Trends in Elasticity and Electronic Structure of Transition-Metal Nitrides and Carbides from First Principles
用密度泛函微扰理论研究了$B_1$结构过渡金属氮化物及其碳化物的弹性性质。弹性常数的线性响应结果与数值导数法所得结果吻合良好，也与实测数据一致。我们发现以下趋势：（1）对于金属组分或如果C被N取代，体模量$B$和四元剪切模量$G^{\prime}=(C_{11}-C_{12})/2$在周期表上的上方或下方增加，晶格常数$a_{0}$减小;（2）不等式$B > G^{\prime} > G > 0$适用于$G=C_{44}$ ;（3）$G$强烈地依赖于每个晶胞的价电子数（$Z_{V}$）。从$G$作为$Z_{V}$的函数的拟合曲线，我们可以预测MoN在$B_{1}$结构中是不稳定的，并且过渡金属碳氮化物（$e.g.$ ZrC $_{x}$ N $_{1-x}$）和双过渡金属碳化物（$e.g.$ Hf $_{x}$ Ta $_{1-x}$ C）在$Z_{V} \approx 8.3$处具有最大$G$。
2004-12-15 cond-mat.mtrl-sci
Trends in Atomic Adsorption on Titanium Carbide and Nitride
对H、B、C、N、O、F、Al、Si、P、S和Cl在极性TiC（111）和TiN（111）表面上的原子化学吸附进行了广泛的密度泛函计算，得到了两种表面相似的吸附趋势：（i）沿吸附原子周期的类周期吸附能量趋势;（ii）O、C、N、S和F的最强吸附;（iii）大的吸附变化;（iv）对O的吸附能（8.4-8.8 eV）创纪录地高。然而，发现TiN上的元素周期表的左边和TiC上的元素的右边的更强的吸附。结果支持的协调耦合模型，提出的化学吸附在TiC上，也适用于TiN。
2005-11-16 cond-mat.mtrl-sci
Exploration of Hexagonal, Layered Carbides and Nitrides as Ultra-High Temperature Ceramics
针对六方层状碳化物/氮化物的结构等问题，本研究通过高通量DFT识别出67种热稳定性优异的新材料，结合机器学习预测熔点发现5种超2500K的候选，扩展了高温陶瓷的化学与结构范围。
2025-08-25 cond-mat.mtrl-sci
Comparison of Matlantis and VASP bulk formation and surface energies in metal hydrides, carbides, nitrides, oxides, and sulfides
本文对比 Matlantis 与 VASP 对多类金属化合物能量的预测，发现其体相形成能和表面能存在系统偏差，但仍可较好描述第一性原理结果。
2023-04-21 cond-mat.mtrl-sci
Synthesis of anti-perovskite-type carbides and nitrides from metal oxides and melamine
通过金属氧化物与有机化合物三聚氰胺（C3H6N6）反应，合成了ZnNNi 3、ZnCNi 3、SnNCo 3和SnCCo 3四种反钙钛矿型化合物。通过选择不同的反应温度和标称氧化物与三聚氰胺的比率，选择性地合成ZnNNi 3和ZnCNi 3。首次采用三聚氰胺法合成了SnNCo3。电阻率，磁化强度和热容量的测量表明，SnNCo3是一种相关的金属，在费米能级具有高密度的状态。我们的研究结果表明，这种可行的合成路线使用三聚氰胺是有用的，在寻找复杂的金属碳化物和氮化物向新型功能材料。
2019-04-12 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
OH terminated two-dimensional transition metal carbides and nitrides (MXenes) as ultralow work function materials
MXene是一组二维过渡金属碳化物和氮化物，在能量存储和电子器件中提供许多潜在的应用。作为设计新型电子器件的重要参数，我们采用第一性原理计算研究了裸MXene及其带有F、OH和O化学基团的功能化MXene的功函数。根据我们的计算，结果表明，OH封端的MXene达到1.6和2.8 eV之间的超低功函数。此外，取决于过渡金属的类型，F或O官能化影响功函数的增加或减少。我们发现，功能化后的功函数的变化与表面偶极矩的变化呈线性相关。结果表明，F或O封端的MXene的功函数由两个因素控制：由F/O和衬底之间的电荷转移引起的诱导偶极矩，以及在官能化后由表面弛豫引起的总表面偶极矩的变化。然而，在OH封端的MXene的情况下，除了这两个因素之外，OH基团的固有偶极矩在确定总偶极矩中起重要作用，因此证明其超低功函数是合理的。
2015-07-17 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
Compressibility and structural stability of ultra-incompressible bimetallic interstitial carbides and nitrides
本文用高压X射线衍射研究了Pd_2Mo_3N、Ni_2Mo_3C_（0.52）N_（0.48）、Co_3Mo_3C_（0.62）N_（0.38）和Fe_3Mo_3C的结构稳定性。我们已经发现，它们在至少高达48 GPa的环境压力下保持稳定的立方相。它们的体积弹性模量都大于330 GPa，是最难压缩的材料，B0 = 374（3）GPa。此外，随着碳含量的增加，压缩性明显降低。确定了每种材料的状态方程。与其他耐火材料的比较表明，间隙氮化物和碳化物表现为超不可压缩材料。
