Growth of Aluminum Nitride on a Silicon Nitride Substrate for Hybrid Photonic Circuits
氮化铝（AlN）是一种新兴的集成量子光子学材料，具有优良的线性和非线性光学特性。特别地，其二阶非线性极化率$χ^{(2)}$允许单光子产生。采用直流磁控溅射法在氮化硅衬底上制备了氮化铝薄膜。的薄膜已被其特征在于使用X射线衍射，光学反射计，原子力显微镜，和扫描电子显微镜。通过优化氮氩比和磁控直流电源的沉积工艺，提高了薄膜的结晶性能。X射线衍射测量证实了高质量c轴取向薄膜的制备，摇摆曲线的半高宽为3.9 °。对于300 nm厚的膜。原子力显微镜测量揭示了均方根表面粗糙度低于1纳米。AlN沉积在SiN上使我们能够用一种新的方法来制造混合光子电路，这种方法避免了AlN具有挑战性的图案化。
2021-03-08 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Electronic structure of boron and aluminum $δ$-doped layers in silicon
针对硅中高于固溶度的硼、铝δ掺杂层，采用密度泛函理论研究其电子结构，发现结构弛豫、无序及掺杂原子种类对能带等性质的影响规律，为调控其电子性质提供了理论依据。
2023-04-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Feature-rich electronic properties of aluminum-doped graphenes
采用第一性原理计算研究了多轨道杂化富集的铝掺杂石墨烯的电子性质。特征丰富的电子结构表现出准刚性红移的碳产生的能带，铝占主导地位的价带和导带，和许多自由电子在导电狄拉克锥。这直接反映在态密度（DOS）的特殊结构中。Al和碱诱导的高自由载流子密度几乎相同。Al、碱金属和卤素掺杂的石墨烯之间存在着一些重要的差异，如石墨烯的弯曲或平面化，Dirac锥的保留或严重扭曲，原子主导的价带的存在，自由电子或空穴，简并或分裂的自旋相关态，以及DOS中简单或复杂的峰。它们的相似性和差异性主要来自于不同的原子-C键轨道杂化，如原子主导的能带、空间电荷分布和轨道投影态密度。
2016-06-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Magnetic states and optical properties of single-layer carbon-doped hexagonal boron nitride
我们表明，碳掺杂的六方氮化硼（h-BN）具有非凡的性能与许多可能的应用。我们证明了与碳原子相关的取代诱导杂质态及其相互作用决定了C掺杂h-BN的电子结构和性质。此外，我们还发现，嵌入h-BN中的小C团簇中的局域杂质态的堆叠在h-BN的宽禁带中形成了一组离散的能级。这些C原子团簇的电子结构在光学、磁光和光电子学方面有着广泛的应用。
2012-05-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Low-voltage Ferroelectric Field-Effect Transistors with Ultrathin Aluminum Scandium Nitride and 2D channels
该研究在超薄AlScN铁电薄膜上制备MoS2单层沟道FeFET，通过减薄铁电层将栅极电压降至3V以下，并系统分析厚度、制备方法和环境对磁滞行为的影响，为低功耗CMOS兼容存储计算器件提供优化路径。
2025-04-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Growth and Characterization of Bulk Aluminum Nitride by Physical Vapor Transport
氮化物基材料技术发展中的一个主要问题是衬底的选择。这些层的结构和光学性质与外延生长中使用的衬底材料密切相关。关键问题包括衬底和外延层的晶格匹配以及衬底和外延层之间的热膨胀差异。由于氮在氮化镓（GAN）上具有极高的蒸气压，因此很难生产纯GAN衬底，目前几乎所有的氮化物基器件都是通过在蓝宝石或碳化硅（SiC）上异质外延来制造的。或者，AlN具有显著较低的氮蒸气压，并且可以以块体形式生长。在本文中，我们报告了我们的结果，在AlN的生长的物理气相传输。建立了一个理论模型来研究生长过程，以确定最佳的生长参数。研究了几种不同的晶种，奇异的6 H-SiC、3.50离轴6 H-SiC和80离轴4 H-SiC，以及通过氢化物气相沉积在硅衬底上生长的AlN（随后通过蚀刻去除硅衬底）。俄歇电子显微镜，透射电子显微镜，和各种X射线衍射技术被用来研究生长的样品。
2002-04-13 cond-mat.mtrl-sci
Diffusion-based Generative Machine Learning Model for Predicting Crack Propagation in Aluminum Nitride at the Atomic Scale
Purdue University（普渡大学）
本文提出一种基于扩散的生成机器学习模型，用于预测氮化铝中原子尺度的裂纹扩展，通过仅使用初始微观结构嵌入进行条件预测，实现了快速且准确的动态断裂过程模拟，包括应力驱动的裂纹萌生、裂纹分叉和原子尺度的桥接连接。
2026-03-13 cond-mat.mtrl-sci cs.LG
Design of defect spins in piezoelectric aluminum nitride for solid-state hybrid quantum technologies
宽带隙半导体中的自旋缺陷是在固态环境中实现量子比特或量子比特的有前途的系统。到目前为止，缺陷量子位只在具有强共价键的材料中实现。在这里，我们介绍了一个应变驱动的计划，合理地设计功能离子晶体中的缺陷自旋，这可能是潜在的量子比特。特别是，使用最先进的从头计算的混合密度泛函和多体微扰理论的基础上的组合，我们预测，带负电荷的氮空位中心的压电氮化铝表现出自旋三重态基态在现实的单轴和双轴应变条件下，这样的状态可以利用量子比特的实现。这里采用的应变驱动策略可以很容易地扩展到其他宽带隙半导体中的各种点缺陷，为控制离子系统中缺陷的自旋特性铺平了道路。
