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9042a5cae3
@ -18,3 +18,44 @@ SiC 中 Si 空位有 3/2 自旋的基态和激发态,因此受到关注。
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# 第二段
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# 第二段
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这种缺陷的原子结构还有争议。
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有两种模型:一个是单个的带负电的 Si 空位,另一个是带负电的 Si 空位与一个不带电的 C 空位形成的复合缺陷。
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这两种模型都可以导致自旋基态的有限的 ZFS(zero-field splitting),但机理不同。
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对于前者,由于 Si 空位导致的晶格变形,使得它的对称性下降到 $C_{3v}$,本来就允许存在足够强的 ZFS。
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最近的一些理论分析支持这种看法。
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Mizuochi 等人通过分析 4H 中 V1-V2 和 6H 中 V1-V3 的信号的相似性,
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推断缺陷的结构应该是前者,并且位于 h 位点。
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对于后者,则假定 Si 空位没有导致晶格变形或者变形很小,因此可以认为对称性是 $T_d$,Si 空位本身不会导致 ZFS。
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对称性的降低是由于附近一个不带电的 C 空位与带电的 Si 空位耦合引起的。
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最近有使用 ENDOR(electron-nuclear double resonance)的实验,验证了 15R-SiC 中 V2 的结构是后者。
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# 第三段
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在本文中,我们通过第一性原理计算,确认 4H 中 V2 的第二种结构不会导致 ZFS,这与实验不一致。
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进一步,我们通过计算和实验(高精度 EPR 测量)确认第一种结构导致了 4H 中 V1 和 V2 的磁光耦合。
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第一个模型的许多其它计算结果也与实验一致,因此我们认为对于 4H 中 V1 和 V2,第一个模型是正确的。
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除此以外,我们还认为,室温下的 V2 量子位应该位于 k 点而不是 h 点,这与之前的结果不一致。
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# 第四段
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使用 VASP 计算,平面波截取到 420 eV,使用标准的 PAW 势。
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对于 ZPL 和超细张量的计算,使用 HSE06 杂化泛函(前人已经证明了这种方法的准确性)。
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在 ZPL 计算中,我们使用 PBE 泛函。
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根据前人的研究,其它材料的计算结果与实验有大约 16 MHz 的偏差。
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然而,结果非常灵敏地依赖于缺陷的具体位置,因此我们认为这种偏差是可以接受的。
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为了使得精度足够高,我们使用 1532 原子的模型,k 点只取在 gamma 点。
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在结构弛豫过程中,也使用 HSE06 泛函,但平面波只截取到 390 eV,并且使用力的收敛标准为 0.01 eV/A。
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超胞在 c 方向上的尺寸大约 30 Å
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# 第五段
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高精度 EPR 实验是使用 Bruker X-band EPR spectrometer 来进行的。
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高纯半绝缘的大尺寸样品通过室温下 2 MeV 8e18 cm^-2 的离子注入来制备,并在 400 ℃ 下退火以去除间隙杂质的影响。
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EPR 实验在室温的暗室中进行。
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# 第六段
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我们对模型二做了高精度的计算。根据前人的结果,我们将 Si 和 C 空位放在不同的原子层。
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在模拟中,我们观测到了两者之间的耦合,得到了与单个缺陷明显不同的电子结构。
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在紧束缚图像中,单独的两者都各自有两个非简并能级 a_1 和一个二重简并能级 e。
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对于 Si 空位,一个 a1 和 e 在禁带中,e 的能量更高。
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