Quadruple-well ferroelectricity and moderate switching barrier in defective wurtzite α-Al2S3: a first-principles study
该研究通过第一性原理计算发现,阳离子空位有序的纤锌矿 α-Al2S3 具有单轴四阱铁电性和较低开关势垒,应变与 Ga 掺杂还可进一步降垒。
2024-07-30 cond-mat.mtrl-sci
Spin Injection: Interface Resistance in Fe/Semiconductor Junctions Calculated from First Principles
我们从第一性原理计算了Fe/GaAs和Fe/ZnSe(001)自旋注入结的电流自旋极化和界面电阻,包括肖特基势垒的可能性。从我们的界面电阻的结果,我们估计有效的自旋注入所需的势垒厚度,如果该过程是非弹道。
2002-07-19 cond-mat.mtrl-sci
Schottky barrier formation and band bending revealed by first principles calculations
通过对肖特基二极管原型的从头算模拟和模型分析,从原子学角度研究了金属与n型半导体界面处势垒的形成和能带弯曲,与金接触的铌掺杂的金红石二氧化钛(Au/Nb:TiO $_2$)。发现局部肖特基势垒高度在0和1.26 eV之间变化,这取决于掺杂剂的位置。能带弯曲是由界面和掺杂剂位点之间的掺杂剂诱导的偶极场引起的,而原始Au/TiO $_2$界面没有显示出任何能带弯曲。这些发现为金属-半导体纳米结构中肖特基势垒和光捕获的原子尺度优化提供了可能性。
2015-04-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Multiple Scattering in a Vacuum Barrier from Real-Space Wavefunctions
本文发展了一种利用分离表面的实空间单电子波函数模拟真空势垒中多电子散射的方法。隧穿电流的计算,在戴森系列的一阶。在零级,我们发现一个结果,不同于通常的Barnard方法的波函数的衰减常数,进入描述作为个别的权重的隧道跃迁。到一阶,我们发现多个电子散射,这可以制定在巴氏矩阵。在这里,我们还推导出两个表面之间的相互作用能的第一性原理公式。用这种方法,隧道电流原则上可以计算到戴森展开中的任何阶。
2004-06-30 cond-mat.mtrl-sci
First-Principles Study on the Mobility of Screw Dislocations in BCC Iron
用第一性原理方法计算了体心立方铁中螺型位错的全二维Peierls势垒图,确定了位错核的迁移路径。提出了一种有效的方法来修正第一性原理方法中有限尺寸单元对晶格缺陷能量的影响,以确定准确的势垒分布。我们发现,迁移路径接近于一条直线,它被限制在一个$\{110\}$平面和Peierls势垒轮廓是单峰。利用线张力模型,结合这些第一性原理计算结果,预测了体心立方铁的扭折激活能为0.73 eV,与实验结果相符。
2012-04-12 cond-mat.mtrl-sci
Island Sliding Barriers: A first-principles metric for determining remote epitaxy viability
Center for Computing Research, Sandia National Laboratories(桑迪亚国家实验室计算研究中心);Sandia National Laboratories(桑迪亚国家实验室)
本文通过第一性原理计算,提出滑动屏障作为判断远程外延可行性的标准,揭示了其与石墨烯表面岛屿迁移动力学的关系。
2026-03-11 cond-mat.mtrl-sci
Magnetic tunnel junctions with ferroelectric barriers: Prediction of four resistance states from first-principles
磁性隧道结(MTJ)是由两个铁磁电极通过薄的绝缘阻挡层分隔而成的,目前用于自旋电子器件,例如磁性传感器和磁性随机存取存储器。最近,在纳米尺度的铁电性的演示的驱动下,薄膜铁电屏障被提出来扩展MTJ的功能。由于电导对电极的磁化排列(隧穿磁阻)和铁电势垒中的极化取向(隧穿电阻)的敏感性,这些多铁性隧道结(MFTJ)可以用作四态电阻器件。基于第一性原理计算,我们研究了具有非对称界面的SrRuO 3/BaTiO 3/SrRuO 3薄膜晶体管的四种电阻状态。我们发现,这样的MFTJ的电阻显着改变时,电极化的强度的障碍是逆转和/或当电极的磁化从平行切换到反平行。这些结果揭示了MFTJ作为多功能自旋电子器件的应用前景。
2008-12-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Designing Hydrogen Permeation Barriers in Titanium Aluminium Nitride through First Principles Density Functional Theory Calculations