2016-02-02 cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Hybrid Scandium Aluminum Nitride/Silicon Nitride Integrated Photonic Circuits
针对掺钪氮化铝光学损耗高的问题，提出单片集成Si₃N₄-ScAlN波导平台，实现1.03 dB/cm的低传播损耗，兼具ScAlN的功能特性，为相关光子集成电路应用开辟新路径。
2025-08-01 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Electronic structure of fullerene-like cages and finite nanotubes of aluminum nitride
我们报告的密度泛函研究交替富勒烯状笼状结构和有限的封闭帽单壁氮化铝纳米管。研究的笼和纳米管被建模为Al 24 N24，Al 28 N28，Al 32 N32，Al 36 N36，Al 48 N48和Al 96 N96。采用解析Slater Roothaan方法，采用双zeta质量的极化高斯基组，在全电子水平上进行了结构优化，计算了电子结构、垂直电离势和电子亲合势。所有结构都是能量稳定的，结合能约为10-11 eV每AlN对。对于较大的Al 96 N96，富勒烯一样的笼是积极的不如具有Al 24 N24作为内壳的两壳簇有利。垂直电离势和电子亲合势分别在6.7-6.9 eV和1.5-2.0 eV范围内。结合能随（4，4）纳米管长度的增加而系统性地增加。使用“Delta SCF”方法确定的能带隙表明，这些结构的特征在于约4- 5eV的相当大的带隙，然而其小于相应氮化硼结构的带隙。
2005-05-27 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Low-loss, silicon integrated, aluminum nitride photonic circuits and their use for electro-optic signal processing
光子小型化要求线性和非线性光学元件的无缝集成，以同时实现无源和有源功能。在现有的材料系统中，硅光子学在光信号处理和片上光网络方面具有巨大的前景。然而，硅限于1100 nm以上的波长，并且不提供用于有源信号处理的期望的最低阶光学非线性。在这里，我们报告的集成氮化铝（AlN）薄膜在硅衬底上带来积极的功能，芯片级光子学。使用CMOS兼容的溅射薄膜，我们制作AlN绝缘体波导，表现出低传播损耗（0.6 dB/cm）。利用AlN固有的普克尔斯效应，我们展示了高达4.5 Gb/s的电光调制，具有非常低的能耗（低至10 fJ/bit）。AlN器件的超宽透明窗口还可以在可见光波长下实现高速调制。我们的低成本、宽带、无载波光子电路有望在微处理器芯片级实现超低功耗和高速信号处理。
2014-01-20 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
First principles band structure of interacting phosphorus and boron/aluminum $δ$-doped layers in silicon
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）
本研究通过密度泛函理论计算了磷和硼/铝δ层在硅中的相互作用能带结构，发现近距时掺杂势抵消，远距时类似p-n二极管，且δ层相互作用可能增强隧道效应。
2026-02-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Novel Porous Aluminum Nitride Monolayer Structures A First-principles Study
利用密度泛函理论中的从头算方法，我们对多孔AlN单层材料的可能结构和各种性质进行了研究。通过声子色散谱和从头算分子动力学模拟，确定了两种多孔AlN单分子膜的结构。我们进一步表明，这些AlN多孔单分子膜具有明确的多孔纳米结构和更高的比表面积，即，它可以与石墨烯相媲美，也可以在高温下保持均匀。此外，这两种多孔单分子膜表现出半导体性质与2.89 eV和2.86 eV的间接带隙，分别。此外，这种多孔单分子膜的电子结构可以由应变调制。多孔氮化铝单层膜在双向应变作用下，其带隙发生间接-直接转变。适度的9%压缩可以触发这种间隙转变。这些结果表明，多孔氮化铝单分子层可能会被用于光电应用，以及在未来的底层催化剂。
2020-01-17 cond-mat.mtrl-sci
Robust Aluminum Nitride Passivation of Silicon Carbide with Near-Surface Quantum Emitters for Quantum Computing and Sensing Applications
Howard University（霍华德大学）；University of Maryland, College Park（马里兰大学帕克分校）；Laboratory for Physical Sciences（物理科学实验室）
本研究利用氮化铝钝化硅碳化物表面，有效去除表面态并恢复缺陷的光学性质，同时发现界面处的新缺陷具有独特的自旋和光学特性。
2026-02-27 cond-mat.mtrl-sci
Third Harmonic Generation And Photoluminescence Measurements in Zinc Oxide And Aluminum doped Zinc Oxide Thin Films Grown by Atomic Layer Deposition
