The missing atom as a source of carbon magnetism
原子空位对石墨烯类材料的力学、电学和磁学性能有很大的影响。通过在石墨表面上人工产生孤立的空位并在原子尺度上测量它们的局域态密度，我们已经展示了单个空位如何改变这种石墨烯类系统的电子性质。我们的扫描隧道显微镜实验，辅以紧束缚计算，揭示了存在一个尖锐的电子共振费米能量周围的每一个单一的石墨空位，这可能与形成局部磁矩，并意味着一个显着的减少载流子的流动性。虽然单层石墨烯中的空位自然会导致任意符号的磁耦合，但我们的研究结果表明，仅通过随机去除单个C原子就可以在多层石墨烯样品中诱导宏观亚铁磁态。
2010-02-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Electronic and structural properties of vacancies on and below the GaP(110) surface
我们利用第一性原理赝势进行了总能量密度泛函计算，确定了GaP（110）表面中性表面和亚表面空位的原子和电子结构。阳离子和阴离子表面空位显示出明显的向内弛豫的三个最近的邻居原子对空缺，而表面点群对称性保持。对于这两种类型的空缺，我们发现一个单一的占领水平在中间差距。在第二层下面的次表面空位显示与体缺陷基本上相同的性质。我们的结果在第二层中的空缺显示未观察到的功能，无论是表面或体的空缺：大的弛豫发生，这两个缺陷是不稳定的反位空缺复合物的形成。模拟扫描隧道显微镜图片的不同的空缺，我们发现与实验数据的表面空缺和预测的签名的亚表面空缺。
1998-05-19 cond-mat.mtrl-sci
The interactions of same-row oxygen vacancies on rutile TiO$_2$(110)
基于金红石（110）表面氧空位的偶极-弹性模型，解析计算了周期性双空位阵列的总能量，并从总能量密度泛函理论（DFT）计算中提取了相互作用参数.我们的计算表明，偶极模型适用于次近邻空位和超越。相邻空位的弹性偶极相互作用消失，但它们仍然经历静电排斥。建议的相互作用模型预测的空位分离分布，同意与我们的超高真空扫描隧道显微镜实验中确定的，并提供了一个角度来理解早期的DFT报告。
2013-01-14 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Layer-Dependent Charge State Lifetime of Single Se Vacancies in WSe$_2$
本文利用扫描隧道显微镜研究了WSe₂中Se空位电荷态寿命的层数依赖性，发现从单层到四层其电荷寿命由约1皮秒增长至数纳秒，为TMD缺陷电荷转移动力学提供了关键实验数据。
2024-07-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Discrete scale invariance of the quasi-bound states at atomic vacancies in a topological material
近年来，在拓扑材料五碲化锆（ZrTe 5）和五碲化铪（HfTe 5）中发现了对数周期量子振荡，显示出有趣的离散尺度不变性（DSI）特性。在凝聚态材料中，DSI被认为与具有强库仑吸引力的无质量狄拉克费米子形成的准束缚态有关，为研究长期追求的原子坍缩现象提供了一个可行的平台。在这里，我们证明了在拓扑材料HfTe 5中的各种原子空位可以托管具有DSI特征的几何准束缚态，类似于人工超临界原子坍缩。这些准束缚态的态密度被增强，并且准束缚态在空间上分布在空位周围的“轨道”中，这被低温扫描隧道显微镜/光谱（STM/S）检测和可视化。在垂直磁场作用下，低能的准束缚态变宽并最终不可见，同时准束缚态的能量逐渐向费米能（EF）方向移动。这些特点是一致的理论预测的磁场诱导超临界到亚临界状态的转变。对几何准束缚态的直接观测有助于深入理解量子材料中的DSI。
2023-03-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Order in disorder: oxygen vacancy driven electronic phase separation of LaNiO3-x epitaxial thin film surface investigated by scanning probe microscopy
