Manipulating the magnetic anisotropy of cobalt doped titanium dioxide by carrier accumulation
基于第一性原理计算，我们预测Co掺杂TiO $_2$的磁各向异性能（MAE）敏感地依赖于载流子的积累。这种磁电现象为利用外电场直接调控稀磁半导体的磁化方向提供了一条很有前途的途径。我们计算了能带结构，揭示了载流子相关MAE在k空间的起源。事实上，载流子的积累移动了费米能，并调节了对MAE的竞争贡献。第一性原理计算为设计自旋方向可控的自旋电子学材料提供了一种简单的方法。
2013-01-18 cond-mat.mtrl-sci
Chromium-doped uranium dioxide fuels: A review
本文综述了Cr掺杂UO2燃料的研究，阐明Cr取代掺入控制溶解度、Cr/Cr2O3氧化还原影响U扩散，液相烧结促进晶粒生长，并展望结合机器学习加速其应用。
2025-10-09 cond-mat.mtrl-sci
Optical band edge shift of anatase cobalt-doped titanium dioxide
我们报告的磁性钴掺杂的第二相二氧化钛Ti_{1-x} Co_{x} O_{2-d}薄膜的光学性质为低掺杂浓度，0 <= x <= 0.02，在光谱范围0.2至5 eV。对于良好氧化的膜（d << 1），光学电导率的特征在于在3.6 eV处的带间跃迁的起始点以下不存在光学吸收，并且光学带边随着Co浓度的增加而发生蓝移。以下带隙吸收的情况下是不一致的理论模型，其中包含midgap磁性杂质带，并建议强的现场库仑相互作用移动的O-带Co-级的光学跃迁的能量以上的间隙。
2003-08-27 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Electronic properties of the Rutile-type dioxide SnO2 material doped by sulfur element: DFT study
本文研究了非金属硫（S）原子对金红石型二氧化物SnO2材料电子性质的影响。事实上，我们已经使用了基于使用量子Espresso代码的密度泛函理论（DFT）应用的从头算方法。通过态密度和能带结构的计算，得到了不同浓度下的能带结构。当用6%的硫（S）掺杂SnO2材料时，我们发现在总DOS中上自旋态和下自旋态之间的完美对称性，证实了用6%的硫掺杂SnO2的该材料的非磁性行为。还值得注意的是，掺杂有6%硫的SnO2材料表现出P型半导体。此外，当增加硫掺杂SnO2的浓度时，带隙减小。我们的结果与现有文献的实验和理论都吻合得很好。
2021-08-11 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech
Boron-doped graphene -- DFT study of the role of dopant concentration and oxidation on sodium and aluminium storage applications
本文利用DFT计算研究硼掺杂浓度和氧化对石墨烯反应活性、电导率及钠/铝存储性能的影响，发现硼掺杂和氧化可将钠存储容量提高至4倍。
2023-07-06 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph physics.comp-ph
Aluminium storage using nitrogen-doped graphene nanoribbons from first principles
原始石墨烯与Al的相互作用相对较弱，Al是新一代金属离子电池的重要物质。我们采用DFT计算来探索增强Al与石墨烯相互作用的可能性。我们调查非掺杂和N-掺杂的石墨烯纳米带，解决的边缘网站，这是总是存在于一定程度上在真实的样品，和含N的缺陷对材料的反应性对Al的影响。结果进行了比较，以原始石墨烯。我们表明，引入边缘不影响能量的Al吸附显着本身。另一方面，石墨烯纳米带的N-掺杂被发现影响Al的吸附能的程度，强烈地依赖于含N缺陷的类型。虽然石墨和吡咯N引起最小的变化，边缘NO基团的引入和平面内吡啶N的掺杂导致Al吸附几乎是原始石墨烯上的两倍强。研究结果对进一步设计铝离子二次电池用新材料具有指导意义。
2021-06-22 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph physics.chem-ph
Anisotropic compression in the high pressure regime of pure and Cr-doped vanadium dioxide