本文实验研究原子层沉积掺铝氧化锌薄膜的禁带、波长依赖三次谐波与单光子光致发光，发现最高4%弱掺杂可使三阶非线性响应较未掺杂样品数倍增强。
2023-04-23 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Ab-Initio computations of electronic and transport properties of wurtzite aluminum nitride
我们报告的结果，从几个从头算，自洽计算的电子和输运性质的纤锌矿氮化铝。我们的计算利用了局域密度近似（LDA）势和高斯轨道的线性组合（LCGO）。与其他一些密度泛函理论（DFT）计算不同，我们采用了Bagayoko，Zhao和Williams的方法，由Ekuma和Franklin（BZW-EF）增强。BZW-EF方法可验证地导致占据能量的最小值;这些最小值、低未占据能量和相关波函数提供了所研究材料的基态的最变分和物理有效的密度泛函理论（DFT）描述。由于Al的多个氧化态（Al $^{3+}$到Al）和N $^{3-}$到N的可用性，BZW-EF方法需要以不同离子种类作为输入的几组自洽计算。作为输入的（Al $^{+3}$ & N $^{3-}$）的结合能比其他输入选择的结合能大1.5 eV;这里讨论的结果来自导致该输入的占据能量的绝对最小值的计算。我们计算的w-AlN在$Γ$点的直接带隙为6.28 eV，与5 K时6.28 eV的实验值非常一致。我们讨论了能带，总的和部分的状态密度，计算，有效质量。
2014-09-21 cond-mat.mtrl-sci
Aluminum Scandium Nitride as a Functional Material at 1000°C
该研究制备并表征TaSi2/Al0.7Sc0.3N/TaSi2电容器，证明AlScN在1000°C极端环境下仍保持结构与功能稳定，并显著提升压电及机电耦合性能。
2024-10-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Hydrogenated Aluminum Doped Zinc Oxide as Highly Transparent and Passivating Indium-Free Recombination Junction for TOPCon-Based Bottom Cell
针对ITO复合结的铟稀缺与溅射损伤问题，本文证明s-ALD制备的AZO:H配合AlOx覆盖层可在TOPCon底电池上实现高透过率与优异钝化，是有潜力的无铟复合结材料。
2025-10-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Systematic comparison of approximations and functionals in first-principle calculations of aluminum-based III-V ferroelectric nitrides
University of Arkansas（阿肯色大学）；Guangdong Technion – Israel Institute of Technology（广东以色列理工学院）；Colorado School of Mines（科罗拉多矿业学院）；National Laboratory of the Rockies（落基山国家实验室）；Tel Aviv University（特拉维夫大学）；Université Paris-Saclay（巴黎萨克雷大学）；CentraleSupélec（中央苏佩雷勒高等电信学院）
通过比较虚拟晶体近似和特殊准随机结构以及多种泛函，系统评估了化学无序和交换关联近似对Al1-xScxN和Al1-xBxN结构、铁电和电子性质预测的影响，发现SQS结合SCAN泛函提供最一致的理论框架。
2026-05-23 cond-mat.mtrl-sci
Post-CMOS Compatible Aluminum Scandium Nitride/2D Channel Ferroelectric Field-Effect-Transistor
在1963年，Moll和Tarui提出半导体的场效应电导可以通过铁电（FE）材料的反向极化来控制，以创建铁电场效应晶体管（FE-FET）。然而，生产实用、紧凑的FE-FET的后续努力受到低保持力和与互补金属氧化物半导体（CMOS）工艺集成不兼容的困扰。这些困难导致了基于捕获电荷的存储器设备（也称为浮栅或闪存）的发展，并且这些现在是主流的非易失性存储器（NVM）技术。在过去的二十年里，氧化物铁电材料的进步使铁电领域重新焕发活力，并使铁电随机存取存储器（FE-RAM）成为商业现实。尽管取得了这些进展，但由于工艺挑战，基于锆钛酸铅（PZT）的商业FE-RAM在130 nm处停滞不前。350 ℃）。该温度与CMOS后端工艺兼容。在这里，我们提出了一个FE-FET器件的AlScN FE电介质层集成的范德华二维（2D）半导体，MoS 2的沟道层。我们的器件显示开/关比约为10^6，同时具有0.3 V/nm的归一化存储窗口。这些器件还表现出稳定的双态存储器保持时间长达10^4秒。我们的模拟和实验结果表明，AlScN和2D半导体的组合几乎是理想的低功耗FE-FET存储器。这些结果展示了嵌入式内存和内存计算的新方法，甚至可能导致有效的神经形态计算架构。
2020-10-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Half-metallicity in aluminum-doped zigzag silicene nanoribbons
采用第一性原理计算研究了Al掺杂锯齿型硅烯纳米带（ZSiNR）的自旋相关电子结构.当ZSiNR在每三个原始单元中的不同位置上被单个Al原子替代掺杂时，它们在某些情况下变成半金属，这是可以用于自旋电子器件的特性。更有趣的是，当Al原子被放置在亚边缘位置时，自旋下降的电子可以在费米能量下传输。相比之下，当ZSiNR在其中心附近的位置上掺杂时，自旋向上的电子可以在费米能量下传输。在边缘或近边缘位置掺杂Al原子，可以显著抑制边缘的磁矩。对于磷-（P）和硼-（B）掺杂的ZSiNR获得了类似的结果。当两个或更多个Si原子被Al原子取代时，通常半金属行为被金属、无自旋隙半导体或半导体行为取代。当六个Si原子的线，沿带的宽度，被Al原子所取代，能带结构的自旋分辨率被抑制，系统变得不稳定。
