Intrinsic Oxygen Vacancy and Extrinsic Aluminium Dopant Interplay: A Route to the Restoration of Defective TiO$_2$
采用密度泛函理论（DFT）和原位库仑相互作用修正的DFT+U方法，对Al掺杂的TiO体相$_2$和TiO（101）表面进行了计算.特别注意的是整个掺杂TiO $_2$晶格中的氧空位的迁移率，作为一种手段，通过它可以发生三价掺杂剂的电荷补偿。Al掺杂的TiO $_2$电极在染料敏化太阳能电池的效果被解释为这种迁移率和电荷补偿的结果。发现一个Al 3+取代一个Ti 4+的替代缺陷引入价带空穴，而发现本征氧空位在带隙中引入态。将这些替代缺陷中的两个与氧空位耦合导致放热缺陷形成，其保持电荷中性。已经进行了微推弹性带计算来研究氧空位扩散在（101）表面中形成的这些聚集缺陷，所得到的势能面表明具有小扩散势垒的能量增益。通过在缺陷表面上吸附四氢喹啉C2-1发色团，研究了在TiO $_2$电极中铝掺杂对染料敏化太阳能电池效率的影响。吸附在群集的外在Al 3+和内在的氧空位缺陷被发现的行为，如果吸附在一个干净的表面上，与空位状态不存在，而吸附在氧空位上的结果在一个下移的染料本地化的状态内的带隙和缺陷状态下存在的导带边缘。因此，铝掺杂充当用于通过氧空位扩散“清洁”TiO $_2$的良性掺杂剂。
2014-03-21 cond-mat.mtrl-sci
Ab Initio Study of Phase Stability in Doped TiO2
采用全电子原子轨道方法和局域密度近似（LDA），对金红石型和金红石型TiO 2的相对稳定性进行了从头算密度泛函理论（DFT）计算.金红石相表现出一个温和的边缘稳定的~ 3毫电子伏相对于原始材料中的金红石相。通过计算分析不同电荷态的Si、Al、Fe和F掺杂剂在金红石和金红石中不同费米能级能量的形成能，发现阳离子掺杂剂在Ti替代晶格位置最稳定，而F掺杂在间隙位置的形成能最小。发现所有掺杂剂相对于金红石相显著地稳定了铁磁，表明在这样的系统中铁磁到金红石相的转变被抑制，其中掺杂剂以铁磁稳定强度的顺序排列为F>Si>Fe>Al。Al和Fe掺杂剂被发现作为浅受体与电荷补偿实现通过形成移动载流子，而不是形成阴离子空位。
2012-10-29 cond-mat.mtrl-sci
The Role of the Dopant in the Electronic Structure of Erbium-Doped \ch{TiO2} for Quantum Emit
本文通过分子束外延制备掺铒金红石型TiO2薄膜，结合光致发光激发谱和X射线吸收谱，揭示铒占据Ti4+位点并引发晶格畸变与缺陷，进而导致相干时间受限。
2024-09-29 cond-mat.mtrl-sci
Visualizing Individual Nitrogen Dopants in Monolayer Graphene
在单层石墨烯中，生长期间的替代掺杂可用于改变其电子性质。我们使用扫描隧道显微镜（STM），拉曼光谱，X射线光谱，和第一性原理计算，以表征在铜基板上生长的单层石墨烯中的单个氮掺杂剂。将单个氮原子作为石墨掺杂剂掺入，并且每个氮原子上的一部分额外电子离域到石墨烯晶格中。氮掺杂的石墨烯的电子结构仅在氮掺杂剂的位置的几个晶格间距内被强烈地修改。这些发现表明，化学掺杂是获得具有大载流子浓度的高质量石墨烯膜的有希望的途径。
2011-08-19 cond-mat.mtrl-sci
Quantifying Atom-scale Dopant Movement and Electrical Activation in Si:P Monolayers
先进的氢光刻技术和低温外延生长使高度磷掺杂的硅（Si：P）单层（ML）的图案化与原子精度。这种器件制造方法使Si：P单层系统成为多量子位量子计算架构和原子级精确的2-D超晶格设计的测试平台，其行为与单一掺杂剂的确定性放置直接相关。然而，掺杂剂偏析，扩散，表面粗糙化，和缺陷形成过程中的封装过度生长引入大的不确定性，确切的掺杂剂的位置和激活比。在这项研究中，我们开发了一种独特的方法相结合的掺杂剂偏析/扩散模型与溅射轮廓模拟监测和控制，在原子尺度上，使用室温生长的锁定层（LL）的掺杂剂运动。我们探讨了LL生长速率，厚度，快速热退火，表面积累，和生长前的粗糙度对掺杂剂的限制，局部结晶质量，和Si：P 2-D系统内的电激活的影响。我们表明，掺杂剂的运动可以更有效地抑制通过增加LL生长速率比通过增加LL厚度。我们发现，掺杂剂的偏析长度可以被抑制在一个单一的Si晶格常数以下，通过在室温下增加LL生长速率，同时保持外延。虽然LL内的掺杂剂扩散率被发现保持高，甚至低于氢解吸温度，我们表明，非常尖锐的掺杂剂限制与高的电气质量内Si：P单层可以通过结合高LL生长速率与低温LL快速热退火来实现。
2017-11-09 cond-mat.mtrl-sci
Review of the Structural Stability, Electronic and Magnetic Properties of Nonmetal-Doped TiO$_2$ from First-Principles Calculations
本文综述了近年来非金属掺杂TiO $_2$的结构稳定性、电子结构、光学和磁学性质的第一性原理理论研究。第一部分介绍了X-阴离子和X-阳离子掺杂的TiO $_2$（X=B，C，Si，Ge，N，P，As，Sb，S，Se，Te，F，Cl，Br，和I）的结构稳定性的比较研究，这揭示了非金属掺杂剂的位置（即，O位或Ti位）的电负性取决于掺杂$_2$的生长条件和掺杂剂的电负性。第二部分综述了非金属掺杂TiO $_2$的电子结构、光吸收和可见光催化活性的机理。第三部分总结了C-（N-和B-）掺杂TiO $_2$中自旋极化和磁耦合特性的起源。
2012-02-25 cond-mat.mtrl-sci
Ab-initio study on the possible doping strategies for MoS$_2$ monolayers
