Real-time Measurement of Stress and Damage Evolution During Initial Lithiation of Crystalline Silicon
在以锂金属为对电极和参比电极的电化学电池中，研究了（100）硅片初始锂化过程中的晶相到非晶相的转变。研究表明，跨相界的严重应力跳跃会导致断裂和损坏，这是设计锂离子电池硅基阳极时的一个重要考虑因素。在初始锂化期间，移动相边界从面向锂电极的表面开始进入晶片，将晶体硅转化为非晶LixSi。原位测量非晶层中产生的双轴压应力，并且观察到约为0.0001。0.5 GPa。HRTEM图像显示，结晶-非晶相边界非常尖锐，厚度约为1 nm。脱锂后，应力迅速逆转，变成拉伸，非晶层在约0.5 GPa下开始塑性变形。随着持续的脱锂，屈服应力的大小增加，最终导致非晶层突然断裂成微碎片，并且裂纹延伸到下面的晶体硅中。
2011-07-28 cond-mat.mtrl-sci
Laser-Doping of Crystalline Silicon Substrates using Doped Silicon Nanoparticles
晶体硅衬底掺杂的溶液处理的硅的激光退火。对于该实验，将高度B掺杂的Si纳米颗粒（NP）的分散体沉积到本征Si上，并使用807.5nm连续激光器进行激光处理。在激光处理期间，颗粒以及表面附近的基底层被熔化，以随后在与基底相同的取向上结晶。通过二次离子质谱研究掺杂分布，发现在整个5μm的分析深度内，B的浓度恒定为2 × 10^18 cm^-3。四点探针测量表明，掺杂样品的有效电导率增加了近两个数量级。绝对掺杂深度估计在8μm到100μm之间。此外，通过使用Si NP对n型c-Si衬底进行激光掺杂来产生pn二极管。
2013-07-02 cond-mat.mtrl-sci
Ultralow thermal conductivity of single crystalline porous silicon nanowires
多孔材料提供了大的表面体积比，从而提供了一个旋钮，以前所未有的方式改变基本属性。在热输运中，多孔纳米材料不仅可以通过增强声子从孔的边界散射从而减小声子平均自由程，而且可以通过降低声子群速度来降低热导率。在这里，我们建立了一个结构-性能的关系，通过测量的孔隙率和热导率的个别化学蚀刻单晶硅纳米线，使用一种新的电子束加热技术。这种多孔硅纳米线表现出极低的扩散热导率（对于43%的孔隙率，在300 K下低至0.33Wm-1 K-1），甚至低于非晶硅的扩散热导率。这种超低热导率的起源被理解为声子群速度的降低，通过测量杨氏模量以及晶体硅中有史以来报道的最小结构尺寸（小于5 nm）进行了实验验证。分子动力学模拟支持硅纳米线的热导率作为孔隙率的函数的急剧降低的观察。这种多孔材料提供了一个有趣的平台来调整声子输运，这可以在电子和纳米机电系统的功能材料的设计中是有用的。
2017-07-21 cond-mat.mtrl-sci
Industrially Scalable Process for Silicon Nanowires for Seebeck Generators
直径为25 nm的单晶硅纳米线的热导率比块体材料的热导率低两个数量级，这一观察结果吸引了人们对硅作为潜在有效热电材料的兴趣。然而，只有当多晶硅可以取代单晶硅并且纳米线的制备不涉及任何先进的光刻技术时，这种潜在的兴趣才有希望转化为实际的兴趣。在这项工作中，我们展示了一种基于控制蚀刻和填充凹陷区域的技术，并采用标准光刻和沉积蚀刻方法，成功地制备了线密度为3E 6 cm^-1的多晶硅纳米线（直径为25 nm，长度为厘米级）。
2010-11-21 cond-mat.mtrl-sci
Ultra-Thin Free-Standing Single Crystalline Silicon Membranes With Strain Control
我们报告的超薄悬浮单晶平板硅膜的厚度下降到6 nm的制造和表征。我们已经开发了一种方法来控制在硅膜周边增加一个应变补偿框架，以避免屈曲的释放膜的膜中的应变。我们表明，通过改变框架的属性的膜的应变可以调整以受控的方式。因此，机械性能和能带结构都可以被设计，并且所得的膜提供了一个独特的实验室来研究低维电子、光子和声子现象。
2013-03-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Microstructure of Silicon Anodes in Solid-State Batteries -- From Crystalline to Amorphous
该研究利用低温STEM揭示了微晶硅负极在固态电池循环中从晶态到非晶态的微观结构演变，指出需经多次循环才能形成稳定结构，为优化电极设计以减少开裂提供了依据。
2025-07-22 cond-mat.mtrl-sci
Graphene-Silicon Layered Structures on Single-crystalline Ir(111) Thin Films
单晶过渡金属薄膜是石墨烯和石墨烯基材料外延生长的理想场所。采用插层法在Si衬底上的Ir（111）薄膜上成功地构建了石墨烯-硅层状结构。这种异质层状结构与当前的Si基微电子技术兼容，在未来的微电子和纳米电子器件中显示出很高的应用前景。
2015-03-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Influence of Periodic Surface Nanopatterning Profiles on Series Resistance in Thin-Film Crystalline Silicon Heterojunction Solar Cells