2014-08-29 cond-mat.mtrl-sci
Aluminum nitride as a new material for chip-scale optomechanics and nonlinear optics
硅光子学为集成光机械电路的最新发展提供了一个通用平台。然而，硅限于1100 nm以上的波长，并且不允许器件在可见光谱范围内操作，在可见光谱范围内可以方便地获得低噪声激光器。硅的窄禁带也使得硅光机械器件容易受到强双光子吸收和自由载流子吸收的影响，这通常会引入强烈的热效应，限制了器件的稳定性和冷却性能。此外，硅也不提供用于与芯片上的其它有源电部件接口的期望的最低阶光学非线性。另一方面，氮化铝（AlN）是一种宽带半导体，由于其低机械损耗和高机电耦合强度而广泛用于微机械谐振器。在这里，我们报告的低损耗，宽带光导，以及它的使用，同时实现高光学质量和机械质量的光机设备的硅上AlN平台的发展。利用AlN固有的二阶非线性，我们进一步证明了AlN光子电路中的电光调制和有效的二次谐波产生。我们的研究结果表明，低成本的AlN-硅光子电路是CMOS兼容的光子电路的优秀替代品，用于构建新的功能光机械器件，是免费的载流子效应。
2012-10-03 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Effect of boron nitride defects and charge inhomogeneity on 1/f noise in encapsulated graphene
研究了双栅结构六方氮化硼（hBN）衬底封装石墨烯的低频1/f噪声。与Si/SiO2衬底上的石墨烯相比，整体噪声幅度较小。在空穴掺杂区的噪声幅度是独立的载流子密度，而在电子掺杂区，观察到一个明显的峰值，在费米能量，EF ~ 90 meV。电子掺杂区的反常噪声峰的物理机制是由于碳原子取代了hBN晶体中的氮位而产生的杂质态。此外，狄拉克点附近的噪声研究显示出特征的“M形”，这被发现与狄拉克点附近的电荷不均匀区域强烈相关。
2021-11-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Sputtered Aluminum Nitride Waveguides for the Telecommunication Spectrum with less than 0.16 dB/cm Loss
本研究制备了基于反应直流磁控溅射的无包层多晶AlN波导，其在通信O波段和C波段的TE偏振传输损耗均低于0.16 dB/cm，性能媲美MOCVD外延生长的最优AlN波导，展现了溅射AlN在通信频段光子平台的应用潜力。
2024-08-19 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph physics.optics
Half-metallic ferromagnetism in transition-metal doped germanium nitride: A first-principles study
采用第一性原理计算研究了过渡金属掺杂的$β$ -Ge_3 N_4的电磁性质。结果表明，替位式过渡金属杂质有团簇的倾向。V和Cr掺杂的Ge_3 N_4化合物为铁磁半导体，Mn和Fe掺杂的化合物为半金属铁磁半导体。
2010-04-01 cond-mat.mtrl-sci
Mapping the Structure of Oxygen-Doped Wurtzite Aluminum Nitride Coatings From Ab Initio Random Structure Search and Experiments
机器学习正在改变我们设计和解释材料科学实验的方式。在这项工作中，我们展示了如何无监督学习，结合从头算建模，提高了我们的多组分合金的结构亚稳性的理解。我们使用的Al-O-N合金的例子的情况下，在纤锌矿AlN中的铝空位的形成后，取代氧的掺入可以被看作是一个一般的固体机制，其中晶体对称性降低，以稳定缺陷。理想的AlN纤锌矿晶体结构占据不能匹配，由于异价异质元素的存在下，进入结构。传统的X射线衍射（XRD）实验解释了Al-O-N薄膜中C晶格的收缩，表明在8at.%的溶解度存在极限氧含量在这里，我们表明，这种天真的解释是误导。我们通过从头计算模拟和正电子湮没寿命谱数据的机器学习分析来支持XRD数据，没有发现可能的溶解度极限的迹象。相反，在增加氧含量时出现的各种非平衡富氧缺陷结构的存在表明，晶界的形成是负责在Al-O-N溅射膜中测量的晶格收缩的最合理的机制。
2021-01-12 cond-mat.mtrl-sci
Ferromagnetism in 2p Light Element-Doped II-oxide and III-nitride Semiconductors
本文研究了掺有102 p轻元素的Ⅱ-氧化物和Ⅲ-氮化物半导体作为潜在的稀磁半导体。基于我们的第一性原理计算，氮掺杂的ZnO，碳掺杂的ZnO，和碳掺杂的AlN被预测为铁磁性。这类DMS材料的铁磁性可以归因于类p-d交换的p-p耦合相互作用，这种相互作用是由杂质（类p t_2）和价（p）态之间相似的对称性和波函数引起的。我们还提出了一种共掺杂机制，使用铍和氮作为掺杂剂在ZnO中，以增强铁磁耦合，并增加溶解度和活性。
2007-09-13 cond-mat.mtrl-sci
Half-Metallic Ferromagnetism in Transition-Metal Doped Boron Nitride Nanotubes
研究了Ni六方密排纳米线掺杂的锯齿形氮化硼（BN）纳米管。掺杂的BN纳米管是具有实质磁性的铁磁金属。发现Ni纳米线与BN纳米管之间的相互作用产生了一些特殊的磁性，Ni掺杂BN（9，0）纳米管表现出半金属性质，当Ni掺杂量大于1.4e/晶胞时，纳米管可以转变为半金属性质。本征半金属行为可以通过两种不同的方式实现：一种是用较小的BN纳米管包覆Ni纳米线，即，BN（8，0）纳米管，另一种方法是采用静水压均匀压缩Ni掺杂BN（9，0）纳米管。
