Ultrahigh Thermal Conductivity in Isotopically Ultrapure Single-Crystal Diamond
Peking University（北京大学）
本研究报道了同位素超纯单晶金刚石（13C含量约0.00024%）的室温导热率约为3100 W m-1 K-1，显著高于天然金刚石，但表明极端纯化下存在其他声子散射机制（如空位缺陷）。
2026-09-22 cond-mat.mtrl-sci
How do defects limit the ultrahigh thermal conductivity of BAs? A first principles study
在不考虑掺杂材料时所产生的减少的情况下，无法评估BA在电力电子中的高导热性所带来的前景。利用第一性原理计算，我们确定了不同的第IV族杂质在BAs中引起的热导率降低作为浓度和电荷状态的函数。我们揭示了一个总的趋势，中性杂质散射声子比带电的。$\text{C}_{\text{B}}$和$\text{Ge}_{\text{As}}$杂质显示出迄今为止最弱的声子散射，并且甚至直到高密度仍保持超过$\sim$ 1000 $\text{W}\cdot\text{K}^{-1}\cdot\text{m}^{-1}$的BA $κ$值，使得它们成为理想的n型和p型掺杂剂。此外，超过与费米能级钉扎相关的掺杂补偿阈值会触发热导率的可观察变化。这通知设计考虑掺杂的BA，它也提出了一种直接的方法来确定实验样品中的补偿掺杂的发病。
2020-10-28 cond-mat.mtrl-sci
Concentration-control in all-solution processed semiconducting polymer doping and high conductivity performances
同时优化有机电子材料的性能、加工性和制造成本是阻碍破坏性应用发展的持续妥协来源。在这项工作中，我们确定了一种策略，通过使用完全溶液处理，无水和具有成本效益的技术掺杂，实现最具基准的半导体聚合物之一的创纪录电导率值。使用市售的电子受体作为路易斯酸和氧化剂，聚（3-己基噻吩）的高电导率达到21 S/cm。虽然我们用一种非常实惠/可用的化学品对P3 HT进行了无水溶液处理，使其电导率提高了三倍，但近场显微镜显示存在浓度依赖性较高的电导率微区，进一步优化工艺可能会获得更高的性能。在实现有机电子器件更高性能的永恒追求中，这项工作将极大地解锁需要更高规模的加工性和更低的制造成本以及更高性能和新功能的应用成熟度，在目前的背景下，理解此类材料的掺杂机制仍然是最感兴趣的。
2020-03-10 cond-mat.mtrl-sci
Tinselenidene: a Two-dimensional Auxetic Material with Ultralow Lattice Thermal Conductivity and Ultrahigh Hole Mobility
通过广泛的从头计算，预测了一种新的二维原子材料硒化锡单层（简称硒化锡）是一种具有间接带隙（1.45 eV）和高空穴迁移率（10000 cm ~ 2 V ~（-1）S ~（-1）量级）的半导体材料，并且在较低的应变（<0.5 GPa）下发生间接-直接带隙转变.亚锡硒具有非常小的杨氏模量（20-40 GPa）和超低的晶格热导率（在300 K下<3 Wm-1 K-1），使其可能是已知的2D原子材料中最柔性和最保温材料。此外，锡硒化物具有-0.17的大的负泊松比，因此可以充当2D拉胀材料。硒化锡具有这些有趣的性质，在热电、纳米机械和光电子等领域有着广泛的应用前景。
2020-09-20 cond-mat.mtrl-sci
Ultrahigh lattice thermal conductivity in topological semimetal TaN caused by large acoustic-optical gap
拓扑半金属在拓扑量子比特、自旋电子学和量子计算等方面具有潜在的应用前景。有效的散热是拓扑半金属基纳米电子器件可靠性和稳定性的关键因素，这与高热导率密切相关。本文采用第一性原理计算和线性化的声子Boltzmann方程，在单模弛豫时间近似下，研究了TaN的弹性性质和晶格热导率。根据计算的体积模量、剪切模量和$C_{44}$，TaN可以看作是一种潜在的不可压缩硬质材料。室温晶格热导率沿a轴为838.62 $\mathrm{W m^{-1} K^{-1}}$，沿c轴为1080.40 $\mathrm{W m^{-1} K^{-1}}$，显示出很强的各向异性。结果表明，TaN的晶格热导率比TaAs、MoP、ZrTe等拓扑半金属高几十倍，这是由于TaN的声子寿命比其它拓扑半金属长得多。Ta和N原子的原子质量非常不同，导致非常大的声光带隙，然后阻止声学和光学声子模式之间的散射，这导致非常长的声子寿命。基于质量差因子，WC和WN可以被视为具有双晶格热导率的潜在候选者。计算结果表明，同位素散射对晶格热导率的影响很小，300 K时平均自由程大于20（80）$\mathrm{μm}$的声子对总晶格热导率的贡献很小.这项工作意味着，由于有效的散热，基于TaN的纳米电子器件可能会更加稳定和可靠。
2017-11-19 cond-mat.mtrl-sci
Semiconducting character of LaN: magnitude of the band gap, and origin of the electrical conductivity
氮化镧（LaN）由于其活化N $_2$分子的三键的能力而在催化方面引起了研究兴趣，使得能够从N $_2$气体高效且成本有效地合成氨。虽然在功能应用中使用LaN已经取得了令人兴奋的进展，但LaN的电子特性（金属，半金属或半导体）及其带隙的大小迄今尚未最终确定。本文采用混合密度泛函理论研究了LaN的电子性质。与之前的LaN是半金属的说法相反，我们的计算表明，LaN是一种直接带隙半导体，在布里渊区的X点处的带隙值为0.62 eV。能带边缘附近的能带的色散特性导致轻电子和空穴的有效质量，使得LaN有希望用于电子和光电应用。我们的计算还表明，氮空位和取代氧原子是两个无意的浅施主与低的形成能，可以解释以前报道的电导率的起源。我们的计算澄清了半导体性质的氮化镧，并揭示候选人无意点缺陷，可能是负责其测得的电导率。
