Spectroscopic investigation of native defects induced electron-phonon coupling in GaN nanowires
通过理解这些纳米结构中载流子与光激发的耦合，可以实现III族氮化物纳米器件中先进光电性能的集成。本征缺陷诱导的电子-声子耦合在GAN纳米线报道使用各种光谱研究。采用常压化学气相沉积技术生长了具有不同本征缺陷的GAN纳米线。X射线光电子能谱分析表明，Ga/N比在纳米线有可能的原生缺陷的变化，相对于它们的生长参数。通过对拉曼光谱中电子-声子耦合特征的分析，揭示了非故意掺杂GAN纳米线中载流子密度和迁移率随本征缺陷的变化规律。在光致发光研究中观察到的施主-受主对跃迁的辐射复合和相应的LO声子副本进一步强调了本征缺陷在电子-声子耦合中的作用。
2017-05-16 cond-mat.mtrl-sci
Significant Phonon Drag Enables High Power Factor in the AlGaN/GaN Two-Dimensional Electron Gas
在典型的热电能量采集器和传感器中，塞贝克效应是由电子或空穴在温度梯度中的扩散引起的。然而，由于载流子和晶格声子之间的动量交换，塞贝克效应也可以具有声子拖曳分量，这更难以量化。在这里，我们提出了第一次研究的AlGaN/GAN二维电子气（2DEG）中的声子拖曳。我们发现声子拖曳对厚度为100 nm的GaN器件的热电行为没有显著的影响，但是当厚度增加到1.2 $μ$ m时，300 K（50 K）的Seebeck系数的32%（88%）可以归因于拖曳分量.反过来，声子拖曳使较厚的GAN膜中具有最先进的热电功率因子，在50 K时高达~40 mW m $^{-1}$ K $^{-2}$。通过测量这些AlGaN/GAN薄膜的热导率，我们表明，声子阻力的大小可以增加，即使当热导率降低。热导率和塞贝克系数的解耦可以使基于2DEG的器件在热电功率转换方面取得重要进展。
2019-05-15 cond-mat.mtrl-sci
Multi-phonon Raman scattering in GaN nanowires
紫外拉曼散射研究表明，纤锌矿GAN纳米线系统中的纵向光学（LO）模式高达4阶。电子与离子键合GAN的长程静电场的Frohlich相互作用引起LO声子模的增强。晶体学和发光研究表明，良好的晶体质量被认为是导致这一重要观察结果的原因。计算的尺寸依赖性，结合尺寸校正的介电常数，电子-声子相互作用能与测量值吻合良好，也预测更强的相互作用能比直径小于3 nm的散装。
2007-08-16 cond-mat.mtrl-sci
Revisiting phonon thermal transport in two-dimensional gallium nitride: higher-order phonon-phonon and phonon-electron scattering
本研究针对二维氮化镓热导率计算的差异问题，发现有限差分法中四阶原子间力常数易高估四声子散射影响，明确四声子散射使热导率降65.6%，且高载流子浓度下声子-电子相互作用对其热导率影响可忽略。
2024-03-10 cond-mat.mtrl-sci
Electron-electron and electron-phonon correlation effects on the finite temperature electronic and optical properties of zb-GaN
我们结合电子-电子和电子-声子相互作用的影响来研究zb-GaN的电子和光学性质。我们表明，只有同时处理这两种效应，才有可能获得与实验结果的零和有限温度的电子能隙和吸收光谱前所未有的协议。与最先进的结果相比，我们的计算预测对主吸收峰的位置和宽度以及对整体吸收线型有很大的影响。这些重要的修正可以追溯到电子-声子阻尼机制和非均匀GW能级修正。我们的研究结果表明，在平等的基础上处理的电子和声子介导的相关效应，以获得准确的描述III-氮化物组的物理性质的重要性。
2013-10-08 cond-mat.mtrl-sci
Significant Phonon Drag Effect in Wide Bandgap GaN and AlN
本研究通过求解完全耦合的电子和声子 Boltzmann 输运方程，揭示了宽禁带 GaN 和 AlN 中声子曳引效应在室温下显著提升载流子迁移率和 Seebeck 系数，并阐明了其随载流子浓度变化的不同机制及极性光学声子的关键作用。
2023-03-31 cond-mat.mtrl-sci
Surface optical phonon modes in ternary aligned crystalline InGaN-GaN multi-quantum well nanopillar arrays
研究了聚焦离子束刻蚀的多量子阱InGaN-GaN纳米柱的光学特性。具有30至95 nm的直径和高纵横比的结晶MQW纳米柱显示出每单位活性面积的发射强度的最大三倍增强。一个台湾的发光等高线图绘制与纳米柱结构，以证明在本研究中所采用的技术的网站控制。拉曼散射研究被用来表征新创建的表面。GAN和InGaN纳米结构中的未知峰被确定为表面光学（SO）声子模式与适当的分配波矢量使用多个激发，和SO模式的三元相首次报道。
2009-05-02 cond-mat.mtrl-sci
Polar optical phonon states and their dispersive spectra of a wurtzite nitride superlattice with complex bases: transfer-matrix method
