Structure and Vibrations of the Vicinal Copper (211) Surface
本文用平面波赝势方法对Cu（211）表面的表面弛豫和晶格动力学进行了第一性原理研究。我们发现大的原子弛豫的前几个原子层附近的台阶边缘在这个表面上，和大量的步骤引起的表面谐波力常数重整化。我们利用这些结果研究了平衡态结构周围的谐波涨落，发现了三个新的阶跃特征。这些结果与以前的理论工作和weith使用非弹性He散射的实验研究的比较报告。
1997-12-05 cond-mat.mtrl-sci
Orientation- and pressure-dependence of the vibrational response of a monolayer crystal on a vicinal diamond surface
本研究通过偏振拉曼光谱发现，高压下单层WS2在邻晶金刚石表面的振动响应强烈依赖于表面原子台阶取向，锯齿方向沿台阶时2LA模式强度骤降。
2025-04-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
Effective removal of global tilt from topography images of vicinal surfaces with narrow terraces
针对窄台阶近邻表面形貌图像处理困难的问题，提出高斯模糊差分法和可见高度直方图优化平面扣除法，有效去除噪声与全局倾斜，实现了Si(556)和Si(557)表面原子结构的无畸变成像。
2024-09-27 cond-mat.mtrl-sci
Orientation and structure of triple step staircase on vicinal Si(1 1 1) surfaces
用扫描隧道显微镜和低能电子衍射斑点轮廓分析研究了Si（111）面的[-1-12]向倾斜。已经确定，由规则间隔的三个台阶和宽度等于Si（111）-7x7表面结构的单个晶胞的宽度的（111）阶地组成的表面具有（7 7 10）取向。提出了一个三步原子模型。
2019-03-16 cond-mat.mtrl-sci
Substrate-Controlled Magnetism: Fe nanowires on vicinal Cu surfaces
在这里，我们提出了一种新的方法来控制原子级纳米线的磁相互作用。我们的从头计算表明，有可能调整的Fe纳米线上形成的邻Cu表面的磁性。线内和线间的磁交换参数从DFT计算中提取。这项研究表明，有效的线间磁交换参数表现出Ruderman-Kittel-Kasuya-Yosida（RKKY）振荡作为Fe线间分离的函数。邻近Cu表面的选择提供了控制磁耦合的可能性。此外，在蒙特卡罗模拟中使用了各向异性海森堡模型来研究这些磁位形在有限温度下的稳定性。预测的Fe纳米线在Cu（422）和Cu（533）表面上的临界温度远高于室温。
2019-02-14 cond-mat.mtrl-sci
Density-functional theory investigation of oxygen adsorption at Pd(11N)(N=3,5,7) vicinal surfaces
本文采用密度泛函理论研究了氧在Pd（11 N）（N = 3，5，7）邻位表面的吸附，该邻位表面呈现出（111）阶和（100）阶的宽度增加.我们发现结合主要是由在吸附位点的本地协调。这导致在所有三个相邻表面的三重台阶位置处非常相似的键合性质，而在Pd（117）的四原子行平台中的中心四重中空位置处的键合已经很少受到相邻台阶的存在的干扰。
2006-06-01 cond-mat.mtrl-sci
Anisotropic dynamics of a vicinal surface under the meandering step instability
我们研究了Bales-Zangwill不稳定性的非线性演化，该不稳定性导致了原子台阶在不断增长的邻位面上的曲折运动。本文发展了一种渐近方法，在连续极限下导出了二维阶跃流的演化方程。晶体表面的动力学受到其几何形状固有的各向异性的极大影响，并且其特征在于沿着台阶方向的起伏的粗化和在平均斜率方向的弹性松弛。我们证明，使用相似的参数，曲折和步骤流的合并遵循简单的标度律，并推导出的特征长度尺度和高度振幅的指数。这些结果的实验的相关性进行了讨论。
2009-10-17 cond-mat.mtrl-sci
Phonons of Metallic Vicinal Surfaces
我们提出了一个分析的金属邻面的振动动力学使用嵌入原子的方法来描述的相互作用势和一个真实的空间格林函数方法和一个平板方法来计算声子。我们报告了两个主要的一般特征：一个全球性的转变的表面振动态密度软化的力场。后者是一个直接的结果，减少协调的不同类型的表面原子;和外观的高频模式以上的散装带，导致从一个硬化的力场附近的台阶原子。后者是由于表面原子弛豫过程中原子位置的重排，使台阶原子附近的最近邻距离大大缩短。
2001-11-13 cond-mat.mtrl-sci
Modelisation of transition and noble metal vicinal surfaces: energetics, vibrations and stability
过渡金属和贵金属（Rh，Pd，Cu）邻位表面的能量学，即，在紧束缚近似下，采用{ \it s，p}和{ \it d}价轨道基组，研究了0 K下的表面能、台阶能、扭结能和台阶间的电子相互作用.在谐波近似下，利用半经验原子间相互作用势研究了铜的表面声子谱。这允许导出声子在有限温度下对步骤自由能和步骤之间的相互作用的贡献。最后一部分专门讨论了邻面相对于刻面的稳定性，特别注意（100）-（111）方向的域。半经验的潜力被证明是不够现实的，给这个问题一个可靠的答案。来自电子结构计算的结果预测的各种行为，特别是，一个可能的刻面到其他两个相邻的方向。最后讨论了温度效应。与其他理论工作和现有的实验进行了比较。
2004-06-25 cond-mat.mtrl-sci
Coherent scattering from silicon mocrystal surface
