Valley-polarised tunnelling currents in bilayer graphene tunnelling transistors
我们从理论上研究了在垂直于单层石墨烯/六方氮化硼/双层石墨烯隧穿结的外部磁场中的电子流。我们表明，在双层石墨烯的不同石墨烯层上的电子的有效隧穿势垒宽度的变化，再加上其朗道能级波函数在两个谷之间反向分布的层之间不均匀分布的事实，导致隧穿电流的谷极化。我们估计在$B=1$ T的高质量器件中可以实现谷极化$\sim 70\%$。此外，我们证明了强谷极化可以得到在强动量守恒隧穿的限制，并在较低质量的设备，这一限制被解除。
2019-02-15 cond-mat.mes-hall
Planar and van der Waals heterostructures for vertical tunnelling single electron transistors
尽管目前存在丰富的二维材料选择，但垂直（范德华）和平面内的异质结构对所产生结构的性质和功能提供了前所未有的控制。因此，平面异质结构允许不同的二维半导体和石墨烯纳米带之间的pn结具有明确的边缘;垂直异质结构导致在纯碳基系统中观察到超导性并实现垂直隧穿晶体管。在这里，我们展示了同时使用平面和范德华异质结来构建垂直单电子隧穿晶体管。我们在六方氮化硼的基质内生长石墨烯量子点，这使得量子点周边的局域态数量急剧减少。使用六方氮化硼隧道势垒作为石墨烯量子点的触点，使我们的晶体管具有可重复性，并且不依赖于局部状态，在设计未来器件时具有更大的灵活性。
2019-01-16 cond-mat.mes-hall
Klein tunnelling and Hartman effect in graphene junctions with proximity exchange field
从理论上研究了石墨烯基结中的电子隧穿现象。石墨烯被假定为直接沉积在铁磁绝缘体上或沉积在将石墨烯与金属铁磁衬底分开的氮化硼的几个原子层上。这种结可以通过相应系统的适当外部门控形成。为了描述狄拉克点附近的低能电子态，使用了相关文献中可用的某些有效哈密顿量。这些哈密顿量包括交错势和交换相互作用，由于铁磁衬底。在所考虑的系统中，隧道是自旋相关的。主要重点是克莱因隧道效应，也对群延迟和相关的哈特曼效应。详细分析了在狄拉克点处的光谱中引入的能隙对隧穿的影响。
2018-12-04 cond-mat.mes-hall
Tunnel spectroscopy of localised electronic states in hexagonal boron nitride
六方氮化硼（hBN）是一种大带隙层状晶体，经常作为绝缘或隧道势垒结合在范德华（vdW）异质结构中。具有带隙内能量的局域态可以发射可见光，这与纳米光子学和量子信息处理中的应用有关。然而，它们也会产生导电通道，当施加大电压时会引起电击穿。在这里，我们使用门控隧道晶体管研究共振电子隧穿通过局部状态在几个原子层hBN屏障夹在两个单层石墨烯电极之间。测量用于确定能量，线宽，隧穿传输概率，和深度内的障碍超过50个不同的本地化状态。一个三步过程的电子渗透通过两个空间分离的局域态也进行了研究。
2018-12-14 cond-mat.mes-hall
Double-sided van der Waals epitaxy of topological insulators across an atomically thin membrane
研究通过原子级石墨烯或hBN薄膜实现拓扑绝缘体Sb$_2$Te$_3$和Bi$_2$Se$_3$的双侧范德华外延，制备隧道结并利用磁隧穿光谱揭示了无质量Dirac电子在拓扑表面态螺旋Landau能级间的共振隧穿。
2024-05-31 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Twist-controlled Resonant Tunnelling between Monolayer and Bilayer Graphene
我们研究了场效应隧穿晶体管的电流-电压特性，该晶体管由单层和双层石墨烯组成，具有排列良好的晶轴，由三层六方氮化硼隔开。使用自洽的设备的静电配置的描述，我们涉及到三个不同的可调电压的系统中的电流，因此产生的I-V特性在低能量制度的二维地图。我们表明，使用栅极的异质结构的任何一侧提供了一个精细的控制程度的设备的丰富的阵列的特性，因为不同的石墨烯电极之间的扭曲。
2015-12-09 cond-mat.mes-hall
Boron and nitrogen doping in graphene antidot lattices
石墨烯反点晶格（GAL）的自下而上的制造先前已经产生了具有亚纳米周期性的原子级精确结构。专注于这种类型的实验实现的GAL，我们进行密度泛函理论计算的原始结构，以及GALs与边缘碳原子取代硼或氮。我们发现，p-和n-型掺杂水平出现的活化能，取决于在杂质的氢化水平。此外，紧束缚参数化与格林函数方法一起被用来描述更稀的掺杂。
2016-07-27 cond-mat.mes-hall
Distinct chemistries explain decoupling of slip and wettability in atomically smooth aqueous interfaces
尽管水的晶体学和平衡结构基本相同，但由六方氮化硼和石墨组成的纳米级通道在流体滑移方面表现出数量级的差异。我们调查这种差异使用分子动力学模拟，证明其起源是在两种材料的不同化学。特别是，六方氮化硼中存在极性键，而石墨中不存在，导致极性水分子和壁之间的库仑相互作用。我们证明，这种相互作用表现在一个大的典型的横向力所经历的一层定向氢原子在附近的壁，导致在六方氮化硼的摩擦增强。在两种材料中，流体对壁的粘附主要由分散力决定，从而导致相似的润湿性。我们的研究结果合理化最近的观察，石墨和六方氮化硼的摩擦特性的差异不能解释的基础上，他们的润湿性的微小差异。
2021-08-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.stat-mech physics.chem-ph