我们目前的结构研究V $_{1-x}$ Cr $_x$ O $_2$（纯，0.7%和2.5%的Cr掺杂）化合物在室温下在金刚石压砧单元的压力高达20 GPa，使用同步辐射X射线粉末衍射。所有的样品研究表明，持久性的单斜$M_1$对称性之间的4和12 GPa。在12 GPa以上，单斜$M_1$对称性改变为同构的$M_x$相（空间群$P2_1/c$），其中$M_{1}$相的$c$平面的晶格压缩具有显著的各向异性。这种行为可以被调和调用的压力引起的电荷离域。
2012-05-24 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Symmetry-Informed Graph Neural Networks for Carbon Dioxide Isotherm and Adsorption Prediction in Aluminum-Substituted Zeolites
Eindhoven University of Technology（埃因霍温理工大学）；Eindhoven Artificial Intelligence Systems Institute（埃因霍温人工智能系统研究所）；Data and AI, Department of Mathematics and Computer Science, Eindhoven University of Technology（埃因霍温理工大学数学与计算机科学系数据与人工智能部）；Materials Simulation and Modelling（材料模拟与建模中心）
本文提出SymGNN，一种利用材料对称性改进铝取代沸石中CO₂吸附预测的图神经网络，通过对称操作增强参数共享和泛化，并在插值、泛化及实验等温线表征任务中验证其有效性。
2025-03-26 cond-mat.mtrl-sci cs.LG
Thermal conductivity suppression in uranium-doped thorium dioxide due to phonon resonant scattering
在这项工作中，二氧化钍（ThO $_2$，氧化钍）与低水平的替代铀（U）掺杂的热输运性质进行了探讨。我们观察到强烈的迹象，共振声子散射，声子和电子自由度之间的相互作用，除了常见的“杂质”散射由于质量和原子间力常数的差异，这种掺杂诱导。在水热合成的空间变化掺铀浓度的掺铀氧化钍单晶中研究了6%、9%和16%的掺铀浓度。在此晶体中，具有相对均匀的掺杂的等浓度区域位于局部热导率测量使用热反射技术。在77--300~K的温度范围内测量的热导率曲线与分析Klemens-Callaway热导率模型的预测进行比较，以确定不同声子散射机制的影响。在低温下，在这些掺杂水平的高度抑制的热导率表明，声子共振散射在U掺杂氧化钍的热导率降低中起着重要的作用。
2023-03-03 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Morphology and photocatalytic activity of highly oriented mixed phase titanium dioxide thin films
采用旋涂法在石英衬底上制备了未掺杂和金属离子掺杂的溶胶-凝胶（Sol-Gel）前驱体TiO 2薄膜。这些薄膜的特征在于通过扫描电子显微镜，激光拉曼显微光谱，X射线衍射和紫外可见透射。以亚甲基蓝溶液为研究对象，考察了薄膜的光催化性能。薄膜表现出高度的取向性和热稳定性的α相作为基板效应的结果。在不存在掺杂剂的情况下，金红石相形成为平行带在相变过程中变宽。掺杂或共掺杂过渡金属的TiO 2薄膜在800 ℃以下的温度下，由于氧空位的增加，在分离的团簇中形成金红石。在这项工作中合成的薄膜的光催化活性很低，可能是由于在溶液中的染料分子的二氧化钛表面接触差。过渡金属掺杂剂的存在似乎不利于光催化活性，而混合相膜的性能没有观察到显着不同的单相材料。
2021-06-07 cond-mat.mtrl-sci
Optical Properties of Aluminium-Doped Zinc Oxide Thin Films Synthesized via AACVD Using Nitrogen as a Carrier Gas
本文研究以氮气为载气通过AACVD制备铝掺杂氧化锌薄膜，发现铝掺杂和氮退火可调控其结构、厚度、吸光度及带隙，掺杂超过15%时有助于提升光电器件的光学性能。
2025-02-05 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Aluminene as Highly Hole Doped Graphene
纯粹由一种原子组成的单层结构是令人着迷的。包括碳、硅、锗、锡、磷和砷在内的许多种类的蜂窝系统已被证明是稳定的。然而，到目前为止，结构仅限于IV和V族元素。本文采用基于密度泛函理论的电子结构计算方法，系统地研究了四种不同几何构型（平面构型、屈曲构型、褶皱构型和三角构型）的铝单层结构的稳定性.结合能和声子色散的研究结果表明，只有铝构成的平面蜂窝结构才是稳定的。根据标准命名惯例，我们称之为“铝烯”。它是金属。电子能带结构的结果表明，它可以被视为一个高度空穴掺杂的石墨烯。我们还利用紧束缚模型和狄拉克理论讨论了铝烯的电子性质。