2021-06-08 cond-mat.mtrl-sci
Experimental determination of the local optical conductivity of a semiconducting carbon nanotube and its modification at individual defects
纳米级光学特性的测量对于光电子器件的表征具有重要意义。然而，传统的光探针测量方法很难确定具有纳米不均匀性的单个量子物体的局域光学性质。在这里，我们展示了第一次成功的测定的绝对光学常数，包括光学电导率和吸收系数，为一个单独的碳纳米管的缺陷，通过比较能量损失光谱和光吸收。从某种类型的缺陷获得的光学电导率确实呈现出在最低激发峰（E11）附近的特征修改，其中强烈涉及激子和非辐射跃迁以及声子耦合激发。对E11峰的详细线形分析清楚地表明了不同程度的激子寿命缩短和电子态修改，这是可变的缺陷类型。
2017-09-12 cond-mat.mtrl-sci
Size-dependent thermal conductivity of nanoscale semiconducting systems
我们研究了纳米半导体系统的热导率的尺寸依赖性。导出了考虑表面散射和声子输运的尺寸限制效应的解析公式。理论公式与已有的Si和GaAs纳米线和薄膜的实验数据吻合较好。
2006-03-09 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci
Electrical Conductivity of Copper-Graphene (Cu-Gr) Composites: The Underlying Mechanisms of Ultrahigh Conductivity
Arizona State University（亚利桑那州立大学）；U.S. Naval Research Laboratory（美国海军研究实验室）
研究揭示了铜-石墨复合材料导电性的提升机制，发现石墨连续性、特定表面积及铜基材形状对导电性有显著影响，证明通过优化石墨和铜可实现17.1%的导电性提升。
2025-12-03 cond-mat.mtrl-sci
Closing the ultrahigh temperature metrology gap: non-contact thermal conductivity ($\mathrm{k}$) and spectral emittance ($\mathrm{\varepsilon_λ}$) of molybdenum up to 3200 K
University of Virginia（弗吉尼亚大学）；European Commission, Joint Research Centre (JRC)（欧盟委员会联合研究中心）；Delft University of Technology（代尔夫特理工大学）
本文提出一种稳健的非接触式高温热辐射测量平台，通过整合锁相红外热成像与局部调制激光扰动，实现了钼在1500-3000K范围内的热导率测量，并提供了固态和液态钼的光谱发射率数据，填补了高温热导率数据缺口。
2026-04-10 cond-mat.mtrl-sci
Accurate prediction of thermal conductivity of Al2O3 at ultrahigh temperatures
针对高温下复杂晶体晶格热导率偏离传统1/T衰减趋势的问题，本研究通过考虑多类声子散射与有限温度修正，精准预测了Al₂O₃从室温到近熔点的热导率，明确了不同温度下各贡献组分的占比及相关效应的影响，还验证了Green-Kubo MD的适用性。
2023-12-18 cond-mat.mtrl-sci
Crystal-Chemical Origins of the Ultrahigh Conductivity of Metallic Delafossites
本研究通过化学气相输运方法生长高质量PdCoO2晶体，发现其超高电导率并非源于整体超纯，而是由于一种“亚晶格纯化”机制使杂质集中于Co-O层，保持了导电Pd片层的高纯度。
2023-09-08 cond-mat.mtrl-sci
Emergent magnetism with continuous control in the ultrahigh conductivity layered oxide PdCoO2
该研究针对连续可调磁性的实现难题，通过氦注入与退火处理在超高电导率层状氧化物PdCoO₂中实现了铁磁性的连续开关调控，为自旋电子学应用提供了关键支撑。
2023-08-27 cond-mat.mtrl-sci
Simulating lattice thermal conductivity in semiconducting materials using high-dimensional neural network potential
我们证明了一个高维神经网络势（HDNNP）可以预测的半导体材料的晶格热导率与密度泛函理论（DFT）计算的准确性。在基于力的训练过程之后，由HDNNP和DFT预测的力之间的均方根误差小于40 meV/m2。作为典型的例子，我们提出了Si和GAN体晶体的结果。与使用DFT计算的热导率的偏差对于Si在200至500 K在1%以内，对于GAN在200至1000 K在5.4%以内。
2019-05-21 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Understanding the flat thermal conductivity of La2Zr2O7 at ultrahigh temperatures
本研究使用三种第一性原理方法预测La2Zr2O7热导率，发现基于温度依赖机器学习势的MD和Wigner形式体系能成功重现超高温度下平坦热导率，并量化了diffuson、声子和辐射的贡献及标度律。
2024-04-28 cond-mat.mtrl-sci
Ultrahigh thermal conductivity in hexagonal BC6N- An efficient material for nanoscale thermal management- A first principles study
