Anisotropic Bi2O2Se(Te) Monolayer: Realizing Ultra-High Carrier Mobility and Giant Electric Polarization in Two-Dimension
在这里，我们已经确定了单层相的Bi 2 O2 Se作为一个有前途的二维半导体超高载流子迁移率和巨大的电极化的强度。由于强烈的重建起源于层间的静电力，我们已经应用结构预测算法来探索具有最低总能量的Bi 2 O2 Se单层的晶体几何形状。考虑到Se和Te属于同一族，基于类似的方案，我们也研究了Bi_2 O_2 Te单层膜。进一步的计算表明，单层相保持了较高的载流子迁移率，并且适度的带隙将导致在可见光区的强光吸收。特别是Bi 2 O2 Te中的电子迁移率在室温下可高达3610 cm ~ 2 V ~（-1）s ~（-1），几乎是传统过渡金属二硫属化物（TMD）族的10倍。由于其强的结构各向异性，还显示出显著的自发面内和面外电极化的强度以及显著的压电性能，使其在光伏太阳能电池、光电材料和场效应晶体管等领域具有广阔的应用前景。
2019-11-26 cond-mat.mtrl-sci
Two Dimensional Allotropes of Arsenene with Wide Range of High and Anisotropic Carrier Mobility
考虑到近年来用于制造2D材料的实验技术的快速发展，期望在不久的将来实验实现各种单层。受蜂窝状单分子膜研究的启发，利用第一性原理计算研究了非蜂窝状和多孔同素异形单分子膜的稳定性和载流子迁移率.除了五个蜂窝结构的砷烯，共八个其他结构被认为是在这项研究中。一个广泛的分析，包括能量，声子谱和力学性能证实，这些结构是能量和动态稳定。所有这些结构都是半导体，其带隙范围从约1 eV到约2.5 eV不等。值得注意的是，这些单层同素异形体具有高达几百cm^{2}V^{-1}s^{-1}的各向异性载流子迁移率，这与众所周知的2D材料如黑色磷烯和单层MoS_{2}相当。结合这种宽带隙和优越的载流子迁移率，这些单层同素异形体可以是下一代纳米器件的优越性能的有希望的候选者。我们进一步探索了这些单层同素异形体的光催化水分解，发现砷烯单分子膜具有潜在的可见光驱动的光催化水分解的用途。
2018-11-23 cond-mat.mtrl-sci
High anisotropic inserted dendritic growth during first stage of Zn monolayer deposition on Ag(111) substrate
利用俄歇电子能谱、低能电子衍射和扫描隧道显微镜研究了室温下Zn在Ag（111）衬底上的亚单层物理层沉积。我们确定了一个原始的锌高度各向异性结构的形状指状插入枝晶前面的锌单层生长。在STM观察的基础上，提出了插入枝晶生长的机制及其向层状生长转变的机制。
2021-05-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Regulation of electronic structures in ReSeS monolayer with anisotropic deformations
本文通过第一性原理计算研究具有Janus结构的ReSeS单层，发现各向异性形变可调控其电子结构、金属性、有效质量及光谱响应，为可调控光电器件设计提供理论基础。
2025-02-09 cond-mat.mtrl-sci
Tunable ferroelectricity and anisotropic electric transport in monolayer $β$-GeSe
低维铁电性由于其在器件应用中的巨大潜力而引起了人们的极大关注。在这里，基于第一性原理计算，我们预测的存在自发的平面内的电极化和铁电性的单层$β$ -GeSe，一个多晶型的GeSe与船构象在实验中新合成的。极化强度约为$0.16$ nC/m，与最近实验研究的单层SnTe的极化强度相当，本征居里温度估计在200 K以上。有趣的是，由于其褶皱结构，$β$ -GeSe的物理性质可以容易地通过应变控制。通过施加（$\sim 1\%$）拉伸应变，可以将居里温度提高到室温以上，并且通过扶手椅方向或锯齿形方向的应变，可以大大增加极化的幅度。此外，我们发现，与电子掺杂的情况下，施加应变可以很容易地调整的各向异性电输运的优选导电方向旋转的$90^\circ$，这是与应变诱导的Lifshitz转变。沿两个面内方向的有效质量之间的比率可以经历两个数量级的戏剧性变化，即使通过2%的应变。我们的研究结果表明，单层$β$ -GeSe作为一个有前途的平台，探索铁电性在二维和纳米机械电子器件的应用。
2018-04-11 cond-mat.mtrl-sci
Highly in-plane anisotropic optical properties of fullerene monolayers
本征各向异性光学材料和富勒烯自组装二维光学材料在基础科学和应用领域都引起了广泛的兴趣。单层（ML）富勒烯的合成使得这两个特征的组合似乎是合理的。本文采用第一性原理计算，系统地研究了准六方相（qHP）和准四方相（qTP）ML富勒烯的电子结构和光学性质。计算结果表明，qHP ML是一种各向异性光吸收较小的半导体，这与最近的实验测量结果一致。然而，qTP ML的结果表明，它是一种具有高度面内各向异性吸收的半金属。二色性比，即$x$ -和$y$ -偏振光$α$ $_x$ $_x$ / $α$ $_y$ $_y$的吸收比，在0.29 eV的光子能量下约为12.当光子能量在0.7和1.4 eV之间时，这种各向异性更加明显，其中$α$ $_x$ $_x$几乎变为零，而$α$ $_y$ $_y$大两个数量级以上。这表明qTP ML作为长期追求的无损金属的候选者和原子级薄偏振器的潜在材料。我们希望这将刺激在qTP ML和其他富勒烯组装的2D材料的研究进一步的实验努力。
2022-07-22 cond-mat.mtrl-sci
Thickness-dependent anisotropic Gilbert damping in heterostructures of ferromagnets and two-dimensional ferroelectric bismuth monolayer
本文利用第一性原理计算研究了 Bi/Fe 异质结，发现界面自旋轨道耦合显著增强了 Gilbert 阻尼，并揭示了由界面与 Fe 本征 SOC 竞争导致的非单调厚度依赖性各向异性 Gilbert 阻尼机制。
2024-09-25 cond-mat.mtrl-sci
Anisotropic structural dynamics of monolayer crystals revealed by femtosecond surface x-ray scattering
