摘要 研究者在密度泛函理论（DFT）和非平衡格林函数（NEGF）理论的框架下，模拟了单层（ML） $\mathrm{Ga}_2 \mathrm{O}_3$的电子性质和 ML- $\mathrm{Ga}_2 \mathrm{O}_3$ 基 n 型金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）的输运性质。结果表明，ML $\mathrm{Ga}_2 \mathrm{O}_3$ 具有 4.92eV 的准直接带隙。在充分考虑声子散射的情况下，计算得到 x 和 y 方向的电子迁移率分别为 1210 和 816 $\mathrm{cm}^2 \mathrm{V}^{-1} \mathrm{s}^{-1}$（300K） 。电子—声子散射机制表现出温度依赖性行为，声学模在 300K 以下占主导地位，光学模在 300K 以上占主导地位。在$\mathrm{L}_g$= 5 nm 的栅极长度下，用于高性能（HP）应用的 ML $\mathrm{Ga}_2 \mathrm{O}_3$ n-MOSFET 的导通电流为 2890 μA/μm，高于已有报道的二维材料的导通电流。ML $\mathrm{Ga}_2 \mathrm{O}_3$ MOSFET 的延迟时间和功率延迟积可以满足最新的国际半导体技术路线图（ITRS）对HP和低功率（LP）应用的要求，$\mathrm{L}_g$ 可以小于 4 或 5 nm。通过优化 Underlap 结构和掺杂策略，ML $\mathrm{Ga}_2 \mathrm{O}_3$ n-MOSFET 可以进一步满足 1 nm 的 ITRS 要求。最后，将基于 ML […]

摘要 本文介绍了用第一性原理计算模拟方法研究了$\mathrm{X}_3 \mathrm{P}_2$（$\mathrm{X}=\mathrm{Mg，Ca}$）的结构、力学和光电性能的工作。结构和力学性能的结果表明，$\mathrm{X}_3 \mathrm{P}_2$ 化合物具有热力学和力学稳定性。此外，弹性常数和体积模量结果表明，$\mathrm{Mg}_3 \mathrm{P}_2$具有韧性，$\mathrm{Ca}_3 \mathrm{P}_2$为脆性。对能带的计算结果表明，两个化合物（$\mathrm{Mg}_3 \mathrm{P}_2$ 和 $\mathrm{Ca}_3 \mathrm{P}_2$）的直接带隙（$\Gamma – \Gamma$）分别为 0.523 eV 和 0.446 eV（GGA 泛函）。然而，在使用 HSE06 杂化泛函时，$\mathrm{Mg}_3 \mathrm{P}_2$ 的带隙提高到1.282 eV，$\mathrm{Ca}_3 \mathrm{P}_2$ 则提高到 1.092 eV。这两种化合物在可见光区域都表现出高光学吸收($\geq 10^5 \mathrm{cm}^{−1}$） 使其成为光伏应用的潜在候选材料。 结构和力学性质 两种材料的结构如下图： 结构经过优化后，对它们计算形成能（焓），即与稳定单质相比的能量：$$\Delta H (X_3 P_2) = E_{total} – 3E_{total}(X) – 2E_{total}(P)$$ 结果表明两个化合物都具有热力学稳定性。 为了进一步验证结构的稳定性，作者进行了分子动力学模拟，证实了在分子动力学水平上在室温下结构的动态稳定性。 作者还计算了体系的弹性系数矩阵，进行了Born-Huang晶格力学稳定性分析。由弹性系数矩阵可以得到体系的体模量、剪切模量、杨氏模量、泊松比、Pugh ratio等多种力学性质，并据此可以评估材料的延展性和脆性。 电子态和光学性质 使用PBE密度泛函和HSE06杂化泛函计算了体系的能带、态密度与投影： 使用HSE06对两种材料的光谱进行了计算： 参考 Bougherara, K., Al-Qaisi, S., Laref, […]

研究内容 分子结中涉及氢键的电荷传输机制很复杂，目前尚不清楚。本研究的重点是阐明分子器件中的电子输运，该分子器件由两个掺硼金刚石界面与芳香连接分子结构和氢键替代分子结合而成。作者构造多个具有不同氢键构型的分子，连接在掺杂的金刚石电极（BDD）中间形成分子结，并逐一计算了各个结构的稳定构型、吸附能量、IV 曲线和 PLDOS 等。 图：构造的具有不同构型的模型分子结 结果 模拟得到的透射谱、电流和投影局部态密度（PLDOS）结合分析结果表明，这些结中的电子传输机制在很大程度上取决于连接和替代分子之间氢键的构型以及连接分子的化学性质。特别是，当氢键由 CTH 的对位羟基形成时，电子跳跃机制出现；间位羟基形成的键则不会诱导跳跃机制。如果没有氢键存在，则主要机制是隧穿。氢键几何形状的微小变化导致传输模式的能级和位置的对齐发生重大变化，并观察到电子传输机制从隧穿转变为跳跃，导致 I−V 曲线的形状和电流大小的变化。芳香连接分子中给电子羟基形成的氢键有助于电子输运，而吸电子羧基则抑制电子通过结的输运。作者将这种现象归因于环内部连接轨道电子密度的局部化，从而增加了隧穿长度。此外，由于连接和替代分子之间的不对称性，观察到一种整流效应。这些结果为分子结电子特性的调控提供了重要信息。 图：BDD−CTH−surrogate−BDD分子结的PLDOS和透射谱 图：BDD−ABA−surrogate−BDD 分子结的 PLDOS 和透射谱 图：BDD−CTH−surrogate−BDD、BDD−ABA−surrogate−BDD 分子结的IV曲线 参考 Olejnik, A.; Dec, B.; Goddard, W. A.; Bogdanowicz, R. Hopping or Tunneling? Tailoring the Electron Transport Mechanisms through Hydrogen Bonding Geometry in the Boron-Doped Diamond Molecular Junctions. J. Phys. Chem. Lett. 2022, 13 (34), 7972–7979. […]