该研究利用DFT计算立方与六方TiAlN的氢嵌入及迁移能垒,揭示晶体结构主导抗吸收性、局部化学环境控制扩散,证明其适用于高压氢环境。
2024-10-02 cond-mat.mtrl-sci
Adsorption and dissociation of O$_{2}$ at Be(0001): First-principles prediction of an energy barrier on the adiabatic potential energy surface
采用广义梯度近似下的密度泛函理论和超原胞方法研究了O $_{2}$分子在Be(0001)表面的吸附和解离.物理和化学吸附的分子前体状态被确定为沿平行和垂直的通道,分别。结果表明,HH-Z(定义见正文)通道是O $_{2}$分子化学吸附的最稳定通道。研究了这种最稳定的化学吸附分子态的电子和磁性,结果表明电子在自旋分辨反键$π^{\ast}$分子轨道和表面Be $sp$态之间来回转移.还示出了分子-金属键中的不同共价量。通过计算绝热势能面确定了O $_{2}$的解离过程,发现T-Y通道是O $_{2}$解离吸附的最稳定通道.值得注意的是,我们预测,不同于其他简单的$sp$金属表面,如Al(111)和Mg(0001),\textit{adiabatic}的解离过程中的O $_{2}$在Be(0001)是一个激活的类型与一个相当大的能量障碍。
2008-12-08 cond-mat.mtrl-sci
First Principles Assessment of CdTe as a Tunnel Barrier at the $\mathbfα$-Sn/InSb Interface
Majorana零模在拓扑量子计算中有着广阔的应用前景,有望出现在超导体/半导体界面,如$β$ -Sn和InSb。然而,接近超导体也可能对半导体的局部性质产生不利影响。在接口处插入隧道屏障可以解决这个问题。我们评估的宽带隙半导体,碲化镉,作为一种候选材料,调解之间的晶格匹配的界面耦合$α$ -锡和InSb。为此,我们使用具有Hubbard U校正的密度泛函理论(DFT),其值通过贝叶斯优化(BO)进行机器学习[npj Computational Materials 6,180(2020)]。用角分辨光电子能谱(ARPES)实验对$α$ -Sn和CdTe的DFT+U(BO)结果进行了验证。对于CdTe,使用z-展开方法[Advanced Quantum Technologies,5,2100033(2022)]来解析不同$k_z$值对ARPES的贡献。研究了InSb/ $α$ -Sn、InSb/CdTe、CdTe/ $α$ -Sn双层界面以及InSb/CdTe/$α$-Sn三层界面中金属感生带隙态(MIGS)随CdTe厚度增加的能带偏移和穿透深度。我们发现,16个原子层(3.5 nm)的CdTe可以作为隧道势垒,有效地屏蔽从MIGS从$α$ -Sn的InSb。这可能会指导选择的尺寸的碲化镉屏障调解耦合在超导体-超导体设备在未来的马约拉纳零模式实验。
2023-01-07 cond-mat.mtrl-sci
Diffusion and desorption of SiH3 on hydrogenated H:Si(100)-(2x1) from first principles
用密度泛函理论研究了硅自由基在氢化Si(100)-(2 × 1)表面上的扩散途径。该工艺对于通过等离子体增强化学气相沉积生长晶体硅是有意义的。迁移机制的初步搜索已经进行了使用metadaptics模拟。局部极小值和过渡态已被进一步细化使用轻推弹性带方法。已经发现从看似合理的吸附位点扩散的屏障低至0.2 eV,但陷阱状态也被发现,导致更稳定的配置,逃逸屏障为0.7 eV。弱束缚物理吸附态之间的扩散也是可能的,具有非常低的激活势垒(<50 meV)。然而,解吸机制(无论是SiH 3或SiH 4)从物理吸附或更强的约束吸附配置原来具有类似的扩散障碍的活化能。基于从头算活化能的动力学蒙特卡罗模拟表明,在300-1000 K的温度范围内,甲硅烷基自由基在脱附之前最多扩散几个晶格间距。
2008-03-28 cond-mat.mtrl-sci
Shot noise in magnetic tunnel junctions from first principles
本文用波函数匹配法计算了弹道和无序Fe/MgO/Fe隧道结中的散粒噪声。对于不超过5个原子层的隧道势垒,我们发现作为磁配置的函数的Fano因子的抑制。对于较厚的MgO势垒的散粒噪声被抑制到阈值偏置指示共振隧穿的开始。当考虑界面无序时,我们发现与最近的实验非常吻合
2011-11-11 cond-mat.mtrl-sci
First-principles transition-state tensorial cluster expansion of vacancy diffusion in Ta-W beyond the kinetically-resolved activation approximation
Clemson University(克莱姆森大学)
本文开发了一种第一性原理框架,通过过渡态张量团簇展开直接学习环境依赖的迁移势垒,无需动力学分辨激活近似,应用于Ta-W体系揭示了溶质捕获与渗流低势垒路径竞争导致的非平凡扩散行为。
2026-06-05 cond-mat.mtrl-sci