使用相干X射线散射，我们证明了原子台阶粗糙度在[111]邻位表面的硅单晶的0.05度错位。在倒易空间的（1/2 1/2 1/2）反布拉格位置附近（该位置对[111]表面特别敏感），截断棒呈现出对比散斑图案，该对比散斑图案合并成更接近本体的（111）布拉格峰的单个峰。沿[111]方向的散斑的细长形状证实了该技术的单原子阶跃灵敏度。该实验为研究晶体表面的阶跃动力学开辟了道路。
2009-08-11 cond-mat.mtrl-sci
Structure and dynamics of oxygen adsorbed on Ag(100) vicinal surfaces
用密度泛函理论研究了原子氧在Ag（410）和Ag（210）表面的吸附结构和动力学。我们的研究结果表明，O吸附原子装饰的（110）台阶形成O-Ag-O行的上侧的吸附配置是特别稳定的两个表面。在Ag（210）上，这种排列在所有研究的覆盖率下都比其他构型更稳定。在Ag（410）上，台阶边缘和平台边缘的吸附几乎是简并的，前者在低覆盖度时稍有优势，而后者则随着覆盖度的增加而稳定。这些研究结果证实了密度泛函微扰理论计算的振动模式之间的比较，和最近已经在这些系统中测量的HREEL光谱。
2004-03-15 cond-mat.mtrl-sci
Period-dependent suppression of Fourier peaks for topography images: Analysis of periodicity of triple-step arrays on vicinal Si(h h m) surfaces
Institute for Physics of Microstructures Russian Academy of Sciences（俄罗斯科学院微观结构物理研究所）；Center for Advanced Mesoscience and Nanotechnology, Moscow Institute of Physics and Technology（莫斯科物理技术学院先进介观科学与纳米技术中心）；Lobachevsky State University of Nizhny Novgorod（下诺夫哥罗德罗巴切夫斯基国立大学）；Osipyan Institute of Solid State Physics Russian Academy of Sciences（俄罗斯科学院奥西皮扬固体物理研究所）；National Research University Higher School of Economics (HSE University)（国立高等经济大学）
研究高米勒指数近邻表面多原子台阶周期性确定难题，通过高斯差分法从原始扫描隧道显微镜数据确定近邻Si(5\,5\,6)和Si(5 5 7)单晶晶片上三步阵列周期，精度接近原子间距离，还可用于其他近邻表面分析。
2026-10-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
X-ray scattering from stepped and kinked surfaces: An approach with the paracrystal model
描述了不同表面形貌的X射线散射的一般形式。基于在原子尺度上的表面形态的描述，通过使用的paracrystal模型和离散分布的距离，由非周期性表面的散射强度计算在整个倒易空间。在一维情况下，讨论了邻面、二能级模型、N能级模型、刻面和粗糙面的散射强度。在二维情况下，将已有的结果推广到了扭结邻面、两层邻面和邻面上的台阶曲折。考虑到台阶截断（产生台阶截断棒）和扭折截断（产生台阶截断棒），对晶体截断棒的概念进行了推广。
2007-07-23 cond-mat.mtrl-sci
Universal building block for (1 1 0)-family silicon and germanium surfaces
从第一性原理计算和与现有实验数据的比较，提出了（1 1 0）硅和锗表面及其附近的所有原子结构的基本组成部分的通用积木。基于积木块结构建立了（110）-（16 × 2）、（110）-c（8 × 10）、（110）-（5 × 8）和（17 15 1）-（2 × 1）表面重构的原子模型。该模型表现出非常低的表面能和良好的协议与偏压依赖的扫描隧道显微镜（STM）图像。实验表明，使用STM的Si（47 - 35 - 7）表面共享相同的积木。我们的研究结束了（1 1 0）硅和锗表面上长期争论的五边形结构。
2020-01-02 cond-mat.mtrl-sci
Theoretical Study of Atomic Structure and Elastic Properties of Branched Silicon Nanowires
从理论上研究了叉状和树枝状Y型硅纳米线结的原子结构和弹性性质，并利用Tersoff原子间相互作用势计算了有效杨氏模量.在弯曲的最后阶段，在Y形线的不同部分之间形成新的接合。结果发现，所考虑的纳米线的刚度可以与碳纳米管Y-结的刚度进行比较。
2009-05-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Magnetic anisotropy of vicinal (001) fcc Co films: role of crystal splitting and structure relaxation in step-decoration effect
计算了面心立方Co（$N$）薄膜（001）面上单台阶的单轴面内磁各向异性（UIP-MA）常数。对未装饰的台阶和用一根或多根（最多7根）Cu线装饰的台阶进行计算。我们的目标是解释的机制，通过该装饰降低的UIP-MA常数，这是实验观察到的效果，沉积在相邻的（001）Cu表面上的Co-Co薄膜，并可能导致在膜平面内的磁化重取向。用一个现实的紧束缚模型进行的理论计算表明，步骤装饰改变UIP-MA常数显着只有当分裂的各种$d$ -轨道之间的现场能量包括位于附近的步骤边缘的原子。台阶周围的原子结构的局部弛豫也被证明对UIP-MA常数的移动有显着的影响。通过检查台阶周围原子对UIP-MA常数的单独贡献，进一步分析了这两个相关因素的影响。得到的UIP-MA位移的大小与实验数据吻合得很好。还发现由于Cu和Co原子之间可能的电荷转移而产生的额外位移非常小。
