Catalytic growth of ultralong graphene nanoribbons on insulating substrates
石墨烯纳米带（GNRs）具有几个纳米的宽度，由于其结构可调的带隙，载流子迁移率和优异的稳定性，是未来纳米电子应用的有希望的候选者。然而，在绝缘衬底上直接生长微米长的GNRs，这对于制造纳米电子器件至关重要，仍然是一个巨大的挑战。在这里，我们报告的GNRs的绝缘六方氮化硼（h-BN）衬底上的外延生长通过纳米粒子催化的化学气相沉积（CVD）。合成了长度可达10 μm的超窄GNRs。值得注意的是，生长的GNR与h-BN衬底在晶体学上对齐，形成一维（1D）莫尔超晶格。扫描隧道显微镜揭示了导电石墨衬底上生长的类似GNRs的平均宽度为2 nm，典型带隙为约1 eV。完全原子的计算模拟支持的实验结果，并揭示了GNRs和碳纳米管（CNT）的形成过程中的成核阶段，和范德华滑动的GNRs在h-BN衬底上的整个生长阶段之间的竞争。我们的研究提供了一种可扩展的单步方法，用于在绝缘衬底上生长微米长的窄GNR，从而开辟了一条探索高质量GNR器件性能和一维莫尔超晶格基础物理的途径。
2022-05-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Periodically Spaced CaF$_2$ Semi-Insulating Thin Ribbons Growth Study on the Si(100) Surface
在过去的几十年里，金属和半导体表面上半绝缘层的使用和研究一直受到人们的关注。到目前为止，衬底上绝缘岛的尺寸和生长位置的控制要么是不明确的，要么通常被限制为使用蒸发掩模，其尺寸可以很容易地超过十分之一纳米。在这里，我们表明，它是可能的生长自组织的周期性间隔的薄带的半绝缘条纹的裸Si（100）表面上。这些结构的外延生长是通过在硅表面上蒸发CaF $_2$分子获得的，覆盖率为1.2个单层。在低温（9K）下，通过扫描隧道技术研究了它们。所得到的带具有约3.2 eV的表面带隙以及在带的中心部分在费米能级能量以下约2.0 eV处的共振态。使用的密度泛函理论允许建议的模型结构的观察到的条带和再现的实验STM形貌。薄带的形成进行了讨论，我们指出的影响，可能会影响其周期性的结构之间的机械力的内部和。
2022-07-12 cond-mat.mtrl-sci
Reversible Fluorination of Graphene: towards a Two-Dimensional Wide Bandgap Semiconductor
我们报告了石墨烯氟化物的合成和证据，石墨烯是一种二维宽带隙半导体。氟化石墨烯表现出六方晶序和强绝缘行为，在室温下电阻超过10 G $Ω$。氟化石墨烯中的电子输运通过由于带隙中的局域态的存在而在二维中的可变范围跳跃来很好地描述。通过还原氟化石墨烯获得的石墨烯是高度导电的，在室温下表现出小于100 k $Ω$的电阻率。我们的方法提供了一种新的途径，可逆工程的能带结构和导电性的石墨烯的电子和光学应用。
2010-05-01 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Fluorine doping: A feasible solution to enhancing the conductivity of high-resistance wide bandgap Mg0.51Zn0.49O active components
高阻宽带隙半导体材料的N型掺杂，例如纤锌矿型高镁含量的MgxZn 1-xO，一直是一个基础性的应用驱动的研究课题。在此，我们报告了一种解决方案，以提高高电阻Mg0.51Zn0.49O活性成分，这已可靠地实现了通过射频等离子体辅助分子束外延生长的氟掺杂的导电性。结果表明，掺氟对Mg0.51Zn0.49O单晶薄膜的载流子浓度（2.85E17 cm-3 vs ~ 10 E6 ohm cm-3）和电阻率（129 ohm.cm vs ~ 10 E6 ohm cm-3）有显著的提高，表明掺氟可以很好地调节半绝缘Mg0.51Zn0.49O薄膜的电学性能.有趣的是，与F相关的两个施主能级（17 meV和74 meV）通过温度依赖性霍尔测量被揭示。肖特基型金属-半导体-金属紫外光电探测器表现出明显增强的光电流，比未掺杂的对应物高两个数量级。在10 V偏压下，响应度从0.34mA/W提高到52 mA/W。室温下，在10 V偏压下，探测率从1.89E9 cm Hz 1/2/W提高到3.58eE10 cm Hz 1/2/W，表明F掺杂是改善高Mg含量MgxZn 1-xO基器件性能的一条有效途径。
2016-06-17 cond-mat.mtrl-sci
Engineering Ferromagnetism in Wide Bandgap w-AlN for Spintronic Applications: Insights from DFT Calculations
Indira Gandhi Centre for Atomic Research, HBNI（印度原子能研究中心，HBNI）
