Meyer-Neldel and anti-Meyer-Neldel rule in microcrystalline silicon and silicon carbide examined with Hall measurements
利用变温霍尔测量方法研究了轻掺磷氢化微晶硅（$μ$ c-Si：H）和未掺杂氢化碳化硅（$μ$ c-SiC：H）中的电子输运性质.材料性质涵盖不同的堆叠和掺杂浓度。对于$μ$ c-Si：H样品，载流子浓度通过电子轰击和随后的缺陷分步退火而改变。我们描述的行为的电导率，迁移率和载流子浓度的迈耶-内德尔规则（MNR）和反MNR。我们提出了第一个样本之间切换。理论检验利用反MNR来描述电子室温性质，并扩展了统计位移模型。
2019-08-18 cond-mat.mtrl-sci
Highly efficient optical pumping of spin defects in silicon carbide for stimulated microwave emission
我们研究了碳化硅中硅空位相关自旋的泵浦效率。对于插入谐振频率为9.4GHz的微波腔中的晶体，在室温下获得了75的自旋布居数反转因子，饱和光泵浦功率约为350mW。在低温下，由于超过一分钟的异常长的自旋晶格弛豫时间，泵效率急剧增加。根据实验结果，我们找到了碳化硅脉塞可以工作在连续波模式下，并作为一个量子微波放大器的现实条件。
2017-08-31 cond-mat.mtrl-sci
Ion Beam Synthesis of embedded SiC
在室温下，使用高剂量碳离子注入在具有（100）和（111）取向的N型硅样品中进行嵌入碳化硅的合成。利用剂量的变化得到了碳化硅形成的剂量依赖关系。在1000 ℃下退火，以退火去除由退火引起的缺陷，并在硅基体中获得碳化硅沉淀。详细的傅立叶红外光谱分析和X射线衍射研究证实了碳化硅立方相的形成。碳化硅沉淀物的晶粒尺寸估计为几纳米。X射线衍射结果表明，在硅（100）样品中碳化硅沉淀物的结晶有序性比在硅（111）样品中的好，并且在硅样品的轰击区发生了非晶化。退火后，非晶化区域重新结晶成硅的多晶相。
2005-05-24 cond-mat.mtrl-sci
Implanted Bottom Gate for Epitaxial Graphene on Silicon Carbide
我们提出了一种技术来调整外延石墨烯的电荷密度，通过静电栅极是埋在碳化硅衬底。其结果是一种设备，其中石墨烯仍然可以用于进一步的操作或研究。通过将氮或磷注入到碳化硅晶片中以及随后的石墨烯生长，可以使用标准半导体技术常规地制造器件。我们已针对室温和低温操作优化了样品。根据注入剂量和温度，我们在两个选通制度。在第一种中，门控机制类似于MOSFET，第二种是基于碳化硅半导体的调谐空间电荷区。我们提出了一个详细的模型，描述了两个浇口制度和之间的过渡。
2011-09-27 cond-mat.mtrl-sci
Comparing electron-phonon coupling strength in diamond, silicon and silicon carbide: First-principles study
从第一性原理出发，研究了四面体半导体金刚石、硅和立方碳化硅中电子-声子耦合引起的电子带隙重正化。在振动态与价带最大值和导带最小值的耦合之间存在显著的差异。声子耦合到价带最大值的强度在三个系统之间是相似的，并且由改变键长的振动支配。到导带最小值的耦合强度在金刚石、碳化硅和硅中显著不同。在金刚石中，耦合由声子布里渊区中的六个小的振动态口袋主导，这最终导致了这种材料中更强的电子-声子耦合。我们的研究结果代表了对半导体和绝缘体中的电子-声子耦合的先验理解的发展的第一步，这应该有助于设计具有定制的电子-声子耦合特性的材料。
2014-06-03 cond-mat.mtrl-sci
Flexural Plate Wave Devices Fabricated from Silicon Carbide Membranes
弯曲板波（FPW）设备制造的碳化硅（SiC）膜在这里提出的表现出电气和机械特性，在其传递函数，这使得它非常有用的低电压探头设备能够在小面积，通常是无法访问的普通设备。该电流驱动装置的低输入阻抗特性使其能够在非常低的电压下工作，从而降低了待探测易燃或易爆区域的危险。弯曲板波（FPW）装置属于重力型传感器系列，可直接测量振动元件的质量。主要目的是研究碳化硅（SiC）膜作为Sandia国家实验室开发的弯曲板波器件中的氮化硅（SiN）膜的替代物的适用性