X射线散射是以原子精度确定晶体构型的主要工具之一。然而，由于衍射体积的显着减少和数据分析的复杂性，单层晶体中的超快结构动力学的测量仍然是一个长期存在的挑战，禁止应用超快X射线散射来研究二维极限下的非平衡结构性质。在这里，我们展示了飞秒表面X射线衍射结合晶体模型细化计算，以量化的单层WSe $_2$晶体支持在基板上的超快结构动力学。我们发现吸收的光子能量优选地在2皮秒内耦合到面内晶格振动，而面外晶格振动振幅在前10皮秒期间保持不变。模型辅助拟合表明激发时的非对称层内间距变化。在二维材料中观察到的非平衡各向异性结构动力学与第一性原理非绝热模型在实空间和动量空间一致，标志着不同的结构动力学单层晶体从他们的散装同行。所展示的方法解锁表面敏感的X射线散射的好处，定量测量超快的结构动力学在原子级薄的材料和跨界面。
2018-11-28 cond-mat.mtrl-sci
PAW mediated ab initio simulations on linear response phonon dynamics of anisotropic black phosphorous monolayer for thermoelectric applications
一阶标准微扰理论结合从头算投影增广波算子，以线性计算效率挑战标准Sternheimer方程的实现。这种效率促使我们使用广义密度泛函微扰理论（DFPT）和玻尔兹曼输运理论（BTE）来描述二维（2D）黑磷单层中的电子-声子相互作用。随后，线性响应声子动力学行为的电导率，塞贝克系数和输运性质的热电应用集中。分析揭示了通过结构各向异性和单层结构的态密度的晶体取向依赖性。动量相关的声子人口动态与声子线宽是有效的倒易空间电子态。电子的热导率和Seebeck系数的优化值作为驱动力调制热电效应。作为功率因数的函数，计算出MLBP系统在300 K时的品质因数为0.074，在500 K时的品质因数为0.152。晶格热导率在室温下为37.15 W/mK，并遵循与温度的逆相关性。由于预期的优异性能，特别是在单层黑磷系统中，可以实现深刻的热电应用。
2018-10-04 cond-mat.mtrl-sci
Evidence of charge density wave with anisotropic gap in monolayer VTe$_2$ film
报道了单层1 T-VTe $_2$薄膜中电荷密度波（CDW）跃迁的实验证据。4在转变温度$T_{CDW}$ = 186 K以下，用低能电子衍射观察到$\times$ 4的重构峰。角分辨光电子能谱测量揭示弧状口袋各向异性CDW间隙高达50毫电子伏。各向异性的CDW带隙归因于CDW波矢的不完美嵌套，第一性原理计算揭示了在同一波矢处的声子软化，表明费米面嵌套和电子-声子相互作用在CDW机制中的重要作用.
2019-05-31 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Anisotropic and isotropic elasticity and thermal transport in monolayer C$_{24}$ networks from machine-learning molecular dynamics
College of Physical Science and Technology, Bohai University（渤海大学物理科学与技术学院）；Department of Physical Chemistry, School of Chemistry, Tel Aviv University（特拉维夫大学化学学院物理化学系）
本研究通过机器学习势能模型，揭示了单层C₂₄网络中各向异性与各向同性弹性及热传输特性，发现其刚性和热导率增强源于分子结构变化，且化学键拓扑影响热传输机制。
2025-11-29 cond-mat.mtrl-sci
Titanium trisulfide monolayer: A new direct-gap semiconductor with high and anisotropic carrier mobility
一种新的二维层状材料，即三硫化钛（TiS $_3$）单层片，被预测具有所需的电子性能的纳米电子应用。基于密度泛函理论和形变理论框架下的第一性原理计算，我们证明了TiS $_3$二维晶体是一种带隙为1.06 eV、载流子迁移率高的直接带隙半导体.更值得注意的是，2D TiS $_3$的面内电子迁移率是高度各向异性的，在\emph{b}方向上达到$\sim$ 10，000 cm $^2$ V $^{-1}$ s $^{-1}$，其高于MoS $_2$单层的面内电子迁移率。同时，空穴迁移率降低约两个数量级。我们还发现，散装的TiS $_3$具有较低的裂解能量比石墨，表明剥离的TiS $_3$单层或多层的可能性高。通过声子谱计算和\emph{NPT}系综中的Born-Oppenheimer分子动力学模拟，考察了TiS $_3$单层的动力学和热稳定性。预测的新的电子性能，使TiS $_3$单层在未来的纳米电子学应用有吸引力的二维材料。
2015-01-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Study on Sub monolayer Epitaxy Growth under Anisotropic Detachment
采用动力学蒙特卡罗模拟方法研究了分子束外延亚单层膜生长过程中不同温度下扩散各向异性和成键各向异性对岛形成的影响。我们采用简单立方的固体模型和基于事件的Bortz，Kalos和Labowitch（BKL）算法的动力学蒙特卡罗方法来模拟物理现象。我们发现表面各向异性对岛的生长没有显著的影响，但对岛的形貌、生长指数和岛的尺寸分布有一定的影响。当包括键合各向异性时，得到细长的岛。
2019-12-10 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Flat electronic band structure and anisotropic optical, mechanical, and thermoelectric properties of two-dimensional fullerene networks
以富勒烯等纳米团簇为单元构建二维拓扑结构具有很大的挑战性。在这里，我们提出了三种桥接富勒烯单层膜，并全面研究了实验合成的新型富勒烯单层膜Zheng等人，[Nature 606，507-510（2022）]通过现有技术的第一性原理计算。结果表明，α-C60 -2D的直接带隙为1.49 eV，其导带底平坦，接近实验值，在长波紫外区具有强吸收的光学线性二向色性，小的各向异性杨氏模量，大的空穴迁移率和中低温下的Seebeck系数。此外，发现Li离子在α-C60 -2D中容易沿着X路径迁移。结果表明，α-C60 -2D的光学、力学、电学和热电性能的各向异性源于C60团簇之间的非对称桥联排列。我们的研究有望在不同领域的单层富勒烯网络的潜在应用。