在薄晶体硅太阳能电池技术发展的框架中，硅的表面纳米图案化越来越重要。它对材料质量的影响，但是，还没有完全controlled.We调查在这里的影响，表面纳米纹理的接触计划相关的薄膜晶体硅异质结太阳能电池的串联电阻。使用纳米压印光刻和干法或湿法蚀刻的组合来制造二维周期性纳米纹理，而随机金字塔纹理用于基准测试。我们通过研究太阳能电池前层的薄层电阻（Rsh）和接触电阻（Rc），比较了这些纹理化技术对太阳能电池串联电阻的影响，即，溅射的透明导电氧化物和蒸发的金属接触。通过四点探针法和转移长度法，我们发现干法刻蚀纳米粒子具有最高的Rsh和Rc值。另一方面，湿法蚀刻纳米粒子对Rc的影响较小，并使Rsh与从无纹理情况下获得的Rsh相似。
2015-07-15 cond-mat.mtrl-sci
Silicon Oxide Passivation of Single-Crystalline CVD Diamond Evaluated by the Time-of-Flight Technique
金刚石优异的材料性能使其非常适合许多传统电子材料无法达到的极端电子应用。为了使商用金刚石器件成为现实，必须具有有效的表面钝化，因为钝化决定了器件承受高表面电场的能力。在本文中，我们提出的数据从横向飞行时间的研究SiO2钝化本征单晶CVD金刚石。使用三种不同的技术沉积SiO2膜。研究了钝化处理对空穴输运的影响，结果表明钝化处理使空穴迁移率增加。从三个不同的钝化的结果进行了比较。
2014-01-20 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
Crystalline and glassy tellurides of silicon
本专著系统总结了硅碲化物晶体与玻璃态材料的合成方法及电子、光学、电学和光致发光等性质研究，为半导体材料领域提供参考。
2025-11-06 cond-mat.mtrl-sci physics.atm-clus
Temperature dependent vibrational spectra in non-crystalline materials: application to hydrogenated amorphous silicon
基于从头算分子动力学、改进的信号处理技术和计算机可视化技术，提出了一种新的无参数非晶态材料结构、动力学和电子性质的模拟方法。该方法已被广泛测试，通过调查氢和硅动力学在氢化非晶硅（a-Si：H）。通过比较理论和实验的振动光谱，我们演示了如何将振动特性与结构稳定性，成键和氢扩散。我们提取的微观特征，不能通过其他技术，即氢迁移和相关的键切换，悬挂键钝化，低氢活化能，和a-Si：H稳定性一般，我们表明，通过分析的测试案例，我们的方法提供了一个严格和现实的描述非晶材料。我们还表明，这种方法提供了访问非晶硅的其他重要的宏观特性的可能性，并可用于模拟所有方面的a-Si：H动力学，包括有害的Staebler-Wronski效应。
2007-11-06 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci
Studies on optical signal due to oxygen effect on hydrogenated amorphous/crystalline silicon thin-films
我们研究了氧对氢化非晶硅/晶体硅薄膜的结构和光学性质的影响。在微晶和非晶过渡区之间制备了不同的氢化氧化硅（SiO：H）和硅（Si：H）薄膜。用X射线衍射、拉曼光谱、红外光谱和紫外-可见光谱对不同的薄膜进行了表征。与氢化非晶硅氧化物（a-SiO：H）、氢化非晶硅（a-Si：H）和微晶硅（$μ$ c-Si：H）膜等不同类型的膜的结果的比较揭示了它们作为用于太阳能电池的优异物质的优越性。X射线衍射、红外光谱和拉曼光谱分析表明，H稀释效应的不同对薄膜的结构和光学性能有较大的影响。非晶硅-氧和硅-氢化物合金薄膜的光致发光分析表明，它们适合作为硅基发光器件。1.83 eV的大光学带隙和在2.0 eV处的强光致发光的出现验证了a-SiO：H膜作为太阳能电池的更好替代物的适用性。
2020-11-08 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Thermal Conductivity Modeling using Machine Learning Potentials: Application to Crystalline and Amorphous Silicon
使用密度泛函理论和玻尔兹曼输运方程对声子动力学和输运的基于第一性原理的建模已被证明在预测晶体材料的热导率方面是强大的，但是由于捕获无序结构的计算成本过高，特别是当准粒子“声子”模型崩溃时，其对于建模复杂晶体和无序固体仍然是不可行的。最近，机器学习回归算法显示出很大的希望，为原子建模的长度和时间尺度远远超出那些可实现的第一性原理计算的高精度的势场。在这项工作中，以晶体硅和非晶硅为例，我们开发了基于机器学习的势场来预测热导率。基于机器学习的原子间相互作用势是通过对构型空间中的势能面进行随机采样而从密度泛函理论计算导出的。然后用平衡分子动力学计算了非晶硅和晶体硅的热导率，与实验测量结果吻合得很好。这项工作记录了训练基于机器学习的势用于建模热导率的过程，并表明基于机器学习的势可以是一种很有前途的工具，用于建模具有强无序的结晶和非晶材料的热导率。
2019-07-22 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
$T_1$- and $T_2$-spin relaxation time limitations of phosphorous donor electrons near crystalline silicon to silicon dioxide interface defects