本研究通过 DFT 计算探索 w-AlN 掺杂 Cr、Ru、Rh 的磁性，发现 Cr 掺杂在宽浓度范围呈铁磁态并随浓度演化出绝缘、半金属到金属转变，为自旋电子学材料设计提供理论依据。
2026-09-28 cond-mat.mtrl-sci
Luminescence of the Cs2ZrCl6 under high pressure
本文首次在宽压力范围内研究Cs2ZrCl6晶体的发光与拉曼光谱，发现发光峰随压力蓝移并强烈猝灭，并用约5 GPa处间接-直接带隙转变及激子能级方案解释了该现象。
2024-12-28 cond-mat.mtrl-sci
Influence of high pressure on Ce3+ luminescence in LuAlO3 and YAlO3 single crystals and single crystalline layers
本研究通过光谱实验与理论计算，探究高压对LuAlO3:Ce3+和YAlO3:Ce3+发光的影响，修正了5d能级红移参考能量模型，并发现15 GPa以上存在相变。
2024-02-11 cond-mat.mtrl-sci
Probing Mobile Charge Carriers in Semiconducting Carbon Nanotube Networks by Charge Modulation Spectroscopy
半导体单壁碳纳米管（SWCNT）的溶液处理网络作为下一代电子器件和电路的材料引起了相当大的关注。然而，单壁碳纳米管网络组成对微观水平上的电荷传输的影响仍然是一个开放和复杂的问题。在这里，我们使用电荷调制的吸收和光致发光光谱探测专门的单手性（6，5）和混合单壁碳纳米管网络场效应晶体管中的移动载流子。观察到基态漂白和电荷诱导的trion吸收特性，以及激子猝灭依赖于施加的电压和调制频率。通过调制的移动载流子密度和纳米管的光学响应的相关性，我们发现，混合单壁碳纳米管网络中的电荷传输强烈依赖于直径，从而带隙的各个物种。移动电荷优先传输的小带隙单壁碳纳米管，特别是在低栅极电压，而大带隙物种只开始参与在较高的载流子浓度。我们的研究结果表明，调制光谱研究纳米管网络晶体管中的电荷传输和突出的重要性，其性能的单壁碳纳米管网络组合物的出色的适用性。
2020-02-04 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Graphene field-effect-transistors with high on/off current ratio and large transport band gap at room temperature
石墨烯因其优异的电子性能而被认为是未来纳米电子学的一个有前途的候选者。不幸的是，由于不存在带隙，石墨烯场效应晶体管（FET）不能有效地关断，导致在顶栅石墨烯FET中通常约为5的开/关电流比。另一方面，理论研究和光学测量表明，在双层石墨烯中，垂直电场可以产生高达几百meV的带隙。尽管先前在双层石墨烯晶体管中的载流子传输测量确实指示在低于1开尔文的温度下的栅极诱导绝缘状态，但是电（或传输）带隙估计为几meV，并且双层石墨烯FET中的室温开/关电流比保持与单层石墨烯FET中的那些相似。在这里，我们第一次报告了在室温和20 K下，我们的双栅双层石墨烯FET的开/关电流比分别约为100和2000。在平均电位移为2.2 V/nm和1.3 V/nm时，我们还测量了>130和80 meV的电带隙。该演示揭示了双层石墨烯在数字电子学、赝自旋电子学、太赫兹技术和红外纳米光子学等应用中的巨大潜力。
2010-01-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Optical and electrical properties of Nd3+doped Na2O-ZnO-TeO2 Material
采用熔体淬冷法制备了掺钕的Na 2 O-ZnO-TeO 2（NZT）玻璃。通过DTA和TG对玻璃体系的玻璃化转变温度在447°C进行确认。红外光谱和X射线衍射分析表明，样品分别为离子型和非晶态。利用吸收光谱估计了光学带隙能量，发现由于掺杂浓度的增加，光学带隙能量从2.63eV减小到1.32eV。随着Nd ~（3+）离子浓度的增加，发射光谱的强度增强。发现玻璃样品的介电常数对于大范围的频率（3 kHz至1 MHz）是恒定的。样品电导率随温度的变化表明了电导率的Arrhenius机制。
2021-06-08 cond-mat.mtrl-sci
Photoengineering the Magnon Spectrum in an Insulating Antiferromagnet