2022-07-20 cond-mat.mtrl-sci
Strong and Anisotropic Third Harmonic Generation in Monolayer and Multilayer ReS$_2$
我们报道了在单层和多层ReS $_2$中观察到的强的各向异性三次谐波产生。单层ReS $_2$，$\left| χ^{(3)} \right|$的三阶非线性光学极化率为$10^{-18} $ m $^2$ /V $^2$的量级，这比六方晶格过渡金属二硫属化物如MoS $_2$的报道结果高约一个数量级.多层样品的三阶非线性光学极化率也得到了类似的幅度。的THG场的强度被发现是依赖于入射光的偏振方向的单层和多层样品。点群对称性分析表明，这样的各向异性是不期望从一个完美的$1T$晶格，必须产生的ReS $_2$晶格中的扭曲。我们的研究结果表明，三倍频测量可以用来表征二维材料的晶格畸变，晶格畸变是重要的非线性光学性质的这种材料。
2016-12-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Anisotropic Raman Scattering and Mobility in Monolayer 1Td-ReS2 Controlled by Strain Engineering
二维过渡金属二硫属化合物（TMDs）的电子结构和迁移率截止率调控因其在电子器件设计中的潜力而受到广泛关注。基于密度泛函理论，从理论上确定了单分子层唯一畸变1 T（1 Td）ReS 2在外加应变作用下的各向异性拉曼散射和迁移率截止率.利用类Ag、类Eg-like和Cp模型的角相关拉曼光谱对结构各向异性进行了判别和分析，并利用应变调整了ReS 2的结构对称性和电子结构，使迁移率截止率提高了近6倍。我们的研究结果表明，应变工程在高品质的半导体开关器件中的应用。
2016-11-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Highly Anisotropic Electronic and Mechanical Properties of Monolayer and Bilayer As2S3
各向异性材料具有取向相关的性质，由于其在电子和光机械器件中引人注目的可调谐和柔性性能，引起了越来越多的关注。到目前为止，二维（2D）黑磷显示出最大的已知各向异性行为，这是高度期望的突触和神经形态设备，多功能定向存储器，甚至偏振敏感光电探测器，而它是不稳定的环境条件。最近，在实验中成功地剥离了具有优异化学稳定性的二维少层As2S3。然而，单层和双层As_2S_3的电子和力学性质仍然缺乏。本文通过第一性原理计算和一般角度依赖的胡克定律，研究了As_2S_3体系的各向异性电子和力学性质.单层和双层As2S3表现出杨氏模量的各向异性因子分别为3.15和3.32，这是大于黑磷与实验证实和各向异性因子为2。本研究为柔性取向纳米电子学、纳米力学的研究提供了一条有效的途径，并对相关实验研究具有一定的启示意义。
2020-08-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Photocatalytic Properties of Anisotropic $β$-PtX$_2$ (X= S, Se) and Janus $β$-PtSSe monolayers
基于密度泛函理论，研究了各向异性 $β$-PtX$_2$ 和 Janus $β$-PtSSe 单层的光催化水分解性能，发现其具有合适的带隙、高载流子迁移率及优异的太阳能到氢能转换效率，是理想的候选材料。
2023-05-19 cond-mat.mtrl-sci
Structural reconstruction and anisotropic conductance in $4f$-ferromagnetic monolayer
二维磁体在纳米自旋电子学领域有着广阔的应用前景。目前，大多数可用的候选物基于$3d$过渡金属化合物，具有六边形或蜂窝状晶格几何形状。在这里，理论上研究了具有$4f$矩的GdCl $_3$单层，其可以从其现有的本体剥离。它的正交结构和十一面体离子笼在二维空间中是独特的。此外，一个显着的结构重建是由锂原子注入到其间隙位置，这也导致铁磁性通过双交换的过程。其高度各向异性的电导可能对纳米电子学特别有用。
2022-04-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Spontaneous skyrmionic lattice from anisotropic symmetric exchange in a Ni-halide monolayer
拓扑自旋结构，如磁skyrmions，拥有巨大的承诺，数据存储应用，由于其固有的稳定性。在大多数情况下，skyrmion稳定的磁场在非中心对称系统显示手性Dzyaloshinskiiii-Moriya交换相互作用，而自发skyrmion晶格已被报道在中心对称巡回磁铁与长程相互作用。在这里，一个自发的反biskyrmion晶格具有独特的拓扑结构和手性的半导体和中心对称的金属卤化物，NiI $_2$的单层预测。我们的第一性原理和蒙特卡罗模拟表明，短程对称交换的各向异性，结合磁阻挫，可以导致一个新兴的手征相互作用，是负责预测的拓扑自旋结构。所提出的机制在二维磁体中找到了原型表现，从而拓宽了可以容纳自发skyrmionic状态的材料类别。
2020-05-06 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Anisotropic Moiré Optical Transitions in Twisted Monolayer/bilayer Phosphorene Heterostructures
范德瓦尔斯异质结构的莫尔超晶格提供了一种强大的新方法来设计二维（2D）材料的电子结构。在不同的云纹异质结构中出现了许多新的量子现象，例如石墨烯系统中的相关绝缘体、超导体和Chern绝缘体以及过渡金属二硫属化物（TMDC）系统中的云纹激子。扭曲磷烯提供了另一个有吸引力的系统来探索莫尔物理，因为磷烯具有各向异性的矩形晶格，不同于石墨烯和TMDC中的各向同性六方晶格。在这里，我们报告新兴的各向异性莫尔光学跃迁扭曲单层/双层磷烯。磷烯云纹超晶格中的光共振敏感地依赖于单层和双层之间的扭转角。令人惊讶的是，即使对于大到19°的扭转角，莫尔异质结构也表现出与构成单层和双层磷烯中的光学共振完全不同的光学共振。新的莫尔光学共振表现出很强的线偏振，其主轴与双层磷烯的光轴接近但不同。我们的从头计算结果表明，与石墨烯和TMDC的六方晶格的K点带隙不同，磷烯的Γ点直接带隙和矩形晶格导致了大扭曲角磷烯异质结构中非常强的莫尔物理。我们的研究结果突出了探索磷烯和其他具有不同晶格构型的范德华异质结构中的莫尔物理的令人兴奋的机会。