2004-09-07 cond-mat.mtrl-sci
Cr doped III-V nitrides: potential candidates for spintronics
研究铬掺杂的III-V族氮化物，稀磁合金，在锌的晶体结构。本工作的目的是研究Al（0.75）Cr（0.25）N，Ga（0.75）Cr（0.25）N和In（0.75）Cr（0.25）N的半金属性，以探讨它们在自旋电子器件中的可能应用。自旋极化能带结构、电子性质和磁学性质的计算结果表明，Al 0.75Cr 0.25 N和Ga 0.75Cr 0.25 N是半金属稀磁半导体，而In 0.75Cr 0.25 N是金属稀磁半导体。目前的理论预测提供的证据表明，一些铬掺杂的III-V族氮化物可用于自旋电子器件。
2011-01-21 cond-mat.mtrl-sci
Photochromism and influence of point defect charge states on optical absorption in aluminum nitride (AlN)
Leibniz-Institut für Kristallzüchtung（莱布尼茨晶体生长研究所）
在这项工作中，我们研究了AlN在1.5 - 5.5 eV范围内的吸收特性，以及由紫外线（UV）照射引起的亚稳态吸收变化（光致变色），以及在2 - 4 eV的照射或升高的温度下的初始状态的恢复。在4.7 eV处，UV辐照导致吸收系数从110 cm $^{-1}$降低至55 cm $^{-1}$，而在可见光范围内，吸收系数从低于5 cm $^{-1}$的值增加至~35 cm $^{-1}$。用平行和垂直于光轴的两个线性偏振进行测量，可以确定2.6、2.8、3.4、4.0、4.5和4.8 eV处的几个不同吸收带。在2.6 eV和3.4 eV处的能带识别靠近价带的缺陷能级，而在2.8 eV处的能带峰值与导带相关。光致变色允许在两个相关的光谱范围内控制光的吸收，因为UV吸收的减少和可见光吸收的增加与切换相同缺陷的电荷状态有关。
2021-01-17 cond-mat.mtrl-sci
Ferromagnetism and Curie temperature of Vanadium-doped Nitrides
利用KKR-LSDA-CPA研究了钒掺杂氮化物（AlN、GAN和InN）的电子结构、磁性离子间的交换作用机制和居里温度。结果表明，在低浓度时，铁磁超交换作用机制占主导地位，但在足够高的浓度（x > 0.10）时，反铁磁超交换作用出现，降低了铁磁性的稳定性，特别是对于掺钒AlN和掺钒GAN.平均场近似下的居里温度的估计表明，钒掺杂的氮化物的居里温度超过室温与钒的几个成分。
2005-04-14 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Deep-level engineering in aluminum nitride (AlN) enables reliable photodetection in extreme conditions
Massachusetts Institute of Technology（麻省理工学院）
本文展示基于AlN的亚带隙光电探测器，利用深能级缺陷实现非饱和线性响应，可测量超过40 W/cm²的超亮蓝光，并在高达300°C下保持线性，通过窄空间电荷区设计实现超宽带隙半导体在极端条件下的可靠应用。
2026-09-18 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
First principles study of electronic and structural properties of single walled zigzag boron nitride nanotubes doped with the elements of group IV
采用密度泛函理论研究了掺杂元素周期表第IV族元素的（10，0）-氮化硼纳米管（BNNT）的结构、电子性质和稳定性. HOMO-LUMO间隙已被强烈修改和处理的双重方式，通过选择B或N位的掺杂剂原子。形成能计算表明，B位掺杂比N位掺杂稳定.结果还表明，除了B位碳掺杂的BNNT外，所有掺杂剂都使BNNT转变为p型半导体。
2017-09-02 cond-mat.mtrl-sci
Adsorption of Sugars on Al- and Ga-doped Boron Nitride Surfaces: A Computational Study
表面上的分子吸附是许多应用的关键要素，包括传感和催化。非侵入性糖感测由于其对糖尿病护理的重要性而一直是研究的活跃领域。糖在模板表面上的吸附研究是问题的核心。在这里，我们研究掺杂六方氮化硼片（$h$-BNNs）作为葡萄糖和葡萄糖胺的吸附和传感模板。使用第一性原理计算，我们发现，葡萄糖和氨基葡萄糖的吸附$h$-BNNs显着增强与Al和Ga的替代掺杂的片材。包括长程范德瓦尔斯修正给出约2eV的吸附能。除了发生在葡萄糖和Al/Ga掺杂的BN片之间的电荷转移之外，吸附改变了带隙的大小，从而允许对吸附进行光学检测。我们还发现Al掺杂的氮化硼片比Ga掺杂的氮化硼片更能提高葡萄糖和氨基葡萄糖的吸附能。我们的工作结果可以潜在地利用时，设计支持模板葡萄糖和氨基葡萄糖。
2015-12-13 cond-mat.mtrl-sci
Tuning dissociation using isoelectronically doped graphene and hexagonal boron nitride: water and other small molecules
二维材料如石墨烯和六方氮化硼（h-BN）的新用途经常被发现，特别是在膜和催化应用中。然而，关于环境和工业上重要的分子（如水）与这些材料的相互作用，仍有许多问题有待了解。从石墨烯和h-BN的杂化进展中获得灵感，我们使用密度泛函理论探索了水，氢，甲烷和甲醇在石墨烯，h-BN及其等电子掺杂对应物：BN掺杂的石墨烯和C掺杂的h-BN上的解离。我们发现，掺杂的表面是相当多的反应性比他们的原始同行，并通过比较几个小分子的反应性，我们开发了一个一般的框架解离吸附。由此，出现了等电子掺杂的特别有吸引力的结果：可以掺杂衬底以增强其对极性或非极性吸附物的反应性。因此，这些基板是潜在的可行的候选人选择性催化剂和膜，这意味着可以设计一系列的可调材料。