具有高导热性的工程材料对于微/纳米电子中的有效散热具有根本意义。使用第一原理计算，我们报告了六方纯（天然）BC 6 N（h-BC 6 N）的超高热导率为2090 Wm-1 K-1（1395 Wm-1 K-1）。该值是在金刚石和立方砷化硼之后已知的最高热导率之一。这种超高的晶格热导率（k）主要归因于由强C-C和B-N键以及组成元素如硼（B）、碳（C）和氮（N）的轻原子质量产生的声学和光学声子的高声子群速度。我们还报告的h-BC 6 N纳米结构的尺寸依赖的热导率，包括边界散射。在室温（300 K）和100 nm的纳米尺度长度（L）下，观察到175 Wm-1 K-1的高k值（高于硅的体k值）。具有大群速度的光学声子主要负责h-BC 6 N纳米结构中的这种高热导率。h-BC 6 N的高热导率使其成为微/纳米热管理应用中散热的候选材料。
2021-07-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Effects of Disorder on Thermoelectric Properties of Semiconducting Polymers
有机材料由于其低成本和易于制造而吸引了最近作为热电（TE）转换器的兴趣。我们研究的TE性能的半导体聚合物的高斯无序模型（GDM）的基础上的网站能量的无序的影响，同时采用泡利的主方程的方法模型本地化网站之间的跳跃。我们的模型与实验结果符合得很好，是研究跳跃输运的有用工具。我们发现，较强的重叠网站之间可以提高电导率，而不会产生不利影响的塞贝克系数。我们发现，位置无序有助于形成新的导电路径，增加的概率载流子在高能量站点导致电导率和塞贝克系数的同时增加。另一方面，高能无序导致位点之间的能隙增加，阻碍传输，并对电导率和塞贝克产生不利影响。此外，位置相关性主要影响导电性，而能量相关性对聚合物的TE性质没有影响。我们的研究结果还表明，洛伦兹数增加与塞贝克系数，在很大程度上偏离索末菲值，与实验和相反的带导体。我们的结论是，减少充满活力的障碍，而增加位置的障碍，可以导致更高的TE功率因数。
2019-03-14 cond-mat.mtrl-sci
Phonon hydrodynamics and ultrahigh-room-temperature thermal conductivity in thin graphite
碳的同素异形体，如金刚石和石墨烯，是最好的热导体。我们监测薄石墨的热导率的演变作为温度和厚度的函数，并发现高电导率，厚度和声子流体力学之间的密切联系。8.5微米厚的石墨在室温下的面内热导率为4300瓦/米-开尔文--这个值远高于金刚石，略高于同位素纯化的石墨烯。升温增强了在很宽的温度范围内的热扩散率，支持部分流体动力学声子流。我们观察到的热导率的增强与厚度的减小指向声子的面外动量和动量弛豫碰撞的分数之间的相关性。我们认为，这是由于极端的声子色散各向异性石墨。
2020-01-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Ultralow Thermal Conductivity in Full-Heusler Semiconductors
半导体半-和在较小程度上，全-Heusler化合物是有前途的热电材料，由于其引人注目的电子性能与大功率因数。然而，固有的高导热性导致有限的热电效率，迄今为止阻碍了它们在实际应用中的广泛使用。在这里，我们报告的一类迄今未知的稳定的半导体全赫斯勒化合物的计算发现10价电子（$X_2YZ$，$X$ =钙，锶，钡; $Y$ =金和汞; $Z$ =锡，铅，砷，锑，铋）通过高通量$ab-initio$筛选。这些新化合物由于重贵金属的强非谐振动而表现出接近理论最小值的超低晶格热导率$κ_{\text{L}}$，同时保持高功率因数，从而产生优异的声子玻璃电子晶体材料。
2016-04-14 cond-mat.mtrl-sci
Ultrahigh thermoelectric performance of Janus α-STe2 and α-SeTe2 monolayers
结合第一性原理计算和半经典Boltzmann输运理论，系统研究了Janus α-STe 2和α-SeTe 2单分子膜. Janus α-STe 2和α-SeTe 2单层膜是间接半导体，带隙为1.20和0.96 eV。发现它们在500 K时的ZT值分别为3.9和4.4，远高于原始α-Te单层膜的ZT值（2.8）。与原始的α-Te单层相比，由Janus结构产生的较高的ZT显著降低了晶格热导率。Janus单分子膜中较高的声子非谐性导致晶格热导率显著降低。对于晶格热导率很低的材料，电子热导率对热电效率的影响也很大。本工作表明了Janus α-STe 2和α-SeTe 2单层膜作为热电材料的潜在应用，并强调Janus结构是提高热电性能的有效途径。
2022-10-29 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Analysis of broadband microwave conductivity and permittivity measurements of semiconducting materials
我们进行宽带相敏测量的反射系数从45 MHz到20 GHz采用矢量网络分析仪与2.4 mm的同轴传感器，这是终止的样品下测试。虽然材料参数（电导率和介电常数）可以很容易地从所获得的阻抗数据中提取，如果样品是金属的，没有直接的解决方案是可能的，如果被调查的材料是绝缘体。专注于杂质半导体，电导率变化很大，在这里，我们提出了一个封闭的校准和评估程序的频率高达5 GHz的，基于严格的解决方案的电磁场分布内的样品结合变分原理，基本上没有限制的假设是必要的。一个简单的静态模型的基础上的电流分布证明产生相同的频率依赖性的复杂的电导率高达1 GHz。经过严格的讨论后，我们将所发展的方法应用于温度低至1K的Si：P中的跳跃输运。
2008-03-02 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci
High-frequency complex impedance analysis of the two-dimensional semiconducting MXene-$Ti_2CO_2$
MXene的二维化合物组具有独特的光学、电学、化学和机械性能，是一类特殊的过渡金属碳化物和氮化物。除了在Li-S、Li离子电池、导电电极、氢存储和燃料电池中的传统应用之外，半导体氧官能化MXene- $Ti_2CO_2$中的低晶格热导率与高电子迁移率的结合导致了最近对高性能热电和纳米电子器件的兴趣。除了上述直流传输应用外，鉴于人们对无线通信和透明导体应用的兴趣日益浓厚，了解它们之间的交流传输也至关重要。在这项工作中，我们调查使用我们最近开发的$ab~initio$传输模型，电子迁移率和电导率的实部和虚部最终描绘载流子传输超出室温的频率范围高达太赫兹范围。我们还对比了载流子迁移率和电导率与德鲁德的模型来描述其不准确性与实验进行了有意义的比较。我们的计算表明，声学变形势散射，压电散射和极性光学声子散射机制的影响。在不依赖于实验数据的情况下，我们的模型需要使用密度泛函理论从第一原理计算的输入。我们的研究结果为提供基于从头计算的交流输运计算奠定了基础，目前的研究MXene的高频应用。
2023-01-27 cond-mat.mtrl-sci
Band nesting and the optical response of two-dimensional semiconducting transition metal dichalcogenides
用从头算密度泛函理论研究了二维半导体过渡金属二硫族化合物（STMDC）的光学电导。我们发现这类材料由于能带嵌套现象而呈现出很大的光学响应。在这些材料的能带结构中，范霍夫奇异性的存在增强了带嵌套的趋势。考虑到2D晶体是原子级薄且自然透明的，我们的结果表明即使在2D中也可能具有强的光子-电子相互作用。
2013-08-02 cond-mat.mtrl-sci
Outstandingly high thermal conductivity, elastic modulus, carrier mobility and piezoelectricity in two-dimensional semiconducting CrC2N4: A first-principles study
单层MoSi 2N 4的实验实现是二维（2D）材料领域的最新突破性进展之一。受此启发，本文采用第一性原理计算研究了MC_2N_4（M= Cr，Mo，W，V，Nb，Ta，Ti，Zr，Hf）单分子膜的稳定性.所获得的结果证实了MC 2N 4（M= Cr，Mo，W，V）纳米片的理想的热，动力学和机械稳定性。有趣的是，CrC 2N 4，MoC 2N 4和WC 2N 4单层被发现是半导体，带隙分别为2.32，2.76和2.86 eV，使用HSE 06功能，而VC 2N 4晶格显示金属性质。CrC 2N 4单层的直接带隙半导体性质导致可见光的优异吸收。CrC 2N 4纳米片的弹性模量和拉伸强度被预测为非常高，分别为676和54.8 GPa。基于Boltzmann输运方程的迭代解，预测CrC 2N 4单层的室温晶格热导率为350 W/mK，是二维半导体中最高的。CrC_2N_4和WC_2N_4晶格也表现出非常高的压电系数。这项研究介绍了CrC 2N 4纳米片作为一种新型的2D半导体，具有非常高的机械强度，热导率，载流子迁移率和压电系数。
2021-08-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
High thermal conductivity in semiconducting Janus and non-Janus diamanes
最近，F-二金刚烷单分子层是通过双层石墨烯的沉积而实验实现的。在这项工作中，我们精心探索的电子和热导率响应的二烷晶格的同或杂官能团，包括：非Janus C2 H，C2F和C2Cl二烷和Janus对应的C4 HF，C4 HCl和C4 FCl。值得注意的是，C_2H，C_2F，C_2Cl，C_4HF，C_4HCl和C_4FCl金刚烷显示出不同的电子带隙，分别为3.86，5.68，2.42，4.17，0.86和2.05 eV。使用Boltzmann输运方程的完全迭代解获得金刚石纳米片的热导率，通过采用机器学习原子间势获得非谐力常数来大幅加速计算。根据我们的结果，石墨烯和C2 H、C2 F、C2 Cl、C4 HF、C4 HCl和C4 FCl二金刚石单层的室温晶格热导率估计分别为3636、1145、377、146、454、244和196 W/mK。深入探讨了官能团对二金刚石纳米片导热性能的影响机理。我们的研究结果突出了功能基团的电子和热传导响应的金刚石纳米片的实质性作用。
2020-06-07 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Metal to insulator transition, colossal Seebeck coefficient and ultralow thermal conductivity in solution-processed monodispersed nickel nanoparticles
我们在这里报告金属到绝缘体的转变，巨大的塞贝克系数和超低的热导率（其体积值的0.0057分之一，显着小于许多众所周知的热电材料和硅，显示在热电，电子和光子学的散热的潜在应用）在单分散的良好特征的Ni纳米粒子。因此，热电功率因数和品质因数显着增强相比，他们的散装对应。有趣的是，已经观察到从金属到半导体到最终电绝缘行为的系统交叉，大的负电阻温度系数和n型导电到p型导电的颗粒尺寸减小。这些结果主要归因于金属/有机物界面的形成、局域电子密度的增强以及各种缺陷对电子和声子的多尺度散射。因此，这项研究将开辟一条新的途径，使更好的热电通过纳入这样的纳米粒子在半导体主机。
2020-01-27 cond-mat.mtrl-sci
Determination of the parameters of semiconducting CdF2:In with Schottky barriers from radio-frequency measurements