Bandgap Measurement of Reduced Graphene Oxide Monolayers through Scanning Tunnelling Spectroscopy
最流行的原子级薄碳材料，称为石墨烯，没有带隙，石墨烯的这种特殊性质使其在纳米晶体管器件方面的应用较少。如果通过化学途径合成石墨烯，则可以在石墨烯中引入带隙。首先，制备氧化石墨烯（GO），其进一步进行还原并变成还原氧化石墨烯（RGO）。利用扫描隧道光谱（STS）研究了单层还原氧化石墨烯（RGO）的能带结构。GO片为1-1.2 nm厚，并且在还原后变得更薄。发现GO的带隙在0.8eV的范围内。RGO显示出多种能带结构。RGO开辟了一个新的研究领域，原子级薄的碳层，因为它具有非零的带隙，而不是石墨烯的情况。
2019-11-14 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
A new transfer technique for high mobility graphene devices on commercially available hexagonal boron nitride
我们目前的电子输运测量的单层和双层石墨烯的市售六方氮化硼。我们提取的迁移率在室温下高达125 000 cm^2/V/s，在4.2 K下高达275 000 cm^2/V/s。在磁场为5 T、温度为4.2 K时，nu = 1量子霍尔平台的早期发展支持了这种优异的质量。我们还提出了一种新的和准确的转移技术的石墨烯六方氮化硼晶体。该技术简单、快速，并且在氮化硼上产生原子级平坦的石墨烯，其几乎完全没有气泡或褶皱。市售氮化硼的潜力与我们的转移技术相结合，使高迁移率石墨烯器件更容易获得。
2011-10-05 cond-mat.mes-hall
Resonant tunnelling between the chiral Landau states of twisted graphene lattices
最近出现了一类新的多层功能材料，其中组分原子层通过弱范德华力保持在一起，从而保持每层的结构完整性和物理性质。这种结构的一个例子是晶体管器件，其中相对论性狄拉克费米子可以共振隧穿夹在两个石墨烯电极之间的几个原子层厚的氮化硼屏障。施加的磁场将石墨烯的无隙传导和价带态量子化为离散的朗道能级，使我们能够解析单个朗道能级间跃迁，从而证明电子的能量、动量和手性性质在隧穿过程中是守恒的。我们还表明，在半经典的回旋轨迹的变化，隧道事件后，是一种形式的克莱因隧道层间过渡。
2015-10-21 cond-mat.mes-hall
Strong two-dimensional plasmon in Li-intercalated hexagonal boron-nitride film with low damping
等离子体激元领域寻求找到具有低朗道、声子和其他损失（小衰减宽度）的强等离子体激元（大等离子体激元极重量）的材料。在本文中，我们提出了一类新的材料，表现出非常好的等离子体特性。这些材料由范德华堆叠的“等离子体激元活性”层（原子级薄的金属层）和“支撑”层（原子级薄的宽带隙绝缘层）组成。详细研究了一种可以在实验上实现的材料--锂嵌入六方氮化硼。我们发现，它的二维等离子体激元强度优于重掺杂石墨烯中的狄拉克等离子体激元强度，这是很难实现的。我们还提出了计算非常便宜的方法，但在这样的材料中的等离子体激元光谱的准确分析，基于一个带紧束缚的方法和有效的背景介电函数。
2018-10-01 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Gate dependent Raman spectroscopy of graphene on hexagonal boron nitride
拉曼光谱是一种快速且非破坏性的成像方法，可用于监测石墨烯器件中的掺杂水平。我们在原子级平坦的六方氮化硼（hBN）薄片和SiO $_2$衬底上制备了化学气相沉积（CVD）生长的石墨烯。我们比较了它们的拉曼响应作为载流子密度的函数，使用离子凝胶作为顶栅。G峰位置、2D峰位置、2D峰宽度和2D峰面积与G峰面积的比率显示出与SiO $_2$相比hBN不同的对载流子密度的依赖性。使用二维映射的直方图来比较两个衬底之间的拉曼峰特性的波动。已发现hBN衬底由于其原子级平坦表面和减少的带电杂质而在相同电荷密度下产生较少波动。
2013-10-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Outstanding Thermal Conductivity of Single Atomic Layer Isotope-Modified Boron Nitride
具有高热导率（k）的材料对于解决高度集成和小型化的现代设备中的废热耗散的挑战是有价值的。在此，我们报告的第一个合成原子薄的同位素纯六方氮化硼（BN）和它的所有半导体和电绝缘体中最高的k之一。富含11B的单原子层（1 L）BN在室温下具有高达1009 W/mK的k。我们发现，同位素工程主要抑制BN中的面外光学（ZO）声子散射，从而减少ZO与横向声学（TA）和纵向声学（LA）声子之间的声光散射。另一方面，减少厚度到单个原子层减少了层间相互作用，因此减少了面外声学（ZA）声子的Umklapp散射，尽管这种厚度引起的k增强不如天然存在的BN那样显著。具有许多独特性质的原子级薄的单一同位素BN在范德华（vdW）器件和未来柔性电子器件的热管理方面很有前途。原子级薄BN的同位素工程也可能在2D材料中开辟其他有吸引力的应用和机会。
2020-08-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Resonant tunnelling and negative differential conductance in graphene transistors
石墨烯和其他独立的二维晶体的化学稳定性意味着它们可以以不同的组合堆叠，以产生一类新的功能材料，专为特定的设备应用而设计。在这里，我们报告了狄拉克费米子通过氮化硼屏障的共振隧穿，几个原子层厚，夹在两个石墨烯电极之间。当两个电极的电子光谱对齐时，器件特性中的谐振峰出现。由此产生的负微分电导持续到室温，并且由于石墨烯独特的Dirac样光谱而可调节栅极电压。传统的共振隧穿器件包括夹在两个隧道势垒之间的量子阱，厚度为数十纳米，而我们器件中的隧穿载流子仅穿过几个原子层，提供了超快渡越时间的前景。这一特性，结合器件特性的多值形式，具有在高频和逻辑器件中应用的潜力。