2015-02-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Mo and N Co-Doped Titanium Dioxide Nanotube Arrays with Enhanced Visible Light Photocatalytic Activity
采用阳极氧化结合水热处理的方法制备了钼氮共掺杂$TiO_2$纳米管阵列。采用场发射扫描电子显微镜、X射线衍射仪、X射线光电子能谱学和紫外-可见光漫反射光谱仪对样品进行了表征。此外，还考察了Mo和N共掺杂TNA在可见光照射下对亚甲蓝（MB）的光催化降解活性。结果表明，共掺杂TNAs中N以N-Ti-O和N-O-Ti形式共存，而Mo以$Mo^{6+}$形式存在，取代了$TiO_2$中的Ti。同时，Mo和N的共掺杂使TNAs的吸收扩展到整个可见光区，从而显著提高了其在可见光照射下降解亚甲基蓝的光催化活性。这可能归因于Mo掺杂和N掺杂之间的协同效应。也就是说，Mo和N钝化的共掺杂在TNA中产生新的状态，从而使带隙变窄并降低电子和空穴的复合率。结果，TNAs的可见光吸收和光催化活性大大提高。此外，Mo和N共掺杂样品中的多价态Mo离子可以作为捕获位点，有效地降低了电子和空穴的复合速率，这也有助于提高Mo和N共掺杂TNA的光催化活性。关键词：二氧化钛纳米管阵列，钼，氮，共掺杂，光催化活性。
2014-01-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Influence of germanium substitution on the structural and electronic stability of the competing vanadium dioxide phases
采用密度泛函理论（DFT）研究了锗掺杂二氧化钒（VO $_2$）的结构、电子和化学键行为.我们的动机是解释Ge掺杂下金属-绝缘体转变温度的增加，并了解它背后的基本物理和化学在传统的DFT水平上可以捕获多少。我们使用超原胞方法模拟掺杂，在VO $_2$中Ge原子具有不同的浓度和不同的空间分布。我们的研究结果表明，Ge原子的加入强烈扰动的高对称性金属金红石相，并诱导结构扭曲，部分类似于实验绝缘结构的二聚化。因此，我们的工作，暗示在Ge掺杂下观察到的转变温度增加的可能解释，激发进一步的研究了解VO $_2$的结构和电子跃迁的相互作用。
2023-02-02 cond-mat.mtrl-sci
Lowering Insulator-to-Metal Transition Temperature of Vanadium Dioxide Thin Films via Co-Sputtering, Furnace Oxidation and Thermal Annealing
针对二氧化钒薄膜制备成本高、相变温度（约68°C）高于多数应用需求的问题，本研究通过共溅射、炉内氧化和热退火制备钨掺杂二氧化钒薄膜，实现相变温度随掺杂量每at.%降24.5°C、热滞每at.%缩5.5°C的效果。
2025-04-24 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
High-quality Tungsten-doped Vanadium Dioxide Thin Films Fabricated in an Extremely Low-oxygen Furnace Environment
School for Engineering of Matter, Transport and Energy, Arizona State University（亚利桑那州立大学物质、传输与能源工程学院）
本研究通过极低氧炉环境制备高质量钨掺杂氧化钒薄膜，优化氧化、退火和还原工艺，降低IMT温度，提升薄膜性能。
2025-09-02 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Vibrational and electronic properties of the B$_7$Al$_2$ cluster
本研究采用密度泛函理论探究B$_7$Al$_2$团簇结构，发现最稳定构型为B$_7$环与两个Al原子配位的双锥结构，并通过红外光谱与态密度揭示了其与高能异构体的显著差异。
2024-09-26 cond-mat.mtrl-sci
Study of nitrogen ion doping of titanium dioxide films
本研究报告的性质的氮掺杂钛白$TiO_2$薄膜考虑到应用作为透明导电氧化物（TCO）。通过在400或500°C下在氧气气氛下在石英衬底上溅射钛靶来制备多组薄膜。然后在相同的温度下通过150 eV的氮离子掺杂膜。薄膜在掺杂后保持锐钛矿相。通过原位X射线光电子能谱学（XPS）测定，在表面处获得高达30at%的氮浓度。在表面处的这种高氮浓度导致氮扩散到本体中，达到约25nm。霍尔测量表明，平均载流子密度达到了$10^{19} cm^{-3}$与$0.1$的范围内的$1 cm^2V^{-1}s^{-1}$的迁移率。在550 nm处的透光率为85%时，可以获得约$3.10^{-1} Ωcm$的电阻率。这些结果表明，低能量注入是一种有效的技术，$TiO_2$掺杂，允许一个精确的控制掺杂过程独立于TiO 2的制备。此外，这种掺杂路线似乎有望达到高掺杂水平，而不会显着影响薄膜结构。这种方法可能与制备$N:TiO_2$透明导电电极（TCE）有关。