2002-05-15 cond-mat.mtrl-sci
Versatile electronic properties and exotic edge states in single-layer tetragonal silicon carbides
采用密度泛函理论计算了三种单层四元碳化硅（SiC），分别命名为T1，T2和T3。虽然这三种结构具有相同的拓扑几何结构，但它们具有从半导体（T1）、半金属（T2）到金属（T3）的多种电子性质，这种多样性源于Si和C原子之间的丰富键。三种SiC的纳米带也显示出有趣的电子性质。特别是，T1纳米带具有奇异的边缘态，其中电子仅分布在一个边缘的硅或碳原子上。T1纳米带的带隙是恒定的，因为边缘态之间没有相互作用。
2016-01-10 cond-mat.mtrl-sci
Efficiently Engineered Room Temperature Single Photons in Silicon Carbide
我们首次在碳化硅（SiC）中观察到稳定的单光子源。这些光源非常明亮，在室温下工作，表明SiC是一种可行的材料，可以实现各种量子信息、计算和光子应用。探测到的最大单光子计数率为700 k计数/s，推断量子效率约为70%。单光子源是由于本征深能级缺陷构成的碳反位空位对。这些被证明是可控地形成的电子辐照。这些单一缺陷的时间动力学的变化进行了详细研究。
2012-10-18 cond-mat.mtrl-sci
Identification of Si-vacancy related room temperature qubits in 4H silicon carbide
作为量子比特的点缺陷的微观结构的识别是量子信息处理和传感技术发展的关键步骤。在众多的候选者中，碳化硅（SiC）中的硅空位相关中心由于其特殊的自旋3/2基态和激发态而显示出显著的性质。虽然这些中心在几十年前就被观察到了，但仍然有两种竞争的模型，孤立的带负电荷的硅空位和带负电荷的硅空位与中性碳空位的复合物[Phys. Rev. Lett.\ \textbf{115}，247602（2015）]中所述。通过高精度的第一性原理计算和高分辨率的电子自旋共振测量，我们在这里明确地确定了六角SiC中与Si空位相关的量子比特是孤立的带负电荷的硅空位。此外，我们确定了硅空位量子位配置，提供室温光学读出。
2017-10-13 cond-mat.mtrl-sci
Excitation and recombination dynamics of vacancy-related spin centers in silicon carbide
我们利用电子辐照的方法在高质量的外延碳化硅层中产生与硅空位有关的缺陷。通过控制辐照通量，缺陷浓度在几个数量级上变化。我们建立了这些缺陷的光泵浦的激发分布，并评估了770 nm的最佳激发波长。我们还测量了室温下的光致发光动力学，发现一个单指数衰减的特征寿命为6.1 ns。积分的光致发光强度依赖于线性的激发功率密度高达20千瓦/厘米$^2$，表明这些缺陷的相对较小的吸收截面。
2014-04-01 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
Optically addressable silicon vacancy-related spin centers in rhombic silicon carbide with high breakdown characteristics and ENDOR evidence of their structure
我们发现碳化硅中的单轴取向中心具有不寻常的性能。在这里，我们证明了在菱形15 R-SiC晶体基质中具有$S= 3/2$的硅空位相关中心家族具有独特的特性，例如在高达250 $^\circ$ C的温度下存在的ODMR对比度和光学自旋对准。因此，具有半整数基自旋态的光学可寻址硅空位相关中心的概念被扩展到广泛的SiC菱形多型体。这些中心的结构，这是量子应用的一个基本问题，已经建立了使用高频ENDOR。研究表明，一类硅空位相关中心是一个带负电荷的顺磁态硅空位，自旋为$S= 3/2$，V $_\textrm{Si}^-$，受非顺磁态中性碳空位的扰动，V $_\textrm{C}^0$与硅空位没有共价键，在c晶轴上与硅空位相邻.