2013-05-01 cond-mat.mes-hall
Atomic scale shot-noise using broadband scanning tunnelling microscopy
我们已经开发了一种宽带扫描隧道显微镜，能够在1 MHz的常规，低频（<10 kHz），显微镜以及光谱和散粒噪声检测。在金表面上校准我们的交流电路后，我们通过同时测量高温超导体Bi $_{2}$ Sr $_{2}$ CaCu $_{2}$ O $_{8+x}$的原子分辨微分电导和散粒噪声，说明了我们在原子尺度和低电流（<1 nA）下检测散粒噪声的能力。我们进一步表明我们的直接敏感性的隧道电子在低电压下的温度。我们的宽带探针开辟了在原子尺度上研究STM可访问的所有材料中的电荷和相关效应的可能性。
2018-06-01 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Time-Resolved Single Dopant Charge Dynamics in Silicon
随着半导体器件的最终小型化的临近，必须澄清单一掺杂剂的影响。除了提供对传统设备的功能和局限性的洞察之外，这些信息还能够识别新的设备概念。研究单一掺杂剂需要亚纳米的空间分辨率，使扫描隧道显微镜成为理想的工具。然而，掺杂剂动力学涉及发生在纳秒时间尺度的过程，对实验构成了重大挑战。在这里，我们使用时间分辨扫描隧道显微镜和光谱探测和研究运输通过硅上的悬挂键之前，系统放松或调整，以适应所施加的电场。原子分辨，电子泵探测扫描隧道显微镜允许前所未有的，定量测量时间分辨单掺杂剂电离动力学。通过表面悬挂键的隧道使得测量信号变得可行，否则信号太弱而无法检测。测量单个掺杂剂的不同电离和中和速率，并确定控制这些速率的物理过程。
2016-10-26 cond-mat.mes-hall
Molecule-Induced Conformational Change in Boron Nitride Nanosheets with Enhanced Surface Adsorption
表面相互作用无论是在基础研究还是在实际应用中都是极其重要的。物理吸附可以引起大分子和生物分子吸附物的形状和结构变形（即构象变化），但这种现象在吸附剂上很少观察到。在这里，我们从理论和实验上证明，原子薄氮化硼（BN）纳米片作为吸附剂经历分子的表面吸附后的构象变化，增加吸附能量和效率。这项研究不仅为BN纳米片和许多其他二维纳米材料的强吸附能力提供了新的视角，而且为许多新的应用开辟了可能性。例如，我们证明了具有与本体hBN颗粒相同表面积的BN纳米片在纯化和传感方面更有效。
2016-12-09 cond-mat.mes-hall
Optical properties of atomically thin transition metal dichalcogenides: Observations and puzzles
本文综述了过渡金属二硫族化合物半导体单层和多层光学性质的最新研究结果。实验观察和现有模型的框架中进行了讨论，突出了我们在这一新兴研究领域的理解的局限性。我们首先介绍了这些系统的代表性能带结构和它们的带间光跃迁。外部磁场的影响，然后被认为是讨论塞曼光谱和光泵浦实验，都揭示了谷自由度相关的现象。最后，我们讨论了在不同类型的层状材料，包括宽带隙六方氮化硼单光子发射器的观察。在讨论这些主题时，我们试图把重点放在开放性问题和实验观察上，这些问题还没有一个明确的解释。
2016-12-18 cond-mat.mes-hall
Magnetism of topological boundary states induced by boron substitution in graphene nanoribbons
石墨烯纳米带（GNRs），碳基电子学的低维平台，显示了将自旋极化也纳入其共轭电子系统的有前途的前景。然而，GNRs中的磁性通常与锯齿形边缘周围的局域态相关联，难以制造且具有高反应性。在这里，我们表明，磁性也可以通过在其内部原子精确的工程拓扑缺陷诱导远离物理GNR之字形边缘。一对取代的硼原子插入到碳骨架中，打破了它们的拓扑能带的共轭，并在周围建立了两个自旋极化的边界态。自旋态的电输运测量通过硼取代GNRs之间的尖端和样品的扫描隧道显微镜悬浮检测。第一性原理模拟发现，硼对诱导自旋1，这是通过调整对之间的间距修改。我们的研究结果展示了一条将自旋链嵌入GNRs的路线，使它们成为自旋电子器件的基本元件。
2020-09-28 cond-mat.mes-hall
Atomic-resolution structural and spectroscopic evidence for the synthetic realization of two-dimensional copper boride
本研究利用STM和FER光谱揭示了在Cu(111)上生长的二维硼化铜的强共价键合特征，并通过DFT计算验证其结构，为拓展原子级薄金属硼化物材料家族提供了合成方向。
2025-01-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Singlet and triplet trions in WS$_2$ monolayer encapsulated in hexagonal boron nitride
将WS $_2$单层嵌入六方氮化硼薄片中，使我们能够解决和研究由于带负电荷的激子（trions）的单重态和三重态在这个原子级薄的半导体中的光致发光响应。已经发现单重态和三重态之间的能量分离相对较小，反映了WS $_2$单层中三重态的电子-电子交换相互作用的相当弱的影响，其涉及具有相同自旋但来自不同谷的两个电子。偏振分辨实验表明，激发光的螺旋性在三重态三离子的发射光谱中比在单重态三离子的发射光谱中得到更好的保持。最后，单重态（intravalley）trions被发现是可观察的，即使在环境条件下，而由于三重态（intervalley）trions的发射只在低温下是有效的。