2012-04-19 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Ab-initio thermodynamics of deposition growth: surface terminations of CVD titanium carbide and nitride
我们提出了一种计算方法来预测终端的生长或沉积表面的沉积条件的函数。这种表征对于理解催化和生长现象是有价值的。该方法结合从头计算密度泛函理论（DFT）计算和实验数据与速率方程描述的分压在反应室。速率方程的使用，使一个复杂的气体环境中的几个方面的完整的描述，（实验上可访问的）参数。的预测是基于与形成不同的终端表面的反应的自由能之间的比较。该方法具有内在的非平衡特性。在极限的动态平衡（具有相等的化学势在表面和气相），我们发现，该方法的预测符合标准从头算为基础的平衡热力学。我们举例说明了TiC（111）和TiN（111）的化学气相沉积（CVD）方法，并发现出现的终止可以由环境和生长速率控制。
2010-06-28 cond-mat.mtrl-sci
The Effect of Element Composition on the Structural and Electronic Properties of Carbon, Silicon, Silicon Carbide, and Boron Nitride Gyroid Schwarzites
黑云母是呈现负高斯曲率的多孔结构。虽然最初提出的碳，原则上，其他元素的施瓦茨是可能的。在这项工作中，我们已经进行了详细的调查的元素组成（C，Ge，Si，SiC和BN）的结构，电子和光学性质的螺旋状施瓦济结构，所谓的G688的效果。DFT模拟使用著名的SIESTA代码进行。结果表明，这些同素异形体结构的形成能值与其它同素异形体结构的形成能值在相似的范围内，并且在1000~K范围内是热稳定的。从电子分析，我们的结果表明，所有的结构，除了碳的，目前的半导体特性。从光学性质来看，除了红外区只有硅和锗表现出一定的吸收外，其他结构都只在可见光和紫外区表现出光学活性，并且都具有较大的折射率值。对于反射率，除了Si和Ge的施瓦济体反射近40%的光外，其它施瓦济体都表现出较低的反射率。这些特性使它们成为光电应用的良好候选者，例如红外/紫外线吸收剂和紫外线阻断剂。
2022-08-19 cond-mat.mtrl-sci
The effect of magnetism and temperature on the stability of Cr, V, Al carbide MAX phases
采用密度泛函理论第一性原理计算研究了Cr、V、Al碳化物MAX相的稳定性，这些碳化物MAX相是用于各种磁性和高温应用的感兴趣的材料。混合焓预测这些合金在0 K下不稳定。计算还预测，然而，这些阶段将热稳定的构型熵在温度远低于用于合成的值。温度Ts，低于它，他们变得不稳定被发现是相当敏感的存在下的磁矩对Cr离子，以及材料的磁秩序，除了化学顺序和组合物。考虑到磁性，对于具有化学无序的Cr和V原子的半V和半Cr，Ts的值根据理论水平估计在516 K和645 K之间，而如果限制到自旋配对，Ts下降到142 K。反铁磁自旋排列被发现在低温下是有利的，但它们很可能在合成温度下失去，并且可能在室温下也是如此。然而，反铁磁挫折和组态无序的组合应引起有趣的自旋纹理在低温下。
2018-07-16 cond-mat.mtrl-sci
Direct synthesis and chemical vapor deposition of 2D carbide and nitride MXenes
本文提出通过金属与金属卤化物同石墨、甲烷或氮气反应直接合成MXenes的可扩展方法，并实现CVD生长MXene地毯及球晶状形貌，所得材料在锂离子存储中表现优异。
2023-05-27 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Tune of Magnetism and Electronic Structures of Alkali Metal Carbides with Rocksalt Structure
采用全势电子程序求解Kohn-Sham方程，计算了岩盐结构碳化物的电子结构。通过构造基于极大局域化Wannier函数的紧束缚哈密顿量，分析了成键特性。发现这些化合物中的阳离子作为电子提供者，并且框架由碳原子形成。费米能级附近的电子态主要来自C的p轨道。压力和掺杂是调节这些化合物的磁性和电子性质的两种有效方法。事实证明，通过施加高达数十吉帕斯卡的流体静压，可以获得无自旋带隙的半导体。较高的压力诱导的绝缘体金属转变，因为带加宽。IA族化合物（Na，K，Rb，Cs）在室温下为磁性半导体。与IIA元素合金化根据$3-x$定律降低磁矩，其中$x$是IIA元素与IA元素的相对原子比。化合物在压力和掺杂作用下的行为可以用刚性带模型来理解。
2012-11-08 cond-mat.mtrl-sci
Topologically protected interface phonons in two-dimensional nanomaterials: hexagonal boron nitride and silicon carbide