The effects of point defect type, location, and density on the Schottky barrier height of Au/MoS2 hetero-junction: A first-principles study
利用密度泛函理论(DFT),研究了单层MoS 2中点缺陷的类型、位置和密度对Au/MoS 2异质结电子结构和肖特基势垒高度(SBH)的影响.考虑了单层MoS 2中的三种类型的点缺陷,即S单空位、S双空位和MoS(Mo在S位的替代)反位缺陷。结果表明:(1)缺陷单层MoS_2的SBH普遍高于无缺陷单层MoS_2。(2)S双空位和MoS反位缺陷比S单空位在更大程度上增加SBH。(3)缺陷位于MoS 2的内层,这是邻近金衬底,增加SBH到一个更大的程度比在MoS 2的外层子层。(4)缺陷密度的增加增加了SBH。这些发现表明SBH随缺陷类型、位置和浓度的变化很大。我们还比较了我们的结果与以前的实验测量的金/二硫化钼接触SBH和假设现有的实验测量之间的巨大差异和实验测量和理论预测之间的可能原因。这里揭示的发现和见解可以通过缺陷工程为Au/MoS 2和类似异质结中的SBH的调制和优化提供实践指南。
2022-08-02 cond-mat.mtrl-sci
Schottky barriers at hexagonal boron nitride/metal interfaces: a first principles study
用密度泛函理论研究了金属与六方氮化硼(h-BN)界面肖特基势垒的形成。对于金属的功函数范围从4.2到6.0 eV,我们发现肖特基势垒高度为1.2和2.3 eV之间的空穴。在确定肖特基势垒高度中的中心作用是在金属处形成的0.4至1.8eV之间的电势阶跃|h-BN界面,并有效地降低金属功函数。如果h-BN被物理吸附,如在fcc Cu、Al、Au、Ag和Pt(111)衬底上的情况,则界面电位阶跃由仅取决于h-BN与金属表面之间的距离的通用函数很好地描述。当h-BN被化学吸附时,界面电位阶跃最大,这是hcp Co和Ti(0001)以及fcc Ni和Pd(111)衬底的情况。
2014-08-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
First-principles study on magnetic tunneling junctions with semiconducting CuInSe${}_{2}$ and CuGaSe${}_{2}$ barriers
本文从理论上研究了具有半导体势垒的两种磁性隧道结CuInSePDMATHABMM(CIS)和CuGaSePDMATHABMM(CGS),它们是最近报道的混合半导体势垒CuIn ${}_{1-x}$ Ga $_{\it x}$ Se ${}_{2}$的终端化合物.为了讨论这些系统的输运性质,我们分析了复杂的能带结构,磁阻(MR)的比率,和电阻面积产品($RA$)通过使用第一性原理计算结合Landauer公式。结果表明,$Δ_{1}$波函数对CIS和CGS基MTJ的自旋相关隧穿输运都有显著的贡献。我们还发现,基于CGS的MTJ具有比基于CIS的MTJ大得多的MR比和略高的$RA$,这表明对于基于CuIn ${}_{1-x}$ Ga ${}_{x}$ Se ${}_{2}$的MTJ中的较高Ga浓度$x$,期望更大的MR比。通过改变CIS和CGS的Cu 3 $d$态的库仑排斥,进一步研究了势垒带隙与MR比之间的关系.结果表明,具有较大带隙的势垒产生较大的MR比。还给出了CIS-、CGS-和MgO基MTJ之间的MR比和$RA$的比较。
2017-01-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Energy profile and hopping barriers for small electron polarons at ferroelectric domain walls in bismuth ferrite from first principles
本文通过第一性原理计算研究了铁酸铋体相及中性71°畴壁处小电子极化子的跳跃能垒和俘获行为,发现畴壁可作二维陷阱,并据此估算了室温下的本征n型迁移率与扩散常数。
2025-08-05 cond-mat.mtrl-sci
Evaluation of Phosphorene as Anode Material for Na-ion Batteries from First Principles
系统评价了一种新型二维纳米材料磷烯作为钠离子电池负极材料的应用前景。利用第一性原理计算,我们确定了Na在磷烯单分子层上的吸附能、比容量和扩散势垒。我们研究的主要趋势,在电子结构和机械性能作为钠浓度的函数。我们发现有利的Na-磷烯相互作用的理论容量,超过那些替代单层阳极的钠离子电池。我们发现,钠磷烯在高钠浓度下发生电子-金属转变。结果表明,Na在磷烯上的扩散是快速的,各向异性的,其能垒仅为0.04 eV。单层磷烯具有高容量、良好的稳定性、优异的导电性和高的钠离子迁移率,是一种很有前途的钠离子电池负极材料。将计算出的比容量和扩散势垒方面的性能与其他层状2D电极材料(例如石墨烯、MoS 2、聚硅烷等)进行比较。
2015-01-11 cond-mat.mtrl-sci
