Effects of Interlayer Coupling on Hot Carrier Dynamics in Graphene-derived van der Waals Heterostructures
石墨烯有望成为一种具有高模式限制的等离子体材料，可以实现高效的热载流子提取。我们调查的寿命和平均自由路径的高能载流子在独立的石墨烯，石墨和异质结构组成的交替石墨烯和六方氮化硼层使用从头计算的电子-电子和电子-声子散射在这些材料。我们发现，极高的寿命（3 ps）的低能量载流子附近的狄拉克点在石墨烯，这是一百倍以上的贵金属，减少了一个数量级，由于层间耦合在石墨，但增强的异质结构，由于声子模式钳位。然而，这些寿命随着载流子能量的增加而急剧下降，并且在能量超过0.5 eV时小于贵金属中的寿命。通过分析不同的散射机制和层间相互作用的贡献，我们确定了理想的间隔层特性-高介电常数和重原子-这可以为具有改进的热载流子传输的等离子体异质结构铺平道路。
2016-12-24 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph physics.optics
Impact of ALD-Deposited Ultrathin Nitride Layers on Carrier Lifetimes and Photoluminescence Efficiency in CdTe/MgCdTe Double Heterostructures
本研究评估ALD沉积的SiNx、AlN、TiN超薄氮化物层对CdTe/MgCdTe双异质结构的钝化效果，证实其可提升载流子寿命、减少表面复合，指出SiNx是提升CdTe太阳能电池效率的潜在钝化材料。
2024-08-20 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
First-principles quantum corrections for carrier correlations in double-layer two-dimensional heterostructures
我们提出了系统的从头计算的载流子的相关性的相邻层的二维材料中存在的带电杂质和应变无序电位使用单层和双层石墨烯的例子。对于第一次，我们的分析产生明确的第一性原理量子修正的托马斯-费米密度的相互作用的二维系统所描述的轨道自由密度泛函理论。具体来说，使用密度势泛函理论，我们发现，量子修正准经典的费米子-费米近似必须考虑到即使是异质结构的介观尺寸。为了使无序诱导的电子和空穴的水坑在两层的平均载流子密度为零时反相关，应变势的强度必须超过杂质势的强度至少10倍，对于较小的杂质密度，这个数字会增加。此外，我们的研究结果表明，量子校正有更大的影响比交换的水坑相关，他们是必要的，正确预测实验观察到的高斯能量分布在电荷中性。
2019-06-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Ultrafast relaxation of hot phonons in Graphene-hBN Heterostructures
快速载流子冷却对于高功率石墨烯基器件是重要的。强耦合光学声子（SCOP）在石墨烯中光激发载流子的弛豫过程中起着重要作用。石墨烯和六方氮化硼（hBN）的异质结构已经显示出异常的迁移率和高饱和电流，这使得它们对于应用是理想的，但是hBN衬底对载流子冷却机制的影响还不清楚。我们使用超快泵浦-探测光谱跟踪石墨烯-hBN异质结构中的热光激发载流子的冷却。我们发现，在hBN上的石墨烯的情况下，载流子的冷却速度比在氧化硅衬底上快四倍，从而克服了困扰石墨烯器件冷却的热声子（HP）瓶颈。
2017-04-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Critical thickness for ferromagnetism in LaAlO3/SrTiO3 heterostructures
在LaAlO 3（LAO）和SrTiO 3（STO）的异质结构中，观察到了两种不同形式的磁性[1-7]，这些磁性可能[8，9]或可能不是[10]由界面载流子引起，这些载流子在电子重构中从LAO迁移到界面[11]。我们在一系列不同LAO厚度的n型样本中对磁场景观[5]进行成像。我们发现铁磁补丁只出现在临界厚度以上，类似于电导率[12]。因此，我们得出结论，界面重构是必要的磁性的形成。我们没有观察到铁磁性与栅极电压的变化，并检测到铁磁性在非导电的p型样品，表明在界面上的载流子不需要巡回产生磁性。铁磁性出现在孤立的补丁，其密度变化很大的样品之间的事实强烈表明，无序或局部应变诱导磁性的人口的界面载流子。
2012-01-05 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Probing energy barriers and quantum confined states of buried semiconductor heterostructures with ballistic carrier injection: An experimental study
一个三端光谱，探测两个亚表面的能垒和带间的光学跃迁在半导体异质结构的演示。研究了一种以InAs/GaAs量子点为集电极的单极性p型半导体金属基区晶体管。利用少/多载流子注入、弹道电子发射谱和热载流子散射谱分别测量了Al_xGa_（1-x）As埋层导带和价带的势垒高度，从而确定了Al_（0.4）Ga_（0.6）As的带隙为2.037 ± 0.009 eV（9 K）。在正向集电极偏压下，注入具有亚带隙动能的少数载流子引起带间电致发光。三个发射峰从InAs量子点，InAs润湿层，和GaAs观察一致的少数载流子注入。
2007-02-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Decorrelation of internal quantum efficiency and lasing threshold in AlGaN-based separate confinement heterostructures for UV emission
本文研究了用于紫外激光发射的AlGaN/GAN分别限制异质结的内量子效率和激射阈值。我们讨论了载流子局域化和载流子扩散对光学性能的影响。渐变折射率单独限制异质结构的实现导致在多量子阱处的改善的载流子收集，这促进了粒子数反转并降低了激光阈值。然而，这种改善与自发发射的内量子效率无关。我们发现，在合金的不均匀性的结果在增强的辐射效率，但不降低激光阈值，载流子注入效率更敏感的载流子本地化。