2018-03-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Consecutive Insulator-Metal-Insulator Phase Transitions of Vanadium Dioxide by Hydrogen Doping
我们报告的调制的可逆相变在VO 2薄膜中的氢掺杂。在室温下，随着掺杂浓度的增加，连续观察到金属相和新的绝缘相。结果表明，掺杂氢的极化电荷起着重要的作用。这些电荷逐渐占据V3 d-O2 p杂化轨道，从而调制VO 2晶体导带边态的填充，最终演变成新的价带边态。这证明了VO 2电子性质对电子浓度和轨道占有率的异常敏感性，为相变机制提供了关键信息。
2017-04-20 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Electronic and optical properties of metal-doped TiO$_2$ nanotubes: Spintronic and photocatalytic applications
TiO $_2$纳米管（TNTs）具有独特的几何结构，通过适当的金属掺杂可以提高其光催化性能，在清洁燃料生产等方面具有很大的应用潜力。在这种情况下，我们提出了一个详细的调查的磁性，电子和光学性质的过渡金属掺杂的TNT，基于混合密度泛函理论。特别是，我们重点关注$3d$、$4d$以及选定的$5d$过渡金属掺杂TNT。因此，我们能够解释在各种实验中观察到的增强的光学活性和光催化灵敏度。我们发现，例如，Cr和W掺杂的TNT可以用于水分解和二氧化碳还原等应用，以及用于自旋电子器件。水裂解的最佳候选者是Fe掺杂TNT，与实验观察一致。此外，我们的研究结果提供了有价值的提示，为未来的实验研究的铁磁/自旋电子学行为的金属掺杂的二氧化钛纳米管。
2020-08-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Carrier-induced ferromagnetism in n-type ZnMnAlO and ZnCoAlO thin films at room temperature
实现在室温以上具有铁磁性的半导体将可能导致新一代具有革命性电学和光学特性的自旋电子器件。掺杂ZnO的转变温度很高，但特别是Mn掺杂，报道的时刻很小。我们表明，通过仔细控制缺氧和铝掺杂的n型ZnMnO和ZnCoO在室温下测得的铁磁矩分别接近理想值5mB和3mB。此外，每个过渡金属离子的磁化强度和载流子的数目与过渡金属供体的数目的比率之间的明确相关性被建立，如对于Mn和Co掺杂的膜两者的载流子诱导的铁磁性所预期的。磁化强度对载流子密度的依赖性类似于稀磁半导体的转变温度的预测，其中过渡金属离子之间的交换是通过自由载流子。
2006-05-26 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Raveling the Role of Dopants on Charge Carrier Kinetics of TiO$_2$ Electrodes using Electrochemical Impedance Spectroscopy
采用旋涂法制备了纯二氧化钛和共掺杂二氧化钛（TiO $_2$）电极。我们研究了所制备的过渡金属和非金属共掺杂的薄膜电极的光学和电学性质。Cu、Zn和N的共掺杂增加了可见光区的辐射吸收。掺杂导致在电极中形成缺陷态。在这篇文章中，我们研究了原始和共掺杂的二氧化钛电极的载流子动力学。为了研究掺杂剂在合成的基于TiO 2的电极的载流子传输中的作用，在10-1 Hz至106 Hz的频率范围内进行电化学阻抗谱测量。研究揭示了掺杂剂对体相缺陷中电子-空穴复合的影响以及电子和离子向电极表面/界面的传输机制。
2022-06-08 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Non-Equilibrium Spark Plasma Reactive Doping Enables Highly Adjustable Metal to Insulator Transitions and Improved Mechanical Stability for VO2