A first principles study of the stability and mobility of defects in titanium carbide
我们已经进行了密度泛函计算的替代过渡金属(TM)缺陷,C空位,和C间隙缺陷在TiC的形成能。此外,我们还评估了TM杂质存在下C原子的迁移能垒。我们发现,从三维TM系列中提取的TM杂质的溶解度低,只有Sc和V杂质可以溶解到TiC中的平衡。此外,我们发现,在TiC中的C的迁移能垒的存在下的TM杂质的影响很大:迁移势垒一般较低的杂质的存在下相比,纯TiC和显示出明显的依赖于TM杂质的原子尺寸。我们建议,在TiC中的C的迁移率将是最高的TM杂质的存在下,从中间的3D TM系列。
2013-03-12 cond-mat.mtrl-sci
Towards Identifying the PL6 Center in SiC: From First-Principles Screening to Hyperfine Validation of Competing Defect Candidates
University of Science and Technology of China(中国科学技术大学);CAS Center for Excellence in Quantum Information and Quantum Physics, University of Science and Technology of China(中国科学院量子信息与量子物理前沿卓越中心,中国科学技术大学);School of Biomedical Engineering and Suzhou Institute for Advanced Research, University of Science and Technology of China(中国科学技术大学生物医学工程与先进技术学院,苏州);Institute of Quantum Sensing and School of Physics, Zhejiang University(浙江大学量子传感研究所和物理学院);Hefei National Laboratory, University of Science and Technology of China(合肥国家实验室,中国科学技术大学)
本研究通过第一性原理计算和超精细验证,确定SiC中PL6中心的微观结构为OV(hh),并揭示PL5和PL6可能具有不同的起源。
2025-08-02 cond-mat.mtrl-sci
First Principles Study of Adsorption of $O_{2}$ on Al Surface with Hybrid Functionals
$O_{2}$分子在铝表面的吸附一直是第一性原理计算的一个难题。用杂化泛函方法研究了$O_{2}$分子在Al(111)表面的吸附.与以往的LDA/GGA方法相比,本文的杂化泛函计算成功地预测了$O_{2}$分子可以吸附在Al(111)表面,势垒约为0.2 $\thicksim$ 0.4 eV,这与实验结果吻合得很好.计算结果表明,$O_{2}$分子的LUMO高于Al(111)表面的Fermi能级,这是$O_{2}$吸附势垒的原因.
2011-11-07 cond-mat.mtrl-sci
Photoemission from Semi-Infinite Crystals: First-Principles Scattering States and Quantitative Ag(111) Validation
Cornell University(康奈尔大学);Arizona State University(亚利桑那州立大学)
研究光发射中电子被困问题,提出用从头算框架构建开放散射态消除人为边界,该方法能给出相关终态,对Ag(111)可预测绝对量子效率等实验数据。
2026-09-04 cond-mat.mtrl-sci physics.acc-ph
Schottky barriers, emission regimes and contact resistances in 2H-1T' MoS$_2$ lateral metal-semiconductor junctions from first-principles
采用非平衡格林函数方法研究了场效应晶体管中二维沟道接触的2 H-1 T ' MoS $_2$横向金属-半导体(M-S)结的有限偏压输运性质.结果表明:(a)尽管线偶极子和平面偶极子的静电特性不同,但在二维和三维M-S结中,肖特基势垒高度对掺杂和外加偏压的响应是相似的;(b)2 H-1 T ' MoS $_2$横向结不受费米能级钉扎的影响;(c)扶手椅型界面具有比平面型更好的接触特性。Z字形界面,(d)与$p$沟道的1 T '接触将呈现相对于$n$沟道降低4-10倍的接触电阻,以及(e)与中间掺杂的$n$($p$)沟道的接触在场(电子)发射状态下操作。我们还提供了一个改进的程序,以实验确定在2D材料结的发射制度。
2020-05-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Rotation of hydrogen molecules during the dissociative adsorption on the Mg(0001) surface: A first-principles study