通过测量肖特基势垒样品在频率10 - 10^6 Hz范围内的射频响应，确定了掺In半导体CdF_2晶体的物理性质。通过对样品复阻抗的频率依赖性进行等效电路分析，得到了CdF_2的直流电导率、两性杂质的激活能和活性In离子的总浓度。动力学系数确定的深和浅的状态之间的In杂质和这些状态之间的势垒高度的热诱导的过渡从依赖于时间的射频响应后，照射的材料。对CdF_2：In的低频电导率的测量结果与亚毫米波（10^{11}-10 ^{12} Hz）测量结果和未掺杂CdF_2的室温红外测量结果进行了比较。具有肖特基势垒的半导体样品的低频阻抗测量被证明是研究半导体物理性质的一个很好的工具。
2001-10-25 cond-mat.mtrl-sci
Ab initio thermal conductivity of Ge$_x$Sn$_{1-x}$O$_2$ alloys
本文通过第一性原理计算研究了金红石型GeO2、SnO2及其合金的热导率，定量分析了合金无序、温度和同位素分布的影响，发现合金室温热导率仍可与β-Ga2O3相当或更优，为电子器件热学设计提供了指导。
2025-03-10 cond-mat.mtrl-sci
Phonon Coupled Scattering Caused Ultralow Lattice Thermal Conductivity and Its Role in The Remarkable Thermoelectric Performance of Newly Predicted SiS2 and SiSe2 monolayers
为了实现高效率的热电转换，不仅需要改进材料的性能，而且需要预测和合成新的热电材料。本文利用密度泛函理论和玻尔兹曼输运方程对新近预测的IVA-VIA族二维半导体SiS 2和SiSe 2单层膜的热电性能进行了系统的研究。我们计算的晶格热导率（kph）是超低的，这导致非常高的热电优值（ZT）值为0.78（0.80）在500 K的SiS 2（SiSe 2）单层。超低的kph值归因于声学和低频光学分支的声子-声子耦合，这导致较大的散射、低群速度、较小的平均自由程和较短的声子寿命。从我们的研究中还发现，p型掺杂比n型掺杂更有效地获得最佳的功率因数（PF）和ZT。我们的理论研究表明，新预测的半导体SiS 2和SiSe 2单层可以是非常有前途的热电材料，用于制造高效率的热电发电机，将废热转换为电能。
2021-01-22 cond-mat.mtrl-sci
Thermoelectric Properties of Intermetallic Semiconducting RuIn3 and Metallic IrIn3
报道了半导体RuIn 3和金属IrIn 3的低温（<400 K）热电性能。RuIn 3是一种窄带隙半导体，在室温下具有大的n型Seebeck系数（S（290 K）~400 μV/K），但由于电阻率和热导率较高（κ（290 K）~ 2.0 W/m K），热电优值（ZT（290 K）= 0.007）较小。IrIn 3是一种在室温下具有低热电势（S（290 K）~20 μV/K）的金属。钌位置上的铱取代对输运性质具有显著影响，这导致功率因数和相应的品质因数（ZT（380 K）= 0.053）的大的改善，从而将材料的效率提高了超过一个数量级。
2013-01-22 cond-mat.mtrl-sci
Semiconducting nature and thermal transport studies of ZrTe3
我们报告的电和热输运性质的多晶ZrTe 3。多晶样品显示出半导体行为，与化合物的既定半金属特性形成对比。在50 - 100 K的温度范围内，电荷密度波（CDW）转变保持完整，热导率和Seebeck系数都有明显的变化。热导率指向额外的散射从低频声子（声子软化）在附近的CDW转变。在多晶化合物的运输是由较小尺寸的极化子在可变范围跳跃（VRH）区域。然而，多晶化合物中无序度的增加抑制了CDW转变。在相似的温度范围内，在Seebeck系数数据中也观察到VRH行为。塞贝克系数表明载流子（电子和空穴）之间存在竞争。
2019-01-22 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Quantum Transport in Ultrahigh-Conductivity Carbon Nanotube Fibers
研究揭示了超高导电碳纳米管纤维中量子输运的相相干机制，通过混合3D+1D模型解释了弱局域化效应及温度依赖性。
2025-11-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Optical properties of cubic boron arsenide
砷化硼的高导热性使其成为下一代电子学和光电子学的一种有前途的材料。在这项工作中，我们报告测量的光学性质的立方砷化硼晶体，包括复杂的介电函数，折射率，在紫外线，可见光和近红外波长范围内的吸收系数。在室温下使用椭圆偏振光谱法以及透射和反射光谱法收集数据。我们利用密度泛函和多体微扰理论，考虑准粒子和激子修正，进一步计算了光学响应。直接和间接带隙的计算值（4.25 eV和2.07 eV）与测量结果（4.12 eV和2.02 eV）吻合得很好。我们的研究结果有助于在新型电子和光电应用中使用砷化硼，利用其已证明的热导率和预测的高双极载流子迁移率。
2019-11-12 cond-mat.mtrl-sci
Improved Electrical Conductivity of Copper and Nitrogen Functionalized Carbon Nanotubes
本研究采用第一性原理计算考察铜、氮掺杂及缺陷对金属型和半导体型碳纳米管电输运的影响，发现N-吡咯氮官能团可使半导体型CNT导电性较仅掺铜提高约30倍，且预测与实验吻合。
2024-08-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Combinatorial synthesis of cation-disordered manganese tin nitride MnSnN$_2$ thin films with magnetic and semiconducting properties
该研究结合计算预测与组合溅射合成新型 MnSnN$_2$ 薄膜，证实其在宽成分范围内呈阳离子无序，并兼具低温磁关联与半导体特性。