2015-06-18 cond-mat.mtrl-sci
High precision vector magnetometry with uniaxial quantum centers in silicon carbide
我们表明，单轴色心的碳化硅与六方晶格结构，可以用来测量不仅是强度，而且还极角的外部磁场相对于缺陷轴的高精度。该方法是基于四重态基态硅空位缺陷中的多自旋共振的光学探测。我们实现了一个完美的协议之间的实验和计算的自旋共振谱没有任何拟合参数，在磁场范围内高达几个毫特斯拉的角度分辨率为几度。我们的方法适用于合奏以及单自旋3/2色心，允许在环境条件下的纳米尺度上的矢量磁强计。
2015-05-01 cond-mat.mtrl-sci
Room-temperature quantum oscillations of static magnetic susceptibility of silicon-carbide epitaxial layers grown on a silicon substrate by the method of the coordinated substitution of atoms
本研究测量分析了原子协调置换法制备的硅衬底碳化硅外延薄膜磁化率，发现室温弱磁场下存在磁化率磁滞与Aharonov-Bohm量子振荡，源于载流子在负U偶极微缺陷上的单、双粒子干涉。
2023-07-28 cond-mat.mtrl-sci
Theoretical Study of Carbon Clusters in Silicon Carbide Nanowires
利用第一性原理方法对碳化硅纳米线中的碳团簇进行了理论研究。我们研究了氢钝化SiC纳米线沿[100]和[111]方向生长的碳原子团簇和反位团簇。这些团簇的形成能计算为碳浓度的函数。我们验证了SiC纳米线中碳缺陷的能量稳定性强烈依赖于纳米线表面的组成：碳包覆[100] SiC纳米线中能量最有利的构型预计不会发生在硅包覆[100] SiC纳米线中。一些聚集体的结合能也得到了，他们表明，在SiC纳米线的碳团簇的形成是积极的青睐。
2011-07-20 cond-mat.mtrl-sci
The Origin of Doping in Quasi-Free Standing Graphene on Silicon Carbide
我们解释了强大的p型掺杂观察准独立的石墨烯六方碳化硅衬底的自发极化。这种机制是基于SiC的体属性，不可避免的任何六边形多型体的材料和独立的界面形成的任何细节。我们表明，极化的符号和幅度与石墨烯层中观察到的掺杂水平完全一致。有了这种机制，基于假设的受体型缺陷的模型，因为他们讨论到目前为止是过时的。外延石墨烯的n型掺杂通常通过与缓冲层及其与衬底的界面相关联的施主样状态来解释，其过度补偿极化掺杂。
2011-09-30 cond-mat.mtrl-sci
Attosecond-resolved coherent control of zone-folded acoustic phonons in silicon carbide
Tokyo Institute of Technology（东京工业大学）；Osaka Metropolitan University（大阪公立大学）；Southwest University of Science and Technology（西南科技大学）；China Academy of Engineering Physics（中国工程物理研究院）；Institute of Science Tokyo（东京科学大学）；Shibaura Institute of Technology（芝浦工业大学）
本文利用飞秒脉冲相干激发4H-SiC中6 THz区域折叠声学声子，以300阿秒精度实现振幅相干控制，并通过双能级脉冲受激拉曼模型给出非共振条件下的解析控制方案。
2025-11-11 cond-mat.mtrl-sci
Thermal evolution of silicon carbide electronic bands
特别是，直接观察半导体在宽温度范围内的各个能带的温度依赖性并不简单。然而，这个基本性质是理解半导体的电子-声子耦合的先决条件。本文将\emph{ab initio}多体微扰理论应用于六角碳化硅（SiC）晶体上的电子-声子耦合，并确定了能带的温度依赖性。我们发现在0~K的带隙中存在一个显著的电子-声子重整化。导带和价带都在高温下发生位移，表现出不同的行为。我们将我们的理论结果与观察到的SiC能带边缘的热演化进行了比较，并根据高温SiC电子学和缺陷量子比特操作讨论了我们的发现。
2019-12-18 cond-mat.mtrl-sci
Locking of electron spin coherence over fifty milliseconds in natural silicon carbide
我们证明了具有天然同位素丰度的碳化硅（SiC）可以在接近0.1秒的出乎意料的长时间内保持硅空位中的相干自旋叠加。通过施加适度的磁场抑制异自旋串扰并结合与核自旋池的动态退耦，可以获得退相干率大大降低的自旋锁定子空间。我们确定了几种声子辅助的自旋晶格弛豫机制，最终限制了量子相干性，并发现它可以在低温下非常长，等于甚至超过8秒。我们的方法可以扩展到其他多原子化合物，并为晶圆级量子技术的改进量子位存储器开辟一条道路。