2006-04-11 cond-mat.mtrl-sci
Electronic Structures of Atomic Silicon Dimer Wires as a Function of Length
本文通过STM与密度泛函理论研究了Si(100)表面由1至5个硅二聚体组成的原子线的电子结构，发现每个二聚体向带隙贡献一个空态并向价带贡献一个占据态，其耦合形成导电通路，且短线的结构与动力学特性与37二聚体长线相似。
2024-11-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Creation and annihilation of mobile fractional solitons in atomic chains
一维拓扑系统中的局域模，如拓扑超导体中的Majonara模，是鲁棒信息处理的有前途的平台。在一维拓扑绝缘体中，人们期望能产生可移动的拓扑孤子，但这一现象尚未完全实现。我们发现分数相缺陷沿着三聚体硅原子链移动，形成沿相邻硅表面的台阶边缘。隧道显微镜识别具有2π/3和4π/3相移的局部缺陷，其电子状态在带隙内，并且其运动在100 K以上被激活。理论计算揭示了分数电荷为{ \pm } 2 e/3和{ \pm } 4 e/3的相位缺陷的拓扑孤子起源。通过探针尖端的电流脉冲，可以在所需的位置产生和湮灭单个孤子。这里发现的移动和可操纵的拓扑孤子提供了一个新的平台，具有非凡的功能强大的保护信息。
2021-10-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Integrated silicon optomechanical transducers and their application in atomic force microscopy
本章介绍了基本的设计，模拟和制造全硅集成，波导耦合，光机械力和位移传感器。所有固定纳米光子组件与机械分离的可移动组件的全硅集成方法创造了独立设计这两个部件的机会，用于需要高精度，高带宽和小尺寸的各种MEMS和NEMS传感应用。用于静态和动态致动的致动器的进一步集成也是可能的。
2014-05-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Atomic White-Out: Enabling Atomic Circuitry Through Mechanically Induced Bonding of Single Hydrogen Atoms to a Silicon Surface
我们报道了机械诱导硅-氢共价键的形成及其在工程纳米电子器件中的应用。利用非接触式原子力显微镜（NC-AFM）的针尖，可以垂直操纵单个氢原子。当施加局部电子激发时，单个氢原子从氢钝化表面解吸，并且可以转移到尖端顶点，如从频移曲线中的独特签名所证明的。在隧道电子和电场的情况下，在0 V的扫描探针显微镜结中，在尖端顶点处的氢原子被带到非常接近硅悬挂键，诱导硅-氢共价键的机械形成和悬挂键的钝化。功能化的尖端被用来表征硅悬挂键的氢-硅表面上，被证明是增强扫描隧道显微镜（STM）的对比度，并允许NC-AFM成像与原子和化学键的对比度。通过实例，我们展示了这种原子尺度的机械操作技术在基于表面悬挂键的纳米电子器件的新兴技术工程中的重要性。
2017-06-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Semimetallic single atomic layer silicon allotrope with Dirac fermions
具有狄拉克点的材料是如此令人惊奇，因为载流子是无质量的，并且具有有效的光速。在已报道的二维硅同素异形体中，还没有一个表现出如此令人兴奋的性质被实验证明。这一事实促使我们寻找其他这样的二维硅同素异形体。因此，在这项工作中，一个新的单原子层薄硅同素异形体预测采用CALYPSO程序。这种硅同素异形体由Si-Si键连接的八元环组成，并呈现屈曲形成。电子计算结果表明，在费米能级上存在狄拉克点.此外，从头算分子动力学模拟表明，即使在1000 K的极高温度下，原始原子构型也能保持不变。我们希望这一工作能够扩展狄拉克费米子单原子层薄硅同素异形体的家族。
2017-04-29 cond-mat.mtrl-sci
Applications of silicon carbide as window materials in atomic cells and atomic devices
University of Science and Technology of China（中国科学技术大学）；Deep Space Exploration Laboratory（深空探测实验室）；Hefei National Laboratory, University of Science and Technology of China（合肥国家实验室）
本研究探讨了碳化硅作为替代材料在原子细胞制造中的应用，通过提升光学、热学和机械性能以改善原子器件性能。
2025-12-23 cond-mat.mtrl-sci physics.ins-det
Silicon and silicon-nitrogen impurities in graphene: structure, energetics and effects on electronic transport
我们从理论上研究了石墨烯中硅和硅氮杂质的原子结构和能量学。利用密度泛函理论，我们可以深入了解杂质的原子结构，评估它们的形成能并评估它们在现实样品中的丰度。我们发现，氮，以及氧和氢，被困在硅杂质，大大改变了系统的电子特性。此外，我们表明，氮掺杂可以诱导局部磁矩导致自旋相关的输运性质，即使硅和氮杂质本身都是磁性的。为了模拟具有许多随机分布的杂质的大系统，我们推导出描述杂质对石墨烯π电子结构的影响的紧束缚模型。然后利用线性标度的实空间Kubo-Greenwood方法，计算了杂质随机分布大系统的输运性质，得到了每种杂质的类指纹散射截面.输运性质变化很大，我们的研究结果表明，一些杂质甚至可以在实际的石墨烯样品中诱导强烈的局域化。