基于介电连续介质模型和传输矩阵方法，研究了具有任意层复基底的纤锌矿GaN基超晶格中完全极性光学声子态.证明了在具有$n$层复合基底的纤锌矿氮化物SL中可能存在$2^n$型声子模。得到了纤锌矿GAN/Al $_{x}$ Ga $_{1-x}$ N SL结构中这些模式的声子态解析解及其色散方程。对三层GAN/Al $_{0.15}$ Ga $_{0.85}$ N/AlN复合基底SL进行了数值计算。结果表明，在三层GAN/Al $_{0.15}$ Ga $_{0.85}$ N/AlN复合基底超晶格中，只存在一种界面光学（IO）声子模和四种准受限（QC）声子模。复杂基底超晶格中声子模的色散谱扩展为一系列频带。观察到了QC模退化为IO模的行为。本文的理论方案和数值计算结果对于分析纤锌矿GaN基复合基底超晶格中完全声子模的色散谱及其极化效应是十分有用的。
2011-06-25 cond-mat.mtrl-sci
Anisotropic lattice deformation of InAs self-assembled quantum dots embedded in GaNAs strain compensating layers
用卢瑟福背散射谱中的离子沟道方法研究了生长在（001）GaAs衬底上并嵌入GaNAs应变补偿层（SCL）中的InAs自组装量子点的晶格形变。沟道效应实验表明，随着GaNAs超临界激光器中氮浓度的增加，铟晶格沿[001]生长方向发生位移，而平行于（001）晶面的晶格位移保持不变
2004-12-28 cond-mat.mtrl-sci
Phonon transport unveils the prevalent point defects in GaN
确定有意掺杂的GAN中存在的空位的类型和浓度是一个众所周知的困难和长期争论的问题。在这里，我们使用一种非常规的方法，基于热输运建模，以确定在以前的测量中的空缺的患病率。这使我们能够提供确凿的证据，最近的假设，镓空位氨热生长的样品可以与氢络合。我们的计算O掺杂和Mg-O共掺杂样品产生一个一致的图片互连掺杂剂和空位浓度，载流子密度和热导率，与实验测量非常一致。这些结果也突出了从头算声子输运模型的预测能力，以及它对理解和量化半导体缺陷的价值。
2017-12-21 cond-mat.mtrl-sci
Heat capacity and phonon mean free path of wurtzite GaN
本文报道了用热流法在20-300 K和绝热法在5-70 K测量的六方GAN晶格比热。用双温模型对实验数据进行了拟合。对于与温度无关的德拜温度$θ_{\rm D}=365$ { \rm K}和爱因斯坦温度$θ_{\rm E}=880$ { \rm K}，获得了3%精度的最佳拟合。我们将这些温度与态密度函数联系起来。利用我们的结果的热传导系数，我们建立了在温度范围10-100 K的声子平均自由程对温度的显式依赖$\it{l}_{\rm ph}\propto T^{-2}$。在100 K以上，存在Umklapp过程贡献的证据，该过程在高温下限制了声子自由程。对于能量为$k_{\rm B}\times 300 $ { \rm K}的声子，平均自由程为100 { \rm nm}的量级
2006-04-12 cond-mat.mtrl-sci
Effect of n- and p-type Doping on Coherent Phonons in GaN
采用泵浦-探测反射率测量方法研究了纤锌矿GAN中掺杂对载流子-声子相互作用的影响。由于E2和A1（LO）模式，以及2A 1（LO）泛音的反射率的相干调制观察。掺杂的受体，更是如此的施主原子增强的极性A1（LO）声子通过耦合与等离子体激元的退相，与施主的效果更强。掺杂还增强了相干A1（LO）声子相对于高频E2声子的相对振幅，尽管它不影响拉曼光谱测量中的相对强度。这种增强的相干振幅表明，瞬态耗尽场屏蔽（TDFS），除了脉冲受激拉曼散射（ISRS），有助于产生的相干极性声子，甚至子带隙激发。由于TDFS机制需要光激发的载流子，我们认为，带间跃迁是可能的，通过Franz-Keldysh效应的光子能量低于体带隙的表面。
2013-02-15 cond-mat.mtrl-sci
Density-Dependent Electron Transport and Precise Modeling of GaN HEMTs
本文报道了AlGaN/GAN高电子迁移率晶体管中电子输运的二维面电荷密度依赖性的直接测量。脉冲IV测量表明，电子速度随着面电荷密度的降低而增加，在7.8 x 10^11 cm-2的低面电荷密度下，饱和速度为1.9 x 10^7 cm/s。还提出了一种新的基于光学声子发射的GAN电子速度模型。它容纳了受激LO声子发射，该发射通过强的电子-声子相互作用和GAN中长的LO声子寿命来钳制电子速度。与实测的密度依赖饱和速度的比较表明，它捕捉的依赖性相当好。最后，将实验结果应用于TCAD器件模拟器中，预测了已报道的GAN HEMT的直流特性和小信号特性。模拟和报告的实验结果之间的良好一致性验证了本报告中提出的测量，并建立了准确的GAN HEMT模型。
2015-08-27 cond-mat.mtrl-sci
Electron-Phonon Coupling in Wurtzite Semiconductors: Intervalley Scattering Selection Rules for Hexagonal GaN