我们进行了晶格动力学分析和分子动力学模拟，以证明存在的拓扑保护声子模式的二维，单层六方氮化硼片。拓扑声子模式被发现是本地化在一个平面内的界面，将系统分为两个区域的不同谷陈数。这种拓扑声子模式的色散跨越频率间隙[1123，1278] cm^{-1}，该频率间隙通过与量子谷霍尔效应的类比通过破坏原始单位晶胞中的硼和氮原子的反转对称性而打开。因此，具有该间隙内的频率的振动能量在拓扑上受到保护，导致波传播表现出最小的反向散射，对于诸如尖角的结构缺陷是鲁棒的，并且表现出优异的时间稳定性。我们的发现开辟了在二维纳米材料中实现拓扑声子和力学的可能性。
2018-07-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Surface activation by electron scavenger metal nanorod adsorption on TiH2, TiC, TiN, and Ti2O3
本研究通过功函数计算和纳米棒吸附实验，发现电子清除剂效应可降低TiH2和Ti2O3等材料表面阴离子脱附能，从而活化氢化物、碳化物和氮化物，为设计新型负载型催化剂提供新途径。
2023-04-30 cond-mat.mtrl-sci
Origin of $sp$-electron magnetism in Graphitic Carbon Nitride
基于第一性原理计算，本研究揭示了非磁性材料的磁性可以起源于反键态的部分占据。由于反键波函数是空间反对称的，根据量子力学的交换反对称原理，自旋波函数应该是对称的。我们证明了这种现象可以在石墨碳氮化物材料$g$ N $_3$中观察到，该材料可以通过实验合成并被视为具有空位的蜂窝结构。三个指向空位的N原子悬挂键相互作用形成一个成键和两个反键态。由于两个反键态都在费米能级附近，且电子在自旋极化时应该部分占据反键态，这就导致了1~ $μ_B$磁矩。
2018-08-10 cond-mat.mtrl-sci
Highly Ordered Boron Nitride/Epigraphene Epitaxial Films on Silicon Carbide by Lateral Epitaxial Deposition
实现高性能的纳米电子学需要在纳米尺度上控制材料。在碳化硅上生产高质量外延石墨烯（EG）纳米结构的方法是已知的。下一步是在EG纳米结构上生长范德华半导体。六方氮化硼（h-BN）是一种宽带隙半导体，具有与石墨烯相匹配的蜂窝晶格结构，使其非常适合石墨烯基纳米电子学。在这里，我们描述了多层h-BN的制备和表征使用迁移增强的金属有机物气相外延工艺在EG上外延生长。作为横向外延沉积（LED）机制的结果，生长的h-BN/EG异质结构具有高度有序的外延界面，如所期望的，以便保持原始石墨烯的传输性质。通过第一性原理模拟分析了所观察到的2D外延h-BN膜的逐行生长机制的原子尺度结构和能量细节，证明了一维无成核能量无势垒生长。这种工业相关的LED工艺可以应用于各种各样的范德华材料。
2020-11-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Fermiology of two-dimensional titanium carbide and nitride MXenes
MXene是一类二维过渡金属碳化物和氮化物材料，其通常表现出非常好的金属导电性，因此对于例如，柔性电子、电催化和电磁干扰屏蔽。然而，令人惊讶的是，对MXene的费米学，即费米面的形状和大小及其对材料性质的影响知之甚少。其中一个原因可能是MXene表面几乎总是被官能团的混合物覆盖，并且研究无序系统的费米表面是麻烦的。在这里，我们研究了四种常见的钛基MXene作为表面官能团组成的函数的费米学。我们首先计算了具有显式混合表面的系统的有效能带结构，观察到Ti-d带的填充和由此产生的费米能级移动的逐渐演化。然后，我们证明，这些能带结构可以通过使用假氢化表面接近，也比较有利的实验角度分辨光电子能谱的结果。通过修改赝氢电荷，然后我们继续绘制所有系统的费米面，并提取它们的属性，如费米表面积和平均费米速度。这些又被用来评估的电导率与弛豫时间拟合实验测量的电导率。
2021-04-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Intrinsic magnetism of open boron nitride nanotubes
由于结果不完整，本文已被作者撤回。
2006-05-22 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Predicted phase diagram of B-C-N
注意到碳和碳化硼与氮化硼和氮化硼相之间的结构关系，我们调查他们的相互溶解度使用的第一原理总能量补充统计力学的组合，以解决有限的温度。由于替代的能量消耗较大，我们发现超硬材料金刚石和立方氮化硼的互溶度可以忽略，准二维材料石墨和六方氮化硼的互溶度也可以忽略。相比之下，我们发现在高温下连接碳化硼到低氮化硼的溶解度的连续范围。由B $_{12}$二十面体和NBC链组成的电子精确化合物B $_{13}$ CN在所有温度下都是稳定的。在T= 500 K左右，它表现出NBC链取向的有序-无序转变。
2015-12-22 cond-mat.mtrl-sci
Ab initio calculation of phonon polaritons in silicon carbide and boron nitride