2016-03-24 cond-mat.mtrl-sci
Graphene Metallization of High-Stress Silicon Nitride Resonators for Electrical Integration
高应力化学计量比氮化硅谐振器，其品质因数超过一百万，已显示出在传感和信号处理中的应用前景。然而，绝缘氮化硅谐振器的电集成一直是具有挑战性的，因为即使沉积薄的金属层也会显著降低品质因数。在这项工作中，我们表明，石墨烯用作Si 3 N4膜的导电涂层，使品质因数平均降低不到30%，这与传统金属化层（如铬或铝）的影响相比是最小的。Si 3 N4-石墨烯（SiNG）异质结构谐振器的电集成与电读出和静电调谐的频率高达1%每伏证明。这些研究证明了混合石墨烯/氮化物机械谐振器的可行性，其中石墨烯的电性能与氮化硅的优异机械性能相结合。
2013-05-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Effect of boron and phosphorus codoping on the electronic and optical properties of graphitic carbon nitride monolayers: First-principle simulations
采用密度泛函方法研究了硼（B）和磷（P）共掺杂对石墨碳氮化物（g-C $_3$ N $_4$或GCN）单层膜的电子和光学性质的影响。能带结构表明，将B和P掺入GCN的六方晶格中将能带隙从原始GCN的$3.1$降低到$1.9$ eV，从而将光吸收向可见光区域延伸。此外，在计算吸收光谱和介电函数的基础上，发现共掺杂体系在可见光区的吸收强度得到了提高，并出现了更多的电子跃迁，即$π^*$电子跃迁，这些电子跃迁在原始的GCN中发生并被禁止.这些转变可以归因于掺杂时的电荷再分布，这是由电子密度和Mulliken电荷分布证实的畸变的可配置B/P共掺杂GCN引起的。因此，B/P共掺杂的GCN有望成为一个吉祥的候选人，被用作光电化学水裂解反应，导致高效的太阳能H $_2$生产的一个有前途的光电极。
2018-06-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Mobility in N-Doped Wurtzite III-Nitrides
报道了n掺杂纤锌矿Ⅲ族氮化物迁移率的研究。我们已经确定了III-氮化物系统的非平衡热力学状态，驱动远离平衡由一个强大的电场，在稳定状态下，随后一个非常快的瞬态。导出了迁移率随电场强度的变化关系，迁移率随电场强度的增大而减小。我们分析了电子散射的不同渠道，即极性光学，变形，压电，与声子的相互作用，并与杂质所产生的迁移率的贡献。对n-InN、n-GaN和n-AlN的情况进行了分析：正如预期的那样，主要贡献来自这些强极性半导体中的偏振光相互作用。其他的相互作用是在降序，变形声学，压电，和一个由于杂质。
2021-10-02 cond-mat.mtrl-sci
The band-gap of Tl-doped gallium nitride alloys
本文从第一性原理出发，研究了锌掺杂Tl（x）Ga（1-x）N合金的结构和电子性质。在LDA方法中进行的结构弛豫导致晶格参数a对TI含量x的线性依赖性。反过来，由MBJLDA计算得到的能带结构与相应的LDA结果有很大的不同。预测Tl掺杂的GAN材料中的带隙的减小（对于x<0.25）是x的线性函数，即，0.08eV每原子%的铊。对于x>0.5的材料，预期具有半金属特性。在Tl（x）Ga（1-x）N系统中，与掺Tl的InN材料相比，在布里渊区的Gamma点处，重空穴和分裂带之间的自旋轨道耦合驱动分裂明显减弱.
2015-06-29 cond-mat.mtrl-sci
Morphology, ordering, stability, and electronic structure of carbon-doped hexagonal boron nitride
我们目前的理论研究的形态，稳定性和电子结构的单层六方CBN合金具有丰富的h-BN含量和碳浓度不超过50%。我们的研究是基于键级类型的价力场来考虑原子组分之间的相互作用和Monte Carlo方法与Metropolis算法来建立原子在晶格上的平衡分布。我们发现，相分离成石墨烯和h-BN域发生在大多数的生长条件。只有在富氮生长条件下，才有可能获得碳原子在硼亚晶格上的准均匀分布。我们还预测，在化学计量的C $_x$（BN）$_{1-x}$合金的能隙表现出非常强的弯曲。
2019-03-18 cond-mat.mtrl-sci
First-principles study of Ce$^{3+}$ doped lanthanum silicate nitride phosphors: Neutral excitation, Stokes shift, and luminescent center identification
我们从第一性原理出发研究了两种镧硅氮化合物LaSi $_{3}$ N $_{5}$和LaPDMATHABMM Si $_{6}$ N $_{11}$，原始的以及掺杂Ce离子的$^{3+}$，以解释它们不同的发射颜色，并表征发光中心。两种未掺杂基质的电子结构相似，并且没有给出定量描述这种差异的暗示。Ce $^{3+}$离子的$4f\rightarrow 5d$中性激发通过约束密度泛函理论方法与$Δ$ SCF分析的总能量相结合来模拟，产生吸收能。之后，原子的位置在激发态放松，产生的发射能量和斯托克斯位移。在此基础上，确定了$_{3}$ N $_{5}$：Ce和$_{3}$ Si $_{6}$ N $_{11}$：Ce中的发光中心.计算量与实验数据的一致性是相当合理的，并解释了发射光的不同颜色。同时，得到的斯托克斯位移与实验值相差在20%以内.