Radboud University, Institute for Molecules and Materials（拉德堡德大学分子与材料研究所）；Institute for Theoretical Physics, ETH Zurich（苏黎世联邦理工学院理论物理研究所）；Kavli Institute of Nanoscience, Delft University of Technology（代尔夫特理工大学卡弗里纳米科学研究所）；Electromagnetic Signatures and Propagation, TNO（TNO电磁特征与传播部门）；Department of Physics, Lancaster University（兰开斯特大学物理系）；Dipartimento di Fisica “E. R. Caianiello”, Università degli Studi di Salerno and CNR-SPIN（萨莱诺大学“E.R.凯亚内洛”物理系及CNR-SPIN）；Lyman Laboratory, Department of Physics, Harvard University（哈佛大学物理系莱曼实验室）；Institute of Magnetism, National Academy of Sciences of Ukraine（乌克兰国家科学院磁学研究所）；Department of Quantum Matter Physics, University of Geneva（日内瓦大学量子物质物理系）
通过超快光学脉冲调控反铁磁体中磁子能谱，实现对磁子间隙和色散的动态调制，为高能效磁电子学应用提供新途径。
2025-05-01 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Carbon doping of GaN: Proof of the formation of electrically active tri-carbon defects
碳掺杂用于获得半绝缘GAN晶体。如果碳掺杂浓度超过$5*10^{17}$ $cm^{-3}$，则碳原子逐渐形成三原子簇。三碳缺陷结构通过对缺陷的局部振动模式（LVMs）的同位素效应明确地证明，所述缺陷的局部振动模式（LVMs）最初发现于在$1679$ $cm^{-1}$和$1718$ $cm^{-1}$处含有天然同位素组成$(~99 $ %$ ^{12}C, ~1$ % $ ^{13}C)$的碳的样品中。基于谐波振荡器模型，考虑到可能的同位素组合的概率，对富含$^{13}C$同位素（~ 99%和~ 50%）的样品的LVMs的数量、光谱位置和强度进行了一致性解释。包括偏振依赖性的LVM吸收，我们表明，三碳缺陷形成三原子分子状结构在两个晶体学上不同的配置：一个基本的配置与碳键附近的基面和一个轴向配置与碳键之一沿c轴。最后，在额外的带隙以下照明下的LVMs的消失被解释为缺陷充电，即三碳缺陷在带隙内具有至少一个电荷状态跃迁能级，并且有助于光吸收以及电荷平衡。
2020-04-06 cond-mat.mtrl-sci
Persistent room temperature photodarkening in Cu-doped \b{eta}-Ga2O3
β-Ga 2 O3是一种超宽带隙半导体，在电力电子领域有着新兴的应用。受主掺杂剂的引入产生薄膜器件所需的半绝缘衬底。在目前的工作中，暴露的Cu掺杂的Ga 2 O 3的紫外光> 4 eV的显示，导致大的，持久的光致暗化在室温下。电子顺磁共振光谱表明，光暴露将Cu 2+转化为Cu 3+，这是一种罕见的氧化态，负责光吸收。光暗化伴随着红外光谱中O-H振动模式的出现。杂化函数计算表明，Cu受体可以与以间隙（Hi）或替位（H_O）缺陷形式存在的氢供体形成络合物。当Cu_Ga-H_O配合物吸收光时，释放出氢，有助于观察到的Cu 3+物种和O-H模式。
2022-01-05 cond-mat.mtrl-sci
Excitons in bulk black phosphorus evidenced by photoluminescence at low temperature
黑磷（BP）的原子层在从可见光到中红外的宽光谱范围内呈现出独特的光电特性，主要由直接可调带隙控制。在本工作中，我们研究了BP单晶在极低温下的红外光致发光。近带边重组观察到在2 K，包括占主导地位的激子跃迁在0.276 eV和较弱的一个在0.278 eV。自由激子结合能计算与各向异性Wannier-Mott模型，发现等于9.1毫电子伏。与此相反，PL强度猝灭的0.276 eV峰在高温下被发现与一个小得多的激活能，归因于本地化的浅杂质上的自由激子。这种分析导致我们属性分别为0.276 eV和0.278 eV的PL线绑定激子和自由激子在BP。结果，体BP带隙的值在2K下被细化到0.287 eV。
2020-10-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
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
Optical representation of thermal nuclear fluctuation effect on band-gap renormalization