2018-05-15 cond-mat.mes-hall
Impacts of in-plane strain on commensurate graphene/hexagonal boron nitride superlattices
由于原子薄的结构，石墨烯/六方氮化硼（G/hBN）异质结构对施加到其晶格结构的外部机械力和变形非常敏感。特别是，应变可以导致G/hBN的电子性质的修改。此外，由石墨烯和hBN层的未对准驱动的莫尔结构为G/hBN的电子行为引入了新的特征。利用{ \it ab initio}计算方法，研究了在G/hBN两层上同时施加面内应变时，G/hBN不同层错电子性质的应变诱导变化。我们观察到，在实验适用的系统中，几个百分比的量级的面内应变和莫尔图案的相互作用导致相当大的谷漂移，带隙调制和衬底诱导的费米速度重整化的增强。此外，我们发现，无论应变排列，锯齿形方向变得更有效的电子输运，当施加面内非等双轴应变。
2018-11-30 cond-mat.mes-hall
Determining the phase diagram of atomically thin layered antiferromagnet CrCl$_3$
原子级薄的磁性范德华多层膜的自旋结构的变化会导致其光电性质的急剧变化。相反，这些系统的光电响应提供了有关磁状态的信息，这是很难获得的。在这里，我们表明，在氯化铬$_3$多层膜中，隧道电导对外加磁场（$H$），温度（$T$）和层数（$N$）的依赖性跟踪的演变的磁状态，使这些系统的磁相图实验确定。除了高场自旋翻转转变发生的所有厚度，在平面内的磁导表现出奇偶效应，由于低场自旋翻转转变。如果层数$N$是偶数，则由于非常小的面内磁各向异性，转变发生在$μ_0 H \sim 0$ T处，而对于奇数$N$，未补偿层的净磁化导致转变发生在有限的$H$处。通过定量分析的现象，我们确定的层间交换耦合以及交错磁化，并表明在CrCl $_3$形状各向异性占主导地位。我们的结果揭示了原子级薄层状反铁磁体的丰富行为，具有弱磁各向异性。
2019-11-11 cond-mat.mes-hall
Lateral heterostructures of hexagonal boron nitride and graphene: BCN alloy formation and microstructuring mechanism
将单个二维材料集成到异质结构中是关键的一步，这使得能够开发新的和技术上有趣的降维功能系统。在这里，通过在超高真空中从环硼氮烷和乙烯进行顺序化学气相沉积，在Ir（111）上合成了六方氮化硼和石墨烯的良好限定的横向异质结构。低能电子显微镜（LEEM）和选区电子衍射（μ-LEED）表明，异质结构不仅由六方氮化硼（绝缘体）和石墨烯（导体）组成，而且还形成了由B，C和N原子组成的2D合金（半导体）。合金的组成和空间延伸可以通过控制合成的参数来调节。实验证明了一种基于六方氮化硼分解的原位制备微纳米结构的新方法，并建立了解析模型，为制备各种形状的BCN和石墨烯元件建立了新的途径。通过这种方式，可以制造出原子级薄的导电和半导体组件，作为制造更复杂器件的基础。
2018-06-11 cond-mat.mes-hall
Addressing electron spins embedded in metallic graphene nanoribbons
自旋托管石墨烯纳米结构是用于基本量子自旋电子器件的有前途的无金属系统。传统上，通过电子带隙保护自旋不被淬灭，这也阻碍了电子进入它们的量子态。在这里，我们提出了一个狭窄的石墨烯纳米取向取代掺杂硼杂原子，结合了金属字符与本地自旋1/2状态的存在下，在其内部。在Au（111）衬底上通过表面合成制备了该带。通过带之间的尖端和样品的扫描隧道显微镜悬浮运输测量揭示了它们的弹道行为，金属纳米线的特性。电导谱显示了近藤共振和非弹性隧穿激发形式的局域自旋态的指纹。密度泛函理论合理化了由于硼原子引起的价带的部分减少而导致的石墨烯纳米颗粒的金属特性。转移的电荷在硼原子周围建立局部磁矩。自旋宿主态和价带波函数的正交对称性保护它们不被混合，保持自旋态局域化。将弹道输运和自旋定位到单个石墨烯纳米颗粒中的组合提供了在真实器件架构中电子寻址和控制碳自旋的前景。
2022-06-15 cond-mat.mes-hall
Atomically thin quantum light emitting diodes
过渡金属二硫属化合物（TMD）是一种光学活性层状材料，具有快速光电子学和片上光子学的潜力。我们证明了电驱动的单光子发射从局部网站在钨二硒化物（WSe 2）和二硫化钨（WS 2）。为了实现这一点，我们制造了包括单层石墨烯、薄六方氮化硼和TMD单层和双层的发光二极管结构。光子相关测量被用来确认单光子性质的光谱尖锐的发射。这些结果将TMD系列作为混合、宽带、原子级精确量子光子器件的平台。
2016-08-31 cond-mat.mes-hall quant-ph
Signatures of phonon and defect-assisted tunneling in planar metal-hexagonal boron nitride-graphene junctions
电子隧道光谱测量的范德华异质结组成的金属和石墨烯（或石墨）电极分离的原子薄的六方氮化硼隧道势垒。低电压下的隧穿电导dI/dV相对较弱，在|V|~50 mV附近可重复观察到强增强。虽然在低能量下的弱隧穿归因于在动量空间中金属和石墨烯费米表面没有实质性重叠，但在较高能量下的增强表明非弹性过程的开始，其中异质结构中的声子提供连接费米表面所需的动量。在隧道电流的二阶导数中的显著峰值，在其中隧道结中的已知声子模式具有高态密度的电压下观察到。此外，在这些器件中还观察到归因于氮化硼中纳米级缺陷的单电子充电的隧穿电导的特征。石墨烯的小的电子态密度允许这些缺陷态的充电光谱被静电调谐，导致在隧穿电导中的库仑钻石。
2016-10-11 cond-mat.mes-hall
Atomically thin p-n junctions with van der Waals heterointerfaces