2017-08-21 cond-mat.mtrl-sci
Silicon nitride resistance switching MIS cells doped with silicon atoms
本文研究硅原子掺杂对氮化硅阻变存储单元开关性能的影响，通过超低能离子注入和退火制备器件，结合直流与交流电学表征揭示掺杂对介电性能和导电机理的作用。
2025-02-04 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
X-ray absorption study of Ti-activated sodium aluminum hydride
利用Ti K边X射线吸收近边谱（XANES）研究了钛活化的钠铝尖晶石中Ti的价态和配位情况。基于一组标准，在Ti价态和Ti K边起始之间建立了经验关系。该关系用于估计在2摩尔%和4摩尔% Ti掺杂的NaAlH4中的钛催化剂的氧化态。这些结果表明，在掺杂的铝酸钠溶液中，钛的形式价态为零，并且在氢循环过程中几乎不变。边缘精细结构的定性比较表明，Ti以非晶TiAl 3的形式存在于表面上。
2004-04-15 cond-mat.mtrl-sci
Phonon-Mediated Superconductivity near the Lattice Instability in Hole-doped Hydrogenated Monolayer Hexagonal Boron Nitride
采用密度泛函理论与局域密度近似，我们表明，完全氢化的单层六方氮化硼（H $_2$ BN）的直接带隙为2.96 eV的蓝光区，而原始的$\textit{h}$ -BN具有更宽的间接带隙为4.78 eV。空穴掺杂的H $_2$ BN在低载流子密度（$n$）下是稳定的，但在较高的$n$下变得动态不稳定。我们预测，它是一个声子介导的超导体的转变温度（$T_c$），可以达到$\sim$ 31 K在$1.5\times$ $10^{14}$空穴的$^{-2}$附近的晶格不稳定性。通过施加6%的双轴拉伸应变以及在接近新的晶格不稳定性的$^{-2}$的$3.4\times$ 10个$^{14}$孔cm的$n$处的掺杂，$T_c$可以被增强到$\sim$ 82 K。
2021-09-30 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
Semitransparent Polymer-Based Solar Cells with Aluminum-Doped Zinc Oxide Electrodes
通过使用两个透明电极，有机太阳能电池是半透明的，并且可以组合成并联连接的多结器件或用于诸如发电窗的创新应用。一个具有挑战性的问题是电极的优化，以便将高透明度与足够的电性能相结合。在目前的工作中，我们研究的潜在的电沉积的铝掺杂氧化锌（AZO）作为替代广泛使用的，但相对昂贵的氧化铟锡（ITO）作为阴极材料的半透明聚合物-富勒烯太阳能电池。关于阳极，我们利用基于嵌入在两个蒸发的MoO $_3$层之间的超薄Au膜的绝缘体/金属/绝缘体结构，其中外部MoO $_3$膜（覆盖层）用作光耦合层。系统地研究了无ITO透明太阳能电池的性能与覆盖层和有源层的厚度以及光照方向的关系。发现这些变化对所获得的光电流具有强烈的影响。我们对器件内的电场分布进行了光学模拟，以分析电流变化的起源，并提供对器件物理的深入了解。利用本文研究的常规吸收体材料，优化的无ITO和半透明器件达到2.0%的功率转换效率和60%的最大光透射率，该器件概念可能可转移到其他吸收体材料。
2019-04-30 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Aluminum doping improves the energetics of lithium, sodium, and magnesium storage in silicon
虽然Si是用于Li离子电池的有效插入型阳极，但已显示结晶Si不适合于Na和Mg储存，特别是由于结合强度不足。最近有报道说，可以合成高浓度（几个原子%）和分散的Al掺杂的Si纳米线。在这里，我们表明基于密度泛函理论计算，Al掺杂显着提高了Na和Mg插入的能量，具体地说，使其与真空参考状态相比，在能量上有利。对于高Al浓度，Al掺杂Si中Mg的能量接近Mg的结合能。然而，发现Li（0.57-0.70 eV）、Na（1.07-1.19 eV）和Mg（0.97-1.18 eV）在Al掺杂的Si中的扩散的迁移势垒保持与纯Si中一样高，可能阻止有效的电化学钠化和镁化。
2014-07-02 cond-mat.mtrl-sci
Quantum emitter formation in carbon-doped monolayer hexagonal boron nitride
六方氮化硼（hBN）中的单光子发射体（SPE）是量子光产生的有希望的候选者。尽管如此，将hBN SPE的形成控制到单层极限的技术还有待证明。最近的实验和理论研究表明，hBN中可见波长的单光子发射体来源于碳相关的缺陷。在这里，我们展示了一个简单的策略，通过调节表面碳浓度的化学气相沉积生长单层hBN过程中控制SPE的创建。通过在hBN生长期间增加表面碳浓度，我们观察到碳掺杂水平对于B-C键增加了2.4倍，对于N-C键增加了1.6倍。对于相同的样品，我们观察到SPE密度从0.13增加到0.30发射体/μ m2。我们的简单方法首次在单层样品中可靠地产生hBN SPE，为先进的2D量子态工程打开了大门。
2021-10-10 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
A synergistic view of magnetism, chemical activation, and ORR as well as OER catalysis of carbon doped hexagonal boron nitride from first-principles