2016-11-10 cond-mat.mtrl-sci
Electronic Transport in the Silicon Carbide Semiconductor in Phase 3C
在这项工作中，我们研究，理论上，电子迁移率的碳化硅半导体在3C相，命名为3C-SiC。3C-SiC在极端条件下显示出巨大的应用潜力。因此，对这种半导体的电子迁移率的研究具有很大的意义。本文从理论上推导了在恒定电场作用下n型掺杂3C-SiC半导体中载流子的漂移速度、位移和迁移率。分析了这些输运性质随电场强度和温度的变化关系。为此，使用具有源项（低强度电场）和运动阻力项（电阻）的微分运动方程。
2023-02-21 cond-mat.mtrl-sci
Local anodic oxidation on hydrogen-intercalated graphene layers: oxide composition analysis and role of the silicon carbide substrate
我们研究了纳米级局部阳极氧化（LAO）的氢插层石墨烯生长的碳化硅（SiC）的控制升华。扫描探针显微镜（SPM）被用作光刻和表征工具，以调查的纳米制造结构的局部性能。石墨烯氧化过程后观察到的异常厚度与LAO对衬底的影响有关。显微拉曼光谱被用来证明存在两个氧化制度取决于所施加的偏压。我们表明，部分和全部单层石墨烯的蚀刻可以通过调整偏置电压在LAO。最后，通过扫描电子显微镜和能量色散谱（EDS）实现了完整的组成表征。
2018-05-02 cond-mat.mtrl-sci
Charge transfer between epitaxial graphene and silicon carbide
我们分析掺杂的石墨烯生长在SiC上的两种模式，不同的电荷转移到石墨烯的来源，即从SiC表面和体施主。对于这两种模型中的每一个，我们发现在单层和双层石墨烯中诱导的最大电子密度，这是由原始石墨烯中的电子的功函数和SiC上/中的施主态之间的差异决定的，并通过静电门分析石墨烯对密度变化的响应。
2010-07-25 cond-mat.mtrl-sci
Multilayer epitaxial graphene formed by pyrolysis of polycrystalline silicon-carbide grown on c-plane sapphire substrates
我们使用超高真空化学气相沉积在c平面蓝宝石晶片上生长多晶碳化硅（SiC），然后在真空中在1250和1450°C之间退火以产生外延多层石墨烯（MLG）。尽管多晶SiC的表面粗糙度和小的畴尺寸，但形成了共形MLG膜。通过平面化的SiC之前，石墨烯的生长，拉曼缺陷带的减少被观察到在最终的MLG.The石墨烯上形成的抛光SiC薄膜也表现出显着更有序的逐层生长和增加的载流子迁移率相同的载流子密度作为非抛光样品。
2011-03-31 cond-mat.mtrl-sci
Theoretical study of quantum emitters in two-dimensional silicon carbide monolayer
通过从头计算和群论分析，研究了二维碳化硅单层膜中几种可能的单光子源的性质。在三个电荷状态（负，正和中性）的几个点缺陷被认为是。应用性能准则，详细研究了不含反位缺陷和含反位缺陷组合的Stone-Wales缺陷。形成能计算表明，这些缺陷的中性和正电荷状态是稳定的。我们计算了零声子线能量，黄-里斯（HR）因子和光致发光光谱的可用跃迁在不同的电荷状态。计算的HR值和相关的Debye-Waller因子保证了Stone-Wales缺陷具有作为有前途的单光子发射体的高潜力。
2020-02-17 cond-mat.mtrl-sci
Orientation-dependent stability and quantum-confinement effects of silicon carbide nanowires
采用密度泛函理论和广义梯度近似下的第一性原理计算，研究了具有锌尖晶石（3C）和纤锌矿（2 H）结构的氢化碳化硅纳米线（SiCNWs）的能量稳定性和电子性质. [111]取向的3C-SiCNW在能量上比其他尺寸相近的纳米线更稳定。除了3C-SiCNW沿[112]方向取向外，其余的纳米线都具有直接带隙。由于量子限制效应，这些纳米线的带隙随着线尺寸的增加而减小。3C-SiCNW沿[111]方向取向，直径可达2.8 nm，仍保持直接带隙特性。[111]取向的3C-SiCNW的优异稳定性和电子结构与实验结果一致。
2009-04-16 cond-mat.mtrl-sci
Room-temperature near-infrared silicon carbide nanocrystalline emitters based on optically aligned spin defects