提出了纤锌矿结构GAN中电子-声子散射的选择规则。结果得到的最低导带（$Γ$ -valley）和第二导带（$U$ -valley）之间的带间散射。这些选择规则是基于GAN中晶体振动的原始群论分析得出的，其中包括所有声子模式的详细相容性关系。
2013-09-30 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Acoustic phonon scattering in a low density, high mobility AlGaN/GaN field effect transistor
我们报告了在可变密度AlGaN/GAN场效应晶体管中二维电子气的迁移率$μ$的温度依赖性，载流子密度范围从0.4 $\times10^{12}$ cm $^{-2}$到3.0 $\times10^{12}$ cm $^{-2}$，峰值迁移率为80，在20 K和50 K之间，我们观察到线性依赖性$^{2}$ T，表明声学声子散射主导迁移率的温度依赖性，其中$α$是减小的2D电子密度的单调递增函数。这种行为与简并电子气中散射的预测相反，但与考虑热加宽和电子屏蔽的温度依赖性的计算一致。我们的数据表明形变势D = 12-15 eV。
2005-03-27 cond-mat.mtrl-sci
Electric field effect on the thermal conductivity of wurtzite GaN
氮化镓（GAN）是一种宽禁带半导体材料，由于其高电子迁移率和高击穿电压，在电力电子器件中得到了广泛的应用。其相对较高的热导率使GAN成为此类应用的有利材料，其中散热是器件效率和长期稳定性的主要问题。然而，在GaN基晶体管中，有源区可以承受极强的电场，场效应对热输运性质的影响迄今为止很少引起关注。在这项工作中，我们采用第一性原理方法来研究纤锌矿GAN的声子性质的存在下，沿不同的晶体方向施加的近击穿电场。我们发现，电场通过影响键的刚度和离子性以及晶体的对称性，显着改变热导率，虽然它对声子色散的影响很小。面外电场的存在增加（降低）了平行于（垂直于）电场的热导率，这归因于Ga-N键刚度和离子性的不同变化。当施加面内电场时，沿所有方向的热导率的大幅度降低归因于增强声子-声子散射的晶体对称性破缺。我们的研究提供了深刻的见解极端外部电场的影响声子输运性质的宽禁带半导体。
2021-02-12 cond-mat.mtrl-sci
Temperature dependent photon emission spectra of free excitons in phonon field of GaN
本文详细研究了GAN中含有一个或两个LO声子的自由激子随温度变化的辐射复合。结果表明，随着温度的升高，两个声子边带都具有不对称的线型，并且它们离零声子线的能量间距与LO声子的特征能量有很大的偏离。此外，单声子边带和双声子边带的偏离率也有很大的不同。利用Segall-Mahan理论，考虑激子-光子和激子-声子相互作用，计算了宽温度范围内自由激子的单或双LO声子的边带。理论和实验之间的良好协议，实现了通过使用只有一个可调参数（自由激子的有效质量）。获得的有效质量表明GAN中的自由激子可能比现有理论研究估计的轻得多。
2005-01-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Anomalously low thermal conductivity of two-dimensional GaP monolayers: A comparative study of the group GaX (X = N, P, As)
随着二维氮化镓（GAN）平面蜂窝结构的成功合成，二维GAN的声子输运性质得到了报道。然而，通过用N取代同一主族中的其他元素，在Ga基材料中的热输运仍然不清楚，这是更广泛的应用。本文基于第一性原理计算，对二维GaX（X = N，P，As）的声子输运性质进行了全面的研究.发现GaP的热导率（1.52 Wm-1 K-1）出乎意料地超低，这与GAN和GaAs形成鲜明对比，尽管它们具有类似的蜂窝几何结构。基于PJTE理论，GaP和GaAs稳定在屈曲结构中，不同于GAN的平面结构。与GAN和GaAs相比，GaP具有最强的声子非谐性，因此存在较强的声子-声子散射。在给定电子结构的情况下，我们对声子输运有了更深的认识，即由于弯曲结构的存在，GaP中电子的离域受到了限制。因此，P原子的非成键孤对电子在热搅动时诱导非线性静电力，导致晶格中声子非谐性增加，从而降低热导率。我们的研究为蜂窝结构GaX单分子膜中声子输运提供了基础性的认识，这将丰富未来二维材料中纳米声子输运的研究
2021-07-21 cond-mat.mtrl-sci
Piezoelectric Electron-Phonon Interaction from Ab Initio Dynamical Quadrupoles: Impact on Charge Transport in Wurtzite GaN
$e$ -ph相互作用的第一性原理计算正在成为电子结构理论的支柱。然而，目前的做法是不完整的。压电（PE）$e$ -ph相互作用是一种非中心对称极性材料中声学声子的长程散射机制，目前还没有精确的描述。目前的计算包括短程$e$ -ph相互作用（通过插值获得）和极性材料中的偶极类Fröhlich长程耦合，但缺乏重要的声学模式和PE材料的四极效应。在这里，我们推导并计算了动态四极子引起的长程$e$ -ph相互作用，并应用此框架研究了PE材料纤锌矿GAN中的$e$ -ph相互作用和载流子迁移率。我们表明，四极子的贡献是必不可少的，以获得准确的$e$ -ph矩阵元的声学模式，并计算PE散射。我们的工作解决了从第一性原理正确计算$e$ -ph相互作用的声学模式的突出问题，并使$e$ -ph耦合和电荷输运在PE材料的研究。