半导体pn结是现代电子学和光电子学的基本构件。在常规半导体中，pn结在与未补偿掺杂剂原子相关联的平衡和内建电势下产生自由载流子的耗尽区。通过该区域的空间范围限定的扩散和漂移过程发生跨结的载流子输运。随着原子级薄的范德华（vdW）材料及其异质结构的出现，我们现在能够实现量子极限的pn结。特别是，由p型和n型半导体组成的vdW结，每一个只有一个单元电池厚的预测表现出完全不同的电荷传输特性比体结。在这里，我们报告的电子和光电特性的原子薄的p-n异质结制造使用VDW组件的过渡金属二硫属化物（TMDC）。在p-n界面，我们观察到栅极可调二极管类电流整流和光伏响应。我们发现，隧道辅助层间复合的多数载流子是负责的电子和光电过程的可调谐性。将原子pn结夹在石墨烯层之间增强了光激发载流子的收集。这里提出的原子尺度的vdW p-n异质结构成了功能电子和光电元件的最终量子极限。
2014-03-12 cond-mat.mes-hall
Triplet excitation and electroluminescence from a supramolecular monolayer embedded in a boron nitride tunnel barrier
我们发现，通过剥离的少层六方氮化硼（hBN）薄片表面上的氢键稳定的有机分子的有序单层可以并入到具有完整的少层石墨烯接触的范德华异质结构中，形成分子/2D混合隧穿二极管。电子可以在施加的电压VSD下隧穿通过hBN/分子势垒，并且我们观察到来自激发单重态的分子电致发光，其中发射的光子能量> eVSD，表明能量高达~ 1 eV的上转换。我们发现，隧道电子激发嵌入的分子进入单重态在两个步骤的过程中，通过一个中间的三重态通过非弹性散射，也观察到直接发射的三重态。这些异质结构提供了一种固态器件，其中自旋三重态，这不能产生的光学跃迁，可以可控地激发，并提供了一种新的途径，以研究物理，化学和量子自旋为基础的应用三重态的产生，发射和分子光子上转换。
2019-12-11 cond-mat.mes-hall
Ultrafast Charge Transfer in Atomically Thin MoS2/WS2 Heterostructures
范德华异质结构最近已经成为一类新的材料，其中堆叠的原子薄二维（2D）层（包括石墨烯，六方氮化硼和过渡金属二硫属化物（MX 2））之间的量子耦合产生了迷人的新现象。MX2异质结构对于新型光电和光伏应用特别令人兴奋，因为2D MX2单层可以在近红外到可见光谱范围内具有光学带隙，并表现出极强的光-物质相互作用。理论预测，许多堆叠的MX2异质结构形成II型半导体异质结，其促进用于光检测和捕获的有效电子-空穴分离。在这里，我们报告的第一个实验观察超快的电荷转移在光激发的MoS 2/WS 2异质结构使用光致发光映射和飞秒（fs）泵浦探测光谱。我们发现，从二硫化钼层的WS 2层的空穴传输发生在50 fs光激发后，范德华耦合的2D层的显着的速率。范德华异质结构中的这种超快电荷转移可以实现用于光电子学和光捕获的新型2D器件。
2014-07-23 cond-mat.mes-hall
Nanopores in atomically thin 2D nanosheets limit aqueous ssDNA transport
2D材料中的纳米孔对于DNA测序是非常理想的，然而实现单链DNA（ssDNA）通过它们的运输是具有挑战性的。使用密度泛函理论计算和分子动力学模拟，我们表明，ssDNA通过单层六方氮化硼（hBN）中的孔运输是由一个基本的纳米力学冲突。它由ssDNA的显著不均匀的抗弯刚度引起，并引起高摩擦$\textit{via}$瞬时DNA解吸成本，溶剂化效应加剧了这种成本。对于双层hBN中类似尺寸的孔，其自钝化的原子光滑边缘使得连续的ssDNA运输成为可能。我们的研究结果揭示了生物聚合物通过2D材料中的孔隙运输的基本物理学。
2021-08-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Unveiling the atomic structure of single-wall boron nanotubes
尽管最近在合成硼纳米管（BNT）方面取得了成功，但其壁的原子排列尚未确定，并且关于其基本性质的许多问题仍然存在。在这里，我们通过第一性原理分子动力学模拟揭示了BNTs的动力学稳定性。我们发现，独立的，单壁BNT的直径大于0.6 nm的热稳定在实验报告的合成温度为870 $^\circ$ C和更高。热稳定的BNTs的壁被发现具有各种不同的混合三角-六边形的形态。我们的研究结果证实了混合的三角-六方形貌作为原子薄硼的结构范例的重要性。
2014-04-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Spin wave imaging in atomically designed nanomagnets
所有铁磁材料的自旋动力学都受两种类型的集体激发控制：自旋波和畴壁。这些集体模式的基本过程，如交换相互作用和磁各向异性，都起源于原子尺度;然而，传统的探测技术，基于中子和光子散射，在倒易空间提供高分辨率，从而差的空间分辨率。在这里，我们提出了直接成像的自旋波在单个链的铁磁耦合$S=2$ Fe原子，组装一个接一个的Cu $_2$ N表面使用扫描隧道显微镜。我们能够以两种互补的方式，以原子分辨率映射这些设计师纳米磁体的自旋动力学。首先，利用非弹性电子隧穿谱研究了理论预测的量子化自旋波激发振幅的原子间变化。其次，我们观察到两个相反的磁化状态，其速率变化强烈依赖于沿链的尖端的位置之间的缓慢随机切换。我们的观察，结合模型计算，揭示了开关的链启动的自旋波激发态，其波腹在链的边缘，其次是域壁移动通过链从一端到另一端。这种方法开辟了其他类型的自旋激发，如自旋子和分数端态，在工程自旋链原子尺度成像的方式。
2014-03-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Evidence for atomic-scale vibron-mediated electron bunching