本研究利用扫描探针显微镜探究LaNiO3-x外延薄膜表面，发现氧空位驱动的纳米尺度电子相分离，为镍酸盐表面化学转变起源及电催化应用提供了实空间证据。
2024-10-09 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Probing the Relationship between Defects and Enhanced Mobility in MoS2 Monolayers Grown by Mo Foil
本研究通过CVD法在钼箔上生长单层MoS2，发现硫空位增加导带态密度并诱导n型掺杂，从而提升场效应迁移率至超过100 cm2V-1s-1。
2024-05-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Point defects on graphene on metals
了解石墨烯与其局部环境的耦合对于将其集成到未来的电子设备中至关重要。在这里，我们展示了金属基底的存在如何影响原子定制的石墨烯层的性质。我们有意识地在Pt（111）表面上生长的石墨烯单层上引入单碳空位，并研究其对石墨烯层的电子，结构和磁性的影响。我们的低温扫描隧道显微镜的研究，辅以密度泛函理论，表明存在一个广泛的电子共振以上的费米能量与空缺。空位位点变得具有反应性，导致石墨烯层和金属衬底之间在这些点处的耦合增加;这引起局域态的快速衰减和与独立石墨烯层中的碳空位相关联的磁矩的淬灭。
2011-04-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
First principles and scanning tunneling spectroscopical evidences for thermodynamically stable "on-top" sulfur divacancy in monolayer WS$_{2}$
本文通过第一性原理计算与扫描隧道谱，证明单层WS₂中两个硫空位上下叠置的双空位构型是唯一热力学稳定的复合体，结合能为160 meV，并观察到140 meV的未占据态移动作为谱学证据。
2025-09-23 cond-mat.mtrl-sci
Probing the Nucleation of Al2O3 in Atomic Layer Deposition on Aluminum for Ultrathin Tunneling Barriers in Josephson Junctions
超薄介质隧穿势垒是约瑟夫森结（JJ）超导量子比特的关键。然而，通过氧扩散热氧化铝的流行技术产生了有问题的缺陷，例如氧空位，这被认为是两级波动的主要来源，并有助于量子比特的退相干。开发用于改进隧穿势垒的替代方法变得迫切和必要。氧化铝（Al 2 O3）的原子层沉积（ALD）是解决Al 2 O3隧穿势垒中的氧空位问题的有希望的替代方案，并且其自限制生长机制提供了原子级精度的隧穿势垒厚度控制。在金属上的Al 2 O3的ALD中的关键问题是金属表面上缺乏羟基，这阻止了三甲基铝（TMA）的成核。在这项工作中，我们探索了铝表面的修改，水脉冲曝光，然后TMA脉冲曝光，以评估ALD作为JJ量子比特的可行技术的可行性。ALD Al 2 O3膜从40埃到100埃生长在1.4埃到500埃的Al上，并用椭圆偏振法和原子力显微镜进行表征。测得1.2埃/循环的生长速率，并观察到界面层（IL）。由于IL厚度取决于Al的可用性并在2 nm处饱和，因此选择超薄Al润湿层可能会导致超薄ALD Al 2 O3隧道势垒。
2014-05-14 cond-mat.mtrl-sci
Large spin-orbit splitting of deep in-gap defect states of engineered sulfur vacancies in monolayer WS2
二维材料中的结构缺陷提供了一种有效的方法来设计新材料功能，超越半导体中的传统掺杂。具体而言，在单层过渡金属二硫属化物（TMD）中，硫属元素空位的深能隙缺陷态与有趣的现象有关。在这里，我们报告的原子和电子结构的单层WS 2中的硫空位的直接实验相关的CO-针尖非接触原子力显微镜（nc-AFM）和扫描隧道显微镜（STM）的组合。硫空位，这是不存在的生长样品中，故意通过在真空中退火。空位的两个能量窄的未被占据的缺陷态提供了该缺陷的独特指纹。通过STM和最先进的GW计算的缺陷轨道的直接成像显示，这些缺陷状态之间的252毫电子伏的大分裂是由自旋轨道耦合引起的。硫族元素空位的可控掺入和潜在修饰为定制TMD的光学、催化和磁性提供了一条新的途径。