2020-02-19 cond-mat.mtrl-sci
Hole mobility of strained GaN from first principles
氮化物半导体普遍存在于诸如LED和蓝光光盘的光电子器件中。GAN在电力电子中进一步采用的主要限制是其低空穴迁移率。为了解决这一问题，我们采用从头算玻尔兹曼输运理论研究了纤锌矿GAN的声子限制迁移率，包括所有的电子-声子散射过程、自旋-轨道耦合和多体准粒子能带结构.我们表明，流动性主要由声学变形势散射，我们预测，空穴流动性可以显着增加，通过解除上述轻，重空穴分裂空穴状态。这可以通过经由应变或经由通过超快红外光脉冲相干激发A $_1$光学声子来反转晶体场分裂的符号来实现。
2019-08-06 cond-mat.mtrl-sci
Phonon structure of titanium under shear deformation along $\{10\bar{1}2\}$ twinning mode
采用第一性原理计算和声子计算研究了六方密排钛在均匀剪切变形下对应于$\{10\bar{1}2\}$孪生模的声子行为。通过这种变形，我们发现位于布里渊区边界上一点的声子模被急剧软化，从而增加剪切，最终通过打破晶体对称性而引发从母体到孪晶的自发结构转变。
2020-03-03 cond-mat.mtrl-sci
Ultrafast spectroscopy of propagating coherent acoustic phonons in GaN/InGaN heterostructures
我们发现，大振幅，相干声学声子波包可以产生和检测在$_x$ Ga $_{1-x}$ N/GAN外延层和异质结构在飞秒泵浦探测差分反射率实验。相干声子的振幅随着铟分数$x$的增加而增加，并且与其他相干声子振荡不同，\textit{amplitude}和\textit{period}都是激光探针能量的强函数。当波包到达表面下方的GaN-蓝宝石界面时，振荡的幅度基本上且几乎瞬间减小，这表明声子波包对于表面下方的成像是有用的。提出了一个理论模型，该模型与实验符合得很好，并有助于推导声子波包的强度。我们的模型表明，局域相干声子波包产生的飞秒泵浦激光在外延层的表面附近。然后，波包通过GAN层传播，主要通过Franz-Keldysh效应改变局部折射率，从而调制探测光束的反射率。我们的模型正确地预测了实验依赖于探针波长以及外延层厚度。
2003-10-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Absorption and emission modulation in MoS2-GaN (0001) heterostructure by interface phonon-exciton coupling
基于层状二维过渡金属二硫属化物（TMD）与氮化镓（GAN）界面的半导体异质结构是实现宽带光发射器和吸收器的优良材料系统。极性半导体如GAN的表面性质由界面声子控制，因此垂直异质结构的光学性质强烈依赖于界面激子-声子耦合。在单层MoS 2-GAN（0001）异质结构中，由于界面声子与光生载流子的耦合，观察到异质结构中不同拉曼模式的起源和激活。这种耦合强烈地影响了MoS 2的非平衡吸收特性和两种半导体的发射特性。采用密度泛函理论（DFT）计算了界面的能带排列，发现界面为I型异质结构。MoS 2在K点处的带间跃迁的光激发强烈地调制MoS 2中的C激子带。GAN的吸收带和发射带与MoS 2的吸收带的重叠引起了能量和电荷在界面上的转移，并在Γ点处产生光激发。利用瞬态光抽运-探测光谱技术，在GAN衬底上的MoS 2中观察到激子吸收态的强调制。载流子与声子和缺陷态的相互作用导致了GAN衬底上MoS 2发光的增强和蓝移。我们的研究结果表明，声子和载流子之间的界面耦合的光学和电子应用的发展的相关性。
2019-06-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Weak effects of electron-phonon interactions on the lattice thermal conductivity of wurtzite GaN with high electron concentrations
本文揭示超高电子浓度下电子-声子相互作用对n型GaN晶格热导率影响很弱，Fröhlich相互作用可忽略，并借助费米面嵌套函数解释其与p型GaN的差异，结论可推广至其他宽禁带半导体。
2024-05-06 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Electron spin relaxation in cubic GaN quantum dots
研究了不同磁场、阱宽和量子点直径条件下锌掺杂GAN量子点中自旋弛豫时间$T_{1}$的变化规律。讨论了锌半导体量子点中两种最重要的自旋弛豫机制所引起的自旋弛豫，系统地研究了与Dresselhaus自旋轨道耦合有关的电子-声子散射和与电子-声子散射有关的超精细相互作用的二级过程。在不同的条件下，这两种机制的相对重要性进行了详细比较。研究发现，由于GAN中自旋轨道耦合较小，超精细相互作用结合电子-声子散射的二级过程所引起的自旋弛豫比带隙较窄、自旋轨道耦合较大的量子点（如GaAs和InAs）中的自旋弛豫起更重要的作用.