CNRS, Laboratoire de Physique des Solides（法国国家科学研究中心，固体物理实验室）；Moscow Institute of Physics and Technology（莫斯科物理技术学院）；CNRS, LOMA, UMR 5798（法国国家科学研究中心，LOMA实验室）
研究通过原子级射频噪声分析，发现振动耦合可诱导电子成团，揭示了在Bi₂Se₃中Fe杂质的振动辅助隧穿现象，证实了理论预测的电子成团机制。
2025-11-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Electrical excitation of carbon centers in hexagonal boron nitride with tuneable quantum efficiency
本研究通过范德华技术设计垂直隧穿器件，实现了六方氮化硼中碳中心的高效电激发发光二极管，其电激发效率较光学激发高出数个数量级，并可通过斯塔克效应调控发射能量，解决了宽带隙晶体缺陷中心电驱动器件的制造难题。
2023-05-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Low-temperature monoclinic layer stacking in atomically thin CrI$_3$ crystals
三碘化铬（CrI $_3$）是一种很有前途的磁性二维半导体，其自旋在单层内铁磁排列。在自旋电子学中的潜在应用来自于相邻层之间的反铁磁有序，其引起自旋过滤和隧穿器件中的大磁阻。这个关键特征只出现在薄的多层膜中，它不是从大块晶体中继承的，相反，相邻的层共享相同的铁磁自旋取向。这种散装和薄样品之间的差异是出乎意料的，因为层之间的磁有序产生的交换相互作用是本地的性质，不应该强烈依赖于厚度。在这里，我们解决了这一争议，并通过偏振分辨拉曼光谱表明，薄多层膜不经历结构相变典型的散装晶体。因此，不同的堆叠模式是存在于薄和散装样品在磁性设置的温度下，根据先前的第一性原理模拟，这导致在不同的层间磁排序。我们的实验结果提供了证据的强烈的相互作用之间的堆叠顺序和磁性的CrI $_3$，打开有趣的角度来设计范德华多层膜的磁状态。
2019-08-26 cond-mat.mes-hall
Towards Chirality Control of Graphene Nanoribbons Embedded in Hexagonal Boron Nitride
具有相似晶格但不同电学性质的二维材料的集成面内生长可以为实现原子厚度的集成电路提供一条有前途的途径。然而，在hBN的晶格中制造边缘特异性GNR仍然是目前方法的巨大挑战。在这里，我们开发了一种两步生长方法，并成功地实现了亚5 nm宽的锯齿形和扶手椅型GNRs嵌入hBN分别。进一步的输运测量表明，亚7 nm宽的锯齿形GNR表现出与其宽度成反比的带隙开口，而窄扶手椅型GNR表现出带隙宽度关系的一些波动。并将提供一种有前途的途径，以在高质量绝缘hBN衬底上实现复杂的纳米级电路。
2020-09-27 cond-mat.mes-hall
Tunable crystal symmetry in graphene-boron nitride heterostructures with coexisting moiré superlattices
在由原子级薄晶体层叠而成的异质结构中，层间的晶格失配或旋转会导致长波长的莫尔超晶格。这些莫尔图案可以驱动复合材料的显著能带结构重构，导致包括超导性、磁性、分数陈绝缘态和莫尔激子在内的广泛的涌现现象。在这里，我们研究单层石墨烯封装在两个晶体的氮化硼（BN），其中所有三个组件之间的旋转对齐可以变化。我们发现，在石墨烯中产生的带隙与两个BN层的完美旋转对准可以修改基本上取决于两个BN层的相对取向是0度或60度，这表明在异质结构中的反转对称的存在或不存在之间的可调过渡。与所有三个层的完美对准的小偏差（$<1^{\circ}$）导致共存的长波长莫尔势，导致以多个次级狄拉克点为特征的高度重构的石墨烯能带结构。我们的研究结果表明，多个莫尔图案之间的相互作用可以用来可控地修改复合异质结构的电子性质。
2019-03-26 cond-mat.mes-hall
Shot noise detection in hBN-based tunnel junctions
采用原子级薄的六方氮化硼作为隧穿势垒，制备了高质量的Au/hBN/Au隧穿器件。所有的隧道结都显示出几个k $Ω$ / $μ$ m $^{2}$量级的隧穿电阻。在小偏压下的欧姆I-V曲线没有共振的迹象表明缺陷的稀疏性。在这些器件中测量了调谐电流散粒噪声，过量散粒噪声与理论预期一致。这些结果表明，原子级薄的hBN是一种优良的隧道势垒，特别是对于散粒噪声特性的研究，这可以使隧道态密度和散粒噪声光谱在更复杂系统的研究。
2017-04-17 cond-mat.mes-hall
Boron Nitride Nanosheets Improve Sensitivity and Reusability of Surface Enhanced Raman Spectroscopy
表面增强拉曼光谱（SERS）是一种多学科交叉的分析技术。然而，生产高灵敏度、可重复性、稳定性、可重复使用和可扩展的SERS基底仍然是一个挑战。在这里，我们证明了原子级薄的氮化硼（BN）纳米片具有许多独特和理想的特性，以帮助解决这一挑战。BN纳米片的原子厚度、高柔性、更强的表面吸附能力、电绝缘性、不渗透性、高热稳定性和化学稳定性的协同效应可以将拉曼灵敏度提高两个数量级，同时获得其他材料无法实现的长期稳定性和非凡的可重复使用性。这些进展将极大地促进SERS在许多领域的广泛应用。
2016-07-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Gate-controlled reversible rectifying behaviour in tunnel contacted atomically-thin MoS$_{2}$ transistor