含磷施主电子自旋和自旋相关电子跃迁的研究（111）取向的结晶硅（c-Si）附近的（$^{31}$ P）原子与二氧化硅接触在液态$^4$ He温度（$T = 5$ $\mathrm{K} - 15$ $\mathrm{K}$）下，给出了[ $^{31}$ P]= 10 $^{15}$ $\mathrm{cm}^{-3}$和[ $^{31}$ P] = 10 $^{16}$ $\mathrm{cm}^{-3}$的（SiO $_{2}$）界面.使用脉冲电检测磁共振（pEDMR），观察到的\Phos供体状态和两个可区分的界面状态之间的自旋相关的过渡，即（i）\Pb中心，可以通过其特征各向异性和（ii）一个更各向同性的中心，这是由于E $^\prime$缺陷的\sio散装接近的接口。自旋相关复合的动力学的相关测量证实，先前提出的\Phos和界面缺陷之间的过渡发生。这些电子近界面跃迁对\Phos施主自旋相干时间$T_2$以及施主自旋-晶格弛豫时间$T_1$的影响，然后通过比较从常规的体敏脉冲电子顺磁共振和表面敏感的pEDMR，以及表面敏感的电检测反转恢复实验获得的自旋哈恩回波衰减测量。测量结果表明，$T_2$和$T_1$的\Phos施主电子自旋附近的能量较低的界面态在$T\leq 13$ K减少了几个数量级。
2009-05-04 cond-mat.mtrl-sci
Controlled pore formation on mesoporous single crystalline silicon nanowires: threshold and mechanisms
采用两步金属辅助湿法化学腐蚀的方法制备了硅纳米线。利用扫描电子显微镜和氮气吸附法分析了电阻率ρ> 1000 Ωcm、ρ= 14-23 Ωcm、ρ< 0.01 Ωcm的掺硼硅基片的固体、粗糙和多孔纳米线表面的结构。由高掺杂硅制备的硅纳米线表面具有介孔结构。然而，我们发现了孔隙形成的限制。孔仅通过在低于临界HPDMATHABMM O $_2$浓度（c $_{\mbox{H}_2\mbox{O}_2}$ < 0.3 M）下蚀刻而形成。此外，我们还根据蚀刻参数确定了孔径分布，并表征了纳米线表面孔的形态。所述孔处于平均直径为9-13 nm的小中孔的状态。通过透射电子显微镜研究了单个介孔纳米线的晶体和表面结构。利用拉曼光谱研究了纳米线系综的振动特性。重硼掺杂的硅纳米线是高度多孔的，并且剩余的单晶硅纳米级网格导致红移和在520 cm $^{-1}$处的光学声子的拉曼散射的强不对称线加宽。这种红移，λ $_{\mbox{Si bulk}}$ = 520 cm $^{-1}$ $\rightarrow$ λ $_{\mbox{Si nanowire}}$ = 512 cm $^{-1}$，暗示了介孔单晶硅纳米线中的声子限制。
2014-10-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Scalable Solar-Blind Imaging Enabled by Single-Crystalline Beta-Ga2O3 Membranes on Silicon Backplanes
Zhejiang University（浙江大学）；Westlake University（西湖大学）；University of Science and Technology of China（中国科学技术大学）；Sun Yat-Sen University（中山大学）
本研究通过单晶β-氧化镓膜和缝合组装策略，实现高分辨率、高速度的太阳盲紫外成像系统。
2026-02-11 cond-mat.mtrl-sci
Band offsets at the crystalline/amorphous silicon interface from first-principles
在现代硅异质结太阳能电池中，晶体硅和氢化非晶硅（a-Si：H）之间的能带偏移是控制电荷输运的关键参数。它们是用于进一步优化太阳能电池的宏观模拟器的重要输入。过去的实验研究，使用X射线光电子能谱学（XPS）和电容-电压测量，产生了相互矛盾的结果上的带偏移。在这里，我们提出了一个计算研究的频带偏移。它是基于原子模型和密度泛函理论（DFT）。的非晶部分的接口是通过相对较长的DFT的第一性原理分子动力学（MD）运行在升高的温度下30个统计独立的样品。为了获得一个真实的导带位置的电子结构的界面计算与混合泛函。我们发现一个轻微的不对称的能带偏移，其中在价带（0.30 eV）的偏移大于在导带（0.17 eV）。我们的结果与最新的XPS测量报告的价带偏移为0.3 eV [M. Liebhaber等人，应用物理信函106，031601（2015）]。
2016-10-13 cond-mat.mtrl-sci
Simulation of hydrogen diffusion and boron passivation in crystalline silicon
本文应用早期发展的氢迁移模型和氢原子与电活性杂质反应模型，模拟了掺硼硅衬底等离子体氘化过程中的氢扩散和钝化过程。计算的氘浓度分布同意以及在钝化区域的长度与在氢等离子体中在200摄氏度的温度下处理5，10和15分钟获得的实验数据。另一方面，为了实现一个很好的拟合的钝化和未钝化区域之间的计算出的配置文件的dielectness，它是必要的假设，描述由电活性掺杂剂原子的氢的吸收的参数的值随着钝化区域的深度的增加而减少。例如，在等离子体处理期间产生的非平衡点缺陷的不均匀空间分布可导致氢吸收的空间依赖性。
2013-01-23 cond-mat.mtrl-sci
Direct Calculation of Modal Contributions to Thermal Conductivity via Green-Kubo Modal Analysis: Crystalline and Amorphous Silicon