2015-08-31 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Atomic and electronic structures of a vacancy in amorphous silicon
局部地，在良好退火的非晶硅中的原子结构看起来类似于晶体硅。我们在这里解决的问题是否点缺陷，特别是空位，在非晶硅也类似于晶体。从密度泛函理论计算大量的几乎无缺陷的配置，放松后，原子已被删除，我们得出的结论是，几乎没有相似之处。该分析是基于形成能，弛豫能，键长，键角，Voronoporous体积，配位，原子电荷和电子间隙状态。所有这些量在非晶硅中跨越一个大的和连续的范围，而原子的去除导致形成一到两个键缺陷和局部原子密度的降低，键合网络的弛豫是非常有效的，并且空位的签名通常不同于晶体中的空位。
2019-12-19 cond-mat.mtrl-sci
Multiterminal Nanowire Junctions of Silicon: A Theoretical Prediction of Atomic Structure and Electronic Properties
采用经验方案，详细描述了一类新的奇异硅纳米团簇的原子结构，即中心二十面体核（Si-IC）和从Si-IC顶点生长的五角花瓣（Si-PP）.结果表明，Si-IC/Si-PP界面的形成是积极的优先。硅纳米结构的一些实验观察可以通过所提出的物体的存在来解释。扩展休克尔理论的电子结构计算表明，所提出的对象作为纳米隧道结的能力。
2007-09-14 cond-mat.mtrl-sci
Digital resonance tuning of high-Q/Vm silicon photonic crystal nanocavities by atomic layer deposition
我们提出并证明了数字谐振调谐的高Q/Vm硅光子晶体纳米腔使用自限制原子层沉积技术。通过这种后制造工艺，实现了在每个氧化铪原子层122 +/-18 pm的离散步长中对谐振的控制，在整个17 nm调谐范围内几乎是线性的。腔Q在这个微扰过程中保持不变，并且可以达到49，000或更高的初始值。我们的结果是高度可控的，适用于许多材料系统，特别是关键的匹配共振和过渡涉及介观光学腔。
2007-09-16 cond-mat.mtrl-sci
Structural Control of Atomic Silicon Wires
本研究首次在氢化Si(100)表面制备了可变长度硅悬挂键二聚体线，通过STM探针在低温下实现了对其翻转的精准控制，并验证了其作为可重写二进制存储元件和随机数生成器的潜力。
2025-06-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Ionic Charge Distributions in Silicon Atomic Wires
利用非接触式原子力显微镜（nc-AFM），我们研究了氢封端的硅（100）2x 1表面上的连续DB线结构。通过探测DB结构在不同的能量，我们确定形成以前未观察到的离子电荷分布相关的DB线的净电荷和预测的晶格畸变。进行光谱分析，我们确定了较高的能量配置对应的替代晶格畸变以及尖端诱导的充电效应。通过改变这些DB结构的长度和方向，我们进一步突出了这些离子表面相形成的关键特征。
2020-11-16 cond-mat.mtrl-sci
Theory of atomic scale quantum dots in silicon: dangling bond quantum dots on silicon surface
我们在这里提出了一个理论和计算工具，硅-{ \sc Qnano}，来描述硅中原子尺度的量子点。该方法被应用到模型的悬挂键量子点（DBQD）的钝化H：Si-（100）-（2 $\times$ 1）表面上创建的去除氢原子。DBQD的电子性质是通过将其嵌入硅原子的计算盒中来计算的。计算盒的表面通过使用DFT在{ \sc Abinit}程序中实现来构造。通过形成用H原子钝化的Si二聚体来重构顶层，而底层保持未重构并且用H原子完全饱和。通过将电子波函数展开为原子轨道的线性组合并将能带结构拟合到{ \it ab-initio}结果，计算的盒哈密顿量近似为紧束缚（TB）哈密顿量。用参数化TB哈密顿量模拟了原子数超过现有{ \it ab-initio}计算能力的大型有限Si（100）盒（板）.从重建的表面去除一个氢原子导致DBQD态的波函数强烈地局限于硅原子周围，能量在硅带隙中。DBQD可以带零个、一个和两个电子。计算了库仑矩阵元，得到了DBQD中两电子复合物的充电能。
2019-07-25 cond-mat.mtrl-sci
Single-Electron Capacitance Spectroscopy of Individual Dopants in Silicon
最近的运输实验和拟议的原子级半导体器件的动机，我们提出的测量，扩展扫描探针方法的范围，以辨别硅样品的表面下几十纳米的单个掺杂剂的属性。使用基于电容的方法，我们既有空间分辨的单个次表面硼受体，又有光谱检测的单个空穴进入和离开这些微小的原子系统。被确定为B+状态的共振示出从受体到受体的能量转移。我们研究这种行为与最近邻距离。通过直接测量量子能级和测试掺杂剂-掺杂剂相互作用的影响，这种方法代表了未来原子级半导体器件开发的有价值的工具。
2009-12-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
STM study of single phosphorus incorporation into silicon by heating PBr3 on Si(100)
Prokhorov General Physics Institute of the Russian Academy of Sciences（俄罗斯科学院普罗霍洛夫普通物理研究所）；HSE University（高等经济大学）
