Clustering of hydrogen, phosphorus, and vacancies in diamond: A density functional theory analysis

钻石 密度泛函理论 空位缺陷 亚稳态 超精细结构 化学物理 材料科学 基态 带隙 浅层供体 兴奋剂 原子物理学 化学 光电子学 结晶学 计算化学 物理 复合材料 有机化学
作者
Kamil Czelej,Marcin Roland Zemła,Paulina Kamińska,Piotr Śpiewak,Krzysztof J. Kurzydłowski
出处
期刊:Physical review [American Physical Society]
卷期号:98 (7) 被引量:27
标识
DOI:10.1103/physrevb.98.075208
摘要

Phosphorus-doped $n$-type diamond is currently one of the most promising wide-band-gap materials for next-generation high-power electronics and optoelectronics. Artificial diamond growth methods such as chemical vapor deposition involve hydrogen-containing precursors; therefore, the hydrogen atoms can be simultaneously introduced into the diamond lattice as a contamination and form complexes with other defects. In this work, we used the spin-polarized, hybrid density functional theory method to investigate the electronic structure, stability, and magnetic and optical properties of phosphorus, vacancy, and hydrogen clusters in diamond. Our results indicate a thermodynamic driving force for the formation of previously unidentified phosphorus-vacancy-hydrogen complexes that can be electrically, magnetically, or optically active centers. We found an unusual extremely large hyperfine coupling with the $^{31}\mathrm{P}$ nuclei ($A>2$ GHz) for some of the investigated defects that requires further experimental verification. Finally, we demonstrate that the ${\text{PV}}_{2}{\text{H}}^{0}$ complex has two metastable triplets between the ground- and excited-state singlets, and it may exhibit a highly selective spin decay channel to a ground state, which makes the defect a promising candidate for realizing long-living solid-state quantum memory. These results provide deep insight into the donor compensation effect associated with vacancy-related clusters, and they may be useful in future identification of P-related defects suitable for quantum information processing applications.
最长约 10秒,即可获得该文献文件

科研通智能强力驱动
Strongly Powered by AbleSci AI
更新
PDF的下载单位、IP信息已删除 (2025-6-4)

科研通是完全免费的文献互助平台,具备全网最快的应助速度,最高的求助完成率。 对每一个文献求助,科研通都将尽心尽力,给求助人一个满意的交代。
实时播报
小石头发布了新的文献求助30
1秒前
爆米花应助小白采纳,获得10
1秒前
qwert发布了新的文献求助10
1秒前
chenfu发布了新的文献求助10
1秒前
YY完成签到 ,获得积分10
4秒前
DL应助菠萝采纳,获得10
4秒前
6秒前
菌酱完成签到,获得积分10
6秒前
8秒前
哈哈给哈哈的求助进行了留言
9秒前
小猪发布了新的文献求助10
10秒前
corner发布了新的文献求助10
10秒前
10秒前
情怀应助刘字绮采纳,获得10
11秒前
11秒前
无心客应助WW采纳,获得30
11秒前
思源应助一见喜采纳,获得10
12秒前
汉堡包应助隋玉采纳,获得10
13秒前
隐形曼青应助znlion采纳,获得10
13秒前
YHDing发布了新的文献求助10
13秒前
执着的弱完成签到,获得积分10
13秒前
14秒前
12138完成签到,获得积分10
15秒前
无心发布了新的文献求助10
16秒前
无限的雨梅完成签到 ,获得积分10
16秒前
999完成签到,获得积分10
17秒前
18秒前
ZhS_完成签到,获得积分20
18秒前
li完成签到 ,获得积分10
19秒前
kyer完成签到 ,获得积分10
19秒前
19秒前
19秒前
年轻冰萍发布了新的文献求助10
20秒前
小二郎应助sx采纳,获得10
20秒前
21秒前
22秒前
图图完成签到 ,获得积分10
23秒前
Hilda007应助成功上岸采纳,获得10
24秒前
刘字绮发布了新的文献求助10
24秒前
cc完成签到,获得积分20
25秒前
高分求助中
Encyclopedia of Quaternary Science Third edition 2025 12000
(应助此贴封号)【重要!!请各用户(尤其是新用户)详细阅读】【科研通的精品贴汇总】 10000
HIGH DYNAMIC RANGE CMOS IMAGE SENSORS FOR LOW LIGHT APPLICATIONS 1500
The Social Work Ethics Casebook: Cases and Commentary (revised 2nd ed.). Frederic G. Reamer 800
Beyond the sentence : discourse and sentential form / edited by Jessica R. Wirth 600
Holistic Discourse Analysis 600
Vertébrés continentaux du Crétacé supérieur de Provence (Sud-Est de la France) 600
热门求助领域 (近24小时)
化学 材料科学 医学 生物 工程类 有机化学 生物化学 物理 纳米技术 计算机科学 内科学 化学工程 复合材料 物理化学 基因 遗传学 催化作用 冶金 量子力学 光电子学
热门帖子
关注 科研通微信公众号,转发送积分 5344089
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 4479449
关于积分的说明 13942876
捐赠科研通 4376498
什么是DOI,文献DOI怎么找? 2404811
邀请新用户注册赠送积分活动 1397185
关于科研通互助平台的介绍 1369514