2009-03-23 cond-mat.mtrl-sci
Thermal boundary conductance across epitaxial ZnO/GaN interfaces: Assessment of phonon gas models and atomistic Green's function approaches for predicting interfacial phonon transport
我们目前的实验测量的热边界电导（TBC）从$77 - 500$ K跨隔离异质外延生长的ZnO薄膜在GAN衬底上。这些数据提供了一个评估的假设，驱动声子气体模型为基础的扩散失配模型（DMM）和原子格林函数（AGF）预测TBC的形式主义。我们的测量结果，与以前的实验数据相比，表明TBC可以受到长波长，区域中心模式的界面一侧的材料，而不是在DMM假设的“振动失配”的概念，这种分歧是在高温下明显。在室温下，我们测量ZnO/GAN TBC为$490\lbrack +150, -110\rbrack$ MW m $^{-2}$ K $^{-1}$。DMM和AGF之间的分歧和这些升高的温度的实验数据表明，不可忽略的贡献，从其他模式有助于TBC，不占在这些谐波形式主义的基本假设，如非弹性散射。考虑到这些ZnO/GAN界面的高质量，这些结果提供了一个宝贵的关键和定量评估的准确性的假设，在当前的计算方法的最先进的预测声子TBC跨界面。
2017-10-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Decorated dislocations against phonon propagation for thermal management
采用Green-Kubo方法，通过平衡态分子动力学模拟研究了缀饰位错对GAN有效热导率的影响.在纤锌矿GAN位错的核心中由几个In原子形成的“纳米线”被发现会影响材料的热性能，因为它导致热导率的显著降低，以及其各向异性特性的增强。In装饰位错的热导率进行了比较的原始GAN，InN，和随机和有序的InxGa 1-xN合金，检查掺杂的影响。结果解释了上述系统的应力图，成键性质和声子态密度。装饰位错工程是一种新的方式来调整，在其他传输特性，在纳米级的材料的有效热导率，这可以导致制造感兴趣的候选人热电或各向异性散热设备。
2019-12-17 cond-mat.mtrl-sci
Spin lifetimes of electrons injected into GaAs and GaN
GaAs和GAN中电子的自旋弛豫时间是用一个模型确定的，该模型包括声子和电离杂质的动量散射，以及Elliot-Yafet，D 'yakonov-Perel和Bir-Aronov-Pikus机制的自旋散射。使用从经验赝势得到的长程紧束缚哈密顿量产生的精确频带。推断的自旋弛豫寿命的温度依赖性与GaAs中的测量值一致。我们进一步表明自旋寿命随注入电子能量的增加而迅速减小，并在纵向光学声子能量处达到局部最大值。我们的计算预测，纯GAN中的电子自旋寿命在所有温度下都比GaAs中长约3个数量级，这主要是由于较低的自旋轨道相互作用和较高的导带态密度。
2003-06-02 cond-mat.mtrl-sci
Four-phonon scattering diminishes the optical phonon contribution and isotope effect to thermal conductivity of III-V semiconductors
最近的研究表明，四声子散射在确定固体的热导率方面通常是重要的。然而，这些研究一直集中在材料的热导率$κ$是占主导地位的声学声子，和四声子散射的影响，虽然显着的，仍然是一般小于三声子散射。在这项工作中，以AlSb为例，我们证明了四声子散射是更关键的三声子散射，因为它减少了光学声子的热输运，因此显着降低材料的热导率，其中光学分支具有长的三声子寿命。同时，我们的计算表明，四声子散射可以在削弱$κ$的同位素效应方面发挥极其重要的作用。具体地说，四声子散射减少了70 $\%$和50 $\%$，分别同位素纯和自然发生的AlSb的室温$κ$。同位素纯的和天然存在的c-GaN的还原分别为约34 $\%$和27 $\%$。对于同位素纯的w-GaN，室温下的还原约为13 $\%$，400 K下的还原约为25 $\%$。这些结果为实验工作者在III-V族化合物中实现高热导率以应用于半导体工业提供了重要的指导。
2019-08-15 cond-mat.mtrl-sci
Enhanced Raman scattering by fast GaN phonon-polaritons
本研究在六方GaN中通过近前向拉曼散射激活了兼具光子高速与声子高拉曼强度优势的快速声子极化激元，为红外光子学及振动/光学开关应用提供了新途径。
2025-09-02 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Counterintuitive strain distribution in axial (In,Ga)N/GaN nanowires
我们研究了GAN纳米线中轴向（In，Ga）N段引起的三维形变场。利用线弹性理论框架内的有限元方法，我们研究了应变场对段长和纳米线半径之比的依赖关系。与直觉相反，弹性应变张量的平面外分量被发现假设为大的负值的长度半径比接近1。我们表明，这种意想不到的效果是在自由侧壁和相关的大剪切应变组件的纳米线的变形的直接后果。单根（In，Ga）N/GAN纳米线的模拟倒易空间图表明，nanofocus x射线衍射是一种合适的实验方法来评估这种特殊的应变状态。
2016-02-10 cond-mat.mtrl-sci
Thermal spreading resistance of GaN HEMTs with heat source heating studied by hybrid Monte Carlo-diffusion simulations