块体碳化硅（SiC）是一种在生物应用和量子传感方面具有广阔应用前景的材料体系。然而，由于大的禁带能隙，其光学活性超出了用于体内成像和光纤通信的近红外光谱窗口。在这里，我们报告的SiC纳米晶体的制造和隔离不同的纳米级分的范围从600 nm到60 nm的大小。结构分析揭示了最小的纳米晶体进一步碎裂成ca。10纳米大小的高结晶质量的集群，由非晶化区域分开。我们使用中子辐照来产生硅空位，展示近红外光致发光。最后，我们检测到，第一次，这些硅空位托管在SiC纳米晶体的室温自旋共振。这开辟了有趣的前景，不仅将它们用作体内发光标记，而且还用作磁场和温度传感器，允许监测各种物理，化学和生物过程。
2014-09-02 cond-mat.mtrl-sci
Strain-based Spin Manipulation on Substitutional Nickel in Silicon Carbide
采用全势线性缀加平面波（FP-LAPW）方法和全势局域轨道最小基（FP-LOMB）方法，在广义梯度近似（GGA）下，研究了多型碳化硅（SiC）中Ni和Cr单掺杂的电子结构和磁性.发现缺陷的磁相强烈地依赖于超晶胞上的外部应力。在3C-SiC中，Ni单掺杂剂在Si-sub和C-sub情况下在适度的压缩和拉伸静水应变下表现出反铁磁（AFM）到铁磁（FM）的转变。相比之下，在4 H-SiC中的Ni单掺杂剂在外部应力下稳定地处于α相。Cr单掺杂剂也对施加的应力不敏感，但稳定地处于磁性相中。这种应变控制的磁性转变使得Ni单掺杂成为一种新颖的量子比特方案。
2016-07-02 cond-mat.mtrl-sci
Single-photon emitting diode in silicon carbide
电驱动单光子发射器件在量子密码学、量子计算和单光子计量学中有着直接的应用。成熟的器件制造协议和最近对具有量子功能的单缺陷系统的观察使碳化硅（SiC）成为构建此类器件的理想材料。在这里，我们展示了明亮的单光子发射二极管的制造。电驱动发射器显示全偏振输出，优越的光子统计（与$>$ 300 kHz的计数率），并在连续和脉冲模式下的稳定性，所有在室温下。提出了单光子源的原子起源。这些结果为单光子源的大规模集成提供了基础，使其应用范围更广，如量子密码学或线性光学量子计算。
2015-05-22 cond-mat.mtrl-sci
Optical thermometry based on level anticrossing in silicon carbide
我们报道了一个巨大的热位移$2.1 \,$ MHz/K有关的激发态零场分裂的硅空位中心在4 H碳化硅。它是从间接观察的光学检测的磁共振在激发态使用基态作为辅助。或者，零场分裂的相对变化小的温度差可以检测到没有应用的射频场，通过简单地监测附近的水平anticrossing的光致发光强度。该效应导致对于大约$10^{-6} \,$ mm $^{3}$的检测体积具有$100 \,$ mK/Hz $^{1/2}$的温度灵敏度的全光学测温技术。相反，在基态的零场分裂并没有揭示可检测的温度漂移。利用这些特性，可以在同一中心上实现集成的磁场和温度传感器。
2016-09-21 cond-mat.mtrl-sci
Site-dependent properties of quantum emitters in nanostructured silicon carbide
碳化硅（SiC）中的深缺陷具有类似原子的电子、自旋和光学性质，使其成为量子计算和传感应用的理想材料。在这些应用中，深缺陷通常被放置在制造的纳米结构内，由于表面和量子限制效应而修改缺陷特性。到目前为止，探索SiC中深缺陷的理论研究忽略了这些影响。利用密度泛函理论，本工作证明了在SiC纳米线内的明亮的，带负电荷的硅单空位的性质的位置依赖性。它示出的缺陷的光学性质强烈地依赖于杂交的缺陷状态与表面状态和接近的表面上允许的结构变化。此外，第一性原理结果的分析表明，电荷状态转换和/或迁移到晶体学上有利的配位不足的表面位置可以恶化深缺陷性能。这些结果说明了考虑有限尺寸效应如何调整缺陷属性的重要性，以及创建缓解协议以确保纳米结构主机内缺陷的电荷状态稳定性的重要性。
2021-09-17 cond-mat.mtrl-sci
Intrinsic defects in silicon carbide LED as a perspective room temperature single photon source in near infrared
单光子的产生已经在几个系统中得到证实。然而，它们中没有一个满足实际应用所需的所有条件，例如室温功能性、电信波长操作、高效率。在这里，我们报告的发光二极管（LED）的制造基于碳化硅（SiC）中的本征缺陷。为了制造我们的设备，我们使用了标准的半导体制造技术与高能电子辐照相结合。我们的LED的室温电致发光（EL）揭示了可见光和近红外（NIR）中的两个强发射带，与两种不同的本征缺陷相关联。由于这些缺陷可以在低甚至单个缺陷水平下产生，因此我们的方法可以用于实现用于量子通信和信息处理的电驱动单光子源。
2012-12-12 cond-mat.mtrl-sci
Stress-controlled zero-field spin splitting in silicon carbide
本文报道了室温下静态机械形变对碳化硅中硅空位零场分裂的影响。我们使用AlN/6 H-SiC异质结构变形的生长条件和监测的应力分布作为一个函数的距离与空间分辨共焦拉曼光谱异质界面。通过光学检测的磁共振测量的6 H-SiC中的V1/V3和V2中心的零场分裂揭示了与体值相比在异质界面处的显著变化。这种方法允许明确的自旋形变相互作用常数的确定，这原来是$0.75 \, \mathrm{GHz}$的V1/V3中心和$0.5 \, \mathrm{GHz}$的V2中心。由于AlN的压电性，我们的研究结果提供了一种策略，实现按需微调的自旋跃迁能在SiC的变形。