利用第一性原理计算,系统地研究了氢分子在Mg(0001)表面的势能面和解离过程.结果表明,在最小能垒的解离吸附过程中,氢分子首先垂直于表面取向,然后旋转到与表面平行。同时发现氢分子在过渡态的取向既不垂直于表面也不平行于表面。最重要的是,我们发现,旋转导致氢分子的计算解离能垒的减少。本文还讨论了氢分子转动的电子学原因。
2011-10-27 cond-mat.mtrl-sci
Barrierless Water Dissociation on Rare-Earth Sesquioxide Surfaces from First Principles
Idaho National Laboratory(爱达荷国家实验室);University of Notre Dame(圣母大学)
本研究通过第一性原理分子动力学结合机器学习力场,发现稀土倍半氧化物表面存在无势垒的远端水分解路径,归因于固有欠配位位点。
2026-09-09 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
First-principles study on Small Polaron and Li diffusion in layered LiCoO2
Kyungpook National University(庆北国立大学);Kunsan National University(群山国立大学)
本文通过第一性原理研究层状LiCoO2中极化子对锂扩散的影响,发现磁有序下Co4+极化子虽提高扩散势垒但使迁移更稳定,从而提出空穴极化子迁移机制。
2022-11-10 cond-mat.mtrl-sci
Exploring the Physical Properties, Hydrogen Storage Capacity and Thermal Barrier Performance of LaMg2H7: A First-Principles Investigation
University of Rajshahi(拉杰沙希大学);Chittagong University of Engineering & Technology(吉大工程与技术大学)
本文通过第一性原理计算研究了LaMg2H7的物理性质、氢存储能力和热障性能,分析了其电子结构、弹性质及热力学特性,揭示了其作为宽禁带半导体的潜力。
2026-05-08 cond-mat.mtrl-sci
First Principles Study of Adsorption, Diffusion and Dissociation of NH_3 on Ni and Pd Surfaces
采用密度泛函理论中的平面波赝势方法,在交换势和关联势的广义梯度近似下,计算了NH3在Ni(111),Pd(111)和Ni(211)表面的吸附能Ead,扩散势垒和第一离解势垒E1. Ni(111)和Pd(111)上的NH3吸附优先选择顶部位置。计算出Pd(111)的扩散势垒显著高于Ni(111)。我们还发现在Ni(111)表面的第一步解离(NH_3 => NH_2 +H)中,NH_2是从顶位向最近的空位移动,而在Ni(211)表面上,NH_2是从台阶边缘的初始顶位向桥位移动。H被发现占据两个表面的空心网站。对于Ni(111)上的反应,发现Ead比E1低0.23 eV,而在Ni(211)台阶处,E1和Ead几乎彼此相等。这表明该分子在Ni(111)上的解吸比解离更好,而在该步骤中解离是有利的。
2005-01-05 cond-mat.mtrl-sci
First-Principles Study of Recombination-Enhanced Migration of an Interstitial Magnesium in Gallium Nitride
本文通过第一性原理计算发现GaN中填隙Mg存在两种新的亚稳复合体,并揭示费米能级接近导带时通过连续俘获两个电子的复合增强机制可将Mg迁移能垒从1.95 eV降至1.47 eV,与实验一致。
2024-05-02 cond-mat.mtrl-sci
First principles study of oxidation of Si segregated α-Ti(0001) surfaces
用密度泛函理论研究了α-Ti(0001)表面的氧化行为。为了提高抗氧化性,我们在Ti(0001)表面用Si原子取代Ti原子。我们观察到,Si更喜欢在Ti(0001)的表面层比其他次表面层偏析。Ti(0001)表面上的Si溶解度估计为约75原子%。虽然发现Si偏析减少了氧原子与Ti(0001)表面之间的结合,但氧扩散到板坯中的屏障增加。氧分子在Ti的清洁表面和Si偏聚表面上的解离都是无势垒的,Si在Ti(0001)表面上的偏聚阻碍了氧在Ti中的溶解。
2017-08-18 cond-mat.mtrl-sci
The Role of Permanent and Induced Electrostatic Dipole Moments for Schottky Barriers in Janus MXY/Graphene Heterostructures: a First Principles Study
