桥中的电压状态是亚稳态的，我们证明了通过施加电磁噪声脉冲在不同超导状态之间确定性切换的能力。这种亚稳定性与在$δ$ -MoN纳米线中观察到的亚稳定性非常相似，但是具有大得多的响应电压。
2021-01-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
Growth of superconducting boron doped diamond on 4inch silicon wafers
Cardiff University（卡迪夫大学）
本研究在4英寸硅晶圆上通过微波等离子体CVD生长超导硼掺杂金刚石，发现B/C比影响超导转变温度，最高T_c为4.03 K，并验证了大面积生长的可行性。
2026-09-15 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
Thermodynamic stability of neutral Xe defects in diamond
金刚石中的光学活性缺陷中心具有相当大的兴趣，从头计算为这些系统的物理提供了有价值的见解。利用密度泛函理论，对金刚石中结构信息知之甚少的晶格中心的候选结构进行了建模。两种可能的结构安排的相对热力学稳定性进行了计算。在1500 K以下的温度范围内，裂空位结构是最稳定的。还进行了振动分析，预测拉曼和IR活性模式，这可能有助于区分中心结构。
2012-01-24 cond-mat.mtrl-sci
Emergence of Superconductivity at 20 K in Th$_3$P$_4$-type In$_{3-x}$S$_4$ Synthesized by Diamond Anvil Cell with Boron-doped Diamond Electrodes
该研究利用配备掺硼金刚石电极的高压装置合成Th₃P₄型立方In₃₋ₓS₄亚稳相，在45 GPa下实现20 K超导，并揭示退火降低缺陷浓度可提升$T_c$，为探索高临界温度硫化物超导体提供了新途径。
2024-09-05 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
Superconductivity in diamond
我们报道了在高压（8-9 GPa）和高温（2，500 - 2，800 K）下合成的掺硼金刚石中发现的超导性。电阻率、磁化率、比热和随场变化的电阻测量表明，在超导转变温度Tc=4 K以下，掺硼金刚石是大块的II型超导体;在Hc 2（0）=3.5 T的磁场中，超导性仍然存在。金刚石结构碳中超导性的发现表明，同样在金刚石结构中形成的Si和Ge在适当的条件下也可以类似地表现出超导性。
2004-04-06 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
Structural effects of boron doping in diamond crystals for gamma-ray light-source applications: Insights from molecular dynamics simulations
University of Kent（肯特大学）；MBN Research Center（MBN研究中心）
本研究通过分子动力学模拟探讨了硼掺杂对金刚石晶体结构的影响，揭示了掺杂浓度与晶格常数及晶面间距之间的线性关系，并指出其偏离 Vegard 定律可能源于更高的晶体质量，为伽马射线光源设计提供了可靠建模支持。
2026-05-18 cond-mat.mtrl-sci physics.atom-ph
Hexagonal supertetrahedral boron: A topological metal with multiple spin-orbit-free emergent fermions
我们预测一个新的三维（3D）硼同素异形体的基础上系统的第一性原理电子结构计算。这种同素异形体可以通过用B $_{4}$四面体取代六方金刚石晶格中的每个碳原子而得到，并且具有与六方金刚石相同的空间群$P6_{3}/mmc$，因此它被称为H-硼。结果表明，氢硼具有良好的稳定性和优异的力学性能。值得注意的是，我们发现H-硼是一种拓扑金属，具有丰富类型的自旋-轨道自由涌现费米子，包括半狄拉克费米子，二次和线性三点费米子，螺旋线费米子和螺旋面费米子。我们阐明了它们的对称保护，并通过构建相应的低能量有效模型来表征它们。我们的工作不仅发现了一种新的具有优异性能的硼同素异形体，还为探索新型涌现费米子的有趣物理提供了平台。
2019-01-24 cond-mat.mtrl-sci
Hyperhoneycomb boron nitride with anisotropic mechanical, electronic and optical properties
氮化硼结构具有优异的热稳定性和化学稳定性。基于最新的理论计算，我们提出了一种具有三维超蜂窝结构的宽禁带半导体BN晶体（Hp-BN），它是机械和化学稳定的。计算结果表明，与立方氮化硼相比，Hp-BN具有更高的体积模量和更小的能隙。此外，由于独特的成键结构，Hp-BN具有各向异性的电子和光学性质。Hp-BN晶体在紫外区有很强的吸收，但在可见光和红外区具有很高的透光性，这表明Hp-BN晶体在电子和光学器件方面具有潜在的应用前景。
2017-10-17 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
The Diamond SQUID
金刚石是一种天然形式的电绝缘体。然而，当掺杂硼超过临界水平（~ 0.25at.%）时，它可以在低温下以高临界场呈现超导性。本文介绍了用纳米掺硼金刚石（BDD）薄膜制作的微米级超导量子干涉器件$μ$ -SQUID的实现。我们的研究结果表明，$μ$ -SQUID超导金刚石制成的磁场高达4 T的独立的磁场方向可以操作。这是在基于金刚石的纳米机械振荡器中检测量子运动的决定性一步。