2019-08-19 cond-mat.mtrl-sci
Effects of interface oxygen vacancies on electronic bands of FeSe/SrTiO3(001)
通过第一性原理超原胞计算研究了由于支撑SrTiO 3（001）衬底中的氧空位引起的FeSe薄膜的电子能带的变化以及与自旋轨道耦合、磁性和外延的相互作用。展开（k-投影）带显示，氧空位既提供电子掺杂的界面FeSe层，也有显着的影响的费米能级周围的带的细节，包括重新归一化的Fe-3d带的宽度附近的费米能级的约0.6的一个因素，并导致分裂的~40 meV的棋盘式反铁磁配置的M点。对于FeSe双层，对能带的修改主要限于界面FeSe层。虽然理想FeSe/SrTiO 3（001）界面在M处的~30 meV的自旋轨道耦合诱导的带分裂与氧空位引起的分裂相当，但效果不是简单的相加。计算和比较我们的扫描隧道显微镜图像的分子束外延生长的FeSe薄膜上的SrTiO 3（001）表明，一个共同的缺陷可能是硒结合到一个氧空位的界面
2017-01-10 cond-mat.mtrl-sci
Less is more: Vacancy-engineered nodal-line semimetals
从基本原理和应用的观点来看，由材料的对称性所强制的半金属相是有趣的。我们证明，这样一个阶段的物质可以通过一个简单的方法来设计：在常见的同构材料中引入某些配置的空位导致非对称的多晶型物，这些多晶型物具有不受自旋-轨道耦合等自旋-轨道耦合等自旋-轨道保持扰动的约束的非对称节点线。此外，频谱还获得了对扰动具有增强的鲁棒性的偶然节线。这些现象的对称性分析的基础上解释的一个最小的有效的二维模型，捕获相关的对称性的建议的结构，并验证了第一性原理计算的空缺工程borhide多晶型物，消失和强Rashba自旋轨道耦合。我们的研究结果提供了一个替代的路径，使用复杂的非对称化合物来设计强大的半金属;人们可以从一个简单的对称单原子材料中去除原子。
2021-08-12 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Oxygen stoichiometry and instability in aluminium oxide tunnel barrier layers
我们目前的X射线光电子能谱学数据表明，化学吸附氧先前观察到的薄AlOx层的表面上形成的室温热氧化是由氧化物中的氧空位绑定。通过用金属电极外涂或通过电子轰击来增加穿过氧化物的电场，将该表面化学吸附的氧驱动到空位位置中。由于这些氧位点的低结合能，随后的氧暴露将这些离子吸引回表面，重新形成化学吸附的O $_2^-$。Al/AlOx/Al隧道结结合电子轰击AlOx势垒显示出在4.2 K下的低频结电阻噪声水平的显著降低。
2005-02-23 cond-mat.mtrl-sci
Vacancy diffusion on a brominated Si(100) surface: Critical effect of the dangling bond charge state
Prokhorov General Physics Institute of the Russian Academy of Sciences（普罗霍罗夫普通物理研究所）；HSE University（高等经济大学）
本研究通过STM实验和密度泛函理论计算，发现Si(100)-Br表面上仅带正电荷悬键的Br空位可跨二聚体扩散，且激活势垒最低，揭示了悬键电荷态对空位扩散的关键调控作用。
2025-10-23 cond-mat.mtrl-sci
Giant Resistance Switch in Twisted Transition Metal Dichalcogenide Tunnel Junctions
本文预测扭转过渡金属二硫化物隧道结中基于相对自旋轨道分裂的巨电阻开关，量子输运计算显示开关电阻可达10^6%，并可在室温下工作，为下一代存储和电子应用提供新途径。
2023-11-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Machine learning analysis of tunnel magnetoresistance of magnetic tunnel junctions with disordered MgAl2O4