2022-06-14 cond-mat.mtrl-sci
Optical, vibrational, and electronic properties of semiconducting YbN
Robinson Research Institute, Victoria University of Wellington（罗宾逊研究所，惠灵顿维多利亚大学）；The MacDiarmid Institute for Advanced Materials and Nanotechnology, Victoria University of Wellington（麦克迪亚米德先进材料与纳米技术研究所，惠灵顿维多利亚大学）
研究通过拉曼光谱、傅里叶变换红外光谱和电输运测量，结合密度泛函理论，探讨了绝缘YbN薄膜的振动、光学和电子性质，发现其电阻率与绝缘基态一致，并发现费米能位于无序导带最小值中。
2026-05-16 cond-mat.mtrl-sci
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
Defect-induced conductivity anisotropy in MoS2 monolayers
各种类型的缺陷在二硫化钼单层及其对电子结构和输运性质的影响进行了研究，使用密度泛函为基础的紧束缚方法结合格林函数的方法。MoS2单分子膜中的本征缺陷显著影响其电子性质。即使在低浓度下，它们也会显著改变量子电导。虽然电子输运实际上是各向同性的原始二硫化钼，强烈的各向异性中观察到的缺陷的存在。在半导体MoS2中观察到局部中间带隙状态，其对电导率没有贡献，但方向相关的散射电流，并且电导率在线缺陷和选定的晶界模型之间强烈降低。
2013-12-12 cond-mat.mtrl-sci
Boron isotope effect on the thermal conductivity of boron arsenide single crystals
最近发现具有锌双金属结构的砷化硼（BAs）具有异常的热导率（k），这为BAs等高热导率材料的研究提供了新的前景。随着晶体生长技术的不断发展，硼同位素对钡单晶热导率的影响仍不完全清楚。在这里，我们报告了详细的研究与不同的同位素比的BA的单晶生长，并证明，同位素纯的BA的k是至少10%以上，比从天然B生长的BA。拉曼光谱表征显示不同的BA样品之间的散射的差异。所得结果对进一步研究同位素对优化BAs的k值的影响具有指导意义。
2019-10-04 cond-mat.mtrl-sci
Carbon nanotubes on partially depassivated n-doped Si(100)-(2x1):H substrates
我们提出了一个半导体碳纳米管的机械结构和电子性质的研究支持部分脱钝化硅衬底，推断从地形和光谱数据获得的室温下真空扫描隧道显微镜和密度泛函理论计算。从实验和理论两方面证实了半导体碳纳米管在Si（100）-（2x 1）：H上的机械畸变和掺杂，氢去钝化条带宽达100埃。这里提出的结果指向新的和本地功能的纳米管半导体接口。
2009-06-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Semiconducting Characteristics of Magnesium-Doped Al2O3 Single Crystals
采用直流和交流电测量方法研究了不同[Mg]^0中心浓度的α-Al_2 O_3：Mg样品的电导率，并通过2.56 eV处的光吸收峰监测了[Mg]^0中心的浓度。在低电场下，DC测量揭示阻塞接触。在负电极处发射稳定的电致发光，表明载流子主要是空穴。低电压交流测量表明，样品的等效电路是与电容并联连接的结电容串联的体电阻，电容代表样品的介电常数。在DC和AC实验中确定的体电阻的值是在良好的协议。Al 2 O3：Mg晶体的电导率随[Mg]^0中心的浓度线性增加，与晶体中还存在的其他杂质的量无关，并且在$c_{\perpendicular}$方向上比在$c_{\parallel}$方向上高四倍。电导率是热激活的，激活能为0.68 eV，这与以下因素无关：1）[Mg]^0含量，2）晶体取向，以及3）其他杂质的浓度。这些结果支持{ \it小极化子运动}机制。
2000-12-04 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Triggering superconductivity, semiconducting states, and ternary valley structure in graphene via functionalization with Si-N layers
在石墨烯基二维（2D）材料中，打开带隙和实现静态谷控制已经被长期寻求。受最近成功合成Si-N层钝化的2D材料的启发，在这里，我们通过第一性原理计算提出了两种新的石墨烯基材料，2D C2 SiN和CSiN。单层C2 SiN是金属的，并且在低温下实现超导性。单层CSiN具有优异的稳定性和机械性能。它是一种具有电子载流子的三元谷结构的半导体。与现有的valleytronic平台不同，这些谷可以通过施加单轴应变来控制。载流子的谷极化进一步表现为各向异性电导率的显著变化，这可以在简单的电学测量中检测到。强相互作用效应也导致激子结合能增大，增强了紫外光吸收。我们的工作为在二维材料中实现超导电性、三元谷结构和具有增强光吸收的半导体开辟了新的途径。
2022-09-09 cond-mat.mtrl-sci
Anti-site disorder and Berry curvature driven anomalous Hall effect in spin gapless semiconducting Mn2CoAl Heusler compound