2020-12-08 cond-mat.mtrl-sci
Anomalous conduction band fluctuation in silicon carbide metal-oxide-semiconductor structures revealed by electrical characterization of field effect transistors combined with self-consistent numerical calculations
通过数值计算再现了碳化硅（SiC）金属氧化物半导体（MOS）场效应晶体管（MOSFET）的实验电流-电压特性，确定了其导带边附近的界面态密度（$D_{\rm it}$）分布。在计算中，通过求解泊松方程和薛定谔方程，分别计算了反型层中的势分布和能量子带。我们证明，MOSFET的栅极特性很好地描述了考虑的界面态是由自由电子态密度的波动在一个二维系统。的$D_{\rm it}$分布几乎是唯一确定的氧化物形成过程（氧化或界面氮化）和独立的受体浓度（$3\times10^{15}-1\times10^{18}\ {\rm cm^{-3}}$）。
2019-04-18 cond-mat.mtrl-sci
Theoretical study of the recombination of Frenkel pairs in irradiated silicon carbide
利用第一性原理和微推弹性带计算研究了3C-SiC中低能反冲引起的Frenkel对的复合。已经获得了几种复合机制，涉及直接间隙迁移，原子交换，或协调位移，活化能范围从0.65 eV至1.84 eV。这些结果与实验活化能一致。通过计算声子和Arrhenius前因子，我们确定了$V_{Si}+Si_{TC}$ Frenkel对的寿命。在这种情况下，振动对自由能垒的贡献可以忽略不计。
2007-09-10 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
All-optical dc nanotesla magnetometry using silicon vacancy fine structure in isotopically purified silicon carbide
我们揭示了同位素纯化的碳化硅（4 H- $^{28}$ SiC）中硅空位的精细结构，并在自旋哈密顿量中发现了额外的条款，起源于这个自旋3/2色心的三角锥对称性。这些条款引起额外的自旋跃迁，否则是禁止的，并导致在外部磁场的水平anticrossing。我们观察到一个急剧变化的光致发光强度在附近的这个水平的anticrossing，这可以用于一个纯粹的全光学传感的磁场。我们在室温下实现了$3 \times 10^{-7}$ mm $^{3}$的体积内87 nT Hz $^{-1/2}$的直流磁场灵敏度，并证明了这种非接触式方法在高达至少500 K的高温下是稳健的。由于我们的方法不需要应用射频场，因此可以扩展到更大的体积。对于3 mm $^{3}$的优化光捕获波导，投影噪声极限低于100 fT Hz $^{-1/2}$。
2016-05-28 cond-mat.mtrl-sci
Density-functional theory calculation of hydrogen solubility in cubic silicon carbide at finite temperatures
Pacific Northwest National Laboratory（太平洋西北国家实验室）
利用密度泛函理论从头算框架预测纯净和缺陷β-SiC中的氢溶解度，发现碳富集非化学计量非晶结构和硅空位显著增强氢溶解度。
2026-06-03 cond-mat.mtrl-sci
Optimum surface-passivation schemes for near-surface spin defects in silicon carbide
Howard University（霍华德大学）
本研究通过密度泛函理论计算，探索了碳化硅近表面自旋缺陷的钝化方案，发现氢或混合氢/羟基钝化可去除表面态并恢复缺陷光学性质。
2024-03-30 cond-mat.mtrl-sci
Intrinsic Origin of Negative Fixed Charge in Wet Oxidation for Silicon Carbide
基于第一性原理计算，我们证明了SiO $_2$中类碳酸根结构的形成可能是SiC热氧化过程中负固定电荷的内在来源.我们发现负固定电荷的两个可能来源是O孤对电子态和SiO $_2$中带负电荷的CO $_3$离子。这种CO $_3$离子能够由于SiO $_2$中存在残留的C原子（其预期从SiC和SiO $_2$之间的界面发射）以及在湿氧化期间掺入H原子而形成。
2012-04-25 cond-mat.mtrl-sci