2019-12-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
High-performance and Low-power Transistors Based on Anisotropic Monolayer $β$-TeO$_2$
二维（2D）半导体为高性能和高能效器件提供了有希望的前景，特别是在亚10 nm区域。受2D $β$-TeO $_2$的成功制造以及所制造的场效应晶体管（FET）的高开/关比和高空气稳定性的启发[Nat.Electron.2021，4，277]，我们提供了对单层$β$-TeO $_2$的电子结构和基于该材料的亚10 nm金属氧化物半导体FET（MOSFET）的器件性能的全面研究。单层$β$-TeO $_2$的各向异性电子结构对MOSFET输运性质的各向异性起着关键作用。我们发现，根据国际器件与系统路线图（IRDS）2020年高性能器件目标，5.2 nm栅长n型MOSFET具有超过3700 μ A/μ m的超高通态电流，这得益于高度各向异性的电子有效质量。此外，单层$β$-TeO $_2$ MOSFET在通态电流、亚阈值摆幅、延迟时间和功率延迟积方面均能满足IRDS 2020的高性能和低功耗器件目标。这项研究揭示了单层$β$-TeO $_2$作为一个有前途的候选人，在未来的纳米电子学超规模的设备。
2022-02-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Anisotropic gap structure and sign reversal symmetry in monolayer Fe(Se,Te)
铁基超导体是揭示非常规超导和潜在拓扑超导之谜的理想平台。其中，单层Fe（Se，Te）/SrTiO 3（001），这被认为是拓扑非平凡的，显示界面增强的高温超导在二维极限。然而，单层Fe（Se，Te）薄膜超导配对机制的实验研究仍然有限。本文报道了通过测量单层Fe（Se，Te）/SrTiO_3（001）中的准粒子干涉，观察到大超导能隙的各向异性结构和不同电子袋上超导能隙的符号变化。结果与自旋涨落和自旋轨道耦合驱动的“成键-反键"+波配对对称性相一致。我们的工作不仅对铁基超导体的统一超导形式具有基础性意义，而且对理解高温超导体的拓扑超导性也具有重要意义。
2022-11-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Crescent domain-wall pairs in anisotropic two-dimensional MnOI monolayer with fast dynamics
本研究利用第一性原理计算与原子模拟，在强各向异性二维 MnOI 单层中发现可由电流高效直线驱动的新月形拓扑畴壁对，为高速自旋电子器件提供新方案。
2025-05-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Quasiparticle Band Gaps, Excitonic Effects, and Anisotropic Optical Properties of Monolayer Distorted 1-T Diamond-chain Structures
我们报告了多体微扰理论计算的激发态性质的扭曲1-T金刚石链单层的二硫化物（ReS 2）和二硒化物（ReSe 2）。电子自能大大提高了它们的准粒子带隙，令人惊讶的是，单层ReSe 2转换为直接带隙半导体，这是，然而，被认为是一个间接的密度泛函理论计算。它们的光学吸收光谱由强束缚激子决定。与六方结构不同，畸变的1-T ReS 2的最低能量亮激子表现出完美的8字形偏振依赖性，而ReSe 2的最低能量亮激子仅表现出部分偏振依赖性，这是由于两个近简并的亮激子的偏振偏好不一致。我们的第一性原理计算与实验一致，为光电应用铺平了道路。
2015-09-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Strain Driven Anomalous Anisotropic Enhancement in the Thermoelectric Performance of monolayer MoS$_{2}$
基于第一性原理计算，研究单层 MoS$_{2}$ 在面内单轴应变下的热电性质，发现沿锯齿形方向的应变通过降低晶格热导率并增加载流子弛豫时间，在最佳掺杂下使热电效率提升近 $150\%$。
2023-08-01 cond-mat.mtrl-sci
Anisotropic thermal expansion and thermomechanic properties of monolayer $β$-Te
近年来，人们利用分子束外延技术在高取向热解石墨衬底上成功地合成了具有矩形晶体结构的$β$ -Te（二维碲原子）。它具有超低晶格热导率和高热电效率等优异性能。在第一性原理计算的基础上，采用准谐方法研究了实验相单层$β$ -Te的热膨胀和热机械性质。发现$β$在高温下表现出较大的正热膨胀，而在很低的温度下沿某一方向的线性热膨胀系数为负。沿b方向的线性热膨胀系数在500 K时为4.9 × 10 - 4 $^{-5}$ K $^{-1}$，这在2D材料中相当大。$β$表现出很强的面内各向异性，包括热膨胀、二维弹性模量和泊松比。然而，弹性模量，泊松比和面内各向异性随温度的升高而减弱，并且变化由广义模式Grüneisen参数主导。
2019-05-11 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Anisotropic Lattice Expansion of Monolayer WSe2 Revealed by Ultrafast Electron Diffraction
已知块体层状MX2过渡金属硫属化物（M = Mo、W和X = S、Se）随着层数减少而表现出间接到直接的带隙转变。以前的时间分辨的工作主要集中在光激发后的能带结构的瞬态演化的调查，但伴随晶格重排的动力学的额外信息是需要充分理解这种现象。在这里，超快电子衍射被用来探测原子的运动和键膨胀单层WSe 2与飞秒时间分辨率。布拉格衍射点的强度变化的特征在于单指数动力学，与电子-声子和声子-声子平衡期间晶格的集体响应一致，其在用超快脉冲照射的许多小时内是可重复的。此外，观察到瞬态和高度各向异性的晶格膨胀。对这种行为的一个可能的解释是由激光激发引起的轴向应变，其破坏了面内声子模式的简并性，并且强烈地影响电子能带结构。这种简并断裂诱导的晶格畸变的特点是在静态应变测量，这里提出的结果提供了宝贵的见解的性质和时间尺度的结构重排发生后，在单层钨二硒光激发。