自旋无带隙半导体是一类自旋通道带隙有限，而另一类自旋通道带隙闭合的新型磁性材料，在自旋电子学领域有着巨大的应用潜力。在反Heusler化合物Mn 2CoAl中观察到了自旋无带隙半导体行为的第一个实验证据。在这里，我们报告的晶体结构和异常霍尔效应在Mn 2CoAl的实验和理论研究的详细调查。高分辨率的同步辐射X射线衍射数据的分析表明反赫斯勒结构内的Mn和Al原子之间的反位无序。随温度变化的电阻率显示半导体行为，并遵循无序金属的Mooijs标准。反常霍尔电阻率的标度行为表明，Mn 2 CoAl中的反常霍尔效应主要受动量空间中Berry曲率的内禀机制控制。实验的本征反常霍尔电导率（AHC）被发现是35 S/cm，这是相当大的有序Mn 2CoAl的理论预测值。我们的第一性原理计算得出的结论是，Mn和Al原子之间的反位无序增强的Berry曲率，因此本征AHC的值，这是在一个非常好的协议与实验。
2022-10-14 cond-mat.mtrl-sci
Dramatic Failure of the Callaway Description of Heat Flow in Boron Arsenide and Boron Antimonide Driven by Phonon Scattering Selection Rules
本研究发现Callaway简化热流模型在多数超高热导率材料中表现良好，但因无法描述砷化硼、锑化硼中多选择定则共同限制的声子散射而显著失效，为相关模型适用性与声子散射本质研究提供了见解。
2023-09-01 cond-mat.mtrl-sci
Thermal Conductivity of Chirality-Sorted Carbon Nanotube Networks
单壁碳纳米管（SWNTs）的热性能是显着的兴趣，但其依赖于单壁碳纳米管的手性一直是，到现在为止，没有实验探索。在这里，我们使用电加热和红外热成像，同时研究手性排序单壁碳纳米管网络的热和电输运。我们研究了溶液处理90%半导体，90%金属，纯化未分选（66%半导体），和生长HiPco单壁碳纳米管薄膜。这些膜的热导率范围为80至370 W/m/K，但不受手性控制，而是取决于网络的形态（即质量和结密度，准对齐）。测得的热导率的上限范围与最好的金属（Cu和Ag）相当，但质量密度低了一个数量级。这项研究揭示了重要的因素控制的重量轻的手性排序单壁碳纳米管薄膜的热性能，为潜在的热和热电应用。
2016-01-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Thermoelectric properties of semiconducting materials with parabolic and pudding-mold band structures
我们从理论上研究了半导体（间隙）材料的热电性能，通过改变多项式的能量色散关系，其中无论是价或传导能量色散取决于波矢量的幂的2，4，和6的程度。热电输运系数，如塞贝克系数，电导率和热导率内的线性玻尔兹曼输运理论结合弛豫时间近似计算。我们考虑各种影响，如带隙，维数，和色散功率，以了解的条件，可以得到最佳的热电效率或品质因数（$ZT$）。计算结果表明，所谓的布丁模能带结构比抛物线能带结构产生更大的电导率和热导率，但两者的Seebeck系数没有显著差异。此外，我们发现，高的$ZT$可以通过调整材料的带隙到一个最佳值，同时打破带对称性。最大的$ZT$被发现在一个组合的两个对比的多项式权力的色散关系的价带和导带。这种能带不对称性也使电荷中性远离未掺杂能级，并允许最佳的$ZT$位于较小的化学势。在适当的导热系数参数下，块体体系的最大$ZT$可以大于1，而一维体系的最大$ZT$甚至可以达到4。我们希望这项工作能够引发高通量计算，用于筛选结合半导体能量色散关系中各种多项式幂的潜在热电材料。
2022-06-01 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech
A Record-High Ion Storage Capacity of T-Graphene as Two-Dimensional Anode Material for Li-ion and Na-ion Batteries
近年来，开发具有高性能，特别是具有高离子存储容量的可应用的二维（2D）电极材料已成为越来越令人着迷的追求。基于第一性原理计算，我们报道了一种新型碳基二维材料T-石墨烯具有创纪录的Li/Na存储容量。T-石墨烯对Li的容量高达2233.2 mA h g-1，对Na的容量可达2357.2 mA h g-1，是商用石墨的6倍，是迄今为止鉴定的2D负极材料中最高的。研究表明，T型石墨烯的储能能力主要得益于其较低的原子质量和特殊的周期性晶格结构。T-石墨烯不仅具有储能容量，而且具有稳定的离子吸附、良好的导电性、快的离子扩散速度和低的开路电压等优点，是锂离子电池和钠离子电池储能容量的优良负极材料。
2020-06-03 cond-mat.mtrl-sci
Mechanical, optical, and thermoelectric properties of semiconducting ZnIn2X4 (X= S, Se, Te) monolayers
ZnIn 2X 4单层的机械稳定性。ZnIn 2S 4和ZnIn 2Se 4是直接带隙分别为3.94和2.77 eV的半导体，而ZnIn 2 Te 4在G 0 W 0能级处显示出1.84 eV的间接带隙。从Bethe-Salpeter方程的解决方案实现的光学性质预测的ZnIn 2S 4，ZnIn 2Se 4，和ZnIn 2 Te 4单层的激子结合能分别为0.51，0.41，和0.34 eV，这表明高稳定性的激子状态对热解离。使用机器学习原子间势加速的玻尔兹曼输运方程的迭代解，ZnIn 2S 4，ZnIn 2Se 4和ZnIn 2 Te 4单层的室温晶格热导率预测分别为5.8，2.0和0.4 W/mK。由于低的晶格热导率，高的热电势，和大的品质因数，我们提出的ZnIn 2Se 4和ZnIn 2 Te 4单层作为有前途的候选人的热电能量转换系统。这项研究提供了一个广泛的视野有关的内在物理性质的ZnIn 2X 4纳米片，并强调其特性的能量转换和光电子应用。
2022-02-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
On semiconductor--metal transition in FeSi induced by ultrahigh magnetic field