通过贝叶斯优化和最小绝对收缩选择算子（LASSO）技术，结合第一性原理计算，研究了Fe/无序MgAl 2 O 4（MAO）/Fe（001）磁性隧道结（MTJ）的隧道磁电阻（TMR）效应，确定了具有大TMR比的无序MAO结构.通过贝叶斯优化得到具有最大TMR比的最优结构，具有1728个结构候选者，其中在300个结构计算内达到收敛。所获得的结构的表征表明，两个Al原子之间的面内距离起着重要的作用，在确定TMR比。由于无序微弧氧化膜的Al-Al间距显著影响复合能带结构的虚部，Fe/无序微弧氧化膜/Fe MTJ中Δ1态的多数自旋电导随着面内Al-Al间距的增加而增加，导致较大的TMR比。此外，我们发现，当[001]面中Al、Mg和空位的数量比为2：1：1时，TMR比趋于大，这表明Al原子位置的控制对于提高具有无序微弧氧化的MTJ中的TMR比是至关重要的。本工作揭示了材料信息学结合第一性原理输运计算在设计基于MTJ的高性能自旋电子器件中的有效性和优势。
2020-01-16 cond-mat.mtrl-sci
Spin configuration in a frustrated ferromagnetic/antiferromagnetic thin film system
我们利用自旋极化扫描隧道显微镜/光谱和从头算参数化的实空间紧束缚计算方法研究了Fe（001）表面单原子台阶周围生长的反铁磁Mn薄膜的磁性结构。Mn在Fe（001）上生长时呈现层状反铁磁结构。在Mn膜覆盖Fe台阶的区域中，表面层的磁化在台阶上反转。在这些缺陷周围，反铁磁序发生了挫折。由于在中央Mn层的磁耦合减弱，挫折的量小于在Cr和由步骤引起的壁的宽度不随厚度变化，至少对于覆盖率高达7个单层。
2007-06-28 cond-mat.mtrl-sci
Symmetric Versus Nonsymmetric Structure of the Phosphorus Vacancy on InP(110)
通过结合扫描隧道显微镜、光电子能谱学和密度泛函理论计算，确定了InP（110）表面带正电荷的P空位的原子和电子结构.空位呈现非对称的重键原子组态，电荷转移能级在价带最大值以上0.75 ± 0.1eV。扫描隧道显微镜（STM）的图像显示只有两个退化的几何形状的时间平均值，由于热翻转运动之间的反射镜配置。这导致一个明显对称的STM图像，虽然基态原子结构是不对称的。
2000-06-08 cond-mat.mtrl-sci
Atomically-precise engineering of spin-orbit polarons in a kagome magnetic Weyl semimetal
本文利用扫描隧道显微镜在kagome磁性Weyl半金属Co3Sn2S2中实现了空位局域自旋-轨道极化子的原子级精确工程，通过逐步修复空位调控其磁矩，为拓扑量子材料中的原子量子态工程提供了新平台。
2023-10-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Exploring the subsurface atomic structure of the epitaxially grown phase change material Ge$_2$Sb$_2$Te$_5$
采用扫描隧道显微镜（STM）和能谱（STS）结合密度泛函理论（DFT）计算，研究了分子束外延生长的相变材料Ge $_{2}$ Sb $_{2}$ Te $_{5}$亚稳相的表面和亚表面性质。（111）表面被完整的Te层覆盖，然而这允许检测由Ge和Sb原子构成的更无序的次表面层。中心，我们发现，亚稳态Ge $_{2}$ Sb $_{2}$ Te $_{5}$的次表层是显着更有序比预期的。首先，我们表明，空位几乎不存在的次表层内。其次，由价带起始的空间变化跟踪的电势波动明显小于对于原子和空位在次表面层中的随机分布的预期。涨落的强度与带电受主的电势分布相一致，而不受其它类型缺陷的影响。第三，DFT计算预测的部分四面体Ge键合内的无序次表面层，表现出清晰的指纹在局部态密度的峰值接近导带开始。在STS数据中不存在该峰，这意味着不存在四面体Ge，这可能是由于缺少较短四面体Ge键周围的结构弛豫所需的空位。最后，孤立的缺陷配置与低密度的$~10^{-4}$ /nm $^2$的STM和DFT数据的比较，证实了显着改善的顺序驱动的空位层的建立在外延膜。
2017-09-27 cond-mat.dis-nn cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