热扩散阻力的准确评估对于电子器件的热管理具有重要意义，特别是当全面考虑从纳米尺度热源到宏观尺度热沉的热传导过程时。现有的模拟方法要么基于对流傅立叶定律，要么局限于小系统尺寸，难以准确有效地研究跨尺度传热。本文采用声子蒙特卡罗-扩散混合方法，通过划分计算区域，将声子蒙特卡罗（MC）方法与傅立叶定律耦合起来，分析了弹道扩散区的热扩散阻力。与声子MC模拟相比，混合方法的结温具有相同的精度，而时间开销最多可减少2个数量级。此外，模拟结果表明，加热方案对声子输运有显著的影响。热源（HS）方案的热阻可能大于热流（HF）方案的热阻，这与傅立叶定律的预测相反。在HS方案中，增强的声子边界散射抵消了热源的加宽，导致随着热源厚度的减小而产生更强的弹道效应。一维热阻模型验证了该结论。这项工作为电子设备中跨尺度热传递的快速和广泛的热建模提供了机会，并突出了加热方案的影响。
2022-02-24 cond-mat.mtrl-sci
Ab initio study of electron-phonon interaction in phosphorene
单层的黑磷，或磷烯，最近出现作为一种新的二维半导体与有趣的高度各向异性的传输特性。到目前为止，其固有声子限制的电子输运性质的现有计算依赖于变形势近似，这通常不直接适用于各向异性材料，因为沿着一个特定方向的变形可以散射在所有方向上行进的电子。基于密度泛函微扰理论和Wannier插值方法，对磷烯中的电子-声子相互作用进行了第一性原理计算。计算结果表明：1）高的各向异性为电子-声子散射提供了额外的相空间; 2）光学声子对散射有明显的贡献。这两种效应都不能通过变形势计算来捕获。
2015-03-19 cond-mat.mtrl-sci
Thermal transport in GaN/AlN HEMTs on 4H-SiC: Role of layer thickness and hetero-interfaces
研究了4H-SiC衬底上GaN/AlN HEMT结构的热输运，通过TTR测量发现热导率具厚度依赖性且TBR随温度升高而降低并饱和，模拟表明TBR在薄沟道器件中起关键作用，更厚沟道与缓冲层利于散热。
2025-10-13 cond-mat.mtrl-sci
Phonon-induced topological insulating phases in group IV-VI semiconductors
用第一性原理方法研究了动态晶格形变下Ⅳ-Ⅵ族化合物中拓扑绝缘相的发展。不同于静态的拓扑相在平衡条件下，我们表明，非平凡的拓扑相诱导的化合物的动态晶格变形选择性声子模式。时间反转极化的计算表明，Z2不变量的化合物被翻转的选择性声子模式的原子位移和化合物的动态晶格变形后表现出振荡的拓扑相位。我们的结果表明，在固体中的元激发可以触发拓扑相平凡带绝缘体。
2013-08-02 cond-mat.mtrl-sci
Energy renormalization and Mott transition in n-GaAs and n-GaN
本文研究了n-GaAs和纤锌矿型n-GaN中载流子有效质量的重正化和带隙变窄在较宽的温度和掺杂浓度范围内的变化。计算是基于格林函数形式主义。与以前的工作相反，我们考虑的区域以及以上的莫特过渡。特别注意施主子带的形成和莫特跃迁的条件。我们还考虑了光学声子引起的影响。后者强烈依赖于掺杂水平，因为动态筛选。结果表明，在n-GaN中可以设置三个特定的掺杂水平。它们分别对应于1）Mott跃迁，2）光学声子-等离子体激元的共振放大，3）光学声子的全动态屏蔽。与n-GaN的情况相反，由于n-GaAs具有较强的导带非抛物线性，不能实现全动态屏蔽效应。
2015-03-01 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
The infuence of compressive lattice deformations on the zone-center energy band properties of zincblende GaN and InN. Hybrid density functional results
采用第一性原理DFT+ HSE 06方法研究了静压和双轴压缩应变对GAN和InN的$Γ$点能态的影响.为了正确地再现两种化合物的能带隙的可接受的实验值，该过程包括HSE混合泛函中的修改的交换相关分数，从标准值$α=0.25$变为$α=0.43$（GAN）和$α=0.40$（InN）。在这种环境下，工作报告的导电和价带边缘的晶格变形的函数的变化。此外，我们提出了拟合的表达式描述的带隙和自旋轨道分裂能量的变化，由于晶胞尺寸修改。这些参数是描述InN/GaN基异质结电子和光学性质的主要输入量。
2021-08-17 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Decoherence by Optical Phonons in GaN Defect Single-Photon Emitters
本研究针对GaN单光子发射体零声子线展宽机制不明确的问题，通过实验观测其温度依赖特性，提出弹性拉曼过程中光学声子导致退相干的模型，解释了10-270K的线宽变化，且该机制适用于同类纤锌矿结构氮化物材料。
2023-01-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci quant-ph
First-principles study of pyroelectricity in GaN and ZnO
利用第一性原理计算计算了纤锌矿GAN和ZnO的初级热释电系数。热电性归因于内部应变的准谐热位移（携带玻恩有效电荷的阳离子和阴离子的内部位移）。初级（零外部应变）热电性在低温下占主导地位，而次级热电性（外部热应变的校正）在高温下与初级热电性相当。声学和光学声子模对初级热释电系数的贡献分别由相应的德拜函数和爱因斯坦函数描述。
2016-03-02 cond-mat.mtrl-sci
Deformation Potential Carrier-Phonon Scattering in Semiconducting Carbon Nanotube Transistors
单壁碳纳米管中载流子输运的理论计算与最近的实验进行了比较。载流子声子散射占使用变形势近似。通过与实验的比较，确定了半导体碳纳米管的形变势耦合常数为14 eV。理论表明，密切预测的低场迁移率，电导，和场效应晶体管的电阻作为感应纳米管电荷密度，直径和温度的函数。结果表明，由于强的子带间散射，多个子带通道导通时器件电导降低。与实验的比较允许识别的平均自由程（Lm）在半导体碳纳米管。当器件开启时，发现Lm显著增加。当器件处于开启状态时，平均自由程（Lm-ON）与管直径成线性变化，与温度成反比。子带间散射被发现强烈降低Lm-ON时，几个子带被占用。在室温下考虑3个子带通道时，当考虑子带间散射时，对于4 nm直径的管，Lm-ON从570 nm减小到200 nm。由于子带间距随着管直径的减小而增加，因此对于较小的直径，子带间的影响减小。