在低温下，一硅化铁是一种强相关的窄禁带半导体。在355 T下首次观察到了由磁场诱导的一级金属态跃迁。B. Kudasov等人，JETP Lett. 68（1998）350]。然而，最近在参考文献[D]中的类似条件下发现了从230 T到270 T的平滑过渡。Nakamura等人，物理修订信函127（2021）156601]。这种差异远远超出了实验误差，值得仔细研究。电导率测量的感应和RF技术的方法分析表明，这些关键的磁场估计的差异源于技术的动态范围的分歧。事实上，上述方法是相辅相成的。磁场作用下的FeSi超导体-金属相变是一个复杂的现象，它发生在很宽的磁场范围内。
2023-02-05 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Chemical Functionalization of Graphene Nanoribbons by Carboxyl Groups on Stone-Wales Defects
利用密度泛函理论，我们研究了羧基对具有Stone-Wales（SW）缺陷的半导体石墨烯纳米带（GNRs）的化学功能化作用.结果表明，COOH的单吸附和双吸附均能显著提高GNRs的几何结构和电子性质，且其电导率敏感地依赖于SW缺陷COOH对（SWDCP）的轴向浓度.随着SWDCP轴向浓度的增加，体系由半导体行为向p型金属行为转变。这一事实使得GNRs成为基于石墨烯纳米带的化学传感器和纳米电子器件的可能候选者。
2007-10-17 cond-mat.mtrl-sci
p-Type semiconducting properties in lithium-doped MgO single crystals
通过在250-673 K温度区间内的直流和交流电测量研究了Li掺杂MgO晶体在高温下氧化时电导率的显著增强。通过光吸收测量来监测由氧化产生的（[Li]^{0}）中心（各自具有捕获空穴的Li^{+}离子）的浓度。直流和交流实验都提供了一致的体电阻值。氧化MgO：Li晶体的电导率随（[Li]^{0}）心浓度的增加而线性增加。电导率被热激活，激活能为（0.70 +/- 0.01）eV，与（[Li]^{0}）含量无关。\textit{standard semiconducting}机理令人满意地解释了这些结果。自由空穴是带传导的主要贡献，因为它们被捕获在（[Li]^{0}）-受体中心处或从（[Li]^{0}）-受体中心释放。在生长态MgO：Li晶体中，由于（[Li]^{0}）中心的形成，电流随时间急剧增加。在1.3和0.7 eV之间的活化能值可能是用于产生（[Li]^{0}）中心的活化能和这些中心的电离活化能的组合。由于焦耳加热到（[Li]^{0}）中心不稳定的温度，通过施加电场可以在氧化晶体中诱导（[Li]^{0}）中心的破坏。
2002-01-28 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Thermally activated conductivity in gapped bilayer graphene
这是一个门控双层石墨烯-一种新型的半导体材料，具有可调的带隙的电子输运的理论研究。结果表明，哪一层的赝自旋相干增强了亚带电导率，有利于热激活输运。提出的机制也可以导致非单调的电导率与温度的依赖性在带隙尺寸的顺序为10毫电子伏。这种效应可以在夹在氮化硼中的带隙双层石墨烯中观察到，其中电子-空穴水坑和弯曲声子被强烈抑制。
2012-05-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Spin gapless semiconducting behavior in equiatomic quaternary CoFeMnSi Heusler alloy
自旋无带隙半导体（SGS）形成了一类新的磁性半导体，其对于一个自旋子带具有带隙，而对于另一个自旋子带具有零带隙，因此可用于基于可调谐自旋输运的应用。本文报道了CoFeMnSi Heusler合金中自旋无带隙半导体行为的第一个实验证据。第一性原理能带结构计算也证实了这种行为。通过实验验证了理论计算得到的最稳定构型。该合金被发现结晶在立方Heusler结构（LiMgPdSn型）与一定量的无序，并具有3.7玻尔磁子/f. u的饱和磁化强度。居里温度为620 K。发现饱和磁化强度遵循Slater Pauling行为，这是SGS的先决条件之一。在5 ~ 300 K范围内，载流子浓度和电导率几乎与温度无关。在5 K时获得了162 S/cm的反常霍尔系数。点接触Andreev反射数据已经产生了0.64的电流自旋极化值，这被认为是对结构紊乱的鲁棒性。所有这些性质对于自旋电子学的应用，如自旋注入，是非常有前途的，可以弥补半金属铁磁体和半导体之间的对比行为之间的差距。
2014-10-01 cond-mat.mtrl-sci
Temperature-dependent thermal conductivity in Mg-doped and undoped $β$-$\mathrm{Ga_2O_3}$ bulk-crystals
对于$β$ - $\mathrm{Ga_2O_3}$，关于热性能，特别是导热率$λ$，仅有很少的信息存在。在此，通过在具有$200~\mathrm{μm}$和$800~\mathrm{μm}$厚度的切克劳斯基生长的$β$ - $\mathrm{Ga_2O_3}$块状晶体上应用电3 $ω$方法来测量热导率。在室温下，Mg掺杂的电绝缘和未掺杂的半导体$β$-$\mathrm{Ga_2O_3}$中沿[100]方向的热导率被证实为两种晶体的$13\pm 1~\mathrm{Wm^{-1}K^{-1}}$。随着温度降低至$25~\mathrm{K}$至$λ(25~\mathrm{K})=(5.3\pm 0.6)\cdot 10^2~\mathrm{Wm^{-1}K^{-1}}$，热导率增加。在室温以下，$λ$的声子贡献超过电子贡献。观测到的$λ(T)$函数符合声子-声子-Umklapp散射和Debye模型，其比热约为Debye温度$T\gtrsim 90~\mathrm{K}$的$0.1$倍。本文详细讨论了$T< θ_\mathrm{D}$的声子-声子-Umklapp散射。考虑了点缺陷散射对$T<100~\mathrm{K}$的影响。
2014-09-12 cond-mat.mtrl-sci