利用光子准粒子控制电磁能远低于衍射极限的能力是纳米光子学的一个定义范例。在这一领域的一个重要的最新发展是测量和操纵极有限的声子极化激元模式的极性介质，如碳化硅和六方氮化硼，铺平了道路的纳米光子学和极端的光-物质相互作用在中红外太赫兹频率范围。为了进一步推进这一有前途的领域，预测最近发现的和尚未合成的极化激元材料的光学响应是非常有趣的。在这里，我们发展了一个统一的框架，量子线性响应理论的基础上计算空间非局域介电函数的极性晶格在任意尺寸。在三维块状材料的情况下，我们的计算的空间局部限制再现极性晶格的介电响应的标准结果。使用这个框架，我们提供了从头计算的介电常数的重要散装极性的碳化硅和六方氮化硼，如与实验吻合良好。从从头算理论，我们能够开发一个微观的理解，声子模式有助于每个组件的介电函数，以及预测功能的介电函数是一个结果，弱TO声子。这种形式主义还确定了量子非局域效应可以校正声子极化激元色散的机制，这与最近将电磁场限制在1~nm尺度的原子尺度实验非常相关。最后，我们的工作指向的第一性原理描述的界面声子，声子强耦合，和手征声子的声子极化激元的性质的影响。
2018-08-31 cond-mat.mtrl-sci physics.optics quant-ph
Magnetism and Interlayer Bonding in Pores of Bernal-Stacked Hexagonal Boron Nitride
当单层h-BN经受高能电子束时，形成具有氮边缘的三角形孔。由于断裂的sp2键，这些孔已知具有磁性状态。我们报告的磁性和电子结构的三角孔作为其大小的函数。此外，在Bernal堆叠的h-BN（AB-h-BN）中，可以产生具有平行边缘的多层孔，这在通常制造的多层AA '-h-BN中是不可能的。考虑到这些孔可以使用电子束以良好控制的方式制造，重要的是要了解相邻层中孔的相互作用。我们发现，在某些配置中，相邻的孔隙的边缘保持开放，并保留其磁性，在其他情况下，它们形成层间键。我们提出了一个全面的报告，这些配置的小纳米孔。我们发现，在低温下，这些孔具有近简并的磁性配置，并可能利用在磁电阻和自旋电子学的应用。在形成较大多层纳米孔的过程中，可以形成层间键，从而降低磁化强度。然而，未粘合的平行多层边缘仍然可以在所有尺寸下使用。了解这些孔也有助于许多应用，如DNA测序和量子发射。
2022-05-12 cond-mat.mtrl-sci
Chemical-scissor-mediated structural editing of layered transition metal carbides
针对非范德华层状材料插层难的问题，提出化学剪刀介导的MAX相及MXene结构编辑方法，可制备多种新型层状材料并实现反向转变，为层状陶瓷调控提供新途径。
2022-07-29 cond-mat.mtrl-sci
Transcending the MAX phases concept of nanolaminated early transition metal carbides/nitrides -- the ZIA phases
本文提出ZIA相这一新型纳米层状金属间化合物类别，以Nb$_3$SiNi$_2$为首个候选相，揭示其与MAX相共享统一化学计量规则，从而将纳米层状晶体固体概念拓展到MAX相之外。
2023-08-11 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Substitution- and Strain-induced Magnetic Phase Transition in Iron Carbide
由于它们的温度或压力诱导的磁性相变，渗碳体型碳化物对于磁热应用是令人感兴趣的。本文采用第一性原理计算方法，研究了应变效应下Cr原子取代Fe位的Fe_3C的磁性和磁性相变。Cr原子的存在引起了从Fe_3C的铁磁相到Cr_3C的铁磁相的二阶磁相变，而Fe_2Cr_3C和Cr_2Fe_3C的三元化合物更倾向于亚铁磁基态，Fe和Cr的自旋矩的大小都随着x的增加而减小，这两个自旋矩在Fe_3Cr_xC中是反平行的（x = 0，1，2和3）。此外，固定的自旋矩计算表明，Fe 3-xCrxC化合物的磁化强度可以微妙地改变通过应变效应和磁致伸缩相变发生在早期阶段的Cr替代，x = 2。
2017-12-12 cond-mat.mtrl-sci
Stretching magnetism with an electric field in a nitride semiconductor
通过直接磁化测量，采用一种新的检测方案，我们证明了在纤锌矿（Ga，Mn）N的磁化的电气控制。在这种稀磁绝缘体中，费米能被Mn离子钉扎在中间带隙区域，并且Mn 3+离子显示出强的单离子各向异性。我们确定（Ga，Mn）N维持高达至少5 MV/cm的电场，表明Mn掺杂将GAN变成有价值的半绝缘材料。在这些条件下，磁电耦合可以由逆压电效应驱动，逆压电效应沿着c轴拉伸基本单元，并因此影响磁各向异性的大小。我们开发了一个相应的理论，并表明，它描述了实验确定的依赖性的磁化强度的电场定量与没有可调参数的磁场和温度的函数。通过这种方式，我们的工作桥梁两个研究领域发展至今独立：压电纤锌矿半导体和电气控制的混合和复合材料的磁性结构，包含压电元件的磁化。
2016-11-02 cond-mat.mtrl-sci
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
Violation of the Rule of Parsimony: Mixed Local Moment and Itinerant Fe Magnetism in Fe$_{3}$GeN
三元铁氮化物由于其不同的磁性而引起人们的极大兴趣。我们发现，基于第一性原理计算，相对较小的结构畸变从立方反钙钛矿结构的Fe $_3$ GeN导致不寻常的磁性行为。特别是，有一个分离成Fe网站具有非常不同的磁性行为，特别是一个网站与Fe原子具有稳定的本地时刻和网站的Fe显示更多的巡回行为的特点。这表明了这些氮化物中Fe磁性行为的显着灵活性，并指出了系统的可能性，其中微小的结构和化学变化可以导致磁性能的显着变化。结果表明，类似于氧化物钙钛矿材料，通过八面体旋转的化学或应变控制来调制磁性可能是可行的。然后，这可以导致用于调谐磁性以实现感兴趣的性质的方法，例如，将磁转变调谐到量子临界状态或接近于器件的感兴趣的变磁转变。