集成到范德华异质结构中的原子薄2D半导体材料已经实现了为下一代纳米电子学带来巨大希望的架构。然而，挑战仍然存在，以使其能够完全接受为用于集成在逻辑器件中的顺应性材料。金属/半导体界面的势垒和半导体沟道的迁移率是构成${pn}$二极管和场效应晶体管的两个关键因素。在这里，我们已经设计了一种反转堆叠技术，以插入无毛刺的h-BN隧道层之间的MoS $_{2}$通道和接触电极。因此，电子的垂直隧穿使得可以抑制肖特基势垒和费米能级钉扎，从而导致跨带隙边缘的沟道化学势的均匀栅极控制。所观察到的双极${pn}$到${np}$二极管的前所未有的特征，其可以被可逆地栅极调谐，为基于原子薄半导体沟道的未来逻辑应用和高性能开关铺平了道路。
2017-05-12 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Graphene on Hexagonal Boron Nitride
自2004年首次通过机械剥离分离石墨烯以来，石墨烯研究领域发展迅速。由于其载流子的相对论狄拉克性质，石墨烯既是下一代电子器件的有前途的材料，也是固有高能物理现象的方便的低能测试平台。这两个研究分支都需要简单地制造干净的石墨烯器件，以免掩盖其固有的物理特性。六方氮化硼已经成为石墨烯器件的有前途的衬底，因为它是绝缘的、原子级平坦的并且为石墨烯提供清洁的电荷环境。此外，石墨烯和氮化硼之间的相互作用为研究裸石墨烯器件中不存在的新物理现象提供了途径。本文从扫描隧道显微镜的角度对石墨烯在六方氮化硼器件上的研究进展进行了综述，重点介绍了电输运测量的一些重要结果。
2014-05-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Defects in hexagonal boron nitride for quantum technologies
本文为展望类研究，梳理了二维宽带隙材料六方氮化硼（hBN）中室温可光学寻址的单光子发射原子缺陷的研究进展与挑战，指出其为环境条件下的原子级薄量子器件及量子技术发展提供了新方向。
2025-10-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Single-layer MoS2 roughness and sliding friction quenching by interaction with atomically flat substrates
实验研究了沉积在SiO2、云母和六方氮化硼（h-BN）衬底上的单层MoS 2晶体的表面粗糙度和横向摩擦力。粗糙度和滑动摩擦测量通过原子力显微镜（AFM）进行。我们发现一个很强的依赖性的MoS 2粗糙度的底层衬底材料，是h-BN的衬底，更好地保持了平整度的MoS 2晶体。横向摩擦力也随着粗糙度的降低而降低，并且对于h-BN衬底上的MoS 2薄片达到其最低值。然而，它仍然高于块状MoS 2晶体的表面，我们将其归因于由于竞争的尖端与薄片和薄片与衬底的相互作用而导致的薄片的变形。
2014-07-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
One-dimensional magnetic conduction channels across zigzag graphene nanoribbon/hexagonal boron nitride heterojunctions
本研究利用第一性原理和平均场Hubbard模型，揭示了之字形石墨烯纳米带/六方氮化硼异质结中由电荷转移引起的一维磁传导通道，并证明其自旋劈裂可受外场调控，为原子级薄自旋电子器件提供了平台。
2024-05-31 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Optical beam shifts in graphene and single-layer boron-nitride
研究了独立二维原子晶体的光束位移。与三维晶体相反，古斯-H $\rm \ddot{a}$ nchen位移的大小取决于晶体的表面磁化率，而不取决于入射光束的波长。原子级薄晶体的表面电导率在本文中不太重要，因为它仅作为二阶序参量进入位移的表达式。与三维晶体类似，Imbert-Fedorov位移和角位移的大小分别取决于波长和光束角孔径的平方。
2016-12-11 cond-mat.mes-hall physics.optics
Coulomb blockade in an atomically thin quantum dot coupled to a tunable Fermi reservoir
量子限制态和离域态的费米储库之间的粒子的门可调量子力学隧穿支撑了自旋电子学和固态量子光学的许多进展。典型的例子是半导体量子点通过隧道势垒与栅极接触分离。这使得能够实现库仑阻塞，即电子或空穴可以一个接一个地加载到量子点中的现象。根据隧道耦合强度，这种能力有助于单自旋量子比特或限制自旋和费米库之间的相干多体相互作用。范德华（vdW）异质结构，其中广泛的独特的原子层可以很容易地组合，提供了新的前景工程相干量子限制自旋，隧道势垒下降到原子极限或费米水库超出传统的平坦态密度。然而，需要在单颗粒水平上对vdW纳米结构进行门控以解锁其潜力。在这里，我们报告的库仑阻塞在VDW异质结构组成的过渡金属二硫属化物量子点耦合到石墨烯接触通过原子薄的六方氮化硼（hBN）隧道势垒。多亏了一个可调的费米库，我们可以确定性地将单个电子或单个空穴加载到量子点中。我们观察到的混合激子，局域量子点态和离域连续态，所产生的超强自旋守恒隧道耦合通过原子薄的隧道势垒。探测外加磁场中的带电激子，我们观察到大的旋磁比（~8）。我们的研究结果建立了一个基础，工程下一代设备，以调查无论是新的制度的近藤物理或孤立的量子位在vdW异质结构平台。
2019-04-24 cond-mat.mes-hall
Interface of graphene nanopore and hexagonal boron nitride as a sensing device
嵌入六方氮化硼中的石墨烯条的原子精确控制合成为构建具有传感应用的纳米器件开辟了新的可能性。在这里，我们探索的电子结构和量子输运的石墨烯纳米颗粒嵌入六方氮化硼的性质，使用密度泛函理论和非平衡格林函数方法相结合，计算电导。我们发现，石墨烯纳米粒子的签名被保存在透射光谱和本地电流主要局限于石墨烯域。当在系统的石墨烯部分中产生适当尺寸的纳米孔时，电子电流被限制在沿着六方氮化硼边界运行的碳链上。这种情况可以使假设的纳米器件对通过纳米孔的分子的电子性质变得高度敏感，从而开辟了基于石墨烯纳米管中实时电导调制测量的气体分子，氨基酸甚至DNA序列检测的方法。