利用密度泛函理论系统地研究了掺杂的MoS $_2$单分子膜的电子和磁性，其中掺杂剂通过S/Mo取代或作为吸附物引入.在Mo位点处的可能的替代掺杂剂中，Nb被确定为合适的p型掺杂剂，而Re是具有最低活化能的供体。当掺杂剂被简单地吸附在单层上时，我们发现碱金属将费米能转移到MoS $_2$导带中，使系统为n型。最后，被认为是带电分子的吸附，模仿离子液体环境。我们发现，分子吸附可以导致n型和p型导电性，这取决于吸附物种的电荷极性。
2013-04-30 cond-mat.mtrl-sci
Tailoring the electronic properties of TiO$_2$ monolayers for solar driven catalysis through transition metal doping
本研究基于DFT方法在TiO$_2$单层进行过渡金属掺杂构建Janus结构，发现掺杂Ag、Au、Pd和Pt不仅可减小带隙增强可见光响应，还诱发铁磁性并促进电荷分离，从而显著提升光催化析氢反应活性。
2024-10-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Charge transfer states at the interface of the pentacene monolayer on TiO$_2$ and their influence on the optical spectrum
吸附在金红石TiO $_2$（110）上的并五苯的完整单层提供了一个有趣的模型来研究电荷转移激发，其中光学激发的电子和空穴驻留在并五苯单层和TiO $_2$表面之间的内部界面的不同侧上。本文用密度泛函理论研究了该体系的电子性质，并利用\emph{ab initio}矩阵元计算了其激子性质和光学性质。并五苯分子被发现平放在表面上，头到尾，并稍微倾斜向表面的氧行的槽-与实验一致。分子态出现在干净的TiO $_2$表面的带隙中，这使得电荷转移激发直接从分子HOMO到TiO $_2$导带。计算的光谱显示出很强的偏振依赖性，并显示出对应于电荷转移态的激子共振。我们的特征计算激子的对称性和位置在k-空间，并使用此信息来解释偏振依赖的光谱。
2016-10-06 cond-mat.mtrl-sci
High thermoelectric and optical conductivity driven by the interaction of Boron and Nitrogen dopant atoms with a 2D monolayer Beryllium Oxide
采用密度泛函理论计算方法研究了硼（B）和氮（N）共掺杂BeO单层膜的电子、热学和光学性质。我们的计算表明，与BN共掺杂原子的BeO可以产生更有效的和出色的性能的热响应和光学响应。更重要的是，单层BeO与BN共掺杂原子成为一个直接带隙的半导体相比，原始BeO的绝缘体行为。这项工作的特别注意的是支付的原子配置和B和N掺杂剂原子与BeO的相互作用的影响。B和N原子与BeO单层的相互作用减少了简并能态，形成平带。研究还发现，O和N原子之间存在强吸引力，形成强σ键，打破了BeO结构的对称性。因此，带隙减小，导致半导体行为具有改善的热电性质，例如塞贝克系数和品质因数。减小的带隙和平坦的能带在可见光区域引起高的光学响应，例如折射率、反射率和光学电导率。此外，单层BeO与B和N原子的各向异性关于不同方向的电磁极化。我们期望我们的研究结果可以用于热电和光电子器件的设计。
2021-09-13 cond-mat.mtrl-sci
Nuclear resonant scattering of synchrotron radiation by physisorbed Kr on TiO$_{2}$(110) surfaces in multilayer and monolayer regimes
利用同步辐射的核共振散射（NRS）技术研究了Kr在$_{2}$（110）表面的物理吸附层，Kr层的厚度从多层到单层。测量NRS强度作为Kr暴露的函数，由此估计对应于单层的NRS信号为0.23 cps。在不同厚度下测得的时间谱显示出单调的衰减，没有任何量子拍频特征。从时间谱的分析中评估的无反冲分数$f$显示在温度从19 K升高到25 K时显著降低。作为其起源，单层Kr的有序-无序相变提出。
2015-04-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Structure of a Water Monolayer on the Anatase TiO$_2$(101) Surface
钛白（TiO $_2$）由于其光催化分解水的能力而在人工光合作用的研究中起着核心作用。尽管在这一领域进行了40多年的深入研究，但对技术相关的TiO 2 $_2$（101）表面上的第一个水单层的性质仍然存在一些争论。在这项工作中，我们使用第一性原理计算来逆向工程[Walle et al.，J. Phys. Chem. C 115，9545（2011）]，并发现支持在第一单层中存在解离水和分子水的混合物的证据。使用半局部和混合功能的计算，我们修改了目前的理解的吸附能量显示，通过形成一个氢键合的羟基-水络合物的能量成本的水解离降低。我们还表明，这样一个复杂的可以提供一个不寻常的超结构在高分辨率扫描隧道显微镜实验中观察到的解释。
2016-07-27 cond-mat.mtrl-sci
The unexpected magnetism in 2D group-IV-doped GaN for spintronic applications
通过第一性原理计算发现，在富N条件下Ge和Sn掺杂单层GaN可形成屈曲结构并产生1 μB磁矩，而本征空位会消除磁性，为二维GaN基自旋电子学应用提供了理论指导。
2023-04-05 cond-mat.mtrl-sci
Room-temperature ferromagnetism in monolayer WSe2 semiconductor via vanadium dopant
稀磁半导体包括Mn掺杂的GaAs在栅控自旋电子学中具有很大的应用前景，但其在室温下的长程铁磁有序居里转变至今仍存在争议。本文报道了用化学气相沉积法制备的V掺杂WSe_2半导体单层膜中具有长程序的室温铁磁畴。利用磁力显微镜在360 K下观察到铁磁有序结构，同时在0.1%V掺杂浓度下保持~105的高开/关电流比。通过高分辨率扫描透射电子显微镜观察，V-取代到W位点保持5 nm的V-V分离距离而没有V-V聚集，这意味着Ruderman-Kittel-Kasuya-Yoshida相互作用（或Zener模型）通过在V掺杂的WSe 2单层中通过自由空穴载流子建立长程铁磁有序的可能性。更重要的是，铁磁顺序明显调制通过应用背栅。我们的研究结果打开了新的机会，使用二维过渡金属dichalcogenides为未来的自旋电子学。