2023-02-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Floquet-engineered Valley Topology with Anisotropic Response in 1T'-WSe$_2$ and Janus WSeTe monolayers
Beijing National Research Center for Condensed Matter Physics, and Institute of Physics, Chinese Academy of Sciences（中国科学院物理研究所，北京凝聚态物理国家研究中心）；University of Chinese Academy of Sciences（中国科学院大学）；Centre for Quantum Physics, Key Laboratory of Advanced Optoelectronic Quantum Architecture and Measurement (Ministry of Education), School of Physics, Beijing Institute of Technology（北京理工大学物理学院，先进光电量子结构及测量教育部重点实验室，量子物理中心）；Department of Physics and Center of Quantum Materials and Devices, College of Physics, Chongqing University（重庆大学物理学院，量子材料与器件中心，物理学系）；Chongqing Key Laboratory for Strongly Coupled Physics, Chongqing University（重庆大学强耦合物理重庆市重点实验室）；Songshan Lake Materials Laboratory（松山湖材料实验室）
本文通过Floquet工程在1T'-WSe₂和Janus WSeTe单层中实现谷拓扑相变，揭示了各向异性响应和谷极化QAH态的形成机制。
2025-11-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Possible high thermoelectric power factor in alkali-metal-intercalated BC$_3$: anisotropic multiple valleys originating from the van Hove singularity of graphene
本文理论预测碱金属插层BC3可实现高热电功率因子，源于石墨烯范霍夫奇点分裂产生的各向异性多谷，并通过钾插层抑制层间耦合保留有利电子结构。
2025-08-06 cond-mat.mtrl-sci
Borophane: Stable Two-dimensional Anisotropic Dirac Material with Ultrahigh Fermi Velocity
最近在基底上合成单层硼化物（三角形硼单层）开启了硼纳米片的时代（Science，350，1513，$\mathbf{2015}$），但是结构稳定性和新颖的物理性质仍然是未解决的问题。在这里，我们证明了硼氢化物可以通过完全表面氢化来稳定，称为borophane，来自第一性原理计算。最有趣的是，它表明borophane具有方向相关的狄拉克锥，这主要是由平面内\emph{p$_{x}$}和\emph{p$_{y}$}轨道的硼原子。狄拉克费米子具有高达3.0 $\times$ 10 $^{6}$ m/s的π费米速度，比石墨烯的π费米速度高4倍。沿两个不同方向的杨氏模量计算为129和200 GPa $\cdot$ nm，这与钢相当。硼钒的高费米速度和高机械性能使其成为纳米电子学应用的理想材料。
2016-02-11 cond-mat.mtrl-sci
Beyond Graphene: Low-Symmetry and Anisotropic 2D Materials
低对称性二维材料--如ReS $_2$和ReSe $_2$单层、黑磷单层、IV族单硫属化物单层、硼化物等--具有比石墨烯、六方氮化硼和过渡金属二硫属化物的蜂窝晶格更复杂的原子结构。这些新兴材料的对称性降低，产生了不均匀的电子，光学，谷和自旋响应，以及全新的性质，如铁弹性，铁电性，磁性，自旋波现象，大非线性光学性质，光电效应和超导性。新的电子拓扑性质，非线性弹性性质和结构相变也可以发生由于低对称性。“超越石墨烯：“低对称性和各向异性二维材料”专题旨在突出这些新兴材料的最新实验和理论研究。
2020-09-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Anisotropic Electrene T'-Ca2P with Electron Gas Magnetic Coupling as Anode Material for Na/K Ion Batteries
由于自然界中锂的短缺，迫切需要高性能的可再充电电存储装置作为锂离子电池的补充或替代。在此，我们通过第一性原理计算提出了一种稳定的二维电子T '-Ca 2 P作为钠/钾离子电池的阳极材料。计算结果表明，T '-Ca_2 P单层膜是一种具有自旋极化电子气的反铁磁半导体。它对Na和K原子都有较好的吸附，在b/a方向上的各向异性迁移能垒分别为0.050/0.101 eV和0.037/0.091 eV。Na和K的理论容量均为482 mAh/g，而平均工作电压平台分别为0.171-0.226 V和0.013-0.267 V。结果表明，T '-Ca 2 P单分子膜作为Na/K离子电池负极材料具有良好的应用前景。
2022-03-14 cond-mat.mtrl-sci
Anisotropic and high thermal conductivity in monolayer quasi-hexagonal fullerene: A comparative study against bulk phase fullerene
最近，已经制造了一种称为准六方相富勒烯（QHPF）的新型二维（2D）C $_{60}$基晶体，并证明其是2D电子器件的有希望的候选者[Hou等人，Nature 606，507-510（2022）]。我们构建了一个准确和可转移的机器学习势来研究这种材料的热传输和相关性质，并与面心立方体相富勒烯（BPF）进行了比较。利用均相非平衡分子动力学和相关的谱分解方法，我们发现QHPF的热导率是各向异性的，在300 K时，平行于环加成键方向的热导率为137（7）W/mK，垂直于面内方向的热导率为102（3）W/mK.相比之下，BPF中的热导率是各向同性的并且仅为0.45（5）W/mK。我们发现，在QHPF中的分子间共价键起着至关重要的作用，在提高QHPF的导热系数相比，在BPF。在这项工作中所表征的热传输特性将是有用的QHPF作为新型的二维电子器件的应用。