An Artificially Lattice Mismatched Graphene/Metal Interface: Graphene/Ni/Ir(111)
我们报道了通过在石墨烯/Ir（111）中嵌入Ni单原子层而获得的人工石墨烯/Ni（111）系统的结构和电子性质。在插入时，Ni在Ir（111）上外延生长，导致晶格失配的石墨烯/Ni系统。通过进行扫描隧道显微镜（STM）测量和密度泛函理论（DFT）计算，我们表明，插层镍层导致一个明显的屈曲的石墨烯膜。同时，通过角分辨光发射光谱（ARPES）测量增强的相互作用，显示出从几乎未受干扰的到强杂化的石墨烯$π$带的明显过渡。插层式石墨烯系统与块体Ni（111）上的平坦石墨烯和Ir（111）上的轻度波纹石墨烯的比较允许解开导致观察到的增加的相互作用的两个关键性质，即晶格匹配和电子相互作用。虽然后者决定了杂交的强度，我们发现一个重要的影响，当地的碳结构造成的晶格失配。
2013-01-07 cond-mat.mtrl-sci
Water Adsorption at the Tetrahedral Titania Surface Layer of SrTiO$_3$(110)-(4$\times$1)
水与氧化物表面的相互作用对于基础科学和应用都具有极大的兴趣。我们提出了一个相结合的理论[密度泛函理论（DFT）]和实验[扫描隧道显微镜（STM），光电子能谱（PES）]研究水与二维二氧化钛覆盖层，终止SrTiO $_3$（110）-（4 $\times$ 1）表面和TiO $_4$四面体组成的相互作用。STM、芯能级和价带能谱表明，H $_2$ O在室温下既不吸附也不解离在化学计量比表面，而在氧空位处解离.这与DFT计算结果一致，DFT计算结果表明，化学计量和还原表面上的水解离能垒分别为1.7和0.9 eV。我们建议，水弱吸附在二维，四面体协调覆盖层。
2013-11-21 cond-mat.mtrl-sci
Direct imaging of monovacancy-hydrogen complexes in single graphitic layer
了解外来化学物质如何与石墨烯层中的原子空位结合，可以提高我们定制有缺陷石墨烯材料的电子和磁性的能力。在这里，我们使用超高真空扫描隧道显微镜（UHV-STM）和密度泛函理论，以确定氢化的单原子空位在石墨的最顶层的石墨烯层的精确结构，并建立氢钝化的细节和单原子空位的电子性质之间的连接。单空位-氢复合物通过用低能离子溅射石墨表面层，然后将其短暂地暴露于原子氢环境来制备。高分辨率的实验UHV-STM成像使我们能够明确地确定单个缺失原子在有缺陷的石墨烯晶格中的位置，并与从头计算相结合，提供了有关单空位-氢复合物外围低能电子态分布的详细信息。我们发现，其中每个σ悬挂键被一个氢原子钝化的单个原子空位显示出来自非键合π态的明确定义的信号，该信号以（\sqrt 3 \times \sqrt 3）R30^ \circ周期性穿透到体中。然而，一个单一的原子空位与全氢终止的σ-悬挂键和额外的氢钝化的扩展π-状态在一个空位的单氢化碳原子的特点是完全淬火的低能量局域态。此外，我们讨论了氢原子的迁移在周边的单空位-氢复合物，这大大改变了空缺的低能量电子特性，在我们的低偏置高分辨率STM成像观察。
2014-03-21 cond-mat.mtrl-sci
Electric-field control of oxygen vacancy and magnetic phase transition in cobaltite/manganite bilayer
通过改变电场对单层氧化层中的氧空位（V_O）进行操纵，可以对基态产生显著的调制。然而，在许多具有强应用电势的氧化物多层膜中，例如铁电隧道结和固体氧化物燃料电池，由于不同层之间复杂的V_O输运，理解不同层在外加电场下的V_O行为仍然是一个挑战。本文报道了通过扫描外加电压对钴酸盐/锰酸盐（SrCoO_（3-x）/La_（0.45）Sr_（0.55）MnO_（3-y））异质结构中V_O的可逆调控和相应的固定磁相变序列。磁性相变序列证实了复合双层膜体系中电场诱导的V_O生成/湮灭的优先顺序主要由V_O生成能和吉布斯自由能差决定，并得到了理论分析的支持。我们不仅实现了氧化物双层膜中磁性相变的可逆操纵，而且为异质结构中V_O工程的电场控制提供了新的见解。
2017-10-31 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