2020-01-20 cond-mat.mtrl-sci
Atomic scale imaging of the negative charge induced by a single vanadium dopant atom in monolayer WSe$_2$ using 4D-STEM
本研究利用4D-STEM对单层WSe2中单个钒掺杂原子诱导的负电荷进行原子尺度成像，通过质心重建和模拟比较，实现了对掺杂剂电荷态的检测与分析。
2023-10-13 cond-mat.mtrl-sci
Individual Vanadium Dopants Form Deep In-Gap States in Monolayer WS2
University of California, Santa Cruz（加州大学圣克鲁兹分校）；University of Wisconsin – Madison（威斯康星大学麦迪逊分校）；National Institute for Materials Science（日本国立材料研究所）
本研究通过化学气相沉积制备V-WS2，结合多种扫描探针技术确定其钒掺杂剂形成0.35 eV深隙内态，证实V-WS2是量子信息科学与工程的有前景平台。
2026-08-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Bound hole states associated to individual vanadium atoms incorporated into monolayer WSe$_2$
用磁性原子掺杂二维半导体是在材料中诱导磁性的一种可能途径。我们通过扫描透射电子显微镜和扫描隧道显微镜和光谱法报道了有意掺杂钒原子的单层WSe $_2$的原子结构和电子性质。大部分的V原子纳入W网站。这些V $_W$掺杂剂是带负电荷的，这引起位于价带最大值以上140 meV的局部束缚态。两种带电V $_W$掺杂剂的电子电势的重叠产生额外的间隙状态。最终，负电荷可抑制V $_W$掺杂剂上的磁矩。
2020-02-11 cond-mat.mtrl-sci
Electronic and optical properties of doped TiO2 by many-body perturbation theory
掺杂是改善TiO $_2$光催化和太阳能转换性能的最常用的策略之一，因此对掺杂TiO $_2$的电子和光学性质进行精确的理论描述具有科学和实际意义。本工作采用多体微扰理论方法研究了TiO $_2$金红石中两种典型的n型掺杂元素铌和氢。利用GW近似确定带边和缺陷能级，并利用Bethe Salpeter方程计算吸收光谱，我们发现缺陷能级形成与位于相应价带顶部上方的$\simeq 2.2 eV$（$\simeq 0.9 eV$低于{ \it原始}材料的导带）的局域态相关的非色散带。缺陷态也是导致低能量吸收峰出现的原因，这些吸收峰增强了金红石的太阳光谱吸收。与这些低能量激发相关联的激子波函数的空间分布对于两种掺杂剂是非常不同的，这表明Nb-TiO $_2$中的光激发电子的更大的迁移率。
2019-10-16 cond-mat.mtrl-sci
Tunable Photoluminescence of Monolayer MoS2 via Chemical Doping
我们证明了通过化学掺杂单层（1 L）-MoS 2的光致发光（PL）特性的可调谐性。高电子亲合势的p型掺杂剂的吸附使1 L-MoS 2的发光强度显著增强，而n型掺杂剂的吸附使1 L-MoS 2的发光强度降低。这种PL调制的结果从激子PL和trion PL之间的切换取决于在1 L-MoS 2中的载流子密度。通过这种基于溶液的化学掺杂方法在1 L-MoS 2中实现载流子的提取和注入使得能够方便地控制原子级薄MoS 2的光学和电学性质。
2013-08-16 cond-mat.mtrl-sci
Self energy and excitonic effect in (un)doped TiO$_2$ anatase : A comparative study of hybrid DFT, GW and BSE to explore optical properties
TiO $_2$复合材料在能源和环境研究中具有重要意义。然而，这种非常受欢迎的半导体的主要缺点是其3.2 eV的大带隙。实验中掺杂了几种非金属元素，使TiO $_2$的光吸收扩展到可见光区。因此，为实验人员提供深入的理论指导，以了解掺杂系统的光学性质是非常重要的。本文采用混合密度泛函方法和多体微扰理论（在GW和BSE的框架下）研究了p型（S和Se掺杂）和n型（N和C掺杂）TiO $_2$的光学性质.非金属掺杂TiO $_2$中存在的各向异性在光谱中起着重要作用。p型掺杂剂仅对沿xy方向偏振的光具有光学活性，而n型掺杂剂在低能区中当光沿xy和z方向偏振时具有光学活性。我们已经发现，在所有的掺杂系统中，光学允许的跃迁被引入远低于3eV（即可见光谱区）。这有助于改善其光电和太阳能吸收特性。所有的计算都很好地验证了现有的实验观察原始TiO $_2$晶体。
2019-07-15 cond-mat.mtrl-sci
Phosphorene and Doped Monolayers Interfaced TiO$_2$ with Type-II Band Alignments: Novel Excitonic Solar Cells