研究通过STM结合DFT，揭示了PBr3在Si(100)表面解离后，磷原子加热时与硅原子交换形成络合物的单原子掺杂机制，为精确单原子掺杂提供了原子级基础。
2026-07-31 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Real-Time Observation of Self-Interstitial Reactions on an Atomically Smooth Silicon Surface
自扩散和杂质扩散在高比表面积半导体纳米结构的制备中起着至关重要的作用。然而，半导体中点缺陷的体表面反应的实验研究受到极低浓度和晶格中单点缺陷可视化困难的强烈阻碍。在这里，我们报告的第一个实时实验观察的自填隙反应在一个大的原子级光滑的硅表面。我们发现，在860- 1000 ^oC温度范围内，金扩散过程中在硅体中产生的非平衡自激电子在（111）表面湮灭，产生硅从体到表面的净质量通量。二维岛的动力学过程主要由原子台阶边缘的反应控制。估算了自激子与表面相互作用的激活能和金通过表面渗入硅体的能垒。这些结果表明，表面形态可以深刻地影响表面-本体反应应该有重要的影响，纳米制造技术的发展。
2019-03-29 cond-mat.mtrl-sci
Silicon oxide nanoparticles grown on graphite by codeposition of the atomic constituents
该研究通过原子组分共沉积在HOPG上制备可调化学计量比的SiOₓ纳米颗粒网络薄膜，并揭示原子O对均匀性与1073 K热稳定性的关键作用。
2025-02-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Origins of anomalous electronic structures of epitaxial graphene on silicon carbide
在第一性原理计算的基础上，我们报道了在石墨烯和碳化硅表面之间出现了一种新的界面原子结构，破坏了石墨烯的狄拉克点，并在那里打开了一个相当大的能隙。在计算的原子结构，准周期$6\times 6$域模式出现了一个更大的相称的$6\sqrt{3}\times6\sqrt{3}R30^\circ$周期性的界面重建，解决了长期存在的实验争议的周期性的界面超结构。我们的理论能谱在石墨烯的Dirac点处显示出带隙和带隙中间态，这与最近观察到的异常角分辨光电子能谱非常一致。除了解决外延石墨烯无法解释的问题之外，我们的原子研究可能提供一种方法来设计衬底上石墨烯的能隙。
2008-04-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Quantum emitter formation dynamics and probing of radiation induced atomic disorder in silicon
硅中的近红外色心是片上集成量子发射器、光存取量子存储器和传感器的新兴候选者。我们访问系综G色心形成动力学和辐射诱导的原子在硅中的无序的一系列兆电子伏的质子通量条件。光致发光结果表明，脉冲质子辐照比连续波质子辐照更有效地形成G-中心。纳秒内增强的瞬态激发和动态退火允许优化G中心形成与非辐射缺陷积累的比率。当它们由中等脉冲质子注量产生时，G-中心保持约0.1 nm的窄线宽，而线宽随着脉冲质子注量的增加而显著加宽。这意味着空缺/间隙集群重叠碰撞级联。跟踪一系列辐照条件下的G-中心特性，使原子无序的灵敏探测，作为一个互补的分析方法，用于检测损伤积累。借助于${\it ab}$ ${\it initio}$电子结构计算，我们通过在G-中心附近引入空位和硅杂质，对原子无序引起的非均匀加宽进行了深入的研究.空位导致拉伸应变，并且可以导致G中心发射的红移或蓝移，这取决于其相对于G中心的位置。同时，Si晶体产生压应变，导致单调红移。高通量和可调离子脉冲使得能够探索辐射诱导缺陷的基本动力学以及用于量子信息处理的缺陷工程和量子比特合成的方法。
2023-02-11 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Self-aligned process for forming microlenses at the tips of vertical silicon nanowires by atomic layer deposition
微透镜是光电子学中的关键使能技术，允许光有效地耦合到图像传感器和发光二极管等设备。它们无处不在的性质激发了新制造技术的发展，因为现有的方法面临着挑战，因为微透镜被缩放到更小的尺寸。在这里，我们演示了通过快速原子层沉积（ALD）过程中的垂直取向的硅纳米线的尖端的微透镜的形成。该过程的性质是使得微透镜在纳米线上居中，并且存在对由纳米线间距引起的微透镜的最终尺寸的自限制效应。有限差分时域电磁模拟进行微透镜聚焦性能，包括显示其能力，以提高硅纳米结构的可见波长吸收。
2014-05-19 cond-mat.mtrl-sci
Possible atomic structures for the sub-bandgap absorption of chalcogen hyperdoped silicon
采用离子注入和纳秒激光熔凝的方法分别对单晶硅进行了硫、硒、碲元素的超掺杂。这种硫族元素的超掺杂赋予处理后的硅强而宽的亚带隙光吸收率。然而，当这些高掺杂硅在低温（如200~400 ℃）下热退火时，这种额外的亚带隙吸收率开始衰减。为了解释这种吸收率的衰减，我们认为它对应于从光吸收结构到非吸收结构的化学分解反应，并通过使用Arrhenius方程获得了对衰减的吸收率的很好的拟合。此外，我们从拟合中提取反应活化能，它们分别为0.343（+/-0.031）eV的S-，0.426（+/-0.042）eV的Se-，和0.317（+/-0.033）eV的Te-超掺杂硅。根据硫族元素-硅亚稳键的键能讨论了这些激活能，并指出硫族元素超掺杂硅亚带隙吸收的原子结构很可能是几个高能间隙位而不是取代位.