2022-06-29 cond-mat.mtrl-sci
Tunable magnetism in Nitride MXenes:consequences of atomic layer stacking
本研究通过DFT计算揭示氮化物MXenes中过渡金属层堆叠模式可显著调控其电子与磁性能，为磁性器件应用提供新途径。
2024-05-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Coexistence of Superconductivity and ferromagnetism in high entropy carbide ceramics
本研究报道了高熵碳化物陶瓷中超导与铁磁的共存现象，发现碳空位引发铁磁性，且强磁性会抑制超导性，为研究超导与磁性关联及设计多功能器件提供了新平台。
2023-07-31 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
Multiferroic nitride perovskites with giant polarizations and large magnetic moments
具有铁电性和磁性之间耦合的多铁性已经被追求了几十年。然而，由于铁电性和磁性之间的共同权衡，它们的磁电性能仍然有限。在这里，提出了一个家庭的氮化物钙钛矿作为多铁性与突出的物理性能和非平凡的机制。以GdWN $_3$为原型，我们的第一性原理计算发现其钙钛矿相具有大的极化（例如$111.3$ $μ$ C/cm $^2$对于$R3c$相）和磁矩$7$ $μ_{\rm B}$ /Gd $^{3+}$。更有趣的是，它的铁电起源是多重的，具有来自Gd $^{3+}$和W $^{6+}$离子的显著贡献，不同于其姐妹成员LaWN $_3$，其中铁电性几乎仅来自W $^{6+}$离子。随着稀土离子尺寸的减小，A位离子对铁电不稳定性的贡献越来越大。考虑到小的稀土离子可以是氮化物钙钛矿中适当的铁电性和磁性的主要来源，我们的工作提供了一条追求更多具有非常规机制和最佳性能的多铁性的路线。
2022-11-11 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Electric field control of magnetism in Si3N4 gated Pt/Co/Pt heterostructures
在这项工作中，我们使用X-射线光电子显微镜（XPEEM）显示的磁电耦合氮化硅栅Pt/Co/Pt异质结构的存在。我们观察到磁各向异性的变化的形式的畴壁成核和畴壁波动率的变化作为施加到样品的电场的函数。我们还观察到在Pt/Co/Pt异质结构的自旋重取向转变的形成归因于衬底表面粗糙度的膜厚度附近的区域中的面内和面外磁化的共存;与这样的域配置，我们发现，面内磁化比面外磁化对所施加的电场更敏感。尽管我们在系统中发现了有效的磁电耦合，但氮化硅膜中电荷缺陷的存在阻碍了对磁化的系统静电控制。
2019-05-08 cond-mat.mtrl-sci
Metal-bonded Atomic Layers of Transition Metal Carbides (MXenes)
虽然二维过渡金属碳化物和氮化物（MXene）具有优异的物理和化学性能以及广泛的应用，但由于其快速的结构降解，制备稳定的MXene仍然具有挑战性。在这里，具有高稳定性的过渡金属碳化物的独特金属键合原子层通过氯封端的MXene和所选金属之间的简单拓扑反应产生，其中金属不仅能够去除Cl末端，而且还能够通过MAX相的对称性与相邻的原子MXene板有效键合。由Al键合的Ti $_3$ C $_2$ Cl $_x$原子层构成的膜显示高达400 ℃的高抗氧化性和9.3欧姆/平方的低薄层电阻。结合到多层结构，Al结合的Ti $_3$ C $_2$ Cl $_x$膜显示出显著改善的EMI屏蔽能力，在3.1微米的低厚度下总屏蔽有效性值为39 dB，优于纯Ti $_3$ C $_2$ Cl $_x$膜。
2023-02-15 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Evidence of Interfacial Topological Superconductivity on the Topological Semimetal Tungsten Carbide Induced by Metal Deposition
具有不同电子基态的材料之间的界面已经成为用于创建和控制物质的新量子态的强大平台，其中在界面处的反转对称性破缺和其他效应可以引入额外的电子态。在涌现的现象中，超导性特别令人感兴趣。在这项工作中，通过沉积金属薄膜上的一个新确定的拓扑半金属碳化钨（WC）单晶，我们已经获得了软点接触光谱证明界面拓扑超导性。这种非常强烈的现象已被证明为一个广泛的金属/WC界面，涉及非磁性和铁磁薄膜，和超导转变温度是令人惊讶的不敏感的磁性薄膜，表明自旋三重态配对超导状态。这一结果为利用方便的薄膜涂覆方法实现拓扑超导提供了可能。
2018-11-29 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
Giant perpendicular magnetic anisotropy in Fe/III-V nitride thin films