2006-10-27 cond-mat.mtrl-sci
Reversible Modulation of Thermal Conductivity in GaN through Strain-Field Screening around Dislocations
University of California, Santa Barbara（加州大学圣塔芭芭拉分校）；Mines Saint-Étienne（圣艾蒂安国立高等矿业学院）
研究通过应变调控GaN中位错集合，实现热导率的可逆增强，揭示了应变对晶格热导率的调控机制。
2026-09-09 cond-mat.mtrl-sci
Carrier transport in layered nanolaminated films
通过分析{ \it{ab-initio} }的电子和声子能带结构，研究了层状Ti $_{2}$ AlC中载流子输运随温度的变化.结果表明，圆柱形费米面是载流子有效质量各向异性（沿$c$轴为无穷大）的起源，导致载流子输运各向异性（沿$c$轴为绝缘体，沿层为金属性）.利用电子和声子的能带结构，我们开发了一个分析模型的电子-声子相互作用，以及在平面内的载流子电导率起源于强谷间（s $\rightarrow$ d）在Ti $_{2}$ AlC散射。我们引用密度泛函理论计算了声子振动所对应的形变势。计算的变形势与从输运数据中提取的变形势值吻合得很好。提取的变形潜力将是有用的预测运输量的应用这些金属在高温下。
2015-12-14 cond-mat.mtrl-sci
Route to high hole mobility in GaN via reversal of crystal-field splitting
实现GAN p沟道晶体管的一个根本障碍是其低空穴迁移率。本文采用从头算Boltzmann输运方法研究了纤锌矿GAN中电子和空穴的本征声子限制迁移率，包括所有的电子-声子散射过程和多体准粒子能带结构.我们预测，空穴迁移率可以通过反转晶体场分裂的符号来增加，以这样一种方式来解除轻空穴和重空穴上方的分裂空穴状态。我们发现2%的双轴拉伸应变可以使空穴迁移率提高230%，室温下的理论霍尔迁移率达到120 cm $^2$ /Vs，100 K下的理论霍尔迁移率达到620 cm $^2$ /Vs。
2019-08-07 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Ab initio theory of the non-resonant Raman effect in crystals at finite temperature in comparison to experiment: The examples of GaN and BaZrS3
提出晶体有限温度下非共振 Raman 散射的从头算理论，结合散射几何、偏振依赖与声子波矢，在 GaN 和 BaZrS3 中验证并讨论二阶 Raman 散射估计。
2024-12-23 cond-mat.mtrl-sci
Pressure Induced Fermi Surface Deformation in Lithium
最近报道的结构复杂性和超导转变的压力下锂增加了兴趣轻碱金属，否则被认为是简单的金属和众所周知的系统在正常条件下。在这项工作中，我们提出了一个分析的压力引起的费米面变形的锂随着压力的增加。根据我们的计算，在压力下的费米面变得高度各向异性和约30 GPa的发展扩展嵌套，这可能是通过声子不稳定性在此压力下观察到的复杂的相变的起源。另一方面，费米面中观察到的扭曲和嵌套引起的声子软化也可能意味着电子-声子相互作用随着压力的增加而增加，这也可能使我们更好地理解在相同压力范围内观察到的锂超导转变。
2005-05-26 cond-mat.mtrl-sci
Hybrid Electrothermal Simulation of a Three-Dimensional Fin-Shaped Field-Effect Transistor Based on GaN Nanowires
近年来，三维GaN基晶体管因其显著提高的输出功率、更好的栅极可控性和更短的沟道以实现加速和小型化而得到了广泛的研究。然而，在热模拟中，使用传统的傅立叶定律和块体材料特性，这样的器件的热分析通常被过度简化。在这方面，可以通过耦合的声子和电子蒙特卡罗模拟来实现精确的温度预测，该模拟跟踪各个声子和电子的运动和散射。然而，沉重的计算负荷往往限制这种模拟纳米器件，而真正的芯片是毫米到厘米的大小。这个问题可以通过一种混合模拟技术来解决，该技术对远离热点的区域采用傅立叶定律。使用这种技术，精确的MEMS模拟进行了基于GAN晶体管，以揭示这种设备的温度上升。
2017-07-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
First-principles study of the phonon-limited mobility in n-type single-layer MoS2
在本工作中，我们计算了本征n型单层MoS 2中声子限制迁移率作为载流子密度和温度的函数（T > 100 K）。使用第一性原理方法计算的电子-声子相互作用，在孤立的二硫化钼层的变形势和Fröhlich相互作用的确定。我们发现，计算出的室温迁移率约为410 cm ^2 V^-1 s^-1，主要是由光学声子散射通过形变势耦合和弗罗希相互作用决定的，其中形变势分别为4.1 x 10^8 eV/cm和2.6 x 10^8 eV/cm。迁移率对载流子密度的依赖性很弱，并且遵循μ~ T^-1的温度依赖性，室温下γ= 1.69。结果表明，在顶栅样品中可能发生的特征单极模的淬灭使迁移率提高了70 cm^2 V^-1 s^-1，并且可以观察到指数下降到γ= 1.52。我们的研究结果表明，本征声子有限的迁移率接近的样品中，有效地屏蔽电荷杂质的高kappa电介质被用作栅极氧化物。
2012-01-25 cond-mat.mtrl-sci
Electron-phonon scattering in quantum wires exposed to a normal magnetic field