2015-05-14 cond-mat.mtrl-sci
Electron conduction through quasi-one-dimensional indium atomic wires on silicon
利用扫描隧道显微镜的局域结构分析阐明了电子通过硅上的准一维（1D）铟原子线（Si（111）-4x1-In重构）的传导。重建具有高达100 μ S的每平方电导，尽管有许多表面台阶，但具有全局传导。铟线完全生长到表面台阶和光刻印刷电极对于宏观输运是必不可少的。该系统在130 K时表现出金属-绝缘体转变，与最近的紫外光电子能谱研究一致[H。W. Yeom，S.武田，E.罗滕贝格岛Matsuda，K. Horikoshi，J. Schaefer，C. M.李，S。D. Kevan，T. Ohta，T. Nagao和S. Hasegawa，Phys. Rev. Lett. 82，4898（1999）]
2002-07-16 cond-mat.mtrl-sci
Magnetic field and temperature sensing with atomic-scale spin defects in silicon carbide
量子系统可以在从生物科学到纳米技术的各种传感应用中提供出色的性能。碳化硅中的原子级缺陷在这方面是非常有吸引力的，因为这种材料的技术优势和有利的光学和射频光谱范围来控制这些缺陷。我们确定了几个，单独寻址的自旋3/2中心在同一碳化硅晶体，这是免疫非轴向应变波动。它们中的一些的特点是几乎与温度无关的轴向晶体场，使这些中心非常有吸引力的矢量磁强计。另一个中心的零场分裂在室温下表现出-1.1MHz/K的巨大热位移，可用于测温。我们还讨论了利用不同的热响应的自旋中心的同步复合时钟。
2014-03-30 cond-mat.mtrl-sci
Modelling atomic and nanoscale structure in the silicon-oxygen system through active machine learning
针对硅-氧体系纳米尺度异质性的理解挑战，本文提出基于原子机器学习与主动学习工作流的统一计算描述方法，成功应用于多场景并验证其捕捉超原子尺度结构复杂性的能力。
2023-09-07 cond-mat.mtrl-sci
Atomically flat two-dimensional silicon crystals with versatile electronic properties
硅（Si）由于其在半导体科学和技术中的重要性而被广泛研究。虽然寻找具有不寻常特性的新三维（3D）Si晶体的努力取得了一些进展，但其二维（2D）相尚未被探索。在这里，基于一个新开发的系统$ab$ $initio$材料搜索策略，我们报告了一系列新颖的二维硅晶体与前所未有的结构和电子性能。新的结构表现出完美的平面最外表面层的扭曲的六边形网络与它们的厚度变化与内部的原子排列。通过改变厚度和表面氧化，可以实现电子性质的巨大变化，从半金属到具有间接能隙的半导体，甚至到具有直接能隙的半导体。我们预测的具有平坦表面和可调电子特性的2D Si晶体将为硅基2D电子技术的发展提供指导。
2017-09-06 cond-mat.mtrl-sci
Deep Learning Inter-atomic Potential for Thermal and Phonon Behaviour of Silicon Carbide with Quantum Accuracy
碳化硅（SiC）是下一代半导体和核电站组件的重要材料。它的应用在很大程度上取决于它的热导率，而热导率对微观结构高度敏感。分子动力学（MD）模拟是研究纳米级器件或微结构中热输运机制的常用方法。然而，由于缺乏精确的原子间相互作用势，MD在SiC中的应用受到限制。在这项工作中，使用深势（DP）的方法，我们开发了两个原子间的潜力（DP-IAPs）的SiC的基础上两个自适应生成的数据集内的密度泛函近似在局部密度和广义梯度水平。这两个DP-IAP表现出他们的速度与量子精度在晶格动力学模拟以及声子输运的散射率分析。结合分子动力学模拟，系统地研究了其热输运和力学性能。所提出的方法和原子间的潜力铺平了道路的一个系统的方法来模拟SiC相关器件的热传输使用多尺度建模。
2021-10-21 cond-mat.mtrl-sci
Dual functions of anti-reflectance and surface passivation of the atomic layer deposited Al2O3 films on crystalline silicon substrates
研究了原子层沉积法在硅衬底上制备的Al 2 O3薄膜的表面减反射和钝化特性。具有100 nm Al 2 O3的织构化Si显示出非常低的平均反射率，约为2.8%。p型和n型Si晶片都被Al 2 O3膜钝化。在适当的温度下退火后，p型和n型Si的最大少子寿命从Al 2 O3钝化前的约10 μs提高到3 ms以上。我们的研究结果表明，抗反射和表面钝化的c-Si太阳能电池的应用中的双重功能。
2012-07-03 cond-mat.mtrl-sci