过渡金属薄膜中大的垂直磁各向异性（PMA）为实现纳米磁性的有趣物理和发展广泛的自旋电子学应用提供了途径。经过几十年的探索，过渡金属薄膜的PMA能级尺度仍然只有1 meV左右。这种限制已经成为超密度存储和存储设备发展的主要瓶颈。通过第一性原理计算，我们在III-V族氮化物的$(000\bar{1})$ N端表面上的Fe薄膜生长中发现了前所未有的PMA。PMA范围为24.1 meV/u.c.在Fe/BN中，至53.7meV/u.c。在Fe/InN中。$x^2-y^2$和$xy$轨道之间的对称性保护简并以及自旋轨道耦合对它的提升起着主导作用。因此，Fe/III-V氮化物薄膜中的PMA由自旋轨道耦合的一阶微扰主导，而不是常规过渡金属/氧化物薄膜中的二阶微扰。这种改变游戏规则的情况也将在过渡金属/氮化物界面上开辟一个新的磁性领域。
2018-06-11 cond-mat.mtrl-sci
Unraveling the effects of anionic vacancies and temperature on mechanical properties of NbC and NbN: Insights from Quantum Mechanical Study
The Technical University of Kenya（肯尼亚科技大学）；Moi University（莫伊大学）；University of Eldoret（埃尔多雷特大学）
本研究通过量子力学方法探讨了温度与阴离子空位对NbC和NbN机械性能的影响，揭示了结构、缺陷和热效应对材料韧性和脆性转变的关键作用。
2026-01-09 cond-mat.mtrl-sci
Ab initio studies of magnetic properties of cobalt and tetracobalt nitride Co$_{4}$N
利用密度泛函理论，采用赝势和全电子方法研究了钙钛矿结构Co $_{4}$ N氮化物的磁性和成键分析.同时，对六方密排（HCP）、面心立方（FCC）和体心立方（BCC）结构的纯钴的结构和磁稳定性进行了综述。在平衡时，非自旋极化（NSP）和自旋极化（SP）的能量与体积的计算表明，在这两种材料的基态是铁磁的。发现HCP-Co比立方的更稳定。本文在较宽的立方晶格常数范围内研究了Co $_4$ N氮化物中两种不同晶位的Co原子的磁矩，并与FCC-Co氮化物的磁矩进行了比较。氮化物中的体积膨胀表明，角落Co $^{I}$原子显示出局域磁性，而面心Co $^{II}$原子显示出巡游行为。与FCC-Fe/Fe $_{4}$ N类似，FCC-Co/Co $_4$ N观察到“低体积-低矩”和“大体积-高矩”行为。用刚性带模型解释了Co $_{4}$ N铁磁基态的态密度。借助电子局域化函数ELF图和自旋分辨化学键判据，显示了Co $^I$ -N和Co $^{II}$ -N的不同成键特征。
2015-08-10 cond-mat.mtrl-sci
Spin Model for Nontrivial Magnetic Orders in the Inverse-Perovskite Antiferromagnets
通过建立描述反钙钛矿锰氮化物特定晶体和电子结构中固有的磁各向异性和受抑交换相互作用的经典自旋模型，对反钙钛矿锰氮化物中的非平凡磁序进行了理论研究.利用复制交换蒙特卡罗方法，对该模型进行了理论分析，再现了实验观测到的三角形自旋有序图和磁序的系统演化.我们的工作解决了40年来反钙钛矿锰氮化物的非平凡磁性问题，并为澄清在这类材料中发现的磁性驱动的负热膨胀现象提供了坚实的基础。
2018-09-13 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Structural stability and magnetism of FeN from first principles
在密度泛函理论（DFT）的框架下，采用全电子增广球面波方法（ASW），采用广义梯度GGA泛函处理交换和关联效应，研究了FeN单氮化物的结构和磁性.通过对假定的岩盐型（RS）、锌盐型（ZB）和纤锌矿型（W）结构的能量-体积关系的计算表明，RS型结构比其它结构更稳定。平衡体积下的自旋极化计算结果表明，RS-FeN的基态是高磁矩的铁磁性，而ZB-FeN和W-FeN是非磁性的。畸变对稳定性的影响考虑到考虑FeN在两个不同的面心四面体结构（FCT）：FCT岩盐和FCT锌。讨论了Slater-Pauling-Friedel模型的磁体积效应。报道了从位和自旋投影态密度分析的电子结构。讨论了FeN的结构和磁性，给出了相对于Fe的N局域环境。
2009-09-07 cond-mat.mtrl-sci
Stability and magnetism of FeN high-pressure phases
实验发现的铁-氮体系中的化合物属于Fe-N相图的低浓度部分。在我们的论文中，这是基于从头计算，我们已经研究了高压铁单氮化物相，特别是具有NiAs型结构的新的磁性相的形成和稳定性。我们已经研究了动态，热力学和电子性质，如电子相关性和压力引起的相位稳定的作用。我们证明了新的六方FeN相在很宽的外压范围内是稳定的，并且在零压下可以形成亚稳相。结果表明，它具有相对小的居里温度，并可能具有非共线磁性。
2018-08-06 cond-mat.mtrl-sci physics.geo-ph
Magnetic Multilayer Edges in Bernal-Stacked Hexagonal Boron Nitride