在这封信中，我们推导出一种新的方法，直接计算的模式的热导率的贡献，这是所谓的格林-久保模态分析（GKMA）。GKMA方法将晶格动力学形式主义与用于热导率的Green-Kubo公式相结合，使得热导率成为模式贡献的直接总和，其中不需要定义声子速度。因此，GKMA方法可以应用于任何材料/原子组，其中原子在稳定的平衡位置周围振动，这不仅包括结晶线化合物，而且还包括随机合金，非晶材料甚至分子。GKMA方法为声子输运的性质提供了新的见解，因为它将问题转化为模式-模式相关而不是散射，并提供了一种通用的统一形式主义，可用于理解基本上任何类型的材料或结构中的声子-声子相互作用，其中原子在稳定的平衡点周围振动。
2015-03-27 cond-mat.mtrl-sci
Lithiation of silicon via lithium Zintl-defect complexes
用密度泛函理论和从头计算随机结构搜索（AIRSS）方法对晶体硅中低能锂缺陷进行了广泛的研究，结果表明四个锂原子替代的点缺陷是非常稳定的。该缺陷由四个锂原子组成，其与硅空位缺陷的四个配位不足的原子具有强离子键，类似于Zintl相中金属离子的键合。这种复合物在一系列硅环境中是稳定的，表明它可能有助于晶体硅的非晶化，并在锂离子可充电电池的硅阳极脱锂后形成。
2013-05-27 cond-mat.mtrl-sci
TASC-1D-cSi: a simulation tool to scrutinize the thermal impacts on the performances of crystalline silicon solar cells
描述了用于深入分析太阳能电池性能的热影响的模拟工具的能力。TASC-1D（Thermal Analysis of Solar Cells - 1D，version cSi）解决了晶体硅电池的耦合电、辐射和热传输问题，作为辐射和热条件的函数。除了使用现有模拟工具获得的电输出外，它还提供了电池平衡温度以及许多相关量的空间和光谱分布。总结了物理模拟和相关的数值求解技术。具有规定的电池温度的结果案例表明，代码表现良好，能够提供有价值的信息的量子效率和功率损耗机制，并能够处理漫辐射。讨论了热源与光电损耗之间的复杂关系。其他情况下，包括热传递问题的解决方案和分析进行电池的工作温度和效率作为热条件的函数。这种模拟工具很可能允许新的优化光电池，包括热标准，除了光学和电气标准。
2013-05-30 cond-mat.mtrl-sci
Cryogenically Enhanced Laser-Induced Amorphous Phase Transitions in Crystalline Silicon
The Ohio State University（俄亥俄州立大学）
本研究探讨了在低温下使用飞秒激光照射单晶硅时非晶化过程的增强机制，通过实验和模拟揭示了低温对材料相变路径的影响，为先进硅微结构化技术提供了新的见解。
2026-05-19 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Enhanced thermal conductance at interfaces between gold and amorphous silicon and amorphous silica
本文通过非平衡分子动力学模拟研究金与晶态/非晶态硅及二氧化硅的界面热导，发现非晶态界面热导显著更高，并从界面匹配性、非谐性和振动模式离域特性角度揭示了增强机制。
2024-09-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Near-infrared and Mid-infrared Light Emission of Boron-doped Crystalline Silicon
本文针对硅基发光器件室温效率低的问题，提出深度冷却工艺，在硼掺杂晶体硅中实现近红外与中红外双光子发射，并发现反偏二极管发光显著增强，为硅基集成红外光源提供了新途径。
2024-01-18 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Probing ultrafast carrier dynamics and nonlinear absorption and refraction in core-shell silicon nanowires
我们研究的弛豫动力学的光生载流子在硅纳米线组成的结晶芯和周围的非晶壳，使用飞秒时间分辨差分反射率和透射光谱在光子能量为3.15 eV和1.57 eV。差分透射率和反射率瞬变的复杂行为是来自纳米线表面和衬底上的晶体芯和非晶硅的混合贡献，其中状态填充和光致吸收的竞争效应支配载流子动力学。在增加光生载流子密度时观察到更快的弛豫速率。独立的实验结果上的结晶蓝宝石上的硅帮助我们在分离的贡献，在纳米线样品中的结晶芯和非晶区域的载流子动力学。此外，在1.57 eV的单束z扫描非线性传输实验中，在开放和封闭的孔径配置产生双光子吸收系数β $ (~3 cm/GW) and nonlinear refraction coefficient \$gamma$（-2.5 × 10 ^-4 cm 2/GW）。
2012-08-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
An optically enhanced crystalline silicon allotrope: hydrogen passivated type II silicon clathrate