Narrow magneto-optical transitions in Erbium implanted silicon carbide-on-insulator
University of New South Wales（新南威尔士大学）；RMIT University（皇家墨尔本理工大学）；The University of Melbourne（墨尔本大学）
研究展示铒掺杂硅碳化物基板具有窄磁光跃迁，通过高分辨率共振光谱和低温光谱空洞燃烧技术，揭示了亚兆赫均质线宽，并识别出最佳稳定发射体的两个晶格位，确立了该平台作为芯片级量子网络的稳健可扩展平台。
2025-11-01 cond-mat.mtrl-sci
Thiolation and PEGylation of silicon carbide nanoparticle
本文通过在碳化硅纳米颗粒表面引入硫醇封端并偶联PEG分子，制备出兼具荧光特性与生物惰性的超小探针，为开发室温量子传感器生物制剂奠定基础。
2025-05-07 cond-mat.mtrl-sci
Electronic stopping for protons and α particles from first-principles electron dynamics: The case of silicon carbide
我们提出了第一性原理确定具有重大技术意义的半导体材料：碳化硅中质子和α粒子的电子阻止能。计算是基于非平衡模拟的电子响应，快速离子使用实时，时间依赖的密度泛函理论（RT-TDDFT）。我们比较的结果，从这个第一性原理的方法，广泛使用的线性响应形式主义和确定的离子速度范围内的线性响应处理是适当的。我们还使用非平衡电子密度在我们的模拟定量地解决长期存在的问题的速度依赖的有效电荷状态的抛射离子在材料中，由于其在线性响应理论的重要性。我们进一步研究了最近提出的质心路径近似的有效性，以减少从RT-TDDFT模拟获取停止功率曲线的计算成本。
2018-05-01 cond-mat.mtrl-sci
Imaging the interface of epitaxial graphene with silicon carbide via scanning tunneling microscopy
已经提出在SiC上外延生长的石墨烯作为用于碳基电子器件的材料。了解石墨烯和SiC衬底之间的界面对于未来的应用非常重要。我们报告的能力，使用扫描隧道显微镜成像单层石墨烯下的界面结构。这种成像是可能的，因为石墨烯在费米能以上或以下1eV的能量下看起来是透明的。我们基于密度泛函理论的计算分析显示了这种透明度是如何从SiC衬底上石墨烯层的电子结构中产生的。
2007-11-19 cond-mat.mtrl-sci
Influence of irradiation on defect spin coherence in silicon carbide
碳化硅（SiC）中的辐照诱导晶格缺陷已经超过了其以前的声誉，纯粹是性能抑制。由于其显著的量子特性，如长的室温自旋相干性和降尺度到单光子源水平的可能性，它们已被证明是众多量子信息应用的有希望的候选者。任何量子系统最关键的参数之一是它的量子相干性能保持多久。利用脉冲光探测磁共振（ODMR）技术，研究了中子、电子和质子辐照4 H-SiC中硅空位的自旋-晶格弛豫时间（$T_1$）和自旋相干时间（$T_2$）。我们还研究了辐照能量和样品退火的效果。我们建立了对所有类型的照射的$T_1$时间的鲁棒性，并揭示了发射体密度的$T_2$时间的通用缩放。我们的研究结果可用于优化特定任务中SiC中硅空位量子比特的相干特性。
2019-08-19 cond-mat.mtrl-sci
Infrared absorption property of silicon carbide-silica nanocables synthesized by ethanol pyrolysis
提出了一种可控合成SiC-SiO $_{2}$纳米电缆的方法。通过调节Ar稀释气体和乙醇前驱体的流量比，改变SiC核的直径和SiO $_{2}$壳的厚度。傅立叶变换红外光谱（FTIR）谱图显示，随着流量的增加，1137 cm $^{-1}$峰增强。该峰被认为是源于SiO $_{2}$壳的高度无序的表面结构，其随着流量的增加而增强。FTIR谱图显示出910 cm的$^{-1}$峰，该峰是由p极化场激发的SiC纳米结构中的表面声子共振引起的。
2015-08-18 cond-mat.mtrl-sci
Anisotropic Thermal Conductivity of 4H and 6H Silicon Carbide Measured Using Time-Domain Thermoreflectance
碳化硅（SiC）是一种宽带隙（WBG）半导体材料，在大功率和高频电子领域具有广阔的应用前景。在其许多有用的特性中，高导热性是至关重要的。本文利用飞秒激光时域热反射（TDTR）技术测量了三种SiC样品：n型4 H-SiC（N掺杂1 × 10^19 cm-3）、非故意掺杂（UID）4 H-SiC和Si 6 H-SiC（V掺杂1 × 10^17 cm-3）在250 K ~ 450 K温度范围内的各向异性热导率。通过选择合适的激光光斑半径和调制频率，我们同时测量了SiC的平行于（k_r）和穿过六边形平面（k_z）的热导率。对于k_r和k_z，导热系数的大小顺序为：Si 4 H-SiC> n型4 H-SiC> Si 6 H-SiC。这项工作是理解WBG半导体热传输的重要基准。