已知单层$\it{h}$-BN具有带独特磁性的边缘，然而，在通常制造的多层$\text{AA}^{\prime}$ - $\it{h}$ -BN中，发生边缘弛豫，产生层间键并消除边缘处的未成对电子.最近，已经报道了生长非常规Bernal堆叠的$\it{h}$ -BN（AB- $\it{h}$ -BN）的稳健方法。在这里，我们使用理论的方法来调查的氮终止锯齿形边缘的AB- $\it{h}$ -BN，可以形成在一个可控的方式使用高能电子束。我们发现，这些“开放”的边缘保持完整的双层和多层AB- $\it{h}$ -BN，使研究人员有可能调查这些边缘状态的实验。我们还研究了热力学的自旋配置在边缘，通过构建一个晶格模型，是基于从一组第一性原理计算提取的参数。我们发现，在相邻层的边缘自旋相互作用非常弱，导致在多层样品中的一系列独立的自旋链。通过使用蒙特卡罗模拟求解该模型，我们可以确定在液态N $_{2}$温度及更低温度下的nm尺度相关长度。在低温下，这些边缘可用于磁阻和自旋电子学应用。
2020-07-30 cond-mat.mtrl-sci
Tunable magnetic states in h-BN sheets
二维原子层中的磁性引起了人们极大的兴趣，因为它的存在可以使电子和自旋电子器件的发展成为可能。然而，磁性的存在对于设备来说是不够的，因为状态必须是可寻址的，并且可以通过外部驱动器进行修改。我们发现，在六方氮化硼中的缺陷提出了一个强烈的相互作用之间的N-N距离的边缘和磁矩的缺陷。通过应力诱导的几何形状改变，我们改变了缺陷的基态磁矩。这种控制是可能的三角形形状的缺陷，以及强自旋局域化的磁性状态。
2012-12-03 cond-mat.mtrl-sci
Carbon-doped ZnO: A New Class of Room Temperature Dilute Magnetic Semiconductor
我们报道了碳掺杂ZnO的磁性。我们基于密度泛函理论的第一性原理计算预测，碳取代ZnO中的氧导致每个碳的磁矩为1.78 $μ_B$。理论预测得到了实验证实。用脉冲激光沉积法制备的不同碳浓度的掺碳ZnO薄膜具有铁磁性，居里温度高于400 K，基于薄膜中碳化物含量（$1.5 - 3.0 μ_B$/碳）测量的磁矩与理论预测一致。磁性是由于Zn离子和掺杂的C原子之间的成键耦合。磁电阻和反常霍尔效应的研究表明，掺杂薄膜是具有本征铁磁性的$n$型半导体。碳掺杂ZnO是一种很有前途的室温稀磁半导体，我们的工作为非金属掺杂制备稀磁半导体提供了可能。
2006-10-31 cond-mat.mtrl-sci
Nitrogen-Vacancy-Mediated Magnetism in Sputtered GdN Thin Films
Indian Institute of Science（印度科学研究所）；Jawaharlal Nehru Center for Advanced Scientific Research（贾瓦哈拉尔·尼赫鲁高级科学研究中心）；Indian Institute of Technology Madras（马德拉斯印度理工学院）；IISER Thiruvananthapuram（特凡纳普拉姆印度科学教育研究院）；BITS Pilani K. K. Birla Goa Campus（比拉工业与科学研究所皮拉尼校区K.K.比尔拉果阿分校）
研究通过溅射法制备GdN薄膜，发现氮空位介导的铁磁性增强，通过Raman模式与磁化率关联，验证了空位对磁性调控的关键作用。
2026-03-14 cond-mat.mtrl-sci
Preserved metallicity and tunable magnetism in Zr-based Janus MXenes
Department of Physics, Aksaray University（阿卡拉伊大学物理系）
本文通过第一性原理研究，证实Zr基Janus MXenes保留金属性，可通过表面功能化调控磁性与力学性质，部分体系具半金属性，奈尔温度超室温，是理想的二维金属及自旋材料模型体系。
2026-08-11 cond-mat.mtrl-sci
Two-dimensional binary transition metal nitride $M$N$_4$ ($M$ = V, Cr, Mn, Fe, Co) with a graphene-like structure and strong magnetic properties
本文基于第一性原理计算设计菱形和方形两种平面 $M$N$_4$ 单层，揭示其稳定机制及 3$d$ 轨道分裂诱导的可调强磁性，并预测方形 CoN$_4$ 具有 321 K 室温铁磁性。
2022-10-03 cond-mat.mtrl-sci
Emergent magnetic states and tunable exchange bias at all 3d nitride heterointerfaces
界面磁性刺激了巨磁电阻和跨异质界面的自旋轨道耦合的发现，促进了自旋输运和复杂磁性结构之间的密切联系。几十年来，由于难以合成高质量和正确成分的氮化物薄膜，由氮化物组成的功能异质界面很少被探索。在这里，我们报告的单晶铁磁Fe 3 N薄膜的精确控制厚度的制造。随着薄膜厚度的减小，磁化强度急剧下降，电子态由金属态向绝缘态转变。最引人注目的是，高温铁磁性保持在厚度为2 μ m的Fe 3 N层中。C.（~ 8分）。当Fe 3 N层厚度超过5 μ时，磁电阻表现出较强的面内各向异性，同时反常霍尔电阻保留了其特征。C.此外，我们观察到一个相当大的交换偏置铁磁Fe 3 N和反铁磁CrN之间的界面。利用圆柱直径工程（CDE）技术，研究了晶格的弯曲曲率对交换偏置场和饱和磁矩的影响，揭示了晶格形变下的可调磁态.这一工作为探索功能氮化物薄膜及其界面现象在实际应用中的创新前景提供了指导。
2022-09-12 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Pressure-stabilized Planar N4-ring and Bonding Properties in Manganese Nitrides