提出了量子线中测试电子由于变形、压电声子和极光声子散射而产生的弛豫率和电子温度的理论。我们代表内部和子带间的弛豫率作为平均值的速率核加权的电子波函数通过导线。我们利用这些表达式来计算电子内和子带间跃迁的声子发射功率的量子线形成的抛物线约束势。在磁场自由的情况下，我们已经计算了发射功率的声学（变形和压电相互作用）和极性光学声子的电子初始能量的函数为不同值的限制势强度。在垂直于量子线轴的量子化磁场中，我们计算了极性光学声子发射功率与电子初始能量和磁场的函数关系。
2000-02-05 cond-mat.mtrl-sci
Deformation potential extraction and computationally efficient mobility calculations in silicon from first principles
本文基于密度泛函理论和密度泛函微扰理论提出了一个提取硅中形变势的第一性原理框架。我们计算的电子能带结构，声子色散关系，和电子-声子矩阵元素提取所有可能的过程中的声学和光学声子的变形势。矩阵元素清楚地显示了在导带内和谷间散射之间的分离，并量化了价带的简并带中的散射事件的强度。然后，我们使用先进的数值玻尔兹曼输运方程（BTE）模拟器，耦合DFT电子结构和能量/动量相关的散射率来计算电子和空穴的输运性质。通过将电离杂质散射，以及，我们计算的n型和p型迁移率与载流子密度，并与实验进行比较，表明良好的协议。我们提出的方法使用成熟的理论工具，只需要提取有限数量的矩阵元素，这使得它在计算上非常有吸引力，特别是对于具有大晶胞和较低对称性的半导体。
2021-11-03 cond-mat.mtrl-sci
Optical properties of Mn4+ ions in GaN:Mn codoped with Mg acceptors
研究了Mn-Mg共掺杂外延GaN的光学性质。Mg受体的加入使GaN：Mn中1.3 eV处的弱锰相关光致发光（PL）带猝灭，在共掺杂外延层中观察到1 eV处的一系列尖锐PL峰。PL光谱的变化表明，Mg的加入通过降低费米能级稳定了Mn 4+的电荷态。1 eV的PL峰暂时归因于涉及Mn 4+离子的中心内跃迁。研究了自旋允许的3d壳层4T2 - 4T1跃迁及其声子副本。尖锐峰的相对强度强烈地依赖于激发波长，表明在单独的峰中涉及的光学活性Mn 4+中心是不同的。PL光谱的温度依赖性表明存在至少三个不同的Mn 4+络合物中心。
2004-05-05 cond-mat.mtrl-sci
Deformation Potentials and Electron-Phonon Coupling in Silicon Nanowires
本研究基于第一性原理分析硅纳米线中电子-声子耦合，发现维度降低根本改变形变势行为并引发呼吸模式耦合，导致[110]纳米线迁移率为[100]的6倍。
2010-02-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Cross-plane thermal conductivity of GaN/AlN superlattices
由交替的GAN/AlN外延层组成的异质结构代表了用于主动冷却和节能闪电的最先进器件的构建块。深入了解这些结构的热传导对于改善未来应用的热管理至关重要。在这里，作为层的厚度的函数的GAN/AlN超晶格的交叉平面（垂直于样品的表面）的热导率通过采用$3ω$ -方法建立。此外，相互扩散的作用在界面上的声子散射被考虑在建模和数据处理。据发现，跨平面的外延异质结构的热导率可以被驱动到低至5.9 W/（m $\cdot$ K）的值与那些报道的非晶薄膜相媲美，从而打开广泛的前景，优化热管理III族氮化物为基础的外延多层膜。
2021-02-12 cond-mat.mtrl-sci
Acoustic phonon limited mobility in two-dimensional semiconductors: Deformation potential and piezoelectric scattering in monolayer MoS2 from first principles
利用Boltzmann方程和声学电子-声子（el-ph）相互作用的第一性原理计算，对温度T < 100 K和高载流子密度下n掺杂二维MoS 2中的声学声子有限迁移率进行了理论研究.结合连续介质弹性模型，建立了变形势与压电相互作用的解析表达式和耦合强度。此外，我们表明，变形势相互作用的贡献，从正常和umklapp过程，后者的贡献只有微弱的影响，载流子屏蔽。因此，计算出的迁移率显示出从高温μT^{-1}行为到低温Bloch-Gruneisen区域中更强的μT^{-4}行为的转变，该区域是未屏蔽变形势散射的特征。在T < 10 K和高载流子密度（n > 10^{11} cm^{-2}）下，本征迁移率预计超过10^5 cm ^2 V^{-1} s^{-1}。在100 K时，迁移率不超过~7 x 10^3 cm 2 V^{-1} s^{-1}。我们的研究结果提供了新的和重要的理解声学el-ph相互作用和它的屏蔽自由载流子，并在一般的声学声子有限迁移率的理解是高度相关的。
2013-06-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Comment on 2501.17230 and 2502.00103 "Phonon-mediated electron attraction in SrTiO3 via the generalized Frohlich and deformation potential mechanisms" and "Theory of ab initio downfolding with arbitrary range electron-phonon coupling"
本文批判性审查了两篇 arXiv 论文关于多重极性光学声子通过广义 Frohlich 耦合产生长程吸引相互作用的主张，指出其推导中忽略了模式间 Coulomb 相互作用的非物理假设，并证明在静态极限下恢复该相互作用后，屏蔽 Coulomb 相互作用总是排斥的。
2025-03-05 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el cond-mat.supr-con