2017-12-13 cond-mat.mtrl-sci
Carbon p Electron Ferromagnetism in Silicon Carbide
当引入特定缺陷时，铁磁性可以发生在宽带隙半导体以及碳基材料中。因此，需要在缺陷和所产生的铁磁性之间建立直接关系。在这里，我们有助于揭示的起源缺陷诱导的铁磁性使用SiC作为一个典型的例子。我们发现长程铁磁耦合可以归因于VSiVC双空位周围最近邻碳原子的p电子。因此，铁磁性可以追溯到它的微观电子起源。
2015-03-02 cond-mat.mtrl-sci
Vacancy-related color centers in twodimensional silicon carbide monolayers
本文通过密度泛函理论计算表征二维碳化硅中碳空位、硅空位及碳反位-空位对缺陷的超精细张量和光学激发态，并提出带负电碳反位-空位可用于近红外单光子发射，中性碳空位可用于可见光波段量子传感。
2023-12-19 cond-mat.mtrl-sci
Modelling ultrafast non-equilibrium carrier dynamics and relaxation processes upon irradiation of hexagonal Silicon-Carbide with femtosecond laser pulses
我们提出了一个尚未探索的动力学产生的激发载流子的理论研究后，照射的六方碳化硅（6 H-SiC）与飞秒激光脉冲。为了描述激光诱导非平衡载流子的超快行为，采用基于密度泛函理论（DFT）的实时模拟方法，计算了热载流子动力学和光学性质的瞬态变化。一个双温度模型（TTM）也被用来推导出松弛过程的激光脉冲的波长为401 nm，持续时间为50 fs，在正常入射照射，这表明表面损伤的材料上发生的能量密度~1.88 Jcm-2。这种方法的链接，第一次，实时计算，瞬态光学性能和TTM建模，有很强的影响，了解超快动力学和弛豫过程，并提供了一个精确的调查热载流子人口的影响在固体表面损伤机制。
2020-02-10 cond-mat.mtrl-sci
Optical and Strain Stabilization of Point Defects in Silicon Carbide
通过制造光隔离的平板波导结构和仔细控制退火和冷却条件，增强了碳化硅中色心系综的光致发光和自旋特性。我们发现，光致发光信号的合奏注入缺陷的平板波导增强了一个数量级以上的相同注入体缺陷。板波导增强的光致发光的几个缺陷物种是用来研究重组和扩散的存在下的热退火与快速淬火冷却和较长的返回到环境条件。利用薄膜的受限力学几何结构测量了带负电荷的硅单空位的自旋-应变耦合。这项工作中的方法可用于对碳化硅中的近表面发射体进行更大的控制，并更好地理解和控制应变对基于碳化硅的色心的自旋测量的影响。
2022-02-09 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Low-field microwave-free sensors using dipolar spin relaxation of quartet spin states in silicon carbide
该研究针对碳化硅硅空位量子比特弛豫动力学未被充分探明的问题，通过理论研究其四重自旋态的偶极弛豫机制，量化了弛豫时间$T_1$的影响因素，证明其可用于构建低场无微波量子传感器，为医学生物传感提供新方向。
2022-01-25 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
\emph{Ab initio} spin-strain coupling parameters of divacancy qubits in silicon carbide
立方碳化硅是将缺陷量子比特集成到用于量子信息和传感应用的已建立的晶片级器件架构中的极好平台，其中双空位量子比特（类似于金刚石中的带负电荷的氮空位（NV）中心）具有有利的相干性质。通过密度泛函理论计算，我们证明了3C SiC中的双空位具有优良的自旋-应力耦合参数和应力敏感性，适用于纳米级、量子增强的光子、光电子和光机械器件。
2018-05-12 cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Monolithic Silicon Carbide Metalenses
碳化硅已成为量子光子学和非线性光学的一个有前途的材料平台。这些特性使得在高质量碳化硅中开发集成光子元件成为推进可扩展片上网络的关键方面。在这项工作中，我们数值设计，制造和演示的单片metalenses从SiC的性能适合片上光学操作。我们设计了两种不同的透镜，具有抛物线和立方相位分布，在近红外光谱范围内工作，这对量子和光子应用很有意义。我们通过光学透射测量支持透镜制造并表征透镜的焦点。我们的研究结果将加速SiC纳米光子器件的发展，并有助于量子发射器与元光学元件的芯片集成。
2022-01-30 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