磷烯（Phosphorene）是近年来通过机械剥离法分离得到的一种新型二维材料，其直接带隙约为2.0 eV，克服了石墨烯的零带隙缺点，在光电子器件中具有潜在的应用前景。构建范德华异质结构是调控能带结构、提高电荷分离效率、优化光电性能的有效途径。本文从理论上研究了三种基于理想磷烯及其掺杂单分子膜与TiO $_2$（110）表面的II型异质结构。磷烯的掺杂对内建电位、电荷转移、光吸收以及电子动力学具有可调性，这有助于优化光吸收效率。已经提出了三种基于磷烯$-$ TiO $_2$异质结的激子太阳能电池（XSC），其表现出比常规太阳能电池高几十倍的高功率转换效率，与MoS $_2$ /WS $_2$ XSC相当。含时密度泛函理论框架内的非绝热分子动力学显示6.1 $-$ 10.8 fs的超快电子转移时间和0.58 $-$ 1.08 ps的慢电子$-$空穴复合，产生用于电荷分离的$>98\%$量子效率，进一步保证XSC中的实际功率转换效率。
2015-12-05 cond-mat.mtrl-sci
Investigating Metal Dopants for Lowering the Contact Resistance of Top Gold Contacted Monolayer MoS2
本研究基于DFT和NEGF第一性原理计算，发现Cd、Re和Ru掺杂剂能显著改善顶部金接触单层MoS2的结构与电子特性，其中Au-Ru-MoS2器件实现了4.82 ohm-um的低隧穿电阻，双栅FET在2 V下Ion/Ioff比达10^8，展现了优异的纳米开关应用潜力。
2024-07-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
DFT study of tunable electronic, magnetic, thermal, and optical properties of a Ga$_2$Si$_6$ monolayer
采用密度泛函理论研究了镓掺杂硅烯的电学、磁学、热学和光学特性。掺杂的效果进行了研究，通过调整掺杂剂浓度，以及检查不同的掺杂距离，和原子掺杂剂的相互作用，为相同的替代掺杂浓度。结果表明，Ga原子在不同浓度下改变了硅烯单分子膜的能带结构和带隙，这可以归结为Ga-Ga原子间的排斥作用。带隙由Ga-Ga原子间的相互作用强度和库仑排斥力决定，并不总是随掺杂浓度的增加而变宽。此外，我们的自旋极化DFT计算表明，这些单分子膜的行为类似于半导体，表现出对称的自旋向上和自旋向下的通道。Ga原子之间的排斥作用导致了单分子膜的对称性破缺。因此，Ga掺杂剂可以打开带隙，导致更好的热电性能，例如塞贝克系数和品质因数，以及光学响应的增加。作为我们的估计的结果，Ga掺杂的硅烯单分子膜在热电和光电子器件中可能是有利的。
2021-10-11 cond-mat.mtrl-sci
Schottky barrier formation and band bending revealed by first principles calculations
通过对肖特基二极管原型的从头算模拟和模型分析，从原子学角度研究了金属与n型半导体界面处势垒的形成和能带弯曲，与金接触的铌掺杂的金红石二氧化钛（Au/Nb：TiO $_2$）。发现局部肖特基势垒高度在0和1.26 eV之间变化，这取决于掺杂剂的位置。能带弯曲是由界面和掺杂剂位点之间的掺杂剂诱导的偶极场引起的，而原始Au/TiO $_2$界面没有显示出任何能带弯曲。这些发现为金属-半导体纳米结构中肖特基势垒和光捕获的原子尺度优化提供了可能性。
2015-04-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
DFT+U Investigation of magnetocrystalline anisotropy of Mn-doped transition-metal dichalcogenides monolayers
掺杂的过渡金属二硫属化物单层膜表现出令人兴奋的磁性，有利于二维自旋电子器件。采用密度泛函理论（DFT）结合Hubbard型修正（DFT $+U$）来解释电子相关，研究了Mn掺杂MS $_2$（M=Mo，W）单分子膜的磁晶各向异性能（MAE）.在Mn掺杂WS $_2$（MoS $_2$）单层的情况下，单个隔离的Mn掺杂剂表现出35 meV（8 meV）的大的垂直磁各向异性。该值源于Mn面内轨道由于自旋-轨道耦合引起的简并提升。在成对掺杂中，与单一Mn掺杂相比，磁化易轴改变为具有弱MAE的面内方向。我们的研究结果表明，稀释的Mn掺杂MS $_2$单层，其中Mn掺杂剂被很好地分离，可能是一个潜在的候选人实现最终的纳米磁体单元。
2021-03-15 cond-mat.mtrl-sci
Stable phases of freestanding monolayer TiO$_2$: The emergence of out-of-plane ferroelectricity
通过第一性原理计算，本研究发现了两种能量更优的独立单层TiO$_2$稳定结构，揭示了由伪Jahn-Teller效应引起的面外铁电性，为二维面外铁电体家族增添了新成员。
2024-04-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
A DFT study of the structural and electronic properties of single and double acceptor dopants in MX2 monolayers
本文利用DFT系统研究了MX$_2$单层中单/双受体掺杂的结构与电子性质，发现单受体满足二维铁磁条件而双受体因JT畸变等猝灭磁矩或与长程磁有序不相容。
2024-01-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Vacancies and dopants in two-dimensional tin monoxide: An ab initio study
层状氧化锡（SnO）提供了一个令人兴奋的二维（2D）半导体系统，具有巨大的技术潜力，为下一代电子和光催化应用。采用第一性原理模拟和应变场分析相结合的方法，研究了单层SnO中氧空位的结构动力学及其通过C、Si、N、P、S、F、Cl、H和H $_{2}$等轻掺杂剂的功能化.我们的研究结果表明，O空位是占主导地位的本征缺陷下的Sn丰富的生长条件下，具有积极的扩散特性，是可比的石墨烯空位。取决于材料内的替代物种和其浓度的选择，显着的机会被揭示在掺杂的SnO系统促进$n$ / $p$型倾向，功函数降低，和金属化的单层。发现N和F掺杂剂表现出与主晶格的优异机械相容性，其中F特别可能参与取代并导致具有高露天稳定性的简并掺杂相。这里报道的研究结果表明，在富含Sn的条件下生长后填充O空位为掺杂2D一氧化锡提供了一个可行的通道，为利用缺陷工程SnO纳米结构用于新兴技术开辟了新的途径。