2023-02-09 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Borophosphene: a New Anisotropic Dirac Cone Monolayer with High Fermi Velocity and Unique Feature of Self-doping
二维狄拉克锥材料在费米能级处表现出线性能量色散，在费米能级处载流子的有效质量非常接近于零，费米速度为1/2，仅比光速低2 ~ 3个数量级。这种Dirac锥材料在高性能电子器件中具有很大的前景。本文采用遗传算法和第一性原理计算相结合的方法，提出了一种新的二维各向异性Dirac锥材料，即正交磷化硼（BP）单层膜，命名为borophene。利用分子动力学模拟和声子色散对硼氧膦的动力学和热稳定性进行了研究。由于B-B和P-P二聚体的独特排列，其力学和电学性质具有高度的各向异性。非常有趣的是，硼膦的狄拉克锥是稳健的，独立于平面内的双轴和单轴应变，并且也可以在其一维（1D）锯齿形纳米带和扶手椅纳米管中观察到。费米速度约为105 m/s，与石墨烯的费米速度相同。利用紧束缚模型分析了硼氧膦的狄拉克锥的起源。此外，硼膦的面内双轴和单轴应变以及纳米管的曲率效应可以诱导出独特的自掺杂特性，这对实现高速载流子（空穴）是非常有利的。我们的研究结果表明，硼磷分子在高性能电子器件中具有很大的应用前景，这将促进实验和理论研究，以进一步探索其他二维Dirac锥片的潜在应用。
2019-08-31 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Janus $β$-PdXY (X/Y = S, Se, Te) Materials with high Anisotropic Thermoelectric Performance
结合DFT与玻尔兹曼输运理论，研究Janus $β$-PdXY单层材料在300-800K的热电性能，发现其高各向异性、低晶格热导率及高功率因子使p型材料在800K下ZT高达4.09，是理想热电器件候选者。
2023-05-19 cond-mat.mtrl-sci
Proximity-Effect-Induced Anisotropic Superconductivity in Monolayer Ni-Pb Binary Alloy
邻近效应促进了库珀对的穿透，从而使普通金属具有超导性，为将异质材料转变为超导体和发展特殊的量子现象提供了一种有前途的方法。本文采用扫描隧道显微镜/光谱（STM/STS）和理论计算相结合的方法，系统地研究了单层Ni-Pb二元合金中的邻近感生各向异性超导电性。采用高温生长方法在Pb（111）表面制备了（3root 3by 3root 3）R300 Ni-Pb表面合金，STM模拟结果进一步证实了该表面合金中畴界的出现和晶格的转变。考虑到高的空间和能量分辨率，隧穿电导（dI/dU）谱已经分辨出约1.0 meV的减小但各向异性的超导能隙NiPb，与常规Pb（111）上约1.3 meV的各向同性Pb形成鲜明对比。此外，Ni-Pb表面合金的费米能级（D（EF））态密度的增加导致了相干峰的高度增加。根据NiPb随温度变化的Tc与Pb（111）的Tc相同，约为7.1K，以及NiPb随温度变化的空间单调衰减的Ld较短，约为3.55nm，这两个结果都支持邻近诱导超导性。尽管缺乏大块对应物，但原子厚的Ni-Pb超导化合物开辟了一条新的途径，将超导特性设计到低维极限，通过邻近效应引起各向异性超导性的出现。
2021-09-21 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con physics.app-ph
Magnetoplasmons in monolayer black phosphorus structures
支持深亚波长等离子体模式的二维材料也可以表现出强的磁光响应。本文从理论上研究了中等静磁场作用下单层黑磷结构中的磁等离子体激元。我们考虑三种不同的结构，即，一个连续的BP单层，由一个半无限片形成的边缘，最后，一个三角形的楔形配置。这些结构都表现出强烈的各向异性的磁光响应诱导的外部磁场和BP晶格的固有各向异性。从单层BP的磁光电导率开始，我们推导出所考虑的几何形状的MP的色散关系，使用分析，半分析和数值方法相结合。我们充分表征MP色散和相应的场分布的属性，我们表明，这些结构维持强各向异性的亚波长模式，是高度可调的。我们的研究结果表明，MP在单层BP，其固有的晶格各向异性以及磁致各向异性，持有潜在的可调各向异性材料的操作低于衍射极限，从而铺平了道路，定制的纳米光子器件在纳米尺度。
2019-10-31 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Thermoelectric transport in monolayer SnSe from first-principles calculations
电子晶体和声子玻璃被认为是理想热电材料的两个基本要素，它们既要求增强的电子输运，又要求抑制的声子输运。由于电子与声子之间的强相互作用，这两种特性在完全体半导体中通常不能共存。将纳米结构引入到块状热电材料中长期以来一直应用于允许不同的声子散射机制以降低晶格热导率，同时保持电导率不变。然而，一些二维材料却相反。在这里，我们提出了一个例子，单层SnSe引入最近新研究的大块热电材料SnSe。通过第一性原理电子结构计算和玻尔兹曼输运理论，我们表明，单层SnSe的晶格热导率反而高于体SnSe的，从而导致与体相比，降低热电优值。此外，我们还发现单层SnSe的各向异性水平降低，电子掺杂可以看到更好的热电性能。
2016-06-28 cond-mat.mtrl-sci
Origin of Stripe and Quasi-Stripe CDW Structures in Monolayer MX$ _2$ compounds: Multivalley Free Energy Landscape
具有电荷密度波（CDW）的过渡金属二硫属化物（MX $ _2$）的超薄片作为石墨烯类器件的有希望的候选者越来越受到关注。虽然已经报道了包括条纹/准条纹结构和隐藏态的实验数据，但是对于PDMAMX $ _2$化合物的基态，特别是各向异性（条纹和准条纹）CDW相的起源是一个长期存在的问题。各向异性的CDW相已被解释为畴壁之间的库仑相互作用和层间相互作用。然而，这些模型假设各向异性畴壁可以首先存在。在这里，我们报告说，各向异性CDW畴壁可以自然地出现，而无需假设各向异性的相互作用：我们解释了这些阶段的起源拓扑缺陷理论（线缺陷在二维平面）和宏观CDW波函数的谐波之间的干扰。我们重新审视单层1 $T$ -TaS $ _2$和2 $H$ -TaSe $ _2$的McMillan-Nakanishi-Shiba模型，并表明波矢量由$120^\circ$（即底层晶格的三重旋转对称性）分离的CDW包含具有许多局部极小值的自由能景观。然后，我们删除这个$120^\circ$约束，并显示出相应的条纹和准条纹相位的自由能局部极小值出现。我们的研究结果表明，畴壁之间的库仑相互作用和层间的相互作用可能是次要的因素，这些阶段的出现。此外，该模型还可以预测新的CDW相，从而为进一步研究CDW奠定了基础。我们期望我们的结果是一个起点，在二维物理学的进一步研究，如解释“隐藏的CDW状态”，研究超固体对称性和晶格对称性…