2021-09-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Oxide 2D electron gases as a route for high carrier densities on (001) Si
氧化物异质结界面处形成的二维电子气由于其独特的物理性质和潜在的应用前景而引起人们的广泛兴趣。在常规半导体上生长这种异质结构具有将其功能与半导体器件技术集成的潜力。我们通过在硅上生长$GdTiO_3-SrTiO_3$在传统半导体上演示了2DEG。结构分析证实了异质结的外延生长与突变的界面和高度的结晶度。传输测量表明，传导是一个界面效应，与$\sim 9\times 10^{13} \; cm^{-2}$电子每个接口。良好的协议被证明之间的电子行为的结构生长在Si和氧化物衬底上，验证了这种方法的鲁棒性之间的桥梁实验室规模的样品，一个可扩展的，技术相关的材料系统。
2015-05-11 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Huge hole injection in tungsten dichalcogenide heterostructures without electric gating: a DFT study
Centre of New Technologies University of Warsaw（华沙大学新技术中心）
研究通过密度泛函理论，将化学电容器概念扩展到范德华异质结构，筛选出XeF2和KrF2作为合适受体，计算出相应异质结构中的空穴浓度，证明稀有气体氟化物可为TMD异质结构载流子密度非接触工程提供有效途径。
2026-07-23 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Photo-induced stabilization and enhancement of the ferroelectric polarization in Ba$_{0.1}$Sr$_{0.9}$TiO$_{3}$/La$_{0.7}$Ca(Sr)$_{0.3}$MnO$_{3}$ thin film heterostructures
凝聚态物理的一个新兴领域是利用多层异质结构来增强复合氧化物的铁电性。在这里，我们表明，光泵浦载流子跨越铁电（FE）绝缘体和铁磁金属薄膜之间的界面可以显着提高FE极化。光诱导的FE状态在低温下保持稳定超过一天。这通过光激发载流子屏蔽内部电场而发生，导致更大、更稳定的偏振态，其可适用于诸如数据和能量存储的领域中的应用。
2012-12-13 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Thermalization of photoexcited carriers in two-dimensional transition metal dichalcogenides and internal quantum efficiency of van der Waals heterostructures
范德华半导体异质结构可以成为下一代光电和光伏器件中利用热光激发载流子的平台。热载流子器件的内量子效率取决于光生载流子提取率和热化率之间的关系。利用\textit{ab-initio}方法，我们证明了单层过渡金属二硫属化物的光生载流子热化时间强烈地依赖于声子谱和电子自旋轨道耦合的特性。详细地说，在价带中提升的自旋简并抑制了声学声子上的空穴散射，与电子相比，将空穴的热化减慢了一个数量级。此外，在MoS $_2$和WSe $_2$中，空穴热化时间表现不同，因为在这些看似相似的材料中自旋轨道相互作用不同。我们预测隧穿范德华半导体异质结构的内部量子效率定性地取决于是否使用MoS $_2$或WSe $_2$。
2019-12-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Carrier driven antiferromagnetism and exchange-bias in SrRuO3/CaRuO3 heterostructures
氧化物异质结构表现出丰富多样的磁性和输运性质，这些性质是由于在界面处的接触而产生的。这可能导致与所涉及材料的整体性质非常不同的令人惊讶的效果。我们报告的磁性双层SrRuO3，一个众所周知的铁磁体，和CaRuO3，这是名义上的顺磁体。我们发现有趣的功能，是一致的CaRuO3开发的双重磁性字符，既有净力矩，以及反铁磁秩序。我们认为，有序SrRuO3层诱导的CaRuO3的传导电子中的波动的极化曲线，类似于弗里德尔振荡的机制。在低温下，这种振荡的极化是继承了刚性的本地时刻CaRuO3，导致一个强大的交换偏置。我们提出从头算模拟支持这一观点。我们的研究结果表明了一种新的有序化机制，并揭示了CaRuO3的磁性。
2018-02-16 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el quant-ph
Correlated carrier dynamics in a superconducting van der Waals heterostructure
在干净的，分层的二维超导体中的Berezinskiii-Kosterlitz-无边界跃迁的研究有望提供对一系列新现象的洞察，如再入涡旋动力学，潜在的非常规金属相和拓扑超导性。在这封信中，我们报告的载流子动力学在一个新的二维超导范德华异质结构，包括单层的二硫化钼和几层NbSe 2（15 nm）的研究。利用低频电导涨落谱，我们证明了系统中的超导转变是可逆的。我们提出了一个现象学的图片不同阶段的过渡与评估的噪音。波动的高阶统计的分析揭示了非高斯成分周围的过渡表示在系统中的长程相关。
2023-01-09 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
Carrier-mediated magnetoelectricity in complex oxide heterostructures
虽然迄今为止在制造单相和复合磁电材料方面已经取得了巨大的成功，但磁场的典型电场控制仍然难以捉摸。在这项工作中，我们证明了一个线性磁电效应所产生的一种新的载体介导的机制，是一个普遍的功能之间的电介质和自旋极化金属的界面。使用第一性原理密度泛函计算，我们说明了这种效果在SrRuO $_3$ /SrTiO $_3$接口，并描述其起源。为了正式量化这样一个接口的磁响应所施加的电场，我们介绍和定义的自旋电容的概念。除了它的磁电和自旋电容行为，界面显示的空间共存的磁性和电介质的极化提出了一种新的类型的界面多铁性的路线。
2007-06-14 cond-mat.mtrl-sci
Sub-nanosecond free carrier recombination in an indirectly excited quantum-well heterostructure
本研究利用时间频率分辨光致发光光谱，揭示了间接激发量子阱异质结构中亚纳秒自由载流子密度的演化，发现早期以辐射双分子复合为主，后期非辐射单分子复合变得重要，为新型发光器件设计提供依据。
2023-11-24 cond-mat.mtrl-sci
Carrier Mobilities in Delta-doped Heterostructures
对于传感器设计的应用，电子密度n和迁移率μ的乘积nxmu是为了增强器件灵敏度而优化的关键参数。我们在一个二维电子气（2DEG）层中开发的δ掺杂异质结构模型的载流子迁移率。子带能级，电子波函数，和带边轮廓的数值求解薛定谔方程和泊松方程自洽获得。电子迁移率的计算包括散射的贡献电离杂质，背景中性杂质，变形势声学声子，和极性光学声子。我们计算了nxmu对温度，间隔层厚度，掺杂密度和量子阱厚度的依赖关系。该模型被应用到delta掺杂量子阱异质结构的AlInSb-InSb。在低温下，对于大间隔层（400 A）和阱宽（400 A），计算出的迁移率高达1.3 × 10^3 m^2/Vs。相应的室温迁移率为10 m^2/Vs。nxmu的相关性显示，对于较高的背景杂质密度，间隔层厚度为300 A时最大，而对于较低的背景杂质密度，nxmu继续单调增加;这对传感器设计有影响。
2006-02-06 cond-mat.mtrl-sci
Photoluminescence investigations of 2D hole Landau levels in p-type single Al_{x}Ga_{1-x}As/GaAs heterostructures
研究了垂直磁场作用下p型单Al_{1-x} Ga_{x} As/GaAs异质结中二维空穴的能量结构。光致发光测量与低密度的激发功率揭示丰富的光谱包含自由和束缚载流子跃迁。将实验结果与用新的数值方法计算的价电子带朗道能级能量进行了比较，两者吻合较好。在自由载流子复合的能量范围内观察到的额外的线归因于激子跃迁。我们还考虑了多体效应在光致发光光谱中的作用。
2002-11-26 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Particle-in-cell simulation of ultrafast hot-carrier transport in Fe/Au-heterostructures
我们描述了自旋极化热电子输运的理论方法，因为它发生后，由铁磁和正常金属形成的异质结构的超快光脉冲激发。我们制定了一个自旋相关的粒子在细胞模型，解决了玻尔兹曼方程的激发电子。它包括寿命和传输系数作为参数，可以从从头计算或实验，并可以很容易地扩展到多层系统。这种方法能够描述电子输运在弹道，超扩散和扩散制度，包括二次载流子的产生。我们将该模型应用于Fe/Au双层膜和Fe/Au/Fe自旋阀结构中的光激发载流子。我们获得微观洞察热电子输运动力学探测在最近的实验自旋阀。我们发现贡献的Fe/Au/Fe三层中诱导的退磁动力学，无论平行或反平行的Fe层的磁性排列。
2018-09-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Issues related to the usage of nitrogen as carrier gas for the MOVPE growth of GaSb/InAs heterostructures on InAs pseudosubstrates
采用MOVPE技术，以氮气为主要载气，在InAs变质衬底（伪衬底）上生长了GaSb/InAs/GaSb叠层。我们表明，GaSb生长的氮MOVPE在InAs变质衬底（和InAs晶片）是可能的，在一个非常窄的生长参数范围内。作为示范，GaSb/InAs/GaSb结构生长用于电子迁移率测试，在室温和液氮温度下分别获得9/5x 10 e12 cm（e-2）量级的（无意的）2D电子气密度和高达1.2/1.8x10e4 cm（e2）/Vs的迁移率。我们发现，它是有益的，有一些氢的载气混合物生长的GaSb，以实现良好的晶体质量，形貌和电学性能。此外，一个意想不到的和以前没有报道的分解过程中观察到在相对较低的生长温度下供应的前体InAs外延过生长。然而，这在更低的生长温度下得到抑制。
2016-06-24 cond-mat.mtrl-sci
Carrier-controlled ferromagnetism in SrTiO3
研究了均匀La掺杂SrTiO_3薄膜和GdTiO_3/SrTiO_3异质结构的磁输运和超导性质。GdTiO 3/SrTiO 3界面在SrTiO 3-侧的界面上表现出高密度的二维电子气，而对于SrTiO 3膜，载流子由掺杂剂原子提供。这两种类型的样品在低温下表现出铁磁性，证明了在磁阻的滞后。对于均匀掺杂的SrTiO 3薄膜，居里温度被发现增加掺杂和超导共存的高密度侧的超导圆顶的载流子浓度。GdTiO 3/SrTiO 3异质结构的居里温度与SrTiO 3量子阱的厚度成比例。结果被用来构建一个稳定图的铁磁和超导相的SrTiO 3。
2012-08-27 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Probing the nanoscale origin of strain and doping in graphene-hBN heterostructures
我们使用共焦拉曼显微镜和改进的矢量分析方法，调查剥离的石墨烯六方氮化硼（hBN）异质结构上的应变和载流子浓度的纳米级起源二氧化硅（SiO2）。研究了两种类型的异质结构：SiO2上的石墨烯部分由hBN覆盖，石墨烯完全封装在两个hBN薄片之间。我们扩展的矢量分析方法，产生的应变和掺杂的异质结构的变化的空间图。这使我们能够可视化并直接量化环境对载流子浓度以及石墨烯应变的影响。此外，我们证明了应变和载流子浓度的变化在石墨烯中产生的异质结构，如断裂，折叠和气泡层之间捕获的纳米级功能。对于hBN封装的石墨烯中的气泡，流体静力学应变被示出为在气泡中心处是最大的，而载流子浓度的最大值被定位在气泡边缘。拉曼光谱被证明是一种非侵入性的工具，用于探测石墨烯中的应变和掺杂，这可能被证明是有用的二维设备的工程。
2018-10-31 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Three-dimensional bound states of cylindrical quantum heterostructures with position-dependent mass carriers
本文针对位置依赖质量载流子，解析研究五种 von Roos 动能算符排序下圆柱量子异质结构的三维束缚态，并比较开放与封闭边界条件。
2023-12-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.atm-clus
Metallic interfaces in a CaTiO$_3$/LaTiO$_3$ heterostructure
几乎所有的氧化物二维电子气都是在SrTiO $_3$基异质结构中形成的，而对非SrTiO $_3$系统的研究则极为罕见。在这里，我们报告的实现二维电子气的CaTiO $_3$为基础的异质结构，CaTiO $_3$ /LaTiO $_3$，外延生长一层接一层的NdGaO $_3$（110）衬底上通过脉冲激光沉积。高质量的晶体和电子结构的特点是通过原位反射高能电子衍射，X射线衍射和X射线光电子能谱。电输运的测量验证了在CaTiO $_3$ /LaTiO $_3$超晶格中二维电子气的形成。结果表明，CaTiO $_3$ /LaTiO $_3$的室温载流子迁移率比CaTiO $_3$ /YTiO $_3$高近3倍，表明TiO $_6$八面体倾斜和旋转对二维电子气载流子迁移率的影响.由于掺杂的CaTiO $_3$是一种A位极性金属，我们的研究结果提供了一个新的路线，设计新颖的A位二维极性金属。
2018-11-01 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Metal-insulator transition in type II heterostructures based on transition metal dichalcogenides
解析地解决了过渡金属二硫属化物Ⅱ型异质结中载流子间库仑相互作用的屏蔽问题。在足够高的载流子密度下，得到层间激子能量的密度依赖性。层间激子的能量在金属-绝缘体转变点趋于零。所提出的计算方案使得有可能找到这种转变的密度的温度依赖性。
2022-05-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Bipolar charge-carrier injection in semiconductor/insulator/conductor heterostructures: self-consistent consideration
建立了半导体/绝缘体/导体系统中双极载流子注入和输运过程的自洽模型，该模型在描述注入过程时考虑了空间电荷效应。注入的电荷载流子的量强烈地由接触处出现的能量势垒决定，但同时由注入的电荷载流子产生的静电势修改该注入势垒本身的高度。在我们的模型中，通过假设整个系统的电位移和电化学电势的连续性来获得自洽性。系统的成分被适当地考虑到通过它们各自的态密度分布。从我们的模型产生的后果进行了讨论的基础上的氧化铟锡/有机半导体/导体结构。计算了通过电极和有机层的载流子和电场的分布。的复合和电流-电压特性进行了分析，不同的注入势垒的高度和不同的复合率值，并与测得的电流-电压依赖性的氧化铟锡/聚（苯撑乙烯）/钙结构进行比较。不同注入势垒和复合率的复合效率的电压依赖性揭示了器件性能的最佳条件。
2008-11-26 cond-mat.mtrl-sci
Carrier-coupled ultrafast structural dynamics and interlayer energy transport of supported transition metal dichalcogenide heterostructures
University of Houston（休斯顿大学）；Nanjing University（南京大学）
利用反射超快电子衍射直接观测支撑MoS2/WS2双层异质结构及其单层的光致面外结构动力学，揭示了层间电荷转移引发的载体耦合层内原子运动，并报告了不同能量流路径及热边界电导。
2026-05-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Phonon-assisted carrier cooling in h-BN/graphene van der Waals heterostructures
作为超薄导体-绝缘体结应用于光电子器件中，需要详细研究h-BN和石墨烯究竟如何杂化。在这里，我们提出了一个全面的从头算研究的热载流子动力学的电子-声子散射在h-BN/石墨烯界面，使用石墨（散装），单层和双层石墨烯作为基准材料。与单层石墨烯相反，所有多层结构都具有促进载流子热化的低能光学声子模式。我们发现，h-BN/石墨烯界面代表了一个例外，低能光学声子和电子之间的耦合相对较弱。因此，从石墨烯已知的热化瓶颈效应在与h-BN的杂交中幸存下来，但在考虑的所有其他双层和多层情况下大大减少。此外，我们还表明，与石墨相比，双层石墨烯中的量子限制对热化时间没有显着影响，因此双层石墨烯可以作为体相对应物的极小模型。
2022-06-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Bandgap and Band Offsets Determination of Semiconductor Heterostructures using Three-terminal Ballistic Carrier Spectroscopy
利用弹道电子和空穴的三端隧道发射，我们已经开发了一种方法来自洽地测量半导体的带隙和半导体异质结的带不连续性，而无需任何先决条件的材料参数。对晶格匹配的GaAs/AlxGa 1-xAs和GaAs/（AlxGa 1-x）0.51In 0.49P单势垒异质结进行了测量。在4.2 K下测量了AlGaAs和AlGaInP的带隙，分辨率为几meV。对于GaAs/AlGaAs界面，测得的伽马带偏移比为60.4：39.6（+/-2%）。对于GaAs/AlGaInP界面，该比率随Al摩尔分数而变化，并且更多地分布在价带中。一个非单调的Al组分依赖的GaAs/AlGaInP界面处的导带偏移观察间接间隙制度。
2009-04-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Nano-optical imaging of monolayer MoSe2-WSe2 lateral heterostructure
近场光学显微镜可以作为一种可行的途径来了解低于衍射极限的纳米材料的性质。另一方面，原子厚度的二维过渡金属二硫属化物（TMD）是近年来研究载流子、光子和声子空间限制的热点材料。基于Mo或W基单层TMD的异质结构形成II型能带排列，因此光激发载流子可以容易地分离用于与光子学和电子学有关的应用。映射这些空间受限的载流子或光子在异质结构与纳米级的分辨率，以及它们的复合行为在界面上是必要的，有效地利用这些材料在未来的高性能光电子学。为了提高MoSe2-WSe2横向异质结的空间分辨率，我们对化学气相沉积（CVD）法生长的MoSe2-WSe2横向异质结进行了针尖增强光致发光（TEPL）成像。近场纳米PL发射图被用来区分不同的晶界的存在和界面上的异质性。这种方法显著提高了二维材料的纳米级分辨率，特别是对于理解异质界面附近的PL发射特性。
2017-11-30 cond-mat.mtrl-sci
Tunable metal-insulator transition in double-layer graphene heterostructures
我们报道了一个双层电子系统，它由两个紧密间隔但电隔离的石墨烯单层夹在氮化硼中制成。对于大的载流子密度在一个层，相邻层不再表现出最小的金属导电性在中性点，其电阻率在低温下发散。这种发散可以通过磁场或通过降低相邻层中的载流子密度来抑制。我们认为，所观察到的本地化是内在的中性石墨烯与通用的障碍，如果金属电子空穴水坑被筛选出来。
2011-12-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Modulation of Quantum Transport in Complex Oxide Heterostructures with Proton Implantation
National University of Singapore（新加坡国立大学）；Centre for Ion Beam Applications (CIBA), Department of Physics, National University of Singapore（新加坡国立大学物理学院离子束应用中心）；Leibniz International Joint Research Center of Materials Sciences of Anhui Province, Institutes of Physical Science and Information Technology, Anhui University（安徽大学物理科学与技术研究院安徽省材料科学 Leibniz 国际联合研究中心）；Stony Brook Institute at Anhui University, Anhui University（安徽大学石溪研究所）
本文提出利用质子注入作为精确工具调控SrTiO3基异质结构的界面输运，揭示了低通量下电荷掺杂主导和高通量下无序散射主导的非单调演化，为界面量子态的可控工程提供了新范式。
2025-11-03 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Thermally excited multi-band conduction in LaAlO3/SrTiO3 heterostructures exhibiting magnetic scattering
在具有26个LaAlO 3晶胞的LaAlO 3/SrTiO 3异质结构的界面处的载流子的磁输运测量显示霍尔电阻和磁阻，其在低温和高温下由类电子载流子的单通道描述。在中间温度下，我们观察到非线性霍尔电阻和正磁阻，建立至少两个电子类通道具有显着不同的迁移率和载流子浓度的存在。这些通道被分开6毫电子伏的能量和它们的温度依赖的职业和迁移率是负责观察到的界面的传输特性。我们观察到，其中一个通道具有随温度降低而降低的迁移率，这与该通道中的磁散射一致。
2013-11-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Remote free-carrier screening to boost the mobility of Fröhlich-limited 2D semiconductors
范德华异质结构提供了一种通用工具，不仅可以保护或控制，还可以增强2D材料的性能。我们使用从头计算和半解析模型来寻找策略，提高异质结构内的载流二维半导体的流动性。从金属“屏蔽”层的自由载流子屏蔽远程抑制载流层中的电子-声子相互作用。这个概念在二维半导体中是最有效的，其散射主要是由可屏蔽的电子-声子相互作用，特别是与偏振光声子的Fröhlich耦合。这种材料是常见的，其特征在于在小掺杂极限下的整体低迁移率，并且当2D材料被掺杂到足以使电子-声子相互作用被其自身的自由载流子屏蔽时，迁移率要高得多。我们使用GaSe作为原型，并将其放置在掺杂石墨烯作为“屏蔽”层和BN作为隔离物的异质结构中。我们开发了一种方法来确定任何异质结构的静电响应结合密度泛函微扰理论计算的各个层的响应。从石墨烯的远程屏蔽可以抑制长波长的Fröhlich相互作用，导致对于从$10^{11}$到$10^{13}$ cm $^{-2}$的GaSe中的载流子密度，在$500$到$600$ cm $^2$ /Vs附近的一致的高迁移率。值得注意的是，低掺杂迁移率提高了2.5倍。这种远程自由载流子屏蔽比介电环境的更常规的操纵更有效，并且当隔离物（BN）薄时最有效。
2021-02-15 cond-mat.mtrl-sci
Anisotropic carrier dynamics in a laser-excited Fe$_{1}$/(MgO)$_{3}$(001) heterostructure from real-time time-dependent DFT
采用含时密度泛函理论（TDDFT）在实时域研究了飞秒光脉冲与Fe $_{1}$ /（MgO）$_{3}$（001）金属/氧化物异质结的相互作用.我们系统地研究了电子激发随激光频率、峰值功率密度和偏振方向的变化。而自旋轨道耦合仅导致磁化强度随时间变化的小幅度降低（小于10%），我们发现在对面内和面外偏振光的响应中存在显著的各向异性，其根据激发能定性地改变其特性：Fe层在低频下通过面内偏振光有效地寻址，而对于高于MgO带隙的频率，我们发现中心MgO层对交叉平面偏振光的响应特别强。对于电荷转移带隙和MgO带隙之间的激光激发，界面起着最重要的作用，因为它介导从MgO的价带到接近费米能级以上的Fe的$3d$态以及从费米能级以下的Fe态到MgO的导带的协同跃迁。由于这些转变可以同时发生，从而改变层的电荷平衡，因此它们可能潜在地导致受激载流子有效地转移到MgO块体中，其中相应的电子和空穴状态可以通过显著大于光子能量的能量分离。
2022-05-06 cond-mat.mtrl-sci
Robustness of momentum-indirect interlayer excitons in MoS2/WSe2 heterostructure against charge carrier doping
本研究发现MoS2/WSe2异质结构中的Q-Gamma动量间接层间激子对电子掺杂具有鲁棒性，Cs掺杂引发电荷转移但仅产生10 meV微小能量偏移，使其在室温高载流子密度发光器件中具应用潜力。
2023-04-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
AlGaN/GaN asymmetric graded-index separate confinement heterostructures designed for electron-beam pumped UV lasers
我们提出了一个未掺杂的AlGaN/GAN分别限制异质结设计为电子束泵浦的紫外激光器的研究。讨论了自发极化和压电极化对载流子扩散的影响，并将阴极发光的结果与电子模拟的能带结构和电子轨迹的Monte Carlo计算结果进行了比较。使用非对称渐变折射率单独限制异质结构（GRINSCH）显著改善了载流子收集。梯度层避免了异质结构中极化差异引起的势垒，并用作应变过渡缓冲区，其降低了有源区的镶嵌性和自发发射的线宽。
2021-03-16 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph physics.optics
Photo-thermionic effect in vertical graphene heterostructures
寻找克服传统半导体器件局限性的替代光电机制对于探测和收集低能光子至关重要。一种非常有前途的方法是从由于光吸收而添加到自由电子浴的热能驱动电流。这一策略的成功实施需要一个宽带吸收器，其中载流子之间的相互作用比声子更强烈，以及能量选择性接触，以提取多余的电子热。在这里，我们表明石墨烯-WSe 2-石墨烯异质结构器件通过光电子效应提供了这种可能性：石墨烯中吸收的光子能量有效地转移到电子浴中，导致热化的热载流子分布。能量高于石墨烯和WSe 2之间肖特基势垒的载流子可以在势垒上方发射，从而产生光电流。我们的实验表明，光电子效应，使子带隙光子的检测，同时尺寸可扩展，电可调，宽带和超快。
2016-06-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Two-dimensional electron systems in perovskite oxide heterostructures: Role of the polarity-induced substitutional defects
在钙钛矿氧化物如LaAlO 3和SrTiO 3的界面处的二维电子系统（2DES）的发现激发了在利用这种类型的氧化物异质结构设计界面功能方面的巨大努力。然而，它的基本起源仍然不清楚，例如共存的界面导电性和磁性的微观机制。在这里，我们报告了一个全面的光谱调查的深度剖面的2DES相关的Ti 3D界面载流子使用深度和元素的特定技术，驻波激发光电子能谱和共振非弹性散射。我们发现，一种类型的Ti 3d界面载流子，这引起的2DES是位于3个单位电池从n型界面的SrTiO 3层。出乎意料的是，另一种类型的界面载流子，这是极性诱导的Ti-on-Al反位缺陷，存在于相对的LaAlO 3层（~10 Ω）的前3个晶胞中。我们的研究结果提供了一个微观图片的本地化和移动Ti 3d界面载流子分布在整个接口，并建议在LaAlO 3/SrTiO 3接口的2DES和2D磁性有不同的解释，起源于不同类型的接口载流子。
2020-10-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Observation of ultrafast interfacial Meitner-Auger energy transfer in a van der Waals heterostructure
原子薄的层状范德华异质结构具有奇异的和涌现的光电特性。随着人们对这些新型量子材料的兴趣越来越大，对基本界面耦合机制的微观理解具有重要意义。在这里，使用多维光电子能谱，我们提供了一个超快层间电子和能量转移的单层WSe $_2$ /石墨烯异质结构的层和动量分辨视图。根据光学制备状态的性质，我们发现不同的主要转移机制：而电子注入从石墨烯到WSe $_2$后，观察到的准自由热载流子在石墨烯层的光激发，我们建立了一个界面迈特纳-俄歇能量转移过程中的激子在WSe $_2$的激发。通过分析激发态载流子的时间-能量-动量分布与速率方程模型，我们区分这两种类型的界面动力学，并确定WSe $_2$中的激子的超快转换到石墨烯中的价带跃迁。微观计算发现界面偶极-偶极耦合的Meitner-Auger能量转移占主导地位的传统Förster和Dexter型的相互作用，与实验观察一致。这里揭示的能量转移机制可能使新的热载流子为基础的设备概念与范德华异质结构。
2022-05-29 cond-mat.mtrl-sci
Absorption and emission modulation in MoS2-GaN (0001) heterostructure by interface phonon-exciton coupling
基于层状二维过渡金属二硫属化物（TMD）与氮化镓（GAN）界面的半导体异质结构是实现宽带光发射器和吸收器的优良材料系统。极性半导体如GAN的表面性质由界面声子控制，因此垂直异质结构的光学性质强烈依赖于界面激子-声子耦合。在单层MoS 2-GAN（0001）异质结构中，由于界面声子与光生载流子的耦合，观察到异质结构中不同拉曼模式的起源和激活。这种耦合强烈地影响了MoS 2的非平衡吸收特性和两种半导体的发射特性。采用密度泛函理论（DFT）计算了界面的能带排列，发现界面为I型异质结构。MoS 2在K点处的带间跃迁的光激发强烈地调制MoS 2中的C激子带。GAN的吸收带和发射带与MoS 2的吸收带的重叠引起了能量和电荷在界面上的转移，并在Γ点处产生光激发。利用瞬态光抽运-探测光谱技术，在GAN衬底上的MoS 2中观察到激子吸收态的强调制。载流子与声子和缺陷态的相互作用导致了GAN衬底上MoS 2发光的增强和蓝移。我们的研究结果表明，声子和载流子之间的界面耦合的光学和电子应用的发展的相关性。
2019-06-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
High Current Density Vertical Tunneling Transistors from Graphene/Highly-Doped Silicon Heterostructures
石墨烯/硅异质结构作为用于各种电子和光子器件的新平台，如势垒电阻器、太阳能电池、光调制器和化学传感器，引起了极大的兴趣。迄今为止的研究主要集中在石墨烯和轻掺杂硅之间的结上，其中肖特基势垒被认为是载流子传输过程的主导因素。在这里，我们报告了一个系统的调查之间形成的异质结石墨烯和高掺杂硅载流子输运。通过改变硅掺杂水平和测量温度，我们表明，通过原生氧化物的隧穿效应的石墨烯/p++-Si异质结的载流子输运占主导地位。我们进一步证明，隧道电流可以有效地调制的外部栅极电场，导致在垂直隧穿晶体管。得益于高掺杂硅的大态密度，我们的隧穿晶体管可以提供超过20 A/cm 2的电流密度，比以前的石墨烯/绝缘体/石墨烯隧穿晶体管在相同的开/关比下高出约两个数量级。
2015-12-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Mapping the intrinsic photocurrent streamlines through micromagnetic heterostructure devices
本研究通过扫描光电压显微镜可视化钇铁石榴石微磁异质结构中的本征电荷电流流线，并借鉴Clark Y翼型设计出电翼器件，实现了对电子电荷流动的精确调控与空间映射。
2024-03-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Electronic and optical properties of SnX2(X=S, Se)-InSe van der Waals heterostructures from first- principle calculations
在这项工作中，从第一性原理模拟，我们调查双层范德华异质结（vdWh）的新兴的2维（2D）光学材料SnS 2和SnSe 2与单层InSe。采用密度泛函理论（DFT）计算方法研究了SnX 2（X=S，Se）-InSevdWh的结构、电子、光学和载流子输运性质.计算结果表明，SnX 2 -InSe在其最稳定的堆垛形式（AB-1）下是一种具有小（0.6- 0.7eV）间接带隙的材料。双层vdWh显示出宽光谱光学响应，在红外到可见光区域具有多个峰。在载流子输运性质方面，观察到电导的不对称性相对于传输方向和电子和空穴传输。从纳米电子学和光子学的角度来看，这些发现是有希望的。
2019-05-21 cond-mat.mtrl-sci
Charge inhomogeneities and transport in semiconductor heterostructures with a manganese $δ$-layer
我们从实验和理论上研究了半导体异质结构中的无序，非线性屏蔽和磁性的影响，其中包含一个$δ$层的Mn，其中的载流子被限制在一个量子阱内，因此铁磁性和运输是二维（2D）和定性不同于他们的散装同行。在金属和绝缘结构中观察到的电阻异常可以解释为显著铁磁相关性的特征。绝缘样品是最有趣的，因为它们可以给我们提供有价值的见解铁磁性的机制，在这些异质结构。在低的载流子密度，我们展示了如何无序和非线性屏蔽的相互作用，可以导致在组织的二维传输通道中的载流子到由绝缘屏障分离的电荷滴。基于这样一个液滴图片，并包括磁关联的影响，我们分析了这组液滴的输运性质，将其与实验数据进行比较，发现模型计算和实验之间有很好的协议。我们的分析表明，在由Mn掺杂的2D异质结构$δ$的电阻的温度依赖性中观察到的峰或肩状特征明显低于居里温度$T_{C}$，这与三维情况不同，在三维情况下，它位于$T_{C}$之上并接近于该温度。我们还讨论了我们的描述的后果，为理解所研究的异质结构中的铁磁性的机制。
2010-12-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Optically excited multi-band conduction in LaAlO3/SrTiO3 heterostructures
具有10 nm厚的LaAlO 3膜的导电LaAlO 3/SrTiO 3界面的低温电阻在用能量高于SrTiO 3带隙的光照射后降低超过50%。我们解释了我们的观察光激发的一个额外的高迁移率的电子通道，这是空间上分离的光激发的空穴。照明后，我们测量一个强烈的非线性霍尔电阻，这是由光激发载流子的浓度和迁移率。这可以在双载流子模型内解释，其中除了在照射之前存在的低迁移率电子沟道之外，照射还产生高迁移率电子沟道。
2012-11-20 cond-mat.mtrl-sci
Raman and fluorescence contributions to resonant inelastic soft x-ray scattering on LaAlO$_3$/SrTiO$_3$ heterostructures
利用高分辨共振非弹性软X射线散射（RIXS）技术对LaAlOPDMATHABMN/SrTiOPDMATHABMN异质结构界面上的Ti3PDMATHABMM载流子进行了详细的研究，重点研究了覆盖层厚度和氧空位对界面载流子的影响.我们的测量结果表明，存在的界面Ti 3 $d$电子已经低于临界厚度的导电性和增加的总界面电荷的LaAlO $_3$覆盖层厚度的6个单元电池之前，它的水平。通过比较化学计量比和氧缺陷样品，我们观察到强的氧空位掺杂的Ti3 $d$电荷载流子. RIXS数据结合光电子能谱学和传输测量表明，同时存在本地化和巡回载流子。然而，与之前的解释相反，研究表明，无法从依赖于激发能的RIXS测量中的拉曼峰和荧光峰的相对强度推导出基态中局域和流动Ti $3d$电子的相对量。相反，我们将拉曼或荧光信号的观察归因于RIXS激发过程中达到的中间态的空间延伸。
2017-05-29 cond-mat.mtrl-sci
Deep-ultraviolet electroluminescence and photocurrent generation in graphene/hBN/graphene heterostructures
六方氮化硼（hBN）是一种具有约5.96 eV宽带隙的范德华半导体。尽管hBN具有间接带隙特性，但由高能电子或光子激发的载流子通过强电子-声子相互作用在深紫外（DUV）频率下有效地发射发光，这表明潜在的DUV发光器件应用。然而，迄今为止，来自hBN的电致发光尚未在DUV频率下得到证实。在这项研究中，我们报告了室温下石墨烯/hBN/石墨烯异质结构的DUV电致发光和光电流产生。从石墨烯电极到hBN的带边缘中的隧穿载流子注入使得能够在DUV频率下实现突出的电致发光。另一方面，在DUV激光照射和外部偏置电压下，石墨烯电极有效地收集hBN中的光激发载流子，这产生高光电流。激光激发显微光谱表明，异质结构中的辐射复合和光生载流子激发过程主要源于hBN的原始结构和层错。我们的工作为基于hBN的高效深紫外光发射和检测器件提供了一条途径。
2021-12-01 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Van der Waals engineering of ultrafast carrier dynamics in magnetic heterostructures
本文利用时间分辨角分辨光电子能谱和密度泛函理论，研究了MnBi$_2$Te$_4$/Bi$_2$Te$_3$磁性异质结的超快载流子动力学，揭示了层间电荷转移与层内声子散射的竞争机制，为调控范德瓦尔斯体系中的超快电荷转移提供了新方法。
2024-11-20 cond-mat.mtrl-sci
Observation of Ultrafast Interfacial Exciton Formation and Recombination in Graphene/MoS2 Heterostructure
在这项研究中，我们结合时间分辨太赫兹光谱与瞬态吸收光谱，重新审视层间非平衡载流子动力学在很大程度上横向尺寸的Gr/MoS 2异质结构与化学气相沉积方法制造。我们的实验结果表明，当光子能量低于MoS 2单层的A激子时，热电子从石墨烯到MoS 2的转移在小于0.5ps的时间尺度内发生，导致异质结构中界面激子的超快形成，随后界面激子的复合弛豫发生在~18 ps的时间尺度内.提出了一个考虑石墨烯中载流子加热和光门效应的新模型来估算异质结中的载流子转移量，该模型与实验结果吻合较好。此外，当光子能量与MoS 2的A激子共振时，MoS 2中的光生空穴在0.5ps内转移到石墨烯层，导致界面激子的形成，随后的石墨烯光电导弛豫和MoS 2中A激子的漂白恢复发生在约10 ps的时间尺度，归因于界面激子的复合。共振激发下界面激子的更快复合时间可能来自于带隙重整化效应引起的界面势垒的降低。我们的研究为深入理解石墨烯基异质结构中的界面电荷转移以及弛豫动力学提供了深刻的见解，这对于石墨烯基光电子器件的应用具有重要意义。
2022-03-21 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Determination of Carrier Polarity in Fowler-Nordheim Tunneling and Evidence of Fermi Level Pinning at the Hexagonal Boron Nitride / Metal Interface
六方氮化硼（h-BN）是二维异质结构器件的重要绝缘衬底，具有与SiO2相当的高介电强度。在这里，我们报告了它们的物理性质的两个明显差异。第一个是费米能级钉扎发生在金属/h-BN界面，不同于在金属/SiO2界面。第二个是Fowler-Nordheim（F-N）隧穿h-BN的载流子是空穴，这与SiO2的情况下的电子相反。这些独特的特性通过在石墨烯/h-BN/金属异质结构器件中的I-V测量借助于数值模拟来验证，其中石墨烯的势垒高度可以由背栅电压调制，这是由于其低的态密度。此外，从使用各种金属的系统研究中，证实了空穴F-N隧穿电流是一般特性，因为金属的费米能级被钉扎在距离h-BN的导带顶部约3.5 eV的小能量范围内，钉扎因子为0.30。在h-BN/金属界面处的准确能带对准为2D异质结构器件提供了实用知识。
2018-07-18 cond-mat.mtrl-sci
Weak antilocalization and zero-field electron spin splitting in AlGaN/AlN/GaN heterostructures with a polarization induced two-dimensional electron gas
在AlGaN/AlN/GAN二维电子系统中，载流子密度由持续光电导效应控制，利用量子干涉对电导的修正，研究了自旋轨道耦合.所有研究的样品表现出弱的反局域化功能与自旋轨道场约1.8 mT。从弱反定域测量中提取的零场电子自旋分裂能与费米波矢成线性关系，有效线性自旋轨道耦合参数为5.5 × 10 ^{-13} eV·m。从我们的测量中提取的自旋轨道时间在本实验的载流子密度范围内从0.74到8.24 ps变化。
2006-08-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Mapping Rashba and Dresselhaus spin-orbit interactions to inversion asymmetry in perovskite oxide heterostructures
该研究针对钙钛矿氧化物异质结构，通过模拟LaAlO₃|SrIrO₃|SrTiO₃异质结构，揭示了反转不对称性性质与Rashba/Dresselhaus自旋轨道相互作用的映射关系，为反铁磁自旋电子学技术提供理论指导。
2025-02-11 cond-mat.mtrl-sci
Universal Scaling Laws in Schottky Heterostructures Based on Two-Dimensional Materials
我们确定了一个新的普遍性，在二维（2D）材料为基础的肖特基异质结的载流子输运。我们发现，反向饱和电流（$\mathcal{J}$）的规模普遍与温度（$T$）作为$ \log(\mathcal{J}/T^β) \propto -1/T$，与$β= 3/2$横向肖特基异质结构和$β= 1$垂直肖特基异质结构，在广泛的二维系统，包括非相对论电子气，Rashba自旋电子系统，单层和少层石墨烯，过渡金属二硫属化物和拓扑固体薄膜。这种普适性源于电子过程和面内载流子动力学之间的强耦合。我们的模型解决了一些相互矛盾的结果，从以前的作品，并与最近的实验。在过去的60年中，经典二极管方程广泛使用，通用的标度定律标志着$β=2$标度的崩溃。我们的研究结果将提供一个简单的分析缩放提取的肖特基势垒高度的二维材料为基础的异质结构，从而铺平了道路，为纳米级界面物理和应用器件工程的基本理解。
2018-07-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Spatial Mapping of Electrostatics and Dynamics across 2D Heterostructures
原位电子显微镜是理解二维结构中驱动新现象的机制的关键工具。不幸的是，由于各种实际的挑战，技术相关的2D异质结证明具有挑战性的电子显微镜解决。在这里，我们使用微分相衬成像技术，建立一个方法，用于探测局部静电场在电操作与纳米级精度在这样的材料。我们发现，通过结合一个传统的DPC设置与高通滤波器，我们可以在很大程度上消除从短程原子势发出的电波动。利用该方法，先验电场期望可以直接与实验导出的值进行比较，以容易地识别不均匀性和潜在的问题区域。我们使用该平台来分析hBN和MoS 2层之间的电场和电荷密度分布。
2021-04-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