2020-11-20 cond-mat.mtrl-sci
Niobium doping induced mirror twin boundaries in MBE grown WSe2 monolayers
镜像孪晶晶界（MTB）为二维过渡金属二硫属化物（TMDC）带来了独特的一维物理和性质，但在非Mo基TMDC中很少观察到。在此，通过生长后Nb掺杂，高密度4| 4 E-W和4|将4P-Se MTB引入分子束外延（MBE）生长的WSe 2单层膜中。其中，4| 4 E-W MTB是首次在实验上发现的一种新结构，|4P-Se MTB呈现W和Nb的随机排列，形成一维合金系统。掺杂和未掺杂的WSe 2之间的比较证实，Nb掺杂剂是必不可少的MTB形成。此外，定量统计显示MTB的面密度与Nb掺杂剂的浓度成正比。为了揭示Nb掺杂的注入路径，采用第一性原理计算方法计算了不同构型的过剩Nb原子的形成能，并在此基础上建立了过剩金属引入MTB的模型.我们的结论是，MTBs的形成主要是由引入到主机WSe 2晶体的晶格和随后的金属原子（W或Nb）的位移过剩的Nb原子的集体演化驱动。该研究提供了一种通过适当的金属掺杂在2D TMDC材料中定制MTB的新方法，并为探索有趣的性质提供了新的机会。
2020-01-15 cond-mat.mtrl-sci
Effect of Pressure on Electrical and optical Properties of Metal Doped TiO$_2$
对3d掺杂TiO $_2$的电学和光学性质进行了比较研究。Ti $_{1-x}$ M $_x$ O $_2$（M= Sc、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn）粉末及其相应的颗粒，具有掺杂浓度$x= 0.05$。使用固态路线制备样品。已经对所有制备的样品进行了光学和电学测量，有趣的是，观察到由于外部压力（即应变），这两种性质都发生了显着变化。通过严格的理论计算验证了由吸收光谱得到的实验带隙。由于结构内部压力的变化，与粉末样品相比，颗粒样品的带隙减小。掺杂的作用也进行了研究，无论是在丸状和粉末形式，我们发现，随着掺杂剂的原子序数的增加，带隙减小。在掺杂有Ni、Cu和Zn的颗粒样品中观察到交叉行为（即，带隙随着掺杂剂的原子序数的增加而增加）。电阻率测量已经进行了颗粒和粉末样品，它被发现，在应变样品的情况下，电阻率的值是较小的，而在无应变样品的情况下，它是相当大的。我们相信，本研究提出了一种新的方法，用于调整半导体氧化物的电学和光学性质，无论是从掺杂或从施加的压力（或应变）。
2022-10-21 cond-mat.mtrl-sci
Antifferomagnetic FeSe monolayer on SiTiO$_{3}$: The charge doping and electric field effects
从理论上研究了TiO $_{2}$封端的SrTiO $_{3}$（001）表面反铁磁（AFM）FeSe单层膜的电子结构.结果表明，布里渊区（BZ）中心附近费米面的显著消失可以很好地用反铁磁（AFM）相来解释。结果表明，该体系具有从SrTiO $_{3}$（001）衬底到FeSe单层膜的电荷转移，并具有自构电场. BZ中心附近的FeSe单层能带结构对电荷掺杂敏感，BZ角处的自旋分辨能带在垂直电场作用下发生畸变而变平。我们提出了一个紧束缚模型的哈密顿量考虑到这些关键因素。结果表明，该复合结构是一个理想的电子-空穴双层体系，电子和空穴分别形成于FeSe单层和TiO $_{2}$表面层。
2013-02-13 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
Wafer-Scale, Sub-5 nm Junction Formation by Monolayer Doping and Conventional Spike Annealing
我们报告的形成亚5 nm ultrashallow结在4英寸的硅晶片，使分子单层掺杂的磷和硼原子和使用传统的尖峰退火。的交界处，其特征在于二次离子质谱和非接触式薄层电阻测量。发现大部分（~70%）的掺入的掺杂剂是电活性的，因此，对于给定的掺杂剂面积剂量，能够实现低的薄层电阻。晶圆级的均匀性进行了调查，发现是有限的尖峰退火工具在实验中使用的温度均匀性。值得注意的是，观察到最小的结漏电流（<1 μ A/cm 2），这突出了通过该工艺形成的结的质量。结果清楚地表明了单层掺杂方法的多功能性和潜力，用于实现受控的分子级超浅结形成，而不会在半导体中引入缺陷。
2009-01-10 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Atomic and electronic structures of FeSe monolayer and bilayer thin films on SrTiO$_3$ (001): a first-principles study
采用第一性原理电子结构计算方法，研究了以SrO和TiO $_2$为终端的SrTiO $_3$（001）上FeSe单层和双层薄膜的电子结构.我们发现，无论是单层和双层的FeSe在任何终端表现出类似于一个轻微的杂质半导体和共线反铁磁秩序的Fe离子。在FeSe层和衬底之间没有实质的电荷转移。FeSe通过偶极-偶极相互作用粘附到SrTiO $_3$表面。费米面主要是Fe-3d轨道的贡献。主要由TiO $_2$层中的O-$2p$轨道贡献的价带位于稍低于费米能级的位置，其可以在少量掺杂空穴时变成导电的.
2012-02-06 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
Vanadium-Doped Molybdenum Disulfide Monolayers with Tunable Electronic and Magnetic Properties: Do Vanadium-Vacancy Pairs Matter?