Silicite: the layered allotrope of silicon
基于第一性原理计算，我们预测了两种新的层状硅相，命名为硅化物，它们在电子和结构性质上都表现出很强的方向性。与硅晶体相比，它们具有更宽的间接带隙，但在可见光范围内的吸收也增加，使它们对光伏应用更感兴趣。这些稳定相由具有三角形结构的哑铃图案化硅烯层的有趣堆叠组成，三角形结构具有硅烯的$\sqrt{3} \times \sqrt{3}$周期性，并且具有较小但与立方金刚石硅相当的内聚能。我们的研究结果还提供了原子尺度的多层硅烯以及硅化物的生长机制。
2014-07-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Performant implementation of the atomic cluster expansion (PACE): Application to copper and silicon
原子团簇展开式是原子能量在多原子基函数中的一般多项式展开式。在这里，我们实现了原子团簇扩展的高性能C++代码\verb +PACE+，适用于大规模的原子模拟。我们简要地回顾了原子团簇的膨胀，并给出了详细的能量和力的表达式，以及有效的算法，为他们的评估。我们证明了在\verb +PACE+中实现的原子团簇扩展将先前建立的机器学习原子间势的帕累托前沿转移到更快，更准确的计算上。此外，通用参数化铜和硅，并详细评估。我们发现，新的Cu和Si电位显着提高了最好的高精度大规模原子模拟的潜力。
2021-03-01 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Anisotropic In-Plane Phonon Transport in Ultrathin Silicon Membranes Guided by Nano-Surface-Resonators
在二维材料中，声子沿不同晶格方向的各向异性输运已经被观察到，然而，当厚度超过几个原子层时，这种效应随着厚度的增加而减弱。在这里，我们建立了一个新的机制，诱导各向同性对称准二维材料中的各向异性声子输运。声子的传播是由表面纳米结构的共振杂化引导的。我们证明了3 nm厚的硅膜与表面纳米鳍的热导率是由$\sim50\%$平行于鳍比垂直于鳍。
2019-10-11 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Quantifying Chemical Structure and Atomic Energies in Amorphous Silicon Networks
无定形材料即将接近现实的计算机模拟，但需要新的方法来充分理解其复杂的原子结构。在这里，我们展示了基于机器学习（ML）的技术如何为非晶硅（a-Si）的原子尺度结构提供新的定量化学见解。基于相似性函数（“内核”），我们定义了一个结构度量，统一的描述最近和下一个最近邻环境中的非晶态。我们将此应用于a-Si网络的合奏，在熔融淬火模拟与ML为基础的原子间势，在其中我们定制的程度，通过不同的淬火速率下降到$10^{10}$ K/s（导致结构模型，比建立WWW网络的能量更低）的有序。然后，我们展示了如何“机器学习”的原子能允许化学解释，在a-Si与不同的能量稳定区域的协调缺陷。该方法是简单的和便宜的适用于任意结构模型，因此，它预计将有更普遍的意义，为发展的非晶态的定量理解。
2018-11-27 cond-mat.mtrl-sci
Binary Atomic Silicon Logic
长期以来，人们一直期待着微型电路的最终将是由单个原子制成的。尽管在表面上的分子和原子的扫描探针显微镜研究中取得了许多进展，但图案化和有限的热稳定性的挑战仍然存在。在这里，我们对这些挑战取得进展，并通过在氢终止的硅表面上的悬空键的图案化来演示基本的电路元件。悬挂键在空间上和能量上都将电子隔离在体带隙中，从而避免了基板的短路。我们部署由一个可移动的电子占据成对的悬挂键，形成一个二元电子积木。受早期基于量子点的方法的启发，二进制信息被编码在电子位置中，允许演示二进制线和或门。
2018-06-19 cond-mat.mtrl-sci
First-principles insights into the atomic structure of carbon-nitrogen-oxygen complex color centers in silicon
National Institute for Materials Science（物质材料研究机构）；International Center for Young Scientists, National Institute for Materials Science（物质材料研究机构青年科学家国际中心）
研究通过从头原理计算揭示硅中N线系列色心的原子结构，提出N1中心由邻近碳氮空位构成，并预测更复杂的氧空位缺陷可能对应后续谱线，这些色心与T中心同电荷，提供低能电信频段的替代自旋量子比特。
2026-08-20 cond-mat.mtrl-sci