Colorado School of Mines（科罗拉多矿业学院）；TotalEnergies E&P Research and Technology（道达尔能源勘探与生产研究与技术）
针对硅笼形物光电性能受高掺杂和缺陷限制的问题，本研究通过远程等离子体处理实现氢（氘）掺入II型硅笼形物，形成NaD和SiD复合物降低施主密度与缺陷，提升发光强度40倍且性能稳定，为其光电器件应用提供新策略。
2025-11-12 cond-mat.mtrl-sci
Equation of State, Stability, Anisotropy and Nonlinear Elasticity of Diamond-Cubic (ZB) Silicon by Phonon Imaging at High Pressure
金刚石砧盒中的实验声子成像被证明是一个足够的工具，以提取完整的一套弹性常数的单晶硅的ZB $\rightarrow β-$ Sn转变（10 GPa）。与通常所承认的相反，我们证明了应变能量密度的发展不能停止，对于硅，在包含三阶弹性常数的条款。非线性弹性，各向异性和压力引起的力学稳定性的立方硅结构的程度，从而重新审视和研究更详细。
2010-07-16 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Characterization of amorphous and crystalline silicon nanoclusters in ultra thin silica layers
利用透射电子显微镜（TEM）、能量过滤透射电子显微镜（EFTEM）和二次离子质谱（SIMS）研究了不同制备条件和硅浓度（28 - 70面积%）下硅纳米晶的成核和结构。在通过硅的快速热氧化（RTO）制备的3 nm SiO $_2$层上溅射10 nm厚的富硅氧化物的高温热处理之后形成纳米晶体。当过量硅浓度超过50面积%时，纳米晶体沉淀。在TEM中对样品进行的原位热处理表明，结晶需要高于800 $^o$ C的温度。纳米晶体在4 nm波段沉淀，距离Si衬底5 nm，距离SiO $_2$样品表面4 nm。硅在过量Si浓度最高的地方成核。由于在退火期间与来自环境的氧反应，顶表面具有较少的过量Si。由于Si从SiO $_2$ -Si层扩散到RTO中，SiO $_2$ -RTO层更富含Si。在直径为4-10 nm的纳米晶体中发现了孪晶和层错。这些类型的缺陷可能对材料在电子器件中的可用性具有很大的影响。通过高分辨透射电子显微镜（HRTEM）观察发现，纳米晶中存在单孪晶和双孪晶晶界。为了获得更多关于缺陷和纳米晶体的信息，进行了图像模拟。层错是外在的，位于孪晶界。
2012-09-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
A many-body perturbation theory approach to energy band alignment at the crystalline tetracene-silicon interface
本文采用非自洽GW近似的多体微扰理论、轨道弛豫校正与线势方法，准确计算晶体并四苯-硅界面的能带对齐，发现其由动态介电屏蔽与界面偶极子层共同决定，并强调了交换关联效应的关键作用。
2022-06-10 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Efficient Anharmonic Lattice Dynamics Calculations of Thermal Transport in Crystalline and Disordered Solids
了解半导体和绝缘体中的热传输具有根本的重要性，因为它对电子和可再生能源的收集和转换具有技术影响。非谐晶格动力学为描述纳米尺度下的热输运提供了一个强有力的框架。这种方法的优点之一是，它自然包括由于原子振动而产生的量子效应，这是计算纳米技术中广泛使用的半导体（如硅和碳）即使在室温下的热性能所必需的。虽然从微观角度来看，非晶和晶体半导体之间的热传输图像有很大的不同，但已经设计了一种统一的方法来模拟晶体和玻璃。在这里，我们介绍了一个统一的工作流程，它实现了玻尔兹曼输运方程（BTE）和准谐波Green-Kubo（QHGK）方法。我们讨论了如何优化理论，利用现代并行架构，以及它是如何实现的$κALDo$：一个多功能和可扩展的开源软件来计算声子输运固体。这种方法适用于晶体和部分无序的硅基系统，包括体硅和笼形物，并在硅锗合金笼形物大大降低了热导率。
2020-09-04 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Comparative Computational Study of the Energetics of Li, Na, and Mg Storage in Amorphous and Crystalline Silicon
为了评估非晶Si（a-Si）作为Li、Na和Mg离子电池的阳极的潜力，从第一性原理计算a-Si中的Li、Na和Mg原子的能量，并将其与晶体Si（c-Si）中的能量进行比较。结果表明，Si非晶化提高了阳极的平均电压，减小了金属原子插入时阳极的体积膨胀。计算的形成能量的Li，Na和Mg的缺陷在a-Si和c-Si的分析表明，能量的单原子进入a-Si的是更有利的。例如，a-Si中的Li、Na和Mg缺陷的缺陷形成能与c-Si中的缺陷形成能相比分别低0.71、1.72和1.82 eV。此外，在a-Si中的Li、Na和Mg缺陷（相对于真空参考态）的缺陷形成能与金属内聚能相当，因此通过适当控制充电过程，金属原子的插入是可能的。这与c-Si相反，其中Na和Mg原子的存储由于Na和Mg插入c-Si的高能量成本而受到限制。
2014-01-30 cond-mat.mtrl-sci