2019-08-10 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
The anisotropic ultrahigh hole mobility in strain-engineering two-dimensional penta-SiC$_2$
采用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法，系统地研究了单层penta-SiC $_2$的应变工程（拉伸和压缩应变）、电子、力学和输运性质.通过施加面内拉伸或压缩应变，很容易调制单层penta-SiC $_2$的电子能带结构，这随后改变载流子的有效质量。此外，所获得的电子性质的预测，从间接半导体金属的变化。更有趣的是，在室温下，单轴应变可以将penta-SiC $_2$沿着特定方向的空穴迁移率提高几乎三个数量级，$i.e.$从2.59 $\times10^3 cm^2/V s$提高到1.14 $\times10^6 cm^2/V s$（大于石墨烯的载流子迁移率，3.5 $\times10^5 cm^2/V s$），而对电子迁移率的影响很小。单层penta-SiC $_2$的高载流子迁移率在高性能电子器件和光电子器件中具有潜在的应用前景
2017-01-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Multiband ballistic transport and anisotropic commensurability magnetoresistance in antidot lattices of AB-stacked trilayer graphene
在由AB堆叠的三层石墨烯的反点晶格组成的多带系统中研究了弹道输运。低温磁电阻显示出由AB堆叠的三层石墨烯中的每个单层和双层带的反点晶格周期和回旋轨道半径的匹配所产生的可磁化峰。类单层带的磁化率峰出现在比类双层带低的磁场处，反映了类双层带的费米面大于类单层带的费米面。反点晶格相对于石墨烯的晶轴的旋转导致各向异性磁阻，其反映了双层带的三角弯曲费米表面。假设单层和双层带中的弹道输运的磁电阻数值模拟大致再现了观察到的磁电阻特征。有人发现，单层带显着有助于导电性，即使它的载流子密度是一个订单小于双层带。这些结果表明，弹道输运实验可用于研究多能带系统的各向异性能带结构。
2019-12-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Direct identification of monolayer rhenium diselenide by an individual diffraction pattern
在目前过渡金属二硫属化物（TMDC）的广泛研究中，与石墨烯、hBN和MoS 2等六方层状材料相比，低对称性层状二维晶体在各向异性器件中显示出巨大的应用潜力。二硒化铼（ReSe 2）的体相空间群为P1，属于三斜晶系，具有变形的碘化镉型结构。在这里，我们明确地确定单分子层和它的垂直取向的单电子衍射图案，这可能适用于低对称性的晶体系统，包括三斜和单斜晶格，只要他们的第三个晶胞基矢量是不垂直于基面。采用探针校正的环形暗场扫描透射电子显微镜（ADF-STEM）的原子分辨图像验证层数。最后，用运动学电子衍射理论和相应的模拟结果很好地解释了实验结果。
2017-05-05 cond-mat.mtrl-sci
Anisotropic plasmons, excitons and electron energy loss spectroscopy of phosphorene
本文基于从头算含时密度泛函理论研究了磷分子单层膜的各向异性电子能量损失谱。与黑磷类似，未掺杂的单层磷烯的EELS的特征在于在带隙附近的能量的各向异性激子峰，以及更高能量的带间等离子体峰。在掺杂时，对于带隙内的能量，也出现额外的带内等离子体激元峰。与其他二维系统类似，带内等离子体激元峰在长波极限下以$ω_{\rm pl} \propto \sqrt{q}$的形式在Z字形和扶手椅方向上分散，并且随着波矢的增大而偏离。长波长等离子体激元带内色散的各向异性被发现是成反比的有效质量比的平方根：$ω_{\rm pl}(q \hat{y})/ω_{\rm pl}(q \hat{x}) = \sqrt{m_x/m_y}$。
2017-03-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Metallic Indium Monolayers on Si(111)
密度泛函计算用于识别Si（111）表面上的单原子厚度的金属In覆盖层，这是长期以来在寻求自由电子类金属性质的最终二维（2D）极限中所寻求的。我们预测了两个亚稳态单层In相，一个是覆盖率为1.4单层（ML;这里1 ML是指每个顶部Si原子一个In原子）的$\sqrt{7}\times\sqrt{3}$相，另一个是覆盖率为1.43 ML的$\sqrt{7}\times\sqrt{7}$相，这确实与实验证据很好地匹配。这两个阶段揭示了准一维排列的突出的In原子，导致二维金属，但各向异性的能带结构和费米面。这种方向性的功能对比与自由电子类In覆盖层的属性，已知坚持到双层厚度，这意味着我们可能已经实现了自由电子类In覆盖层的2D限制在以前的研究双层In阶段。
2016-05-27 cond-mat.mtrl-sci
Ab initio study of anisotropic mechanical and electronic properties of strained carbon-nitride nanosheet with interlayer bonding
由于IV族和V族元素单分子膜在结构上的相似性以及在元素周期表中的相邻性，IV族和V族元素的组合能否形成稳定的纳米片结构并具有良好的性能引起了人们的极大兴趣。在这项工作中，我们进行了第一性原理模拟研究的弹性，振动和电子性质的氮化碳（CN）纳米片在起皱的蜂窝结构与共价层间键合。已经证明，CN纳米片的结构稳定性基本上由相对原子层中相邻碳原子之间的强层间\so \键合维持。一个负的泊松比在双轴变形下的面外方向，和极端的面内刚度的CN纳米片，仅略逊于单层石墨烯，被揭示。此外，CN纳米片的拉伸应变的高度各向异性的机械和电子响应进行了探索。