肖特基势垒高度($E_{SBH}$)是决定半导体材料输运特性的关键因素,因为它直接调节光电子器件中的载流子迁移率。原则上,范德华(vdW)Janus异质结构提供了一个有吸引力的途径来控制ESBH。然而,其背后的原子机制还远未得到最终的理解,这提示了对该主题的进一步研究。为此,在这里,我们进行了广泛的第一性原理研究的电子性质和$E_{SBH}$的几个vdW Janus MXY/石墨烯(M=Mo,W; X,Y=S,Se,Te)异质结构。模拟结果表明,通过改变异质结构的界面的组成和几何形状,可以控制其电接触,从而电子输运特性,从欧姆到肖特基与近一个数量级的变化,在$E_{SBH}$。详细的模拟分析,使合理化的基础上的Janus MXY片的永久偶极矩和诱导一个由于在MXY/Gr接口的界面电荷重新分布之间的相互作用,这一高度吸引人的属性。这样的相互作用被证明是非常有效的,在改变整个vdW Janus异质结构的静电电势差,确定其ESBH,因此肖特基(欧姆)接触类型。这些计算结果有助于指导控制Janus异质结构的电接触,以合理设计纳米级器件的电接触。
2022-03-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Light element diffusion in Mg using first principles calculations: Anisotropy and elastodiffusion
轻元素溶质B、C、N和O可以渗透镁合金的表面并且在热处理或高温应用期间扩散,形成不期望的化合物。我们调查这些溶质的扩散,通过确定其稳定的间隙网站和这些网站形成的互穿网络。我们使用密度泛函理论(DFT)来计算这些网络的网站能量,迁移势垒和尝试频率,以告知我们的分析模型体扩散。由于网络的性质,O各向同性地扩散,而B、C和N各向异性地扩散。我们计算的弹性扩散张量的扩散率的变化,由于小应变扰动扩散网络的几何形状和迁移障碍量化。DFT计算的弹性偶极子张量,量化的网站能量和迁移障碍,由于小应变的变化被用作输入,以确定弹性扩散张量。我们采用弹性扩散张量来确定热应变对间隙扩散的影响,并发现B,C和N的扩散系数增加晶体膨胀,而O的扩散系数降低。从弹性扩散和顺应张量,我们计算扩散的激活体积,并发现它是积极的和各向异性的B,C和N扩散,而它是负的和各向同性的O扩散。
2016-07-29 cond-mat.mtrl-sci
First principles characterization of reversible martensitic transformations
可逆马氏体相变(MT)是许多有趣现象的起源,包括著名的形状记忆效应。在这项工作中,我们提出了一个完整的从头计算程序来表征MT合金,并评估其可逆性。具体而言,我们采用从头算分子动力学数据参数化的MT的自由能的朗道展开。这种分析扩展使得有可能确定的高,低温相的稳定性,获得的MT的Eklfest顺序,并量化其自由能垒和潜热。我们将我们的模型应用于高温形状记忆合金Ti-Ta,我们观察到亚稳区域(高温和低温相亚稳的温度区间)和势垒的值非常小:这些小的值是MT可逆性的必要条件,并将记忆合金与其他材料区分开来。
2018-10-15 cond-mat.mtrl-sci
Tunnel magnetoresistance in scandium nitride magnetic tunnel junctions using first principles
磁隧道结是自旋电子器件和电路的基石,提供了磁和电信息之间转换的主要方式。在最先进的磁性隧道结中,氧化镁被用作磁性电极之间的隧道势垒,在室温下提供独特的大隧道磁阻。然而,氧化镁-铁系统的宽带隙和带对准增加了电阻-面积乘积,并导致器件间可变性和高电流下隧道势垒退化的挑战。在这里,我们研究使用第一原理窄带隙氮化钪隧穿性质和运输磁性隧道结相比,氧化镁。模拟结果表明,通过Δ_1和Δ_2'对称滤波,Fe/ScN/Fe MTJ具有高的隧道磁电阻效应,且波函数衰减率低,电阻面积积小。结果表明,氮化钪可以成为一种新的隧道势垒材料的磁性隧道结器件,以克服可变性和电流注入的挑战。
2020-08-28 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
First-principles calculations that clarify energetics and reactions of oxygen adsorption and carbon desorption on 4H-SiC ($11\bar20$) surface
我们报告的静态和动态的第一性原理计算,提供原子的图片的氧化过程发生在($11\bar20$)表面的4 H-SiC的初始阶段。我们的研究结果揭示了氧的吸附和碳原子的解吸的反应途径和它们相关的自由能势垒。我们发现氧吸附表现出结构的多重稳定性,并且表面桥位点是随后氧化的最稳定和关键位点。我们发现,一个接近O $_2$分子吸附,然后解离,最后迁移到这些表面桥网站的自由能垒为0.7 eV的($11\bar20$)表面。我们还发现,一个CO分子从亚稳氧化结构解吸后,克服的自由能势垒为2.4 $\sim$ 2.6 eV,从而构成的湮灭过程中的C在氧化过程中的一个。比较了CO分子在($11\bar20$)和($000\bar1$)表面上的脱附结果。在($000\bar1$)表面上发现了表面悬挂键的催化作用,导致CO脱附能的急剧降低,并且该作用的微观图像归因于从Si到C悬挂键的电子转移。本征($11\bar20$)表面不显示这种催化效应,这是因为表面由等量的Si和C悬挂键组成,并且电子转移发生在脱附之前。