Analysis of Lithiation and Delithiation Kinetics in Silicon
分析了脉冲激光沉积晶体薄膜硅（Si）电极的锂化和脱锂动力学。利用开路弛豫实验数据，结合基于Tafel动力学和双电层电容的模型，估算了锂化硅（LixSi）体系中锂化和脱锂反应的表观传递系数（αa，αc）和交换电流密度电容比（i 0/Cdl）.从第一循环的结晶Si的非晶化过程中获得的数据集，以及从循环的结晶Si和非晶硅薄膜电极的参数估计没有显示出太大的变化，表明它们是固有的锂化/脱锂在Si。一种方法来估计侧反应速率和它的作用的LixSi系统的开路电位的演变进行了讨论。我们得出结论，在任何给定的充电状态下，锂化和脱锂反应之间的大的电位偏移部分是由大的动力学阻力引起的（即，小i 0）。使用估计的参数，该模型成功地预测恒电流锂化和脱锂下的系统的行为。
2012-01-06 cond-mat.mtrl-sci
Degenerate epitaxy-driven defects in monolayer silicon oxide onto ruthenium
由于高分辨率扫描隧道显微镜和第一性原理计算，在钌表面上制备的氧化硅的极薄晶体同素异形体的结构以化学灵敏度被揭示到原子尺度。一个有序的氧晶格的图像共存的二维单层氧化物。这种共存的信号从氧重建Ru（0001）的氧化硅，沿横向移位域的形式，每个与衬底的等效和退化的外延关系的displacive变换。这些域之间边界处不可避免的缺陷特征呼吁开发能够生产单晶二维氧化物的替代方法。
2015-10-29 cond-mat.mtrl-sci
Broadband light extraction from near-surface NV centers using crystalline-silicon antennas
针对金刚石近表面NV色心光提取效率低的问题，提出在金刚石表面制备易图案化的高折射率晶体硅天线的方法，模拟获约17倍、实验获约9倍单光子收集增强，且无金刚石表面损伤，可推广至其他色心及宽带隙材料量子发射器。
2025-02-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Simulation of High Conversion Efficiency and Open-circuit Voltages Of α-si/poly-silicon Solar Cell
为了探索新型高效薄膜多晶硅太阳电池，利用AMPS-1D器件模拟器对P+ α-Si /N+多晶太阳电池进行了成型。为了分析该器件的特性和N+多晶硅层的厚度，在计算中考虑了N+多晶硅层中的杂质浓度和前接触中透明导电氧化物（TCO）的功函数。当N+多晶硅厚度在20 μm ~ 300 μm范围内变化时，其厚度对器件的影响很小。分析了多晶中杂质浓度的影响。结果表明，P+ α-Si /N+多晶太阳电池的开路电压（Voc）很高，达到752 mV，转换效率达到9.44%。因此，在上述最佳参数的基础上，研究P+ α-Si/N+多晶硅形成的器件，对探索高效多晶硅太阳电池具有重要意义。
2011-08-14 cond-mat.mtrl-sci
Micrometer-Thin Crystalline-Silicon Solar Cells Integrating Numerically Optimized 2-D Photonic Crystals
通过数值优化，使活性物质的光吸收率最大化，将二维光子晶体集成到1 μm厚的薄膜晶体硅太阳能电池中。光子晶体提高了电池的短路电流，但同时也损害了电池的开路电压和填充因子，导致电池的整体性能下降。模拟和实际的细胞的光学行为之间的比较，以及理想和实际的形态之间的比较，显示了实验偏差的纳米结构的全局鲁棒性，但其特定的敏感性的保形性的顶部涂层和图案尺寸的传播，这不应该被忽略的光学模型。至于电学行为，测量的内部量子效率显示来自透明导电氧化物和背反射器的强寄生吸收，以及纳米图案对表面钝化的负面影响。因此，我们的示例性案例说明并实验证实了用于光捕获目的的表面纳米结构的未来集成的两个建议：1）优化吸收的必要性不是针对整个堆叠而是针对单个活性物质，以及2）避免图案蚀刻对活性物质的损害的必要性。
2013-12-20 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Observation of Geometry-Limited Mobility in Porous Silicon
我们报告光生载流子的飞行时间测量二极管结构制成的高度多孔晶体硅。与均匀晶体硅相比，相应的电子和空穴漂移迁移率非常小。它们显示了两个额外的半经典输运特征，这些特征直接受到多孔几何形状的限制：迁移率是分散的（即依赖于时间），并且几乎没有温度依赖性。一个纯粹的，几何限制的运输是令人惊讶的背景下，纳米尺度的电子状态，如量子渗流或量子聚集模型。在这样的模型中，约束引起的能量转移和本地化是占主导地位的影响。
1998-11-14 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
The Glassy Solid as a Statistical Ensemble of Crystalline Microstates
出于部分遍历性的概念，我们提出了一种替代的描述共价和离子的玻璃态固体的统计合奏的结晶局部极小值的势能面。我们分析表明，径向分布函数（RDF）和粉末X射线衍射（XRD）强度的遍历系统可以严格制定为统计系综平均值，我们评估非晶硅和玻璃态二氧化硅通过第一原理随机结构采样。我们表明，使用具有小至24个原子的晶胞的结构，我们能够准确地复制非晶硅的实验RDF和XRD图案以及玻璃态二氧化硅的关键结构特征，从而支持玻璃的整体性质，并打开大门，完全预测描述而不需要实验输入。
2019-02-15 cond-mat.mtrl-sci