由于核的动力学和量子涨落，绝缘材料的带隙被电子-声子相互作用以各种方式重整化。在微扰Allen-Heine-Cardona理论中，利用Fan-Migdal和Debye-Waller项的公式考虑了这些涨落效应。然而，在公式中材料依赖性不清楚。因此，在这项研究中，我们专注于德拜-沃勒项的分析形式，并发现该项可以使用动量矩阵重新表述。此外，光学选择规则被发现发挥作用。对于金刚石型材料，德拜-沃勒项可以近似地分解为光学跃迁能、原子核的均方位移和偶极跃迁几率的乘积。如我们的第一性原理计算所揭示的，分解也可以应用于锌-镍-型材料的附加近似。因此，在计算电子-声子相互作用之前，可以使用基本物理量来估计几种材料的德拜-沃勒项的大小。
2021-12-30 cond-mat.mtrl-sci
Room temperature Mott metal-insulator transition in V2O3 compounds induced via strain-engineering
本文通过异质外延应变工程在纯V2O3和1.5% Cr掺杂V2O3薄膜中实现了室温Mott金属-绝缘体转变，获得了高达100,000%的电阻率变化和宽范围光学常数，并提出了以面内晶格常数为可调参数的新相图，为下一代Mott器件开辟了新途径。
2021-01-12 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Nuclear excitation of the $^{229}$Th isomer via defect states in doped crystals
当Th核掺杂在CaF $_2$晶体中时，在晶体带隙中出现一组电子缺陷态，否则其将提供对真空紫外辐射的完全透明性。从理论上研究了这些缺陷态与CaF $_2$晶体中8 eV $^{229m}$ Th核异构体的耦合。我们表明，虽然以前被视为一个滋扰，缺陷状态提供了一个起点，通过电子桥机制，涉及受激发射或吸收，使用光学激光核激发。这些过程的速率比使用可用光源的异构态的直接光激发至少大两个数量级。当被反向机制触发时，核异构体群体也可以经历淬灭，从而通过电子壳层导致快速和受控的衰变。这些发现是相关的一个可能的固态核时钟的基础上$^{229m}$ Th同质异能跃迁。
2020-07-20 cond-mat.mtrl-sci nucl-ex quant-ph
Comment on A First-order Phase Transition to Metallic Hydrogen
Zaghoo等人最近的一篇论文提出了高压和高温下的光学数据，并将这些数据解释为加热过程中向金属氢的一级相变的证据。在这里，我们认为，所提供的数据与这些说法是矛盾的。阐明这个问题是重要的是建立一个连贯的画面，是新兴的各种水平的理论计算和实验研究采用静态和动态压缩技术的结果。在这种情况下，使用适当的电子和化学状态的探针是至关重要的。光学探针不解决能量依赖的电导率，同时多次引用德鲁德模型是高度投机性的。事实上，现有的动态和静态压缩数据和理论模型表明，研究能量依赖的电导率是重要的理解热密氢的性质。此外，最新的研究表明，临界点，划分的制度之间的交叉绝缘和等离子体状态在低密度的一级液-液转变，是200 GPa以上。下面我们集中讨论Zaghoo等人对数据解释的不一致之处，这需要仔细审查他们的主张和进一步的详细调查。我们分析了他们的光学数据，并使用有限元计算，认为Zaghoo等人研究的高温状态不是金属的，并且数据不能区分一阶相变和连续相变，甚至不能区分一个相中的带隙下降
2016-11-27 cond-mat.mtrl-sci
Structural and Optical properties of Zn(1-x)MgxO nanocrystals obtained by low temperature method
本文报道了用低温法合成的Mg取代的ZnO（Zn_（1-x）Mg_xO）纳米晶（~10- 12 nm）的结构和光学性质。在低温合成路线中，可以达到x = 0.17而没有富Mg相的偏析。通过定量分析确定了准确的化学成分。XRD数据的Rietveld分析证实了纤锌矿结构和随着x增加晶格的连续压实（特别是c轴参数）。随着Mg的替代，晶格中的应变增强。带隙也随着x的增加而增强，并且对于x = 0.17达到4 eV的值。从TEM和XRD数据可以得出结论，当x > 0.17时存在相分离时，在ZnO上存在Mg（OH）2壳。吸收还表明，激发子吸收的持久性Mg取代。该纳米晶在室温下显示出近带边光致发光（PL），其在Mg掺入后显示出蓝移。ZnO和Zn_（1-x）Mg_xO合金纳米晶在~550 nm波长处除了具有近带边发射外，还具有蓝绿色发射。我们发现，绿色发光的相对强度增加与镁浓度为非常低的x（高达x = 0.05）和镁浓度的进一步增加有一个急剧下降的绿色发光的相对强度，最终导致一个完全猝灭的蓝色发光。结果表明，由于相分离（x \geq 0.20），Mg（OH）2在ZnO表面形成的壳层导致了绿光发射的猝灭，但这种壳层的形成对近带边的PL没有太大的影响。
2011-09-10 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Temperature dependence of self-trapped exciton luminescence in nanostructured hafnia powder