近年来，碳（C）掺杂的六方氮化硼（hBN）已被实验报道是氧还原反应（ORR）的可能的催化主体，以及在室温下可能的铁磁体。还报道了在hBN中被C取代形成石墨烯岛。在这项工作中，我们探索从第一性原理，这些不同方面的C掺杂hBN之间的连接。我们发现形成的石墨烯岛覆盖不相等数量的B和N的网站在hBN是积极合理的。它们具有净非零磁矩，并且还被发现比它们的非磁性对应物具有更多的化学活性，覆盖相等数量的B和N位点。电子之间的原位库仑排斥，已知是像石墨烯和hBN这样的二分晶格中的磁性的原因，也被发现不仅在磁性石墨烯岛和hBN的锯齿形界面处的C原子的化学活化中，而且在紧邻hBN附近的硼（B）位点的化学活化中发挥核心作用。然而，据报道，由于在B位点处的取代（其在能量上比在N位点处更有利）而导致的这种活化的B或C不利于ORR。有利地，我们发现，随着石墨烯岛的尺寸增加，B位点处的C的活化系统地缓和，为在磁性石墨烯岛的边缘处覆盖比N位点更多的B位点的有效催化位点的丰度铺平了道路。因此，作为贵金属电极的替代品，我们提出了一类石墨烯-hBN杂化物，其具有嵌入hBN中的磁性石墨烯岛的晶格，其可以是金属的。
2019-02-15 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
Structural and electrical properties of fiber textured and epitaxial molybdenum thin films prepared by magnetron sputter epitaxy
本文系统研究生长温度对纤维织构与外延AlN上磁控溅射Mo薄膜结构及电学性能的影响，揭示晶粒尺寸和晶界类型对电阻率的作用规律。
2024-10-29 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Superconductivity in single-crystalline, aluminum- and gallium-hyperdoped germanium
IV族半导体中的超导性对于结合半导体和超导性质两者的混合装置是期望的。在硼掺杂的金刚石和Si之后，在镓掺杂的Ge中观察到超导性，然而所获得的样品是多晶形式[Herrmannsdörfer等人，物理修订信函102，217003（2009）]。在这里，我们提出了超导单晶锗超掺杂镓或铝离子注入和背面闪光灯退火。Al和Ga在Ge中置换位置的最大浓度是平衡固溶度的8倍。这相当于空穴浓度超过10^21 cm-3。利用局域密度近似下的密度泛函理论和赝势平面波方法，我们证明了p型Ge的超导电性是声子介导的。根据从头算计算，对于6.25at.%的Al和Ga掺杂的Ge，临界超导温度在0.45K范围内掺杂剂浓度与实验获得的值定性一致。
2019-04-15 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Effect of Al doping on phase formation and thermal stability of iron nitride thin films
本文系统地研究了Al掺杂对氮化铁（Fe-N）薄膜相形成的影响。具有不同Al浓度（Al=0、2、3、6和12 at.%）的Fe-N薄膜使用DC磁控溅射通过在0至100%之间改变氮分压来沉积。利用X射线衍射和极化中子反射率研究了薄膜的结构和磁性。观察到在最低掺杂水平（2at.%）下，的Al），与未掺杂的样品相比，在较低的氮分压下形成富氮的非磁性Fe-N相。有趣的是，我们观察到当Al掺杂增加超过3at.%时，与未掺杂的样品相比，在较高的氮分压下出现富氮的非磁性Fe-N相。并对薄膜的热稳定性进行了研究。在10%氮分压下沉积的非掺杂Fe-N薄膜具有较差的热稳定性。Al掺杂2at.%而对于3、6和12 at.%，Al掺杂时，显示出显著的改善。用Fe-N和Al-N热力学解释了所得结果。
2015-05-20 cond-mat.mtrl-sci
Shift of Fermi level by substitutional impurity-atom doping in diamond and cubic- and hexagonal-boron nitrides
采用KKR（Korringa-Kohn-Rostoker）方法计算了金刚石、立方氮化硼（cBN）和六方氮化硼（hBN）的态密度和能带图，研究了杂质原子掺杂低于10at.%时费米能级的移动.对于金刚石，掺杂剂原子为B和N，对于cBN，掺杂剂原子为Be、Si和C，对于hBN，掺杂剂原子为Be和C。发现在下列七种情况下费米能级位于价带最大值或导带最小值：（i）B浓度为0.3at.%在B掺杂的金刚石中，（ii）N浓度为0.4原子%，在N掺杂金刚石中，（iii）Be取代B的浓度为0.9at.%在cBN中，（iv）Si取代B的浓度为0.3原子%，在cBN中，（v）C取代B的浓度为0.3原子%，在cBN中，（vi）C取代N的浓度为0.9原子%，在cBN中，和（vii）Be取代B的浓度为~ 2at.%在hBN中。这些值中的每一个都指示用于载流子到金属转变的临界掺杂剂浓度。在掺硼金刚石中，它是在低温下发生超导性的一种量度。
2014-12-10 cond-mat.mtrl-sci
In-situ grown single crystal aluminum as a non-alloyed ohmic contact to n-ZnSe by molecular beam epitaxy (MBE)
利用分子束外延（MBE）技术在ZnSe（100）外延生长的单晶Al膜上制备了n-ZnSe的新型欧姆接触。电子背散射衍射（EBSD）证实了铝膜的单晶结构。将（110）取向的Al层相对于衬底旋转45 $^\circ$以匹配ZnSe（100）晶格常数。生长的Al-ZnSe接触具有接近理想的欧姆特性在一个大的掺杂范围内的n-ZnSe，而无需任何额外的处理。对于甚至轻掺杂的ZnSe，接触电阻在10 $Ω$ $^{2}$的范围内（$\sim$ 10 $^{17}$ cm $^{-3}$）。轻掺杂ZnSe样品的漏肖特基行为表明，Al-ZnSe形成了低势垒高度的肖特基极限接触。与文献报道的接触相比，原位生长的Al可以作为与n-ZnSe的简单金属接触而不受载流子浓度的影响，并且具有较低的电阻。这种新型的金属化方法可以大大简化ZnSe基器件的制作复杂度，降低成本
2020-05-21 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