2016-11-16 cond-mat.mtrl-sci
First-principles Study of Metallic-atom Diffusion in Thermoelectric Material Mg$_3$Sb$_2$
通过第一性原理计算,研究了Mg$_3$Sb$_2$中金属原子杂质的扩散行为,发现Ni和Cu具有低扩散能垒,为热电装置开发提供关键知识。
2025-01-24 cond-mat.mtrl-sci
Nonlinear transport of ballistic Dirac electrons tunneling through a tunable potential barrier in graphene
研究了偏压作用下倾斜势垒石墨烯在有限带隙和零带隙条件下的二阶电子隧穿和非线性输运性质。为了验证,结果从有限差分为基础的数值方法,这是开发用于计算透射和反射系数与动态可调(随时间变化的偏置场)的势垒分布,进行了比较与静态平方势垒和微扰理论的分析模型,使用Wentzel-Kramers-Brillouin(WKB)近似。对于一个偏置的障碍,传输系数和隧穿电阻的计算和分析,表明一个完全控制的峰值隧穿电阻的偏置场倾斜的障碍,栅电压的势垒高度,和能量的传入电子。此外,在石墨烯中的有限能隙被发现抑制迎面传输以及斜传输与大的横向动量。另一方面,对于无间隙石墨烯,发现了法向入射之外的狄拉克电子的过滤,并且可以用于设计电子透镜。所有这些预测的有吸引力的输运性质预计非常有用的开发新的电子和光学石墨烯为基础的设备。
2019-10-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Fundamental Microscopic Properties as Predictors of Large-Scale Quantities of Interest: Validation through Grain Boundary Energy Trends
本文提出利用近似原子间势作为“合成材料”集合来高效发现基础微观性质与大规模目标量之间的相关性,构建了回归模型预测晶界能曲线,并验证了该方法与DFT结果的一致性。
2024-12-11 cond-mat.mtrl-sci
A first principles study of As doping at a disordered Si--SiO$_2$ interface
了解掺杂剂与氧化物界面之间的相互作用,是推动现代晶体管进一步集成的一个日益重要的问题。为此,使用第一性原理密度泛函理论和连续随机网络蒙特卡罗方法相结合,我们研究了在硅和它的氧化物之间的界面处的电活性砷施主。使用一个现实的模型的无序界面,我们发现,一个小的百分比(约10%)的原子网站在前几个单层上的硅侧的接口是积极有利于偏析,这是由本地键合和本地应变的缺陷中心控制。我们还发现,有一个长程量子限制效应,由于界面,这导致在掺杂剂偏析的能量障碍,但这个障碍是小的本地环境的影响相比。最后,我们考虑在何种程度上可以通过施加应变的界面控制能量的偏析。
2013-11-11 cond-mat.mtrl-sci
Photoluminescence spectra of point defects in semiconductors: validation of first principles calculations
半导体中的光学和磁活性点缺陷是固态量子技术发展的有趣平台。它们的光学性质通常通过测量光致发光光谱来探测,光致发光光谱提供了关于激发能和电子与晶格振动相互作用的信息。我们提出了一个相结合的计算和实验研究金刚石和SiC中的缺陷的光致发光光谱,旨在评估的有效性的理论和数值近似中使用的第一性原理计算,包括使用的弗兰克-康登原理和位移谐振子近似。我们专注于固态量子比特的原型例子,在SiC和金刚石中的氮空位的双空位中心,我们报告计算的光致发光光谱作为温度的函数,与测量的非常好的协议。正如预期的那样,我们发现,使用混合泛函导致更准确的结果比半局部泛函。有趣的是,我们的计算表明,约束密度泛函理论(CDFT)和含时的混合DFT在描述三重态的激发态势能面方面表现得同样好;我们的研究结果表明,CDFT,一个相对便宜的计算方法,是足够准确的计算的光致发光光谱的缺陷在这里研究。最后,我们发现只有通过修正有限尺寸效应并外推到稀释极限,才能得到理论与实验的良好一致。我们的研究结果提供了一个详细的验证协议的光致发光光谱的第一性原理计算,必要的实验解释和半导体中点缺陷的电子性质的稳健预测。
2021-08-09 cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Ideal barriers to polarization reversal and domain-wall motion in strained ferroelectric thin films
采用第一性原理计算方法研究了c相PbTiO 3(PTO)、PbZrO 3(PZO)和PbZr_{1-x} TixO 3(PZT)中畴反转的理想本征势垒。研究了外延应变对原子结构、铁电响应、相干畴反转势垒、畴壁能量和畴壁平移势垒的影响。结果表明,PTO比PZO具有更大的极化,但畴反转能垒更小。因此,PTO中的理想矫顽场比PZO小两倍以上。Ti-O键长比晶体中的其它键长对应变更敏感。这导致PTO中的极化和畴壁能量比PZO中对应变具有更大的敏感性。研究了PZT的两种有序相:岩盐结构和(100)PTO/PZO超晶格。在这些简单的结构中,我们发现铁电性质不服从Vergard定律,而是可以近似为单个5原子晶胞的平均值。