本研究结合实验表征与理论计算，揭示了硫空位及其与钒原子的配对对钒掺杂二硫化钨单层磁有序的关键作用，还发现随钒浓度升高体系出现p型行为，为调控二维TMD基稀磁半导体性能提供了依据。
2024-01-30 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Enhanced electronic and optical responses of Nitrogen- or Boron-doped BeO monolayer: First principle computation
本工作在密度泛函理论的框架下研究了氮（N）和硼（B）掺杂BeO单分子膜的电子和光学性质。众所周知，BeO单层的带隙很大，导致在宽能量范围内用于光电子器件的材料较差。我们发现，使用替代的N或B掺杂原子，可以调整带隙，并可以改善光学性能。在N（B）掺杂的BeO单分子层中，费米能略微穿过价带（导带），形成简并半导体结构。因此，N或B原子在费米能周围产生新的状态，从而增加了可见光区域中的光学电导率。此外，掺杂原子对电子结构的影响，稳定性，色散能，态密度，和光学性质，如等离子体频率，激发光谱，介电函数，静态介电常数，和电子能量损失函数进行了讨论，为不同方向的极化输入电场。
2021-08-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Light alkali metal functionalized two-dimensional C5N monolayers for enhanced hydrogen storage
University of New England（新英格兰大学）；University of Canberra（堪培拉大学）；University of Sydney（悉尼大学）
该研究通过DFT方法发现，Li、Na、K功能化的二维C5N单层可稳定负载6个金属原子，能吸附48个H2分子，储氢容量达9.42 wt%等，是有潜力的可逆储氢材料。
2026-09-07 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
High temperature ferromagnetism in epitaxial monolayers of Co-doped Fe5GeTe2
University Grenoble Alpes（格勒诺布尔阿尔卑斯大学）；CNRS（法国国家科学研究中心）；CEA（法国原子能和替代能源委员会）；IRIG-Spintec（IRIG自旋技术中心）；European Synchrotron Radiation Facility（欧洲同步辐射装置）；IRIG-MEM（IRIG分子与材料物理研究所）；Synchrotron SOLEIL（SOLEIL同步辐射中心）；Institut Universitaire de France (IUF)（法兰西学院）
研究利用分子束外延合成钴掺杂Fe5GeTe2，实现对其厚度和成分精确控制。多层和单层样品分别展现高于室温及约200K的铁磁性，通过特定方法确定钴掺杂位点并揭示居里温度升高机制，表明钴掺杂增强相邻铁原子磁矩及层内铁磁交换作用。
2026-07-08 cond-mat.mtrl-sci
Monolayer Vanadium-doped Tungsten Disulfide: A Room-Temperature Dilute Magnetic Semiconductor
稀磁半导体，通过取代掺杂的自旋极化过渡金属到半导体系统，使实验调制的自旋动力学的方式，持有新的磁电或磁光器件的巨大希望，特别是二维系统，如过渡金属dichalcogenides，强调相互作用和激活谷自由度。二维磁性的实际应用可能需要室温操作、空气稳定性以及（对于磁性半导体）实现最佳掺杂水平而不发生掺杂剂聚集的能力。在这里，我们描述了室温铁磁秩序在半导体钒掺杂的二硫化钨单层生产的一个可靠的单步薄膜硫化方法在非常宽的范围内的钒浓度，高达12原子%，最小的掺杂剂聚集。这些单层开发的p型运输作为钒掺入的函数，并迅速达到双极性。铁磁性在几个原子百分比的中间钒浓度处达到峰值，并且在更高的浓度下降低，这与由于在更近的钒-钒间距处的轨道杂化而导致的淬灭一致，如由透射电子显微镜、磁力测定法和第一性原理计算所支持的。室温二维稀磁半导体为拓展范德瓦尔斯异质结构的功能范围，使半导体磁性二维异质结构进入实际应用领域提供了一种新的器件。
2020-05-05 cond-mat.mtrl-sci
Understanding and Controlling V-Doping and S-Vacancy Behavior in Two-Dimensional Semiconductors- Toward Predictive Design
本研究通过改变WS2单层中V掺杂密度，结合显微技术与第一性原理计算，揭示了掺杂剂与硫空位的相互作用机制，为下一代光电子和量子器件的掺杂策略理性设计提供了指导。
2025-06-26 cond-mat.mtrl-sci
The coexistence of magnetism and ferroelectricity in 3d transition metal doped SnTe monolayer
实现二维纳米材料的多铁性对于设计先进的纳米电子器件如非易失性多态数据存储至关重要。在本工作中，铁磁性和铁电性共存的单层SnTe系统的过渡金属（TM）掺杂的报告。基于第一性原理计算，在铁电SnTe单层膜中进行TM掺杂可以实现自发自旋极化。在Mn（Fe）掺杂的SnTe单分子膜中，除了出现面内铁电极化外，还出现了面外铁电极化，这是由于TM从表面的内部位移引起的。有趣的是，随着掺杂元素原子序数的增加，以TM为中心的晶场以及掺杂元素与Te之间的相互作用逐渐增强，这解释了形成能降低的原因。SnTe单层膜多铁性的实现为低维多铁性材料的实验制备提供了理论指导。
2019-06-25 cond-mat.mtrl-sci
Few-monolayer yttria-doped zirconia films: Segregation and phase stabilization
对于大多数应用，氧化锆（ZrO 2）掺杂有氧化钇。掺杂导致四方相或立方相的稳定化，并增加氧离子电导率。然而，大多数以前的氧化钇掺杂氧化锆的表面研究受到杂质的困扰。利用X射线光电子能谱学（XPS）、扫描隧道显微镜（STM）和低能电子衍射（LEED）研究了Rh（111）衬底上纯的5层ZrO_2薄膜的掺杂。STM和LEED表明，tetraphite相是稳定的，出乎意料的低掺杂剂浓度，0.5摩尔%的Y2 O3，即使当膜基本上完全氧化（如XPS核心能级位移证明）。XPS还显示Y向表面偏析，估计偏析焓为$-23 \pm 4$ 1，kJ/mol。