A microscopic description of light induced defects in amorphous silicon solar cells
使用量子和经典的计算方法相结合，我们在非晶硅的电子结构模型，以获得负责太阳能电池的光致退化的微观原子配置的理解。我们证明，应变硅键的区域可能是重要的悬空键为载流子的陷阱。此外，我们的研究结果表明，缺陷优先形成时，在非晶硅中的区域包含一个洞和光诱导激发。这些结果与实验观察到的温度、时间和压力的令人困惑的依赖关系一致。
2008-07-08 cond-mat.mtrl-sci
Engineering the dissipation of crystalline micromechanical resonators
高质量的微纳机械谐振器广泛应用于传感、通信和计时，并在量子技术和量子物理基础研究中具有未来的应用。晶体薄膜由于其高质量、内在应力和屈服强度以及低损耗的前景而对于这种谐振器特别有吸引力。然而，当生长在硅衬底上时，由于与衬底的晶格失配而产生的界面缺陷被假定为引入额外的耗散。在这里，我们开发了一种新的背面蚀刻工艺的单晶碳化硅微谐振器，使我们能够定量验证这一预测。通过设计谐振器的几何形状并去除有缺陷的界面层，我们在室温下在碳化硅蹦床谐振器中实现了超过一百万的品质因数，比没有去除界面缺陷层的谐振器高五倍。我们预测，由高纯度碳化硅制造的类似器件并利用其高屈服强度，可以使室温品质因数高达$6\times10^9$
2020-02-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Half-filled intermediate bands Si material formed by energetically metastable interstitial sulfur atom
高掺杂亚稳态硫原子赋予晶体硅强的亚带隙光吸收。为了探索这样的亚稳态，我们发展了一种新的高通量的第一性原理计算方法来搜索晶体硅中间隙硫原子的所有能量亚稳态。最后，我们得到了63个亚稳间隙态，它们可以分为十种类型。有趣的是，其中28个（占总数的44%）低能亚稳态可以在硅禁带中产生隔离良好且半填充的中间带（IB），这使得硫超掺杂硅成为IB太阳能电池的理想材料。
2016-11-16 cond-mat.mtrl-sci
Assessing Material Qualities and Efficiency Limits of III-V on Silicon Solar Cells Using External Radiative Efficiency
本文提出了一种定量的方法来调查和比较硅上的III-V（III-V/Si）太阳电池的材料质量，通过外部辐射效率。我们使用这个分析来预测极限效率和评估材料质量的标准，以实现高效率的III-V/Si太阳能电池。这一结果产生了几个高效率III-V/Si太阳能电池的设计的影响。
2016-06-02 cond-mat.mtrl-sci
Strained crystalline nanomechanical resonators with ultralow dissipation
在应变机械谐振器中，拉伸应力和几何非线性的同时发生显著地降低了损耗。这种现象，耗散稀释，采用在镜面悬浮的引力波干涉仪和在纳米级，其中软夹持和应变工程允许极高的品质因数。然而，这些技术迄今为止仅应用于非晶材料，特别是氮化硅。晶体材料在低温下表现出显著较低的固有阻尼，这是由于在本体中不存在两级系统，如在韦伯棒和硅光机械腔中所利用的。因此，将耗散稀释工程应用于应变晶体材料可以实现极低损耗的纳米机械谐振器，这是由于降低的内部摩擦、高固有应变和高屈服强度的组合。开创性的工作尚未充分利用这一潜力。在这里，我们证明了单晶应变硅，高迁移率晶体管的材料开发，可以用来实现超低损耗的机械谐振器。我们观察到，高纵横比（$>10^5$）应变硅纳米串支持MHz的机械模式，品质因数超过$10^{10}$在7 K，10倍的改善，在氮化硅中报告的值。在7 K时，热噪声限制力灵敏度约为$45\ \mathrm{{zN}/{\sqrt{Hz}}}$ -接近碳纳米管的灵敏度-加热速率仅为每秒60量子。我们的纳米机械谐振器表现出比最原始的宏观振荡器更低的耗散，并且它们的低质量使它们特别有希望用于量子传感和转导。
2021-07-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Study on the Fermi level of microstructured Silicon with impurities introduced by chalcogenides and their affect on solar cell efficiency
微结构硅是在一定条件下用飞秒激光脉冲辐照硅片表面而得到的，它具有特殊的光学特性，如对波长为0.25 ~ 17μm的光有强吸收。因此，它在中间带太阳能电池（IBSC）中具有很大的应用前景。一些文献讨论了硫族化合物引入硅中的简单替位杂质的电子结构。并在此基础上，通过高温退火处理，建立了硫和氧引入微结构硅的杂质能级模型。利用多能级广义统计方法，分析了各局域能级中电子的几率以及费米能级与温度和杂质密度的关系。然后利用细致平衡理论讨论了相应IBSC的理论转换效率。并详细讨论了利用飞秒激光微结构硅制作高效率太阳能电池的问题。
2013-02-25 cond-mat.mtrl-sci
Ring-originated anisotropy of local structural ordering in amorphous and crystalline silicon dioxide
本文提出两种基于环的定量分析方法，揭示二氧化硅中环的几何特征与局部结构有序性，并发现环周围结构有序性的各向异性有助于中程有序性构建。