Atomic defects of the hydrogen-terminated Silicon(100)-2x1 surface imaged with STM and nc-AFM
氢封端的硅（100）-2x1表面（H-Si（100）-2x1）为原子级器件的开发提供了一个有前途的平台，最近的工作表明它们是通过表面氢原子的精确解吸而产生的。虽然使用原位方法常规地产生具有相对大面积的氢封端的2x 1表面的样品，但是也不可避免地形成表面缺陷，从而减少了可用于图案化的面积。在这里，我们提出了一个目录的几个常见的缺陷的H-Si（100）-2x1表面。通过使用扫描隧道显微镜（STM）和非接触式原子力显微镜（nc-AFM）的组合，我们能够提取有用的信息，这些缺陷的原子和电子结构。这允许确认几种常见缺陷的文献分配，以及先前未报告和未分配缺陷的拟议分类。通过更好地了解这些缺陷的结构和起源，我们迈出了第一步，最终实现更一致和可靠的原子级器件制造。
2020-02-21 cond-mat.mtrl-sci
Towards device-size atomistic models of amorphous silicon
非晶态材料的原子结构可以用连续无规网络模型来描述。我们提出了一个算法，用于生成大型，高质量的连续随机网络。该算法是由Wooten、Winer和Weaire引入的“silencing”方法的变体。通过采用局部弛豫技术，可以尝试局部原子重排，其规模几乎与系统大小无关。该算法的缩放特性为生成真实设备大小的原子网络铺平了道路。
2001-07-17 cond-mat.mtrl-sci
Comprehensive structural changes in nanoscale-deformed silicon modelled with an integrated atomic potential
尽管在新材料领域取得了显著的发展，硅仍然是当今最重要的半导体之一。硅的纳米力学行为，包括相变、非晶化和位错生成，特别是在分子动力学和材料研究的背景下，与科学和技术具有持久的相关性。到目前为止，在纳米级的变形过程中，在硅中的事件的整个周期的全面建模是不可能的，但是，由于现有的原子间势固有的局限性。本文探讨如何以及一个非传统的组合，两个著名的潜力-Tersoff和Stillinger-Weber -可以执行模拟的复杂性。我们的模型表明，硅（Si-I）的不可逆变形是通过向非金刚石结构（Si-nd）的转变而开始的，随后是向Si-II和Si-XII'相的转变（Si-I->Si-nd->Si-II-> Si-XII'）。这导致产生从孕育区向外扩散的位错。实际上，我们的模拟与变形材料中实验检测到的每一个结构变化都是平行的。这包括相变和位错活动的顺序，两者结合在一起，Tersoff和Stillinger-Weber，或者实际上任何其他可用的Si原子间势，都不能单独实现。我们试图通过将其应用于锗来进一步验证我们合并原子势的方法，并发现它同样可以很好地预测锗从液态到非晶态的转变。
2022-08-08 cond-mat.mtrl-sci
Absence of boron aggregates in superconducting silicon confirmed by atom probe tomography
采用原子探针层析成像技术对气体浸没激光掺杂（GILD）技术制备的掺硼硅超导薄膜进行了分析。所得的三维化学组成揭示了硼原子在原子百分比浓度范围内并入晶体硅中，远高于其溶解度极限，而不会在原子尺度上产生簇或沉淀物。硼的空间分布被发现是兼容的扫描隧道光谱进行的状态的局部密度测量。这些结果，结合观察到的非常低的杂质水平和一个尖锐的二维界面之间的掺杂和未掺杂的区域表明，由GILD获得的Si：B材料是一个定义明确的随机替代合金赋予有前途的超导性能。
2012-11-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
Structural tunability and origin of two-level systems in amorphous silicon
对于更高的厚度、更高的生长温度和更慢的沉积速率，通过电子束蒸发制备的非晶硅膜具有系统地和实质上更大的原子密度，当在425 $^{\circ}$ C和<1 $Å$ /秒下生长厚度大于~300 nm的膜时，达到结晶Si的密度。光谱技术的组合提供了深入了解原子无序，局部应变，悬挂键，和纳米空隙。电子衍射表明，在所有的生长温度下的非晶硅的短程顺序是相似的，但波动电子显微镜显示，高于室温下生长的薄膜显示出一种形式的中程顺序以前没有观察到的非晶硅。拉曼光谱得到的原子无序度和局域应变随生长温度的升高而降低，并表现出非单调的厚度依赖性。悬挂键密度随生长温度的升高而降低，并且仅轻微地依赖于厚度。正电子湮没多普勒展宽光谱和电子能量损失光谱表明，纳米空隙，而不是网络内的密度变化，是负责减少原子密度。比热和机械损耗的测量，量化的隧道两级系统的密度，结合结构数据，表明在非晶硅薄膜中的两级系统与nanovoids和它们的周围环境，这是在本质上松散的键合区域的原子较少约束。
2021-11-21 cond-mat.mtrl-sci