2020-01-21 cond-mat.mtrl-sci
Properties of single-layer graphene doped by nitrogen with different concentrations
石墨烯具有独特的磁性和电子学性质，在纳米电子学和自旋电子学领域有着广阔的应用前景。采用Heyd-Scuseria-Ernzerhof 06（HSE 06）杂化泛函方法，利用自旋极化的从头算密度泛函理论，研究了半金属单层石墨烯中氮取代掺杂的性质.我们发现，从我们的计算，引入氮掺杂可能会打破能量简并相对于自旋（自旋对称性破缺）在某些掺杂浓度与适当的掺杂剂配置。自旋对称性破缺会引起自旋极化效应，从而引起石墨烯的磁响应。本文系统地分析了氮原子掺杂浓度和掺杂构型对石墨烯的磁矩和带隙的影响。
2013-04-28 cond-mat.mtrl-sci
Accelerated Dopant Screening in Oxide Semiconductors via Multi-Fidelity Contextual Bandits and a Three-Tier DFT Validation Funnel
National Institute of Electronics and Information Technology (NIELIT), India（印度国家电子与信息技术研究院（NIELIT））；Indian Institute of Information Technology, Allahabad (IIITA), Prayagraj, India（印度阿拉哈巴德信息技术学院（IIITA），普拉亚格拉杰，印度）
研究通过多保真度策略和三级DFT验证方法，高效筛选出具有可见光响应带隙的氧化锌掺杂体系，揭示掺杂性能由两个潜在化学维度决定，提供开放基准测试平台。
2026-04-11 cond-mat.mtrl-sci cs.LG physics.comp-ph
Absorption $\textit{versus}$ Adsorption: High-Throughput Computation of Impurities in 2D Materials
本研究通过高通量DFT计算17,598个掺杂结构，系统探究了65种元素在53种二维单层中的吸收与吸附机制，发现掺杂剂和宿主材料的性质共同决定掺杂位点偏好，并建立了开放缺陷数据库。
2023-04-03 cond-mat.mtrl-sci
GaAs doped by self-assembled molecular monolayers
本研究借助(NH4)2Sx溶液实现GaAs的硫单层掺杂，测得掺杂浓度、激活率等参数并确定施主能级位置，最终成功在高掺杂p型GaAs衬底上制备出p-n结。
2024-11-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
DFT study of itinerant ferromagnetism in $p$-doped monolayers of MoS$_2$
我们使用密度泛函理论，探讨通过将空穴引入形成价带顶部的窄Mo $d$带，使半导体过渡金属二硫属化物MoS $_2$铁磁性的可能性。在单杂质极限下，受主原子的库仑排斥势和谷间散射导致Mo $d_{x^2-y^2}$和$d_{xy}$态形成双重轨道简并有效质量的$e'$态，并与K和KPDMATHABMR价带顶结合.它也导致了一个单简并的$a'_1$态与Mo $d_{3z^2-r^2}$字符绑定到稍微低躺在$Γ$的价带顶。在我们计算的准确性，这些$e'$和$a'_1$状态是退化的MoS $_2$，并容纳在本地自旋密度近似的杂质限制完全极化的孔。与自旋轨道耦合，我们发现一个单离子磁各向异性的$\sim 5\,$毫电子伏有利于面外取向的磁矩。发现由V、Nb或Ta掺杂引入的这种空穴态对铁磁耦合，除非掺杂剂原子太近，在这种情况下，磁矩通过形成自旋单线态而淬灭。将这些交换相互作用与Monte Carlo计算相结合，使我们能够估计作为掺杂剂浓度$x$的函数的有序温度。对于$x \sim 9\%$，居里温度高达100 K的Nb和Ta和超过160 K的V掺杂的预测。确定了限制订购温度的因素，并提出了规避这些限制的建议。
2019-10-24 cond-mat.mtrl-sci
WS$_2$ Monolayer Integration in a FAPbI$_3$-based Heterostructure
本研究通过界面工程在基于FAPbI$_3$的异质结构中引入WS$_2$单层，显著提升了材料的光吸收、结晶质量与能带对齐，为光伏应用提供了极具潜力的候选方案。
2024-04-04 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Structure and morphology of low mechanical loss TiO$_2$-doped Ta$_2$O$_5$
非晶氧化物薄膜在最先进的干涉测量实验中起着重要作用，例如引力波探测器，其中这些薄膜构成了端部和输入质量的高反射镜。这些探测器的灵敏度受到反射镜中的热噪声的影响，其主要来源是高折射率层的机械损耗。这些热驱动的波动是光学干涉实验的基本限制，并且迫切需要了解导致材料在室温下机械耗散的基本过程。已知有两种策略可以降低机械损耗：采用Ta $_2$ O $_5$与$\approx$ 20\% TiO $_2$的混合物和沉积后退火，但这背后的原因还不完全清楚。在这项工作中，我们提出了一个系统的研究离子束溅射TiO $_2$掺杂Ta $_2$ O $_5$薄膜的结构和光学性能作为退火温度的函数。我们首次表明，低的机械损耗与材料形态相关联，该材料形态由嵌入原子均匀的混合钛-钽氧化物中的纳米尺寸的富Ar气泡组成。然而，当Ti阳离子比率高时，在膜中发生相分离，这导致机械损失增加。这些结果表明，对于设计用于干涉测量应用的低机械损耗混合氧化物涂层，识别具有形成三元化合物的能力的材料将是有益的，同时掺杂剂比率需要保持低以避免相分离。
2020-02-27 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
An investigation on electronic and magnetic properties of Cr substituted MoS$_2$ monolayer and multilayers-Hybrid functional calculations