2023-11-14 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Prospects for Perovskite/Silicon tandem solar cells to outperform c-Silicon solar cells at elevated temperatures
成功的商业化的Peroxides/Si叠层太阳能电池（P/Si TSC）需要先验估计的技术基准，以优于c-Si基技术在现场条件下。为此，通过详细的数值模拟和分析建模，在这里，我们确定了离子迁移和寿命退化的限制，直到P/Si TSC保持竞争力。我们的研究结果揭示了一个独特的比例律的效率和温度系数的P/Si TSC的演变，使我们能够预测限制的年度降解率。有趣的是，我们发现，与2 T细胞相比，4 T细胞可能对离子迁移的不良影响更具免疫力。这些见解对于材料/界面工程方法和基于物理学的加速测试具有广泛的相关性，这些加速测试侧重于长期稳定性和模块可靠性。
2022-07-02 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Strain-controlled crystalline--amorphous transition and flat-band tuning in buckled silicon kagome
University of California, Los Angeles（加州大学洛杉矶分校）
研究弯曲硅卡戈梅晶格，通过双轴张力控制晶格动力学与电子色散，利用应变耦合热亚稳性等，实现应变控制晶体 - 非晶转变和平带调谐，是应变控制平带和电子关联物理的候选平台。
2026-07-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
An experimental study of charge distribution in crystalline and amorphous Si nanoclusters in thin silica films
用透射电子显微镜（TEM）、电子能量损失谱（EELS）和X射线光电子能谱学（XPS）研究了薄二氧化硅层中的结晶和非晶硅纳米颗粒。我们使用XPS数据的俄歇参数的形式来分离的初始和最终状态的贡献的Si $_{2p}$能量转移。静电充电和电子屏蔽问题以及初始状态的影响也得到了解决。结果表明，纳米晶中的化学位移是由初态效应决定的，而不是由终态效应决定的，分散在SiO $_2$中的纳米晶中的硅芯空穴的电子屏蔽作用不如纯体硅中的电子屏蔽作用.
2012-09-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Single Crystal Functional Oxides on Silicon
复合氧化物的单晶薄膜显示出丰富多样的功能特性，如铁电性、压电性、铁磁性和反铁磁性等，这些特性具有全新的电子应用潜力（1-2）。由于不同界面的基本晶体化学和机械不相容性，在Si上直接合成这种氧化物仍然具有挑战性（3-16）。在这里，我们报告集成薄（下至1个单元电池）单晶，复杂的氧化物薄膜到Si衬底上，在室温下通过外延转移。在一个场效应晶体管使用转移Pb0.2Zr0.8TiO3（PZT）层作为栅极绝缘体，我们证明了直接可逆控制的半导体沟道电荷与极化状态。这些结果代表了在硅上按需实现长期追求但尚未证明的单晶功能氧化物。
2015-11-21 cond-mat.mtrl-sci
Exciton Fission Enhanced Silicon Solar Cell
本研究利用分子单线态激子裂变与顺序电荷转移，结合锌酞菁、氧化铝和浅结晶体硅微线电池，实现每吸收一个光子产生(138±6)%的峰值电荷效率，突破硅电池量子效率极限，提出低成本高效率光伏新方法。
2024-07-30 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Atomistic Origin of Urbach Tails in Amorphous Silicon
指数带边已经在各种材料中观察到，包括晶体和非晶体。在本文中，我们推断这些尾巴在非晶和有缺陷的晶体硅的结构起源的直接计算与电流{ \it ab initio}方法。我们发现，指数尾出现在放松模型的金刚石与适当的点缺陷。在非晶硅（a-Si）中，我们发现网络中存在短键和长键的结构丝，并且在两个带尾的极端边缘附近的尾态也是连续的，在结构丝上有许多局域化。我们连接的存在下，这两个灯丝系统的缺陷和/或拓扑紊乱的存在下，结构松弛。
2008-02-10 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci
Systematic study of amorphous 2D graphene, silicene and silicon carbide: Investigation of structural, electronic, optical and vibrational properties
本研究通过分子动力学和第一性原理计算系统分析了非晶石墨烯、硅烯和碳化硅的结构、电子、光学及热学性质，发现其光学红移、等离激元峰在紫外区且热导率较低，为局部功能器件提供新思路。
2023-05-14 cond-mat.mtrl-sci
Molecular Structures and Strength-Toughness of Silica and Quartz
本文利用非晶二氧化硅和晶体石英的分子结构预测其本征强度、断裂韧性与理论强度，将其均建模为晶体材料，并得到文献实验数据证实。
2024-10-14 cond-mat.mtrl-sci