氮化锰具有独特的磁性、价态、高电子密度等特性，化合物中的N原子形成不同的亚结构。用现有的方法很难很好地合成氮化锰晶体，因此理论研究非常受欢迎。在这项研究中，我们系统地研究了Mn-N化合物的化学计量相空间从0到100 GPa的基础上从头计算，并构建了高压磁相图。值得注意的是，富氮MnN 4与平面N4环首次被发现在压力范围从40至100 GPa。电子结构表明，N4环是由氮原子的sp2杂化驱动的。该相具有Tc=1.6 K和高体积模量B =381 GPa，这使得它作为硬陶瓷材料具有潜在的兴趣。此外，还重新总结了MnN化合物的相变顺序，即半导体NM-zb相（5 GPa）首先转变为金属AFM-NiAs（40 GPa），后者进一步转变为更稳定的金属FM-rs相。力学性能表明，共价作用对Mn-N化合物中富N结构的硬度影响较大，而对富Mn结构的硬度影响不大。
2021-11-03 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
A Density Functional Theory Study of Magnetic Transition in MnO2 adsorbed Vanadium Carbide (V$_2$C) MXene
本文通过DFT计算和实验表征，发现MnO2吸附使V2C MXene从非磁性转变为磁矩为4.48μB的强铁磁性，为二维自旋电子学中的磁性理解提供了新进展。
2025-05-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Dirac Fermions and Flat Bands in Phosphorus Carbide Nanotubes: Structural and Quantum Phase Transitions in a Quasi-One-Dimensional Material
University of Illinois at Urbana-Champaign（伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校）；University of California, Los Angeles（加州大学洛杉矶分校）
研究揭示了磷化碳纳米管中狄拉克费米子与多重平板带的共存现象，以及其在结构和量子相变中的独特行为，为量子现象提供了新平台。
2026-03-18 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el physics.chem-ph
The Rise of Refractory Transition-Metal Nitride Films for Advanced Electronics and Plasmonics
该综述聚焦难熔过渡金属氮化物薄膜，总结其原子级外延生长、超导等物理性质及在先进电子与等离激元器件中的应用进展。
2025-02-26 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
Thin film growth of MAX phases as functional materials
具有通式Mn+1AXn或MAX的层状纳米层压三元碳化物、氮化物和碳氮化物（n = 1、2或3，M是早期过渡金属，A主要是第13或14族元素，X是C和/或N）已经彻底改变了纳米材料的世界，这是由于陶瓷和金属性质的共存，产生了优异的机械、热、电、化学性质和广泛的应用。尽管已经开发了几种固态本体合成方法来生产各种MAX相，但是，对于某些应用，MAX相的生长，特别是其高质量外延薄膜形式的MAX相的生长越来越受到关注。在这里，我们总结了迄今为止在外延生长和性能评价的MAX相薄膜生长的各种沉积技术所取得的进展。我们还解决了重要的未来研究方向，在薄膜生长方面。总的来说，在未来，高质量的单相外延薄膜生长和化学多样性MAX相的工程可能会为下一代技术开辟有趣的新途径。
2022-01-06 cond-mat.mtrl-sci
General and scalable vapor etching and transformation platform for two-dimensional materials
School of Materials Science and Engineering, Beihang University（北京航空航天大学材料科学与工程学院）；Linköping University（林雪平大学）；JiNan SCMXene Tech. Co., Ltd.（济南SCMXene科技有限公司）
研究利用气相蚀刻和转化平台制备二维碳化物等材料库，通过氯化氢等反应性蒸汽从MAX相制备MXenes，改变蒸汽环境可对MXenes进行工程设计及转化，为二维材料合成及应用开辟新途径。
2026-07-20 cond-mat.mtrl-sci
Vibrational free energy and phase stability of paramagnetic and antiferromagnetic CrN from ab-initio molecular dynamics
我们提出了一个理论的第一性原理方法来计算在其高温顺磁相的磁性系统的自由能，包括振动，电子和磁性的贡献。计算自由能的方法是基于从头计算分子动力学，并结合了无序磁性的处理，使用无序局部矩分子动力学（DLM-MD）与温度相关的有效势（TDEP）方法，以获得振动的自由能的贡献。我们通过获得氮化铬的顺磁立方相和反铁磁正交相的非谐自由能来说明该方法的适用性。通过构造温度-压力相图，论证了晶格动力学对两相转变的影响。
2014-03-19 cond-mat.mtrl-sci