本文利用DFT、DFT+U和HSE06杂化泛函计算，研究了Cr掺杂MoS$_2$单层与多层的电子和磁学性质，发现Cr掺杂使带隙变为间接且未诱导出磁性。
2024-03-22 cond-mat.mtrl-sci
Enhanced Valley Zeeman Splitting in Fe-Doped Monolayer MoS2
塞曼效应为自旋自由度（DOF）的磁性操纵提供了独特的机会。近年来，二维过渡金属二硫族化物在液氦温度下出现了谷塞曼分裂现象。然而，为了实现谷赝自旋的实际应用，谷自由度必须在室温下由磁场控制，这仍然是一个重大的挑战。TMD中的磁性掺杂可以增强塞曼分裂，然而，在实验上实现这一点并不容易。在这里，我们报告明确的磁操纵谷塞曼分裂在300 K（g = -6.4）和10 K（g = -11）在CVD生长的Fe掺杂的二硫化钼单层;有效的g因子可以调整到-20.7通过增加Fe掺杂剂的浓度，这代表了约五倍的增强相比，未掺杂的二硫化钼2。我们的测量和计算表明，增强的分裂和geff因子是由于局域磁矩（Fe 3d电子）通过d轨道杂化与MoS 2的Heisenberg交换相互作用。
2020-02-15 cond-mat.mtrl-sci
Tunable Ferromagnetism and Thermally Induced Spin Flip in Vanadium-doped Tungsten Diselenide Monolayers at Room Temperature
过渡金属二硫属化合物（TMDs）优异的光电和谷电子性能引起了科学界的广泛关注。在TMD中诱导长程铁磁性（FM）的替代方案是通过引入磁性掺杂剂以形成稀磁半导体。增强这些半导体中的铁磁性不仅代表了现代TMD自旋电子学的关键一步，而且还可以探索新的令人兴奋的维度驱动的磁性现象。为此，我们在室温下和热诱导自旋翻转（TISF）在单层的V-掺杂WSe 2的可调铁磁性。随着钒浓度的增加，饱和磁化强度增加，并且在~4at. %钒;有史以来最高的掺杂/合金化水平达到V掺杂的WSe2单层。TISF发生在~175 K，并在向室温增加温度时变得更加明显。我们表明，TISF可以通过改变WSe 2单层内的钒浓度来操纵。我们归因于TISF的磁场和温度依赖翻转的最近的W-网站的磁矩是反铁磁耦合到的V磁矩在基态。这是完全支持最近的自旋极化密度泛函理论计算。我们的研究结果为基于原子级薄磁性半导体的新型自旋电子和谷电子纳米器件的开发铺平了道路，并刺激了在这一迅速扩大的二维磁性研究领域的进一步研究。
2020-05-01 cond-mat.mtrl-sci
Light-controlled room temperature ferromagnetism in vanadium-doped tungsten diselenide semiconducting monolayers
原子薄的过渡金属二硫属化物（TMD）半导体在现代光电子器件和量子计算应用中具有巨大的潜力。通过引入少量的磁性掺杂剂在这些半导体中诱导长程铁磁性（FM），可以扩展它们在新兴自旋电子应用中的潜力。在这里，我们展示了光介导的，室温（RT）FM，在V掺杂WS 2（V-WS 2）单层。我们使用磁LC共振的原理来探测这种效应，该原理采用在射频（RF）范围内在其共振附近驱动的软铁磁Co基微丝线圈。LC谐振与异常巨磁阻抗效应的组合使得线圈对通过其芯的磁通量的变化高度敏感。然后，我们将V-WS 2单层放置在线圈的核心，在那里用激光激发，同时测量其磁导率的变化。值得注意的是，单层的磁导率被发现依赖于激光强度，从而确认在这个二维（2D）材料的RT磁性的光控制。由密度泛函计算的指导下，我们将这种现象归因于在传导和价带中存在过量空穴，以及被捕获在磁性掺杂状态中的载流子，这反过来又介导了V-WS 2单层的磁化。这些发现提供了一个独特的路线，利用光控铁磁性的低功率二维自旋电子器件能够在RT操作。
2020-07-03 cond-mat.mtrl-sci
Origin of anomalous p-type conductivity in monolayer Fe-doped MoS2
Electron Microscopy Centre of Lanzhou University, Lanzhou University（兰州大学电子显微镜中心）；Information Materials and Intelligent Sensing Laboratory of Anhui Province, Center of Free Electron Laser and High Magnetic Field, Institutes of Physical Science and Information Technology, Anhui University（安徽大学物理科学与信息技术学院）；School of Physical Science and Technology, Lanzhou University（兰州大学物理科学与技术学院）；School of Chemistry, Faculty of Science, The University of Sydney（悉尼大学理学院化学系）；Yunnan Key Laboratory of Electromagnetic Materials and Devices, School of Materials and Energy, Yunnan University（云南大学材料能源学院）；Electron Microscopy Center, Yunnan University（云南大学电子显微镜中心）；State Key Laboratory of Solid Lubrication, Lanzhou Institute of Chemical Physics, Chinese Academy of Sciences（中国科学院兰州化学物理研究所）
单层Fe掺杂MoS2中，Fe与S相互作用形成的3FeMo-S缺陷关联导致异常p型导电性，通过STM/STS和计算验证，揭示了缺陷关联在调控二维TMDs性质中的关键作用。
2026-02-28 cond-mat.mtrl-sci
Influence of Rhenium Concentration on Charge Doping and Defect Formation in MoS2
研究铼浓度对MoS2单层中电荷掺杂和缺陷形成的影响，发现高浓度铼导致聚集，降低掺杂效率并产生缺陷态，影响激子复合。
2024-01-03 cond-mat.mtrl-sci