二氧化铪的固有光学性质和能量结构的特殊性在很大程度上决定了二氧化铪在新一代光电子和纳米电子器件中的应用前景。在这项工作中，我们研究了在室温下的漫反射光谱的名义纯的纳米结构的$HfO_2$粉末与单斜晶体结构，以及它的光致发光温度范围为40 - 300 K。我们还估计了带隙$E_g$的假设下，间接（5.31 eV）和直接（5.61 eV）允许的过渡。我们已经检测到发射与4.2 eV的最大值在T < 200 K，并进行了实验依赖性的分析，以评估热淬火（140 meV）和增强（3 meV）过程的激活能。考虑到光谱特性的温度行为和Huang-Rhys因子S >> 1的估计，表明自陷激子的辐射衰变形成所指示的发射机制。在这种情况下，局域化主要是由于空穴与非等效（$O_{3f}$和$O_{4f}$）晶体位置中氧原子的活性振动模式的相互作用。对所讨论的激子效应的深入研究可以推进具有受控光学响应的基于氧化物的结构的开发。
2021-12-05 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Tunable optical emissions of Eu3+ ions enabled by pressure-driven phase transition in ZnO
本文提出利用静水压驱动ZnO薄膜相变，成功调控Eu3+离子的光学发射，揭示了晶格对称性与局部环境对稀土发光特性的影响，为压力控制的光子器件设计奠定基础。
2025-08-14 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Exceptional ballistic transport in epitaxial graphene nanoribbons
在过去的十年里，石墨烯电子学推动了石墨烯科学的发展。主要目标是开发具有足够大的带隙的高迁移率半导体石墨烯以用于高性能应用。石墨烯带被认为是具有这些特性的半导体，然而，生产具有有用的带隙和高迁移率的带的努力取得了有限的成功。我们在这里表明，高质量的外延石墨烯纳米带40纳米宽，退火的边缘，侧壁SiC上生长的不是半导体，但单通道室温弹道导体的长度高达至少16微米。已经观察到对应于低于1欧姆的薄层电阻的超过一百万的迁移率，从而超过二维石墨烯3个数量级，并且超过完美石墨烯的理论预测10倍以上。石墨烯带表现为电子波导或量子点。我们发现，在这些带中的运输是由两个组件的基态横向波导模式，一个是弹道和温度无关，和第二热激活组件，似乎是弹道在室温下和绝缘在低温下。在室温下，两种组分的电阻随着长度的增加而突然增加，一种在160 nm的长度处，另一种在16微米处。这些性质似乎与电荷中性带中的最低能量量子态有关。由于外延石墨烯纳米带易于以数千计生产，因此它们的室温弹道输运性质也可用于先进的纳米电子学中。
2013-08-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Predicting Diamond-like Co-based Chalcogenides as Unconventional High Temperature Superconductors
我们预测具有类金刚石结构的钴基硫族化合物可以具有非常规的高温超导性（high- $T_c$）。这些材料中的基本电子物理源于Co层，其中每层由顶点共享的CoA $_4$（A=S，Se，Te）四面体络合物形成，我们最近提出的材料基因组在3d过渡金属化合物中具有接近于$d^7$填充构型的潜在非常规高$T_c$。我们计算了具有这种结构的不同过渡金属化合物的磁性基态。发现（Mn，Fe，Co）基化合物都具有G型反铁磁（AFM）绝缘基态，而Ni基化合物是顺磁金属。原子力显微镜的相互作用是最大的钴基化合物的三个$t_{2g}$轨道都强烈参与原子力显微镜的超交换相互作用。从Co到Ni基化合物的磁猝灭与从Fe到Co基磷属元素化合物的磁猝灭非常相似，其中C型AFM状态出现在Fe基化合物中，而在Co基化合物中消失。这种行为可以被认为是高$T_c$基因的电子签名。在掺杂时，正如我们之前预测的那样，这个钴基化合物家族有利于强d波配对超导态。
2018-07-03 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el cond-mat.supr-con
Strain-Balanced Low-Temperature-Grown Beryllium-Doped InGaAs/InAlAs Superlattices for High-Performance Terahertz Photoconductors under 1550 nm Laser Excitation
本研究通过分子束外延制备了低温生长铍掺杂InGaAs/InAlAs应变平衡超晶格，发现其具有亚皮秒载流子寿命、增强迁移率和1550 nm吸收系数，为电信波长宽带太赫兹光电导探测器提供了高性能材料平台。
2025-05-03 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