2016-02-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Pressure-induced commensurate stacking of graphene on boron nitride
将原子级薄的范德华材料结合到异质结构中为设计电子器件的创建提供了强大的途径。相邻层之间的相互作用强度，最容易通过它们的层间分离控制，可以对这些复合材料的电子性质具有显着的影响。在这里，我们展示了前所未有的控制层间相互作用，通过局部修改石墨烯和氮化硼之间的层间分离，我们通过施加压力与扫描隧道显微镜尖端实现。对于氮化硼上的对齐或接近对齐的石墨烯的特殊情况，石墨烯晶格可以局部拉伸和压缩以补偿两种材料之间的轻微晶格失配。我们发现，修改层间分离直接调谐的晶格应变，并诱导相称的尖端下方的堆叠。我们的研究结果激励未来的研究定制的范德华异质结构的电子特性，通过控制整个设备的层间分离，使用静水压力。
2017-01-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Charge distribution across dislocation networks induced by a strained top layer in hexagonal boron nitride substrates
University of Manchester（曼彻斯特大学）；National Graphene Institute, University of Manchester（曼彻斯特大学国家石墨烯研究所）
研究揭示了在六方氮化硼基底顶部层施加应变时，位错网络引发压电电荷热点的形成机制，为二维材料的封装与调控提供了新视角。
2026-02-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Single- and narrow-line photoluminescence in a boron nitride-supported MoSe$_2$/graphene heterostructure
由范德华材料制成的异质结构提供了一个模板，以研究原子级尖锐的异质界面的邻近效应。特别是，近场电荷和能量转移的异质结构由半导体过渡金属二硫属化物（TMD）已吸引了兴趣，设计模型的2D“施主-受主”系统和新的光电元件。在这里，使用拉曼散射和光致发光光谱，我们报告了一个全面的表征的二硒化钼（MoSe $_2$）单层沉积到六方氮化硼（hBN）和覆盖的单层和双层石墨烯。与原子级平坦的hBN衬底一起，单个石墨烯外延层足以钝化MoSe $_2$层并提供均匀的环境，而不需要额外的覆盖层。结果，我们没有观察到光诱导掺杂在我们的异质结构和MoSe $_2$激子线宽得到窄至1.6 meV，因此接近均匀的极限。半金属石墨烯层中和2D半导体，并实现皮秒非辐射能量转移，其猝灭来自长寿命状态的辐射复合。因此，来自中性带边激子的发射在很大程度上主导MoSe $_2$ /石墨烯异质结构的光致发光光谱。由于该激子在低温下具有皮秒辐射寿命，与能量转移时间相当，因此在单层和双层石墨烯的存在下，其低温光致发光仅分别被$3.3 \pm 1$和$4.4 \pm 1$的因子淬灭。最后，虽然我们的裸MoSe $_2$ hBN表现出可忽略不计的谷极化在低温和近共振激发下，我们表明，接口MoSe $_2$与石墨烯产生一个单线发射器的谷极化和相干度高达$\sim 15\,\%$。
2021-03-11 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Polarization-Aligned, Spectrally Consistent Quantum Emitters in As-Exfoliated Carbon-Doped Hexagonal Boron Nitride
Korea Institute of Science and Technology（韩国科学技术院）；University of Science and Technology（科学技术大学）；Korea University（韩国大学）；Kyung Hee University（庆熙大学）；National Institute for Materials Science（材料科学国立研究所）
研究发现未剥离碳掺杂六方氮化硼中的量子发射体具有稳定且可重复的发射能量及极化对齐的偶极子，提供了一种适用于平面光子器件的高效平台。
2026-03-18 cond-mat.mes-hall
Nanospot Angle-Resolved Photoemission Study of Bernal-Stacked Bilayer Graphene on Hexagonal Boron Nitride: Band Structure and Local Variation of Lattice Alignment
六方氮化硼（hBN）是二维材料器件的支撑衬底的选择，因为它是原子平坦的和化学惰性的。然而，由于机械剥离的hBN薄片的尺寸小，使用角分辨光电子能谱（ARPES）的hBN支持的2D材料的电子结构研究是具有挑战性的。在这里，我们调查的Bernal堆叠的双层石墨烯片上的六方氮化硼（BLG/hBN）薄片的电子能带结构使用nanoARPES（nanoARPES）。通过拟合高分辨率的能量与动量电子带谱，我们提取了BLG在hBN上的紧束缚参数。此外，我们揭示了BLG和hBN晶格之间的取向角的空间变化，通过费米能级附近的电子带的不均匀性。我们证实了这些发现，通过扫描隧道显微镜测量获得相同的设备。我们的结果从空间分辨nanoARPES测量的BLG/hBN异质结构是有助于理解实验，利用空间平均技术，如电子输运和光学光谱。
2019-04-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