2008-12-04 cond-mat.mtrl-sci
First-principles study on the solute-induced low diffusion and self-trapping of helium in fcc iron
合金元素的添加在金属合金中嬗变产生的氦(He)行为中起着至关重要的作用。采用基于密度泛函理论的第一性原理计算,研究了溶质(Ni,Cr,Ti,P,Si,C)对面心立方(fcc)铁中He和He-He对行为的影响.对于溶质与He的相互作用,我们发现在fcc铁中Ti、P、Si和C对He的吸引力大于Ni和Cr。我们已经确定了最稳定的配置的氦-氦对,这是Hesub-Hetetra对的结合能为1.60 eV。在考虑溶质对氦-氦对稳定性的影响时,我们提出了一个独特的结合能定义。根据这一定义,我们认为Ti和P可以削弱He的自陷,Cr和C有利于He的自陷,而Ni则类似于基体Fe本身。对于He的扩散,这是形成He气泡的必要过程,我们确定了最稳定的间隙He是在四面体位置,并可以迁移的能量势垒为0.16 eV的纯fcc铁。我们进一步发现Ti和Si可以将势垒提高到0.18和0.20 eV;相反,Cr和P分别将势垒降低到0.10和0.06 eV。总结计算,我们得出结论,Ti减少,而Cr增加的扩散和自陷的他在fcc铁。
2022-01-07 cond-mat.mtrl-sci
Tunneling through Al/AlOx/Al junction: analytical models and first principles simulations
我们从第一性原理出发研究了Al/AlOx/Al隧道结的输运性质。在此基础上,分析了梯形势垒模型和紧束缚模型两种电导解析模型的可靠性。我们的研究结果表明:(1)模型中所用的界面宽度由电子密度分布决定,它比原子排列所期望的宽度要小;(ii)可以从氧化物能带结构计算中确定有效质量,发现其约为自由电子质量的三分之一,以及(iii)势垒高度由氧化物中带隙的四分之一给出,这解释了在实验上对于这些结发现的明显小的值。
2013-01-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Oxygen reduction reactions on pure and nitrogen-doped graphene: a first-principles modeling
基于第一性原理密度泛函理论计算,我们探讨了氧还原反应在原始和氮掺杂石墨烯与不同的氮掺杂量的能量。氧还原的过程比金属催化的反应多一步。计算结果证明,对于轻掺杂石墨烯(约4%的氮)的情况,每个步骤的能垒低于Pt表面上的相同工艺。与金属表面的催化相比,掺杂石墨烯的最大覆盖率较低,并且取决于石墨烯的导电性。讨论了氧负荷和波纹引起的能垒变化。
2011-10-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
"Fraternal-twin" ferroelectricity: competing polar states in hydrogen-doped samarium nickelate from first principles
本研究利用第一性原理计算发现,氢掺杂钐镍酸盐中局域电子转移至相邻八面体的势垒极低,导致极化剧变,由此提出“异卵双生”非常规铁电体概念。
2020-07-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Metal contacts in carbon nanotube field effect transistors: Beyond the Schottky barrier paradigm
碳纳米管场效应晶体管的观察到的性能进行检查使用第一性原理量子输运计算。我们专注于Au和Pd电极与开放式半导体纳米管的电接触的性质和作用,使表面的化学接触通过接触原子构型的大规模弛豫充分发展。我们提出了第一个直接的数值证据,钯接触表现出完美的透明度,空穴注入,而不是金接触。另一方面,它们各自的肖特基势垒高度对于实际接触模型来说相当相似。这些发现与迄今为止报道的实验数据基本一致,并且表明肖特基接触不仅仅是被动欧姆接触,而是主动影响器件的I-V行为。
2007-05-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Free energy barrier and thermal-quantum behavior of sliding bilayer graphene
Fondazione Istituto Italiano di Tecnologia(意大利理工学院);Université de Liège(列日大学)
本文利用自洽谐振近似计算双层石墨烯滑动过程中的自由能势垒,发现100 K以上热振动使势垒降低超过30%,显著改善了理论与实验的一致性,为宏观系统自由能势垒的热效应研究提供了通用方法。
2025-11-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci