Design of Sn-doped cadmium chalcogenide based monolayers for valleytronics properties
本文设计了Sn掺杂的CdX（X=S、Se、Te）六方平面单层，发现Sn掺杂显著增强谷处自旋劈裂并提高Berry曲率，且材料稳定、合成可行，适合谷电子学应用。
2023-08-11 cond-mat.mtrl-sci
First Principles Investigation of Transition Metal Doped WSe$_{2}$ Monolayer for Photocatalytic Water Splitting
光催化分解水是一种很有前途的可再生能源，可替代有限的化石燃料。从太阳能到氢燃料的转换效率主要取决于材料。以前，研究人员研究了不同的TMD，如WS $_{2}$和PdSe $_{2}$。这些材料在某些方面表现良好，例如强的吸附稳定性和有希望的HER能力，但是它们的带隙仍然不理想。本论文研究了一种新型的TMD材料WSe $_{2}$，它是目前用于异质结构光催化剂的新型TMD材料。据我们所知，这是第一次评估使用过渡金属掺杂的WSe $_{2}$作为潜在的光催化分解水的光催化剂。使用第一性原理计算，我们评估了原始WSe 2以及Cr、Mo、Ta和Re掺杂的WSe $_{2}$的带隙和其他光催化能力。与以前研究的TMD材料相比，我们新研究的三种材料（原始的、Mo掺杂的和Ta掺杂的WSe $_{2}$）表现出更理想的带隙，其更接近于理想的（1.23 eV）;我们的材料的带边位置也更接近于H $^{+}$ /H $_{2}$的理想还原电势和O $_{2}$ /H $_{2}$ O的理想氧化电势。此外，Mo和Ta掺杂的WSe $_{2}$单层经历放热过程，表明稳定的单层。在所选的三种材料中，原始的WSe $_{2}$表现出最强的吸水能力。我们的研究结果证实了原始的，Mo掺杂，和Cr掺杂的WSe $_{2}$作为潜在的光催化剂用于水裂解。
2022-01-02 cond-mat.mtrl-sci
Doping Concentration Modulation in Vanadium Doped Monolayer Molybdenum Disulfide for Synaptic Transistors
掺杂是改变二维材料电子性质并赋予其新功能的有效方法。然而，在2D材料中，具有大尺度均匀性的替代掺杂浓度的宽范围控制仍然具有挑战性。在这里，我们报告了原位化学气相沉积生长的钒（V）掺杂的单层二硫化钼（MoS 2）具有广泛的可调掺杂浓度范围从0.3至13.1原子%。调节掺杂浓度的关键在于使用合适的具有不同掺杂能力的V前驱体，这也产生了大范围的均匀掺杂效应。首次采用重掺杂MoS_2作为沟道材料制备了人工突触晶体管。突触增强，抑郁症和重复学习过程中模仿的栅极可调沟道电导的变化，在这样的晶体管具有丰富的V原子捕获/脱陷电子。这项工作显示了一种可行的方法来掺杂单层2D半导体，并展示了它们在人工突触晶体管中的用途。
2021-03-23 cond-mat.mtrl-sci
Relaxation and darkening of excitonic complexes in electrostatically-doped monolayer semiconductors: Roles of exciton-electron and trion-electron interactions
我们提出了单层WSe $_2$中的光致发光测量，指出了带电粒子和激子复合物之间相互作用的重要性。理论分析突出了交换散射所发挥的关键作用，指的情况下，其中的颗粒组成的复杂的变化后的相互作用。例如，交换散射使单层WSe $_2$中的亮激子复合物变暗，这是由于该材料中的独特谷自旋构型。除了热激子复合物与电子或空穴相互作用后的超快能量弛豫外，我们的分析还揭示了这种单层半导体光致发光中常见的几个关键特征。特别地，我们可以理解为什么当单层是空穴掺杂而不是电荷中性或电子掺杂时，中性亮激子的光致发光强度最强。或者是电子一加到单层上，带负电荷的激子（trions）的光致发光强度就急剧增加的原因。为了自洽地解释这些发现，我们进一步研究了不同激发能下的光致发光光谱，并分析了难以捉摸的间接激子的行为。
2021-10-02 cond-mat.mtrl-sci
Tuning the Magnetic and Electronic Properties of Monolayer VI3 by 3d Transition Metal Doping: A First-Principles Study
具有强磁性的二维材料在自旋电子学中有着广阔的应用前景，引起了人们极大的关注。最近，本征铁磁三碘化钒（VI 3）已被实验合成。为了提高其自旋电子学性能，我们对VI 3进行了间隙掺杂，并用第一性原理计算研究了VI 3和3d过渡金属（TM）掺杂的VI 3单层膜的几何结构、形成能、电子性质和磁性.在八种过渡金属（Sc-、Ti-、V-、Cr-、Mn-、Fe-、Co-和Ni-）掺杂的VI 3材料中，其中四种（Ti-、V-、Mn-和Ni-掺杂的VI 3）显示出在费米能附近具有全自旋极化的稳健磁性。我们的研究表明，Ti掺杂的VI 3导致半金属半导体特性（HMS），而V掺杂的VI 3和Ni掺杂的VI 3导致半半导体特性（HSC）。令人惊讶的是，Mn掺杂的VI 3表现出不寻常的双极磁性半导体性质（BMS）。这种强铁磁性和100%自旋极化与半金属、半导体或双极半导体性质的独特组合使得3d TM掺杂的VI 3成为下一代半导体自旋电子应用的潜在候选者。这些自旋极化材料将是非常有用的自旋电流产生和其他自旋电子应用。
2021-09-25 cond-mat.mtrl-sci
High-performance monolayer MoS2 field-effect transistor with large-scale nitrogen-doped graphene electrodes for Ohmic contact
有限的肖特基势垒和单层MoS 2与电极之间的大接触电阻是发展高性能场效应晶体管（FET）的主要瓶颈，阻碍了低温下谷自旋输运等本征量子行为的研究。已经开发了栅极可调石墨烯电极平台以改善MoS 2 FET的性能。然而，原始石墨烯的功函数与MoS 2的导带之间的固有不对准导致FET的大阈值电压，因为仅在非常高的栅极电压和载流子浓度（~1013 cm-2）下观察到欧姆接触行为。在这里，我们提出了高性能的单层二硫化钼场效应晶体管欧姆接触在适度的栅极电压通过使用化学气相沉积（CVD）氮掺杂的石墨烯具有高的本征电子载流子密度。CVD氮掺杂石墨烯和单层MoS 2混合FET平台在零栅极电压下表现出-54.2V的大的负偏移阈值电压和无势垒欧姆接触。与原始石墨烯电极平台相比，氮掺杂石墨烯的透明接触导致单层MoS 2 FET的导通电流提高了214%，场效应载流子迁移率提高了四倍。输运测量以及热退火前后的拉曼和X射线光电子能谱学分析表明，CVD氮掺杂石墨烯中的原子C-N键合是电子掺杂的主导效应。大规模的氮掺杂石墨烯电极为高性能器件的开发和独特量子行为的研究提供了一个很有前途的器件平台。
2019-07-18 cond-mat.mtrl-sci
Absence of a Band Gap at Interface of a Metal and Highly Doped Monolayer $MoS_2$
与半导体过渡金属二硫属化物（TMDC）如$MoS_2$的高质量电接触是解锁其独特的电子和光电性质以用于基础研究和器件应用的关键。尽管进行了大量的实验和理论努力，但与掺杂TMDC的可靠欧姆接触仍然是难以捉摸的，并且将受益于对金属-TMDC界面的基础物理的更好理解。在这里，我们提出了测量原子尺度的能带图之间的各种金属和重掺杂单层$MoS_2$使用超高真空扫描隧道显微镜（UHV-STM）的结。我们的测量结果表明，这些结的电子特性是由2D金属诱导间隙态（MIGS）。这些MIGS的特征在于在金属-半导体界面的2 nm内的$MoS_2$的局部态密度（L-DOS）中的空间增长的测量间隙。它们的衰减长度从中间带隙附近的最小值~0.55 nm延伸到带边附近的2 nm，并且对于Au、Pd和石墨接触几乎相同，表明这是单层半导体的普遍性质。我们的研究结果表明，即使在重杂质半导体，MIGS的存在设置电接触的极限。
2017-10-16 cond-mat.mtrl-sci
Itinerant Ferromagnetism in p-doped Monolayers of MoS2
利用密度泛函理论研究了在半导体MoS2的单分子膜中引入空穴到形成价带顶部的Mo 4d带中诱导杂质带铁磁性的可能性.一个大的面外各向异性被发现为未成对的自旋绑定到替代受体杂质V，Nb和Ta的铁磁耦合，但最短的分离。使用分离依赖的交换相互作用作为输入的Monte Carlo计算，我们估计作为杂质浓度的函数的有序温度。对于约9%的V杂质，居里温度超过160 K的预测。在短的分离，限制了订购温度的单重态形成的解释，我们建议如何可以规避。
2019-06-25 cond-mat.mtrl-sci
The unexpected magnetism in 2D group-IV-doped GaN for spintronic applications
通过第一性原理计算发现，在富N条件下Ge和Sn掺杂单层GaN可形成屈曲结构并产生1 μB磁矩，而本征空位会消除磁性，为二维GaN基自旋电子学应用提供了理论指导。
2023-04-05 cond-mat.mtrl-sci
Interaction between the small gas molecules and the defective WSe2 monolayer
在这项研究中，气体分子，包括H_2O，N_2，CO，NO，NO_2和N_2O之间的相互作用，与WSe_2单分子膜含有一个Se空位（记为VSe）的理论研究。结果表明，H_2O和N_2分子在VSe表面具有很强的物理吸附能力。Se空位的存在应显着增强WSe 2单层对H2O和N2分子的传感能力。相比之下，CO和NO分子高度优选地被分子化学吸附在VSe表面上，其中非氧原子占据Se位点。此外，分子化学吸附的CO或NO的暴露的O原子可以与另外的CO或NO分子反应，以产生C掺杂或N掺杂的WSe 2单层。我们的电子结构计算表明，WSe2单分子膜是p掺杂的CO和NO分子，以及C和N原子。计算的能量表明，CO或NO分子的填充和暴露的O原子的去除由额外的CO或NO分子是能量和动力学上有利的。然而，只有NO分子和N原子掺杂的WSe2单层表现出显着改善的电子结构相比，有缺陷的WSe2单层。NO2和N2O分子将直接解离以形成具有物理吸附的NO或N2的O掺杂的WSe2。脱附物理吸附的NO或N2后，可以获得O掺杂的WSe 2单层，对于该单层，可以完全去除由于Se空位引起的缺陷能级。计算的能量表明，虽然NO2和N2O分子的解离过程是高度吸热的，但N2O解离可能需要在与室温相比升高的温度下操作，因为其能量势垒约为1 eV。
2017-06-14 cond-mat.mtrl-sci
Tunable Ferromagnetism and Thermally Induced Spin Flip in Vanadium-doped Tungsten Diselenide Monolayers at Room Temperature
过渡金属二硫属化合物（TMDs）优异的光电和谷电子性能引起了科学界的广泛关注。在TMD中诱导长程铁磁性（FM）的替代方案是通过引入磁性掺杂剂以形成稀磁半导体。增强这些半导体中的铁磁性不仅代表了现代TMD自旋电子学的关键一步，而且还可以探索新的令人兴奋的维度驱动的磁性现象。为此，我们在室温下和热诱导自旋翻转（TISF）在单层的V-掺杂WSe 2的可调铁磁性。随着钒浓度的增加，饱和磁化强度增加，并且在~4at. %钒;有史以来最高的掺杂/合金化水平达到V掺杂的WSe2单层。TISF发生在~175 K，并在向室温增加温度时变得更加明显。我们表明，TISF可以通过改变WSe 2单层内的钒浓度来操纵。我们归因于TISF的磁场和温度依赖翻转的最近的W-网站的磁矩是反铁磁耦合到的V磁矩在基态。这是完全支持最近的自旋极化密度泛函理论计算。我们的研究结果为基于原子级薄磁性半导体的新型自旋电子和谷电子纳米器件的开发铺平了道路，并刺激了在这一迅速扩大的二维磁性研究领域的进一步研究。
2020-05-01 cond-mat.mtrl-sci
Ni-doped epitaxial graphene monolayer on the Ni(111) surface
以丙烯为原料在Ni（111）表面合成了镍掺杂石墨烯，并利用扫描隧道显微镜（STM）和密度泛函理论（DFT）对其进行了研究。已经确定，镍中心是在通过化学气相沉积（CVD）和程序升温生长（TPG）在Ni（111）表面上合成石墨烯期间形成的;显然，它们总是存在于在Ni（111）上合成的石墨烯中。在STM图像中观察到的中心作为单缺陷或缺陷链，并通过DFT计算确定为碳双空位中的Ni原子。这些镍原子带正电荷，可能对单原子催化有意义。结合的Ni原子在从衬底脱离之后应当保留在石墨烯中，因为它们与石墨烯中的碳原子的结合比与衬底镍原子的结合更强。
2020-07-15 cond-mat.mtrl-sci
Light-controlled room temperature ferromagnetism in vanadium-doped tungsten diselenide semiconducting monolayers
原子薄的过渡金属二硫属化物（TMD）半导体在现代光电子器件和量子计算应用中具有巨大的潜力。通过引入少量的磁性掺杂剂在这些半导体中诱导长程铁磁性（FM），可以扩展它们在新兴自旋电子应用中的潜力。在这里，我们展示了光介导的，室温（RT）FM，在V掺杂WS 2（V-WS 2）单层。我们使用磁LC共振的原理来探测这种效应，该原理采用在射频（RF）范围内在其共振附近驱动的软铁磁Co基微丝线圈。LC谐振与异常巨磁阻抗效应的组合使得线圈对通过其芯的磁通量的变化高度敏感。然后，我们将V-WS 2单层放置在线圈的核心，在那里用激光激发，同时测量其磁导率的变化。值得注意的是，单层的磁导率被发现依赖于激光强度，从而确认在这个二维（2D）材料的RT磁性的光控制。由密度泛函计算的指导下，我们将这种现象归因于在传导和价带中存在过量空穴，以及被捕获在磁性掺杂状态中的载流子，这反过来又介导了V-WS 2单层的磁化。这些发现提供了一个独特的路线，利用光控铁磁性的低功率二维自旋电子器件能够在RT操作。
2020-07-03 cond-mat.mtrl-sci
Electronic and magnetic properties of dopant atoms in SnSe monolayer: a first-principles study
具有正交晶系Pnma GeS结构的SnSe单层膜是一种重要的二维间接带隙材料。基于第一性原理密度泛函理论计算，系统研究了X（X = Ga，In，As，Sb）原子掺杂SnSe单分子膜的电磁性质.电子结构计算结果表明，Ga掺杂体系保持半导体性质，而In掺杂SnSe单层为半金属。As和Sb掺杂的SnSe系统呈现出n型半导体的特性。此外，所有考虑的替代掺杂的情况下诱导的磁基态的磁矩为1μB。此外，计算的形成能也表明，四种类型的掺杂体系是热力学稳定的。这些结果为掺杂SnSe单层膜在二维光电子和磁性半导体器件中的潜在应用提供了一条新的途径。
2015-12-03 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Unveiling the Role of 2D Monolayer Mn-doped MoS$_2$ Material: Toward an Efficient Electrocatalyst for H$_2$ Evolution Reaction
二维（2D）单层原始MoS $_2$过渡金属二硫属化物（TMD）是研究最多的材料，因为其作为非贵金属析氢反应（HER）电催化剂的前景。先前的研究已经表明，2D MoS $_2$的基面是催化惰性的，因此，它们不能直接用于期望的应用，例如工业中的电化学HER。在这里，我们已经彻底研究了缺陷工程Mn掺杂的2D单层MoS $_2$（Mn-MoS $_2$）材料，其中Mn掺杂在原始MoS $_2$中以激活惰性基面。利用密度泛函理论（DFT）方法，对二维单层Mn-MoS $_2$的电子结构和性质进行了严格的考察，并利用周期性的二维单层Mn-MoS $_2$结构研究了材料表面的电子结构和反应途径.通过建立Mn $_1$ Mo $_9$ S $_{21}$非周期有限分子团簇模型体系，采用M06-L密度泛函方法，考虑溶剂化效应，确定反应势垒和动力学，对HER机理进行了详细的研究.我们的研究表明，二维Mn-MoS $_2$遵循最有利的Volmer-Heyrovsky反应机理，在H $_2$的演化过程中具有非常低的能垒.结果表明，Heyrovsky反应过程中自由能垒的变化约为10.34 - 10.79kcal/mol，在2D单层Mn-MoS $_2$材料的情况下，由于在HOMO和LUMO过渡态中出现的氢的s轨道和Mn原子的d轨道的重叠，Tafel斜率较低（TS 1和TS 2）的Volmer和Heyrov…
2022-06-18 cond-mat.mtrl-sci
Te Doped Indium (II) Selenide Photocatalyst for Water Splitting: A First Principles Study
石墨烯类2D材料在光催化水分解领域引起了极大的关注。硒化铟（InSe）是一种这样的潜在材料。在这里，我们报告的影响，碲对硒化铟单分子膜的光催化分解水的密度泛函计算。计算的带隙落在太阳光谱的可见光区域内，表明这些材料可以吸收大量的太阳光。态密度的计算表明，共价字符之间存在的原子，这是典型的层状系统。相对于氧化还原电位的能带排列表明，Te掺杂的InSe比原始的InSe单层更有利于氢还原反应。我们的总体结果表明，碲取代提高了光催化分解水的能力在硒化铟单层。
2016-10-02 cond-mat.mtrl-sci
Pristine and Doped MoS2 Monolayers as Potential HCN Gas Sensors: A DFT Study
Himachal Pradesh University（喜马偕尔邦大学）；IIT Mandi（印度技术学院曼迪分校）；Government Degree College Baroh（巴罗政府理科学院）；Government Degree College Bilaspur（比拉斯布尔政府理科学院）
本研究通过DFT分析发现，2P-MoS2和3Al-MoS2在HCN检测中表现出优异的吸附性和快速响应，适用于电化学和化学电阻传感及紫外光学传感器设计。
2026-01-21 cond-mat.mtrl-sci
Enhanced Valley Zeeman Splitting in Fe-Doped Monolayer MoS2
塞曼效应为自旋自由度（DOF）的磁性操纵提供了独特的机会。近年来，二维过渡金属二硫族化物在液氦温度下出现了谷塞曼分裂现象。然而，为了实现谷赝自旋的实际应用，谷自由度必须在室温下由磁场控制，这仍然是一个重大的挑战。TMD中的磁性掺杂可以增强塞曼分裂，然而，在实验上实现这一点并不容易。在这里，我们报告明确的磁操纵谷塞曼分裂在300 K（g = -6.4）和10 K（g = -11）在CVD生长的Fe掺杂的二硫化钼单层;有效的g因子可以调整到-20.7通过增加Fe掺杂剂的浓度，这代表了约五倍的增强相比，未掺杂的二硫化钼2。我们的测量和计算表明，增强的分裂和geff因子是由于局域磁矩（Fe 3d电子）通过d轨道杂化与MoS 2的Heisenberg交换相互作用。
2020-02-15 cond-mat.mtrl-sci
An investigation on electronic and magnetic properties of Cr substituted MoS$_2$ monolayer and multilayers-Hybrid functional calculations
本文利用DFT、DFT+U和HSE06杂化泛函计算，研究了Cr掺杂MoS$_2$单层与多层的电子和磁学性质，发现Cr掺杂使带隙变为间接且未诱导出磁性。
2024-03-22 cond-mat.mtrl-sci
GaAs doped by self-assembled molecular monolayers
本研究借助(NH4)2Sx溶液实现GaAs的硫单层掺杂，测得掺杂浓度、激活率等参数并确定施主能级位置，最终成功在高掺杂p型GaAs衬底上制备出p-n结。
2024-11-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Carrier Dynamics in High-density Photo-doped MoS$_2$: Monolayer vs Multilayer
本文对比研究单层与多层 MoS$_2$ 在接近 Mott 密度的高光掺杂密度下的载流子动力学，揭示整体能带结构导致的显著差异及激子解离等机制的作用。
2024-07-06 cond-mat.mtrl-sci
High temperature ferromagnetism in epitaxial monolayers of Co-doped Fe5GeTe2
University Grenoble Alpes（格勒诺布尔阿尔卑斯大学）；CNRS（法国国家科学研究中心）；CEA（法国原子能和替代能源委员会）；IRIG-Spintec（IRIG自旋技术中心）；European Synchrotron Radiation Facility（欧洲同步辐射装置）；IRIG-MEM（IRIG分子与材料物理研究所）；Synchrotron SOLEIL（SOLEIL同步辐射中心）；Institut Universitaire de France (IUF)（法兰西学院）
研究利用分子束外延合成钴掺杂Fe5GeTe2，实现对其厚度和成分精确控制。多层和单层样品分别展现高于室温及约200K的铁磁性，通过特定方法确定钴掺杂位点并揭示居里温度升高机制，表明钴掺杂增强相邻铁原子磁矩及层内铁磁交换作用。
2026-07-08 cond-mat.mtrl-sci
Origin of anomalous p-type conductivity in monolayer Fe-doped MoS2
Electron Microscopy Centre of Lanzhou University, Lanzhou University（兰州大学电子显微镜中心）；Information Materials and Intelligent Sensing Laboratory of Anhui Province, Center of Free Electron Laser and High Magnetic Field, Institutes of Physical Science and Information Technology, Anhui University（安徽大学物理科学与信息技术学院）；School of Physical Science and Technology, Lanzhou University（兰州大学物理科学与技术学院）；School of Chemistry, Faculty of Science, The University of Sydney（悉尼大学理学院化学系）；Yunnan Key Laboratory of Electromagnetic Materials and Devices, School of Materials and Energy, Yunnan University（云南大学材料能源学院）；Electron Microscopy Center, Yunnan University（云南大学电子显微镜中心）；State Key Laboratory of Solid Lubrication, Lanzhou Institute of Chemical Physics, Chinese Academy of Sciences（中国科学院兰州化学物理研究所）
单层Fe掺杂MoS2中，Fe与S相互作用形成的3FeMo-S缺陷关联导致异常p型导电性，通过STM/STS和计算验证，揭示了缺陷关联在调控二维TMDs性质中的关键作用。
2026-02-28 cond-mat.mtrl-sci
Phosphorene and Doped Monolayers Interfaced TiO$_2$ with Type-II Band Alignments: Novel Excitonic Solar Cells
磷烯（Phosphorene）是近年来通过机械剥离法分离得到的一种新型二维材料，其直接带隙约为2.0 eV，克服了石墨烯的零带隙缺点，在光电子器件中具有潜在的应用前景。构建范德华异质结构是调控能带结构、提高电荷分离效率、优化光电性能的有效途径。本文从理论上研究了三种基于理想磷烯及其掺杂单分子膜与TiO $_2$（110）表面的II型异质结构。磷烯的掺杂对内建电位、电荷转移、光吸收以及电子动力学具有可调性，这有助于优化光吸收效率。已经提出了三种基于磷烯$-$ TiO $_2$异质结的激子太阳能电池（XSC），其表现出比常规太阳能电池高几十倍的高功率转换效率，与MoS $_2$ /WS $_2$ XSC相当。含时密度泛函理论框架内的非绝热分子动力学显示6.1 $-$ 10.8 fs的超快电子转移时间和0.58 $-$ 1.08 ps的慢电子$-$空穴复合，产生用于电荷分离的$>98\%$量子效率，进一步保证XSC中的实际功率转换效率。
2015-12-05 cond-mat.mtrl-sci
Valley-Filling Instability and Critical Magnetic Field for Interaction-Enhanced Zeeman Response in Doped WSe$_2$ Monolayers
载流子掺杂的过渡金属二硫属化物（TMD）单层膜在谷电子学中引起了极大的兴趣，因为这些自旋谷锁定材料中的大塞曼响应（g因子），由多体相互作用引起。我们发展了一种基于多体微扰理论的\textit{ab initio}方法来计算载流子掺杂材料中的相互作用增强g因子。我们发现，掺杂的WSe $_2$单分子膜的g-因子增强屏蔽交换相互作用导致的磁场引起的带占有率的变化。我们的相互作用增强的g因子$g^*$与实验符合得很好。与传统的valleytronic材料（如硅）不同，g因子的增强在标准实验室可实现的临界磁场$B_c$之外消失。我们确定了$g^*$的范围，其中g因子在$B_c$的这种变化导致了填谷不稳定性和朗道能级对准，这对于掺杂TMD中的量子相变的研究是重要的。我们进一步演示了如何调整g因子和优化谷霍尔效应的谷极化。
2021-07-17 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Adsorption of CO and NO molecules on pristine, vacancy defected and doped graphene-like GaN monolayer: A first-principles study
本文利用DFT-D2计算CO和NO在原始、空位缺陷及金属掺杂GaN-ML上的吸附行为，发现N空位材料适合CO传感，N空位与Pt掺杂材料适合NO传感。
2023-06-05 cond-mat.mtrl-sci
Monolayer Vanadium-doped Tungsten Disulfide: A Room-Temperature Dilute Magnetic Semiconductor
稀磁半导体，通过取代掺杂的自旋极化过渡金属到半导体系统，使实验调制的自旋动力学的方式，持有新的磁电或磁光器件的巨大希望，特别是二维系统，如过渡金属dichalcogenides，强调相互作用和激活谷自由度。二维磁性的实际应用可能需要室温操作、空气稳定性以及（对于磁性半导体）实现最佳掺杂水平而不发生掺杂剂聚集的能力。在这里，我们描述了室温铁磁秩序在半导体钒掺杂的二硫化钨单层生产的一个可靠的单步薄膜硫化方法在非常宽的范围内的钒浓度，高达12原子%，最小的掺杂剂聚集。这些单层开发的p型运输作为钒掺入的函数，并迅速达到双极性。铁磁性在几个原子百分比的中间钒浓度处达到峰值，并且在更高的浓度下降低，这与由于在更近的钒-钒间距处的轨道杂化而导致的淬灭一致，如由透射电子显微镜、磁力测定法和第一性原理计算所支持的。室温二维稀磁半导体为拓展范德瓦尔斯异质结构的功能范围，使半导体磁性二维异质结构进入实际应用领域提供了一种新的器件。
2020-05-05 cond-mat.mtrl-sci
Doped Mott phase and charge correlations in monolayer 1T-NbSe$_2$
本研究在单层1T-NbSe$_2$中实现了掺杂Mott相，发现通过邻近效应电子转移形成的半满与全满格点分布受竞争性非局域多体关联控制，确立了该材料作为探索阻挫晶格中高温关联物理的平台。
2024-03-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Two-dimensional plasmonic polarons in n-doped monolayer MoS2
我们报告的实验和理论证据强电子等离子体相互作用的n掺杂单层二硫化钼。角分辨光电子能谱（ARPES）测量揭示了电子光谱函数中极化子耦合的独特特征的出现。基于多体微扰理论的计算表明，电子耦合到二维（2D）载体等离子体提供了一个详尽的解释的实验光谱特征和它们的能量。这些结果构成了等离子体激元诱导的极化准粒子形成的令人信服的证据，表明高掺杂的过渡金属二硫属化物可能提供一个新的平台，探索强耦合现象之间的电子和等离子体激元在2D。
2021-04-29 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
High luminescence efficiency of multi-valley excitonic complexes in heavily doped WSe2 monolayer
University of Rochester（罗切斯特大学）；National Institute for Materials Science（物质材料研究机构）
本文研究重n掺杂WSe2单层，发现多粒子激子复合体使光致发光强度比中性态高两个数量级，量子产率在电子浓度超过10^13 cm^-2时超过50%，为高效原子级薄光发射器开辟新途径。
2025-11-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Room-temperature ferromagnetism in monolayer WSe2 semiconductor via vanadium dopant
稀磁半导体包括Mn掺杂的GaAs在栅控自旋电子学中具有很大的应用前景，但其在室温下的长程铁磁有序居里转变至今仍存在争议。本文报道了用化学气相沉积法制备的V掺杂WSe_2半导体单层膜中具有长程序的室温铁磁畴。利用磁力显微镜在360 K下观察到铁磁有序结构，同时在0.1%V掺杂浓度下保持~105的高开/关电流比。通过高分辨率扫描透射电子显微镜观察，V-取代到W位点保持5 nm的V-V分离距离而没有V-V聚集，这意味着Ruderman-Kittel-Kasuya-Yoshida相互作用（或Zener模型）通过在V掺杂的WSe 2单层中通过自由空穴载流子建立长程铁磁有序的可能性。更重要的是，铁磁顺序明显调制通过应用背栅。我们的研究结果打开了新的机会，使用二维过渡金属dichalcogenides为未来的自旋电子学。
2020-01-20 cond-mat.mtrl-sci
Electron-phonon interaction, excitations and ultrafast photoemission from doped monolayer MoS2
我们分析了电子-声子耦合对掺杂单层MoS 2光发射特性和超快响应的影响。分析是基于DFT和多体（Eliashberg理论）的方法相结合。特别地，我们计算了在不同掺杂值下系统的电子和声子谱、电子-声子耦合和电子谱函数。我们还分析了系统的发射特性和对飞秒激光脉冲的响应。结果表明，在考虑激子效应的情况下，未掺杂体系的发射峰位置与实验结果一致。掺杂系统的自能和光谱函数的结果表明，人们可以预期超快过程是重要的系统响应，这使得系统的吸引力从现代技术应用的角度来看。与石墨烯类似，掺杂系统在被fs脉冲激发时展示了电子子系统的超快（fs）弛豫，以及高的超快声子弛豫诱导的可见光发射的光谱通量。与高载流子迁移率一起，单层MoS 2的这些特征可能用于现代光电技术。
2015-01-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Non-adiabatic Kohn-anomaly in a doped graphene monolayer
我们计算，从第一性原理，E2 g，伽马声子（拉曼G带）的石墨烯的频率，作为电荷掺杂的函数。计算使用i）绝热Born-Oppenheimer近似和ii）含时微扰理论来探索超过该近似的动力学效应。这两种方法提供了非常不同的结果。而绝热声子频率对掺杂的依赖性很弱，动态声子频率则由于Kohn反常而迅速变化。绝热近似被认为在大多数材料中是有效的。在这里，我们表明掺杂的石墨烯是一个壮观的例子，这种近似悲惨地失败了。
2006-11-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Enhanced electronic and optical responses of Nitrogen- or Boron-doped BeO monolayer: First principle computation
本工作在密度泛函理论的框架下研究了氮（N）和硼（B）掺杂BeO单分子膜的电子和光学性质。众所周知，BeO单层的带隙很大，导致在宽能量范围内用于光电子器件的材料较差。我们发现，使用替代的N或B掺杂原子，可以调整带隙，并可以改善光学性能。在N（B）掺杂的BeO单分子层中，费米能略微穿过价带（导带），形成简并半导体结构。因此，N或B原子在费米能周围产生新的状态，从而增加了可见光区域中的光学电导率。此外，掺杂原子对电子结构的影响，稳定性，色散能，态密度，和光学性质，如等离子体频率，激发光谱，介电函数，静态介电常数，和电子能量损失函数进行了讨论，为不同方向的极化输入电场。
2021-08-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Two-dimensional Rare-earth Halide Based Single Phase Triferroic
二维多铁性材料由于其在纳米电子和自旋电子器件中的巨大应用潜力而备受追捧。在这里，我们预测，基于第一性原理计算，一个单相{ \it三铁性}，其中三个铁性订单，铁磁性，铁电性和铁弹性，同时共存于空穴掺杂GdCl $_2$单层（铁磁半导体）。这是通过在GdCl $_2$单层的六方结构中用Eu $^{2+}$取代1/3的Gd $^{2+}$离子来实现的。所得到的金属状态经历键心电荷有序化，驱动六方结构中的畸变，使其再次半导体化和{ \it铁弹性}。此外，伴随着晶格中心对称性的破坏的晶格畸变呈现非中心对称的电荷分布，这使得单层{ \it铁电}，同时。两个铁电性订单，铁电性和铁弹性，目前在Eu掺杂的GdCl $_2$单层被发现是强烈耦合，使其成为一个有前途的候选人的设备应用。掺杂单层保持与母单层一样具有大的4f磁矩的铁磁半导体，并且具有比其原始对应物更高的（平面外）磁各向异性能（MAE），如二维磁体所期望的那样具有高转变温度。
2022-11-04 cond-mat.mtrl-sci
Electron-doped phosphorene: A potential monolayer superconductor
通过第一性原理计算，我们预测电子掺杂磷烯是一种潜在的类BCS超导体。电子掺杂使布里渊区中心的伸缩模明显软化，产生较强的电子-声子耦合。超导性可以由高于$1.3 \times10^{14}$ cm $^{-2}$的掺杂电子密度（$n_{2D}$）引入，并且当$n_{2D}>2.6 \times10^{14}$ cm $^{-2}$时可以在液氦温度之上存在。最高临界温度高于10 K。磷烯的超导电性将极大地拓宽这种新型材料的应用。
2014-12-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
Quasiparticle and Optical Properties of Carrier-Doped Monolayer MoTe$_2$ from First Principles
该研究利用 GW 与 Bethe-Salpeter 方程第一性原理计算，揭示掺杂单层 2H MoTe$_2$ 中带隙与激子结合能的协同重整化使最低激子能量近似不变。
2023-03-21 cond-mat.mtrl-sci
Probing Many-Body Interactions in Monolayer Transition-Metal Dichalcogenides
过渡金属双硫族化合物单层结构的独特能带结构对多体相互作用有很大的影响。我们通过测量门控WSe $_2$和MoSe $_2$中中性激子（束缚电子-空穴对）的能量位移来研究这些相互作用。令人惊讶的是，虽然电子掺杂样品中的中性激子$X^0$的蓝移可以超过10-meV，但空穴掺杂样品中的蓝移几乎不存在。考虑到动态屏蔽和局部场效应，我们提出了一个透明的分析模型，阐明了谷间等离子体激元在电子掺杂条件下所发挥的关键作用。作为电荷密度的函数的$X^0$的能量移动计算显示与实验一致，其中由谷间等离子体激元的$X^0$的重整化产生了更强的蓝移在MoSe $_2$比在WSe $_2$由于其带序的差异。
2019-02-02 cond-mat.mtrl-sci
Trion induced photoluminescence of a doped MoS2 monolayer
我们表明，温度和掺杂的掺杂MoS 2单层的光致发光（PL）光谱的依赖性有几个独特的特征定义的三电子辐射衰减。虽然只有零动量激子态与光耦合，但也允许非零动量激子的辐射复合。这导致了三振子光谱峰的不对称加宽和发射光随温度升高的红移。最低能量的三电子态是暗态，这表现为PL强度的急剧非单调温度依赖性。我们的计算结合狄拉克模型的单粒子状态，参数从第一原理计算，并直接解决三粒子问题内的Tamm-Dancoff近似。数值结果很好地捕捉一个简单的模型，产生的PL光谱的温度依赖性的解析表达式。
2021-02-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Quantum emitter formation in carbon-doped monolayer hexagonal boron nitride
六方氮化硼（hBN）中的单光子发射体（SPE）是量子光产生的有希望的候选者。尽管如此，将hBN SPE的形成控制到单层极限的技术还有待证明。最近的实验和理论研究表明，hBN中可见波长的单光子发射体来源于碳相关的缺陷。在这里，我们展示了一个简单的策略，通过调节表面碳浓度的化学气相沉积生长单层hBN过程中控制SPE的创建。通过在hBN生长期间增加表面碳浓度，我们观察到碳掺杂水平对于B-C键增加了2.4倍，对于N-C键增加了1.6倍。对于相同的样品，我们观察到SPE密度从0.13增加到0.30发射体/μ m2。我们的简单方法首次在单层样品中可靠地产生hBN SPE，为先进的2D量子态工程打开了大门。
2021-10-10 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Phonon-Mediated Superconductivity near the Lattice Instability in Hole-doped Hydrogenated Monolayer Hexagonal Boron Nitride
采用密度泛函理论与局域密度近似，我们表明，完全氢化的单层六方氮化硼（H $_2$ BN）的直接带隙为2.96 eV的蓝光区，而原始的$\textit{h}$ -BN具有更宽的间接带隙为4.78 eV。空穴掺杂的H $_2$ BN在低载流子密度（$n$）下是稳定的，但在较高的$n$下变得动态不稳定。我们预测，它是一个声子介导的超导体的转变温度（$T_c$），可以达到$\sim$ 31 K在$1.5\times$ $10^{14}$空穴的$^{-2}$附近的晶格不稳定性。通过施加6%的双轴拉伸应变以及在接近新的晶格不稳定性的$^{-2}$的$3.4\times$ 10个$^{14}$孔cm的$n$处的掺杂，$T_c$可以被增强到$\sim$ 82 K。
2021-09-30 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
Tunable Magnetism and Half-Metallicity in Hole-doped Monolayer GaSe
通过第一性原理计算，我们发现空穴掺杂在单层GaSe中引起铁磁相变。随着空穴密度的增加，每个载流子的平均自旋磁矩增加，并且在磁矩开始突然下降之前，在系统处于半金属状态的情况下，在$3\times 10^{13}$ /cm $^{2}$ - $1\times 10^{14}$ /cm $^{2}$的范围内达到接近1.0 $μ_{\rm{B}}$ /载流子的平台。预测的磁性起源于交换分裂的电子状态的价带的顶部，在这个准二维系统的状态密度表现出尖锐的范霍夫奇异性。
2014-09-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Many-body exciton and inter-valley correlations in heavily electron-doped WSe$_2$ monolayers
在单层过渡金属二硫族化物半导体中，当光激发的电子-空穴对（激子）被引入到移动载流子的二维费米海中时，多体关联可以在光谱中表现出来。在低载流子密度下，带正电荷和负电荷的激子（$X^\pm$）的形成被充分记录。然而，在WSe $_2$单分子膜中，在高电子密度下出现额外的吸收共振，通常称为$X^{-\prime}$。它的起源还不清楚。在这里，我们研究了$X^{-\prime}$状态通过极化吸收光谱的静电门控WSe $_2$单分子膜在高磁场到60 T。在$K'$谷中的最低光学活性朗道能级的场诱导填充和排空导致相应光学吸收的重复猝灭。然而，令人惊讶的是，这些猝灭伴随着吸收的变化，在$K'$和$K$谷，这是未被占用的更高的躺朗道水平。这些结果在单粒子图像中是不一致的，并且证明了$X^{-\prime}$准粒子态的多体性质和谷间关联。
2022-01-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Excitonic complexes in $n$-doped WS$_2$ monolayer
我们调查的$n$掺杂WS $_2$单层嵌入在六方BN层的低温光致发光光谱中明显的发射线的起源使用外部磁场和第一性原理计算。除了中性的A激子线，所有观察到的发射线都与带负电荷的激子有关。因此，我们确定的排放由于明亮的（单重态和三重态）和黑暗的（自旋和动量禁止）负trions以及后者的光学非活性复合物的声子副本。区分了半暗三激子和负双激子。基于他们的实验提取和理论计算的$g$因子，我们确定了三个不同的家庭的排放由于激子复合物在WS $_2$：明亮，intravalley和intervalley黑暗。导带和价带中自旋分裂子带的$g$因子也被确定。
2020-12-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Understanding the origin of superconducting dome in electron-doped MoS$_2$ monolayer
该研究通过第一性原理复现了电子掺杂MoS₂单层的超导穹顶，揭示其源于Tc先随掺杂升高、后因CDWs等因素降低的过程，协调了CDWs实验观测与超导穹顶的关系。
2024-12-03 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
Monolayer Fe$_{3}$GaX$_{2}$ (X=I, Br, Sb): high-temperature two-dimensional magnets and a novel partially ordered spin state
本研究提出三种新型二维磁体Fe3GaX2 (X=I, Br, Sb)，通过电荷掺杂效应调控磁性，其中Fe3GaI2和Fe3GaBr2具有高温铁磁性（Tc达867 K和844 K），Fe3GaSb2呈现部分有序磁态，为自旋电子学提供新材料。
2024-01-09 cond-mat.mtrl-sci
Microscopic theory of exciton and trion polaritons in doped monolayers of transition metal dichalcogenides
该研究通过微观理论模拟掺杂TMDC单层在微腔中的光谱，预测了激子、三子及亮化极化子模式，并揭示基态随载流子浓度由暗转亮，提供统一描述。
2022-04-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Transition metal (group V) doping induced spin and valley polarization in MoS$_2$ monolayer
Indian Institute of Technology（印度理工学院）
通过第一性原理计算，研究V族过渡金属（V、Nb、Ta）替代掺杂MoS₂单层，发现V掺杂产生半金属性、显著谷极化和增强压电性，为自旋电子学、谷电子学和压电纳米器件提供多功能平台。
2026-05-28 cond-mat.mtrl-sci
First-principles study of the impact of As doping on the structural and electronic properties of MoS$_2$ monolayer
Echahid Cheick Larbi Tebessi University（埃查希德·谢赫·拉里·特贝西大学）
通过DFT计算研究As掺杂及空位对MoS₂单层电子性质的影响，发现缺陷引入中隙态，As掺杂可调控p/n型行为，在光催化、光伏和FET中有应用潜力。
2026-07-01 cond-mat.mtrl-sci
Predicting spin orbit coupling effect in the electronic and magnetic properties of cobalt (Co) doped WSe2 monolayer
研究采用DFT+U结合SOC，发现富硒环境下Co取代WSe₂的W位点能量有利，其磁矩约3.00 μ_B，居里温度随杂质浓度升高符合Zener模型，可用于自旋电子学等领域。
2026-08-11 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Emergence of large non-adiabatic effects induced by the electron-phonon interaction on the complex vibrational quasi-particle spectrum of the doped monolayer MoS$_{2}$
我们提出了一个全面的第一性原理分析的非绝热效应，由于电子-声子相互作用的电子掺杂单层MoS $_{2}$的振动光谱。掺杂后费米表面的深度变化导致控制自旋守恒谷间电子散射的正常模式的线宽加宽，这随着所有自旋分裂传导谷的布居而变得不稳定。我们发现，非绝热光谱效应显着修改的绝热色散的长波长光学声子模式，负责谷内散射，只要不等价的山谷得到填充。通过一个简单的分析模型说明了这些结果。最后，我们解释了一个复杂的动力学结构的出现强相互作用的面外偏振A0 1光学振动模光谱的多声子准粒子图片定义在全复频率平面的装置，表明这种有趣的光谱结构起源于分裂的原始绝热支诱导的电子-声子耦合。
2019-11-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Ab initio calculation of valley splitting in monolayer δ-doped phosphorus in silicon
由于谷分裂的电子带之间的能量的差异是至关重要的，在解释传输光谱实验的国家的最先进的量子器件定义的扫描隧道显微镜光刻。我们开发了一个平面波密度泛函理论描述这些系统，这是由于计算易处理的大小有限。然后，我们通过局部基函数开发了一个资源密集度较低的替代方案，保留了平面波描述的物理特性，并将该模型扩展到平面波方法的能力之外，以确定孤立δ层的从头计算谷分裂。在获得平面波和离域方法之间的协议，我们表明，谷分裂被高估在以前的从头计算超过50%。
2012-01-18 cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Mechanisms of Ultrafast Charge Separation in a PTB7/Monolayer MoS2 van der Waals Heterojunction
包含聚合物和二维（2D）半导体的混合维范德华异质结具有用于光电和光子应用的理想电荷分离界面的许多特性。然而，在聚合物- 2D半导体异质结界面的光电子动力学目前还没有充分理解，以指导这些应用程序的设备的优化。这份手稿是一个系统的探索的时间依赖性physical过程中发生的光激发的聚合物PTB 7和单层MoS 2之间的II型异质结的报告。特别是，从PTB 7到电子热态的MoS 2的光致电子转移发生在小于250 fs。这个过程之后是一个较慢的（1-5 ps）激子扩散限制的电子转移从PTB 7到MoS 2的产率为58%，和一个子-3-ps的光诱导空穴转移从MoS 2到PTB 7。PTB 7中激子和极化子对之间的平衡决定了电荷分离产率，而光生载流子的3-4 ns寿命受到MoS 2缺陷的限制。总体而言，这项工作阐明了超快载流子动力学在PTB 7-MoS 2接口，这将通知正在进行的努力，利用聚合物-2D半导体异质结的光伏和光电探测器应用的机制。
2018-05-24 cond-mat.mtrl-sci
Phonon-assisted Auger decay of excitons in doped transition metal dichalcogenide monolayers
本文通过求解Bethe-Salpeter方程，研究了掺杂TMDC单层中声子辅助俄歇衰变对激子非辐射寿命的影响，发现低掺杂下该通道即可与辐射衰变竞争。
2024-10-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