虽然二氧化钒（VO 2）在室温附近表现出最突然的金属-绝缘体转变（MIT）特性，但由于与V4+相关的高度复杂性和猜测，目前对其MIT功能的调节是不够的。在此，我们展示了一种火花等离子体辅助反应烧结（SPARS）方法，可以在很短的时间内（~10分钟）同时实现VO 2的原位掺杂和烧结。这使得通过覆盖Ti、W、Nb、Mo、Cr和Fe的掺杂元素调节VO 2的电子结构具有高度的便利性和灵活性，从而导致其金属-绝缘体转变温度（TMIT）和基本电阻率的宽范围调节。此外，高熔点掺杂氧化物的复合效应也大大提高了掺杂VO 2的机械强度。MIT性能的高度可调性和改善的机械性能进一步为VO 2在电力电子、热致变色和红外伪装方面的实际应用铺平了道路。
2023-01-02 cond-mat.mtrl-sci
A Novel Single-Mode Microwave Assisted Synthesis of Metal Oxide as Visible-light Photocatalyst
采用一种新颖、简便的单模微波辅助合成工艺成功制备了可见光光催化剂二氧化钛（TiO 2）。该方法以Ti为靶材，在磁场中选择性氧化，快速加热，一步合成，能耗低，时间短。在所得到的TiO 2中，证实了Ti 3+的自掺杂，这使得TiO 2在波长大于400 nm的可见光区具有足够的光吸收。与化学计量的TiO 2（3.0-3.2 eV）相比，这种Ti 3+自掺杂TiO 2表现出窄得多的光学带隙（2.14 eV）。在可见光照射下，合成的TiO 2对罗丹明B的光催化降解性能优于市售TiO 2。
2022-02-03 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
A low-temperature synthesis of strongly thermochromic W and Sr co-doped VO2 films with a low transition temperature
本研究通过反应性高功率脉冲磁控溅射在低温下制备W和Sr共掺杂VO2薄膜，实现低相变温度和高可见光透射率，为智能窗应用提供可行方案。
2024-11-05 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Engineering the electronic structure of TiO$_2$ by transition metal doping: A First Principles DFT Study
Manipal Institute of Technology, Manipal Academy of Higher Education（马尼帕尔理工学院，马尼帕尔高等教育学院）；Indian Institute of Technology Bombay（孟买印度理工学院）
通过过渡金属掺杂调控TiO₂的电子结构，利用DFT研究其磁性和电性，为自旋存储设备提供新思路。
2026-01-23 cond-mat.mtrl-sci
Modulation-Doping a Correlated Electron Insulator
相关电子材料（CEMs）包含了丰富的凝聚态相。二氧化钒（VO 2）是一种典型的CEM，具有温度依赖的金属到绝缘体（MIT）转变，伴随着晶体对称性的变化。在VO 2中对MIT进行外部控制-特别是在不引起结构变化的情况下-一直是一个长期存在的挑战。在这项工作中，我们设计和合成的调制掺杂VO 2基薄膜异质结构，密切模仿教科书的例子填充控制相关的电子绝缘体。结合使用电荷输运、硬X射线光电子能谱学和结构表征，我们证明了绝缘态可以被掺杂以实现大于5 × 10^21 cm^（-3）的载流子密度，而不会引起任何可测量的结构变化。我们发现，MIT温度（T_MIT）不断降低，随着载流子浓度的增加。值得注意的是，绝缘状态是强大的，即使在掺杂浓度高达〜 0.2 e-/钒。最后，我们的工作揭示了调制掺杂作为一种可行的方法，用于电子控制的相变在相关的电子氧化物与潜在的用于未来的设备的基础上电场控制的相变。
2023-01-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Spin-dependent processes at the crystalline Si-SiO_2 interface at high magnetic fields
本文对高磁场（B_0 ~ 8.5 T）下（111）取向掺磷（[P] ~ 10^15 cm ^3）硅/二氧化硅界面上自旋相关的过剩载流子跃迁的性质进行了实验研究。在3 K < T < 12 K的温度范围内，对31 P施主电子超精细分裂跃迁和顺磁界面缺陷进行了电探测磁共振（EDMR）谱研究。在这些以前未达到的（EDMR）磁场强度的结果揭示了自旋相关的过程，不同于以前充分研究的31 P施主和P_b态之间的复合，这在低磁场占主导地位的主导地位。虽然31 P和P_b态的磁共振电流响应仍然存在，但它们不相关，只有P_b的贡献与能量和物理上相邻的P_b态之间的自旋相关隧穿引起的界面过程有关。这项工作提供了一个实验演示的自旋相关隧道之间的物理相邻和相同的电子状态所提出的凯恩读出施主量子比特。
2008-06-05 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