2021-07-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Direct view of phonon dynamics in atomically thin MoS$_{2}$
过渡金属二硫属化物单层和异质结构是高度可调的材料系统，其在二维（2D）极限下为物理现象提供了极好的模型。虽然迄今为止大多数研究都集中在电子和电子空穴对上，但声子也起着重要作用。在这里，我们应用超快电子衍射和漫散射直接量化，与时间和动量分辨率，电子-声子耦合（EPC）在单层二硫化钼（MoS $_{2}$）和声子从单层到氮化硅（Si $_3$ N $_4$）衬底的传输。光学产生的热载流子导致在$\sim$ 5 ps的时间尺度上的单分子层中的声子的深刻的各向异性分布。与从头算超快动力学模拟的定量比较揭示了电介质屏蔽在削弱EPC中的重要作用。从单分子层到基底的热输运发生在声子系统远离平衡的情况下。虽然2D中的筛选已知强烈影响平衡性质，但我们的研究结果将这种理解扩展到动态范围。
2022-05-16 cond-mat.mtrl-sci
Strain-Engineering Anisotropic Electrical Conductance of Phosphorene and Few-Layer Black Phosphorus
新制备的单层磷烯及其少层结构由于其有限的直接带隙和相当大的但各向异性的电子迁移率而有望在电子和光学应用中具有前景。通过第一性原理模拟，我们表明，这种独特的各向异性电导可以通过使用简单的应变条件进行控制。通过适当的双轴或单轴应变，我们可以将优选的导电方向旋转90度。这对于探索磷烯的量子霍尔效应以及奇异的电子和机械应用具有重要意义。
2014-03-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Electron and hole lifetime in monolayer graphene
单层电子掺杂石墨烯中的激发传导电子、传导空穴和价空穴表现出不寻常的库仑衰减速率。利用屏蔽交换能研究了去激过程。它们可能利用带内单粒子激发（SPE），带间SPE和等离子体激元模式，这取决于准粒子态和费米能量。低位价空穴可以通过无阻尼的声等离子体衰减，因此它们呈现非常快的库仑退激，非单调的能量依赖性和各向异性行为。然而，低能量传导电子和空穴类似于二维电子气中的电子和空穴。高能量传导态和深能量价态在可用的去激发通道中的行为相似，并且具有与波矢${\bf k}$相似的衰减速率依赖性。
2019-02-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Anisotropic spin--spin correlations in Mn$_1$/X(111), with X = Pd, Pt, Ag and Au
我们提出了一个有限温度理论的各向异性自旋自旋相关的磁性金属单层膜，沉积在一个合适的衬底上。“自旋”是由巡回电子建立的局部矩，关键概念是相对论性无序局部矩态，它代表一组局部矩的顺磁状态。这些本地时刻之间的自旋自旋相关性，然后使用线性响应形式主义提取。的各向异性包括在一个完全相对论的治疗，基于狄拉克方程，并有一个定性的影响非共线磁状态，通过提升他们的手征简并。该理论被应用到在Pd，Pt，Ag和Au的六方（111）表面上的Mn单层。竞争交换相互作用的存在是通过选择不同的衬底来突出的，这有利于行式反铁磁态或手性三角Néel态。通过比较填充与部分填充的基底d-带，以及低与高原子序数，我们将电子结构与磁性联系起来。讨论了Mn $_1$ /Ag（111）的理论和实验之间的不一致，并提出实验发现的磁畴的性质是手性的。
2011-01-11 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Determination of the spin orientation of helical electrons in monolayer WTe2
单层WTe 2被预测为量子自旋霍尔绝缘体（QSHI），并已在实验上观察到沿其边缘的电子输运。然而，QSHI的“吸烟枪”，边缘电子的自旋动量锁定，还没有实验证明。我们提出了一个模型来建立各向异性磁电阻（AMR）和自旋取向的螺旋电子在WTe 2之间的关系。基于模型的预测，进行了角相关磁电阻测量。实验结果完全支持该模型，并确定了螺旋边电子的自旋取向。我们的结果不仅证明了WTe 2确实是一个类星体，而且还提供了一种确定其他类星体自旋取向的简便方法。
2020-10-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Performance limits projection of black phosphorous field-effect transistors
本文研究了单层黑磷场效应晶体管的弹道器件性能。由于载流子的各向异性效应质量，导通电流取决于输运方向。有效质量在“扶手椅”方向上较低，这在相同偏置下提供较高的驱动电流。空穴的各向异性程度更高，这提高了p型器件的性能。在通断电流比为4个数量级时，20 nm BP FET的本征延迟在50 fs范围内。由于高度各向异性的能带结构，单层BP FET在n型和p型器件的弹道性能极限方面优于MoS $_2$和Si FET。
2014-07-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Nonequilibrium Lattice Dynamics in Monolayer MoS2
利用电子-声子和声子-声子相互作用的第一性原理计算结合含时Boltzmann方程，研究了单层MoS 2中电子和声子的耦合非平衡动力学.在电子-声子散射中严格的相空间约束被发现深刻地影响激发电子和空穴的衰变路径，限制声子的发射到靠近布里渊区中的几个高对称点的晶体动量。由于声子发射的动量选择性，非平衡晶格动力学的特点是出现了一个高度各向异性的人口的声子在倒易空间中，持续高达10 ps，直到热平衡恢复声子-声子散射。实现对晶格的非平衡动力学的控制可以提供未探索的机会来选择性地增强二维晶体的声子群，从而在亚皮秒时间尺度上瞬时地定制电子-声子相互作用。
2021-02-11 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Anisotropic Electron-Hole Excitation and Large Linear Dichroism in Two-Dimensional Ferromagnet CrSBr with In-Plane Magnetization
本研究通过多体微扰方法揭示二维铁磁体CrSBr单层中强束缚激子及各向异性大线性二色性，其源于面内晶体结构，并展示其在二维光学与光电子学中的应用潜力。
2023-06-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