2011-10-01 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
Interface phonon modes governing the ideal limit of thermal transport across diamond/cubic boron nitride interfaces
School of Science, Harbin Institute of Technology, Shenzhen（哈尔滨工业大学（深圳）理学院）；Institute of Industrial Science, The University of Tokyo（东京大学工业科学研究所）；Department of Physical Chemistry, School of Chemistry, Tel Aviv University（特拉维夫大学化学学院物理化学系）；College of Physical Science and Technology, Bohai University（渤海大学物理科学与技术学院）；Ministry of Industry and Information Technology Key Laboratory of Micro-Nano Optoelectronic Information System, Harbin Institute of Technology, Shenzhen（工业和信息化部微纳光电子信息系统重点实验室，哈尔滨工业大学（深圳））；Collaborative Innovation Center of Extreme Optics, Shanxi University（山西大学极端光学协同创新中心）
本研究通过机器学习势函数辅助的非平衡分子动力学模拟，发现金刚石/立方氮化硼理想界面具有创纪录的高热导，阐明了界面声子模式对热输运的调控机制，为半导体热管理提供参考。
2025-04-25 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Impurity impact ionization avalanche in p-type diamond
研究了高掺硼化学气相沉积金刚石薄膜在不同温度和高电场条件下的电导率。电流-电压特性已被测量使用脉冲技术，以减少热效应。实验结果表明，p型金刚石在室温下存在深杂质碰撞电离雪崩。
2012-10-03 cond-mat.mtrl-sci
Bulk electronic properties of diamond
综述了绝缘、硼和磷掺杂金刚石的电子性质。主要目标是，在更广泛的背景下显示数据，揭示载流子迁移率，电导率，p型和n型掺杂的趋势和限制。未掺杂的金刚石是一种绝缘体，室温下的电导率明显小于10^-17欧姆厘米。大多数情况下，这些绝缘膜显示出1.7 eV的导电性激活能，这表明少量的取代氮占主导地位的费米能级。电子和空穴迁移率非常高（在T = 80 K时> 20.000 cm 2/Vs），并且受到声学声子散射的限制。通过磷和硼掺杂，金刚石变成半导体，具有600 meV的n型施主激活能（磷）和370 meV的受主激活能（硼）。这两种掺杂物在性质上都是类氢的。由于深施主能级在室温下的电导率有限，因此电子器件的应用将是高温器件。电子和空穴都显示出几乎相同的迁移率，这对于双极应用是有希望的，然而，由于非常不同的掺杂水平，低温器件将由空穴控制，其中电子对更高温度的贡献增加。结合一些基本的物理模型和描述，显示了温度对载流子从施主和受主的激活，载流子散射以及通过跳跃的传输的影响。结果证实了金刚石优越的电子性能，这使得它在未来的电子应用中非常有前途。
2020-05-08 cond-mat.mtrl-sci
Orientation-dependent electric transport and band filling in hole co-doped epitaxial diamond films
金刚石是一种宽带隙的绝缘体，在碳中掺杂硼后，金刚石成为一种低温超导体。然而，有限的硼溶解度和显着的晶格无序引入硼掺杂阻止实现理论预测的高温超导性。在这里，我们提出了一种替代的共掺杂的方法，基于离子门控和硼取代的组合，在氢化薄膜外延生长（111）和（110）取向的单晶。依赖于栅极的电输运测量表明，硼掺杂的效果强烈依赖于晶体取向。在（111）表面中，它强烈地抑制电荷载流子迁移率并适度地增加栅极诱导掺杂，而在（110）表面中，它强烈地增加栅极诱导掺杂并适度地降低迁移率。在这两种情况下，最大总载流子密度保持在$2{\cdot}10^{14}\,$ cm $^{-2}$以下，比高温超导性理论上所需的值低三倍。密度泛函理论计算表明，这种强烈的取向依赖效应是由于在两个表面的态密度的比能量依赖。我们的研究结果允许确定在两个表面的空穴散射寿命的带填充和掺杂的依赖性，示出了在（110）表面和在（111）表面的凹进的绝缘体-金属过渡的受抑绝缘体-金属过渡的发生。
2022-07-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
Improvement of Morphology and Electrical Properties of Boron-doped Diamond Films via Seeding with HPHT Nanodiamonds Synthesized from 9-Borabicyclononane
本研究通过对比三种氢化纳米金刚石籽晶层，发现硼掺杂纳米金刚石（H-BND）能生长出晶体最大、电阻最低的高质量硼掺杂金刚石薄膜，适用于电子和电化学应用。
2025-02-27 cond-mat.mtrl-sci
