Electrically tunable magnetoplasmons in a monolayer of silicene or germanene
我们从理论上研究了单层硅烯或锗烯中的电调谐磁等离子体。我们推导出的动力学响应函数，并考虑到强自旋轨道耦合（SOC）和外部电场$E_z$垂直于屈曲硅烯/锗烯的平面的影响。利用无规相位近似分析了磁等离子体激元谱。色散关系具有与二维电子气中相同的形式，其中回旋加速器和等离子体频率由于SOC和场$E_z$而被修改。在没有SOC和$E_z$的情况下，我们的结果与最近对石墨烯的实验吻合得很好。预测的效应可以通过类似于石墨烯的实验进行测试，并将用于未来的自旋电子学和光电子器件。
2015-04-21 cond-mat.mes-hall
Quasi-Topological Insulator and Trigonal Warping in Gated Bilayer Silicene
双层硅烯由于其屈曲结构和三角对称结构而具有比双层石墨烯更丰富的物理性质。屈曲结构源于硅的大离子半径，三角对称性源于两个硅烯之间的特殊跳跃方式。它是拓扑平凡绝缘体，因为它带有平凡的$\mathbb{Z}_{2}$拓扑电荷。然而，它的物理性质更类似于拓扑绝缘体而不是带状绝缘体。实际上，双层硅烯纳米载体具有几乎无间隙和螺旋的边缘模式。我们可以称之为准拓扑绝缘体。一个重要的观察结果是能带结构可通过向双层硅烯片施加电场来控制。研究了电场作用下双层硅烯的能谱。正如单层硅烯在一定的电场下经历从拓扑绝缘体到能带绝缘体的相变一样，双层硅烯在超过一定的临界电场时也会从准拓扑绝缘体到能带绝缘体的相变。在临界电场下，双层硅烯是金属，而单层硅烯是半金属。此外，我们还发现在双层硅烯中存在几个临界电场，在这些临界电场处，由于三角弯曲效应，能隙关闭。
2012-09-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Geometrical structure and the electron transport properties of monolayer and bilayer silicene near the semimetal-insulator transition point in tight-binding model
由于硅烯在K点附近的类Dirack行为，我们研究了由硅原子组成的蜂窝晶格的单层和双层硅烯的电子性质，包括光电导和带电杂质散射。在多带紧束缚模型中考虑了自旋、谷、亚晶格自由度。在动量空间中，连接准粒子动量输运过程中两个裸格林函数（无相互作用）的散射矩阵，对于单杂质组态，可以是动量无关的，这类似于低能Dirac半金属系统中小库仑耦合的情况。而在零频极限或强库仑耦合区与频率无关的情况下，静态极化可以用随机相位近似得到，这对确定电荷杂质屏蔽库仑散射有重要意义。硅烯中的反铁磁有序是Hubbard-U依赖的，不同于具有反铁磁基态的正方晶格，它提供了从半金属相到绝缘体相的相变的前提.我们发现，在无电场时，对于透明单层硅烯，半金属到绝缘体的相变临界值为9 eV，对于第二层AA堆叠双层硅烯或杂质强度为4 eV的脏单层硅烯，相变临界值为12 eV。而第一层AA叠层硅烯的行为与单层硅烯相似。面内光学电导率也显示出相同的结果。
2018-04-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Unexpectedly Large Tunability of Lattice Thermal Conductivity of Monolayer Silicene via Mechanical Strain
应变工程是最有前途和最有效的途径之一，不断调整材料的电子和光学性能，而热性能通常被认为是不敏感的机械应变。本文采用从第一性原理计算中提取的力常数，通过求解声子Boltzmann输运方程，计算了均匀双轴拉伸下单层硅烯的应变相关热导率。与通常认为的导热率仅随着体材料的拉伸应变的增加而略微降低的理解不同，发现硅烯的导热率首先随着应变急剧增加，然后当施加的应变进一步增加时略微降低。当拉伸应变为4%时，最高导热系数是未拉伸时的7.5倍。这种不寻常的应变依赖性主要归因于声学声子寿命的显着增强。这种增强可能源于硅烯结构在拉伸时的屈曲的平坦化，这与其他常见的二维材料相比对于硅烯是独特的。我们的研究结果提供了调制的应用，如热电，热电路和纳米电子学的低维结构的热性能的前景。
2015-12-05 cond-mat.mes-hall
Quantum capacitance in monolayers of silicene and related buckled materials
硅烯及其相关的屈曲材料由于强的自旋轨道耦合和屈曲结构而不同于传统的二维电子气和著名的石墨烯。这些材料有可能克服石墨烯遇到的限制，特别是零带隙和弱自旋轨道耦合。我们提出了一个量子电容的理论实现，它具有传统的运输测量的散射问题的优势。我们推导并讨论了量子电容作为费米能量和温度的函数，考虑到电子空穴通过高斯加宽分布的水坑。我们的预测结果是非常令人兴奋的，为未来的自旋电子和谷电子器件铺平了道路。
2015-10-22 cond-mat.mes-hall
Temperature-dependent collective effects for silicene, germanene and monolayer black phosphorus
我们数值计算了新发现的硅烯，锗烯和黑磷（BP）的电子交换，相关能和动态极化函数，由元素磷原子的褶皱层组成，拓宽了二维（2D）材料在不同温度下的范围。事实上，单层BP，由机械和液体剥离技术，已被预测为具有大的能量分裂1.6 eV的准粒子能带结构的绝缘体。我们比较了这些能量对化学势、场致能隙和温度的依赖性，并得出结论，在许多情况下，它们的性质相似，即，随着掺杂而增加，在升高的温度下显著降低，并且在各种温度下显示出对不对称间隙的不同依赖性。此外，我们使用的动力学极化率，调查新的“分裂”等离子体激元分支的褶皱晶格和预测一个独特的分裂，不同的带隙的石墨烯，为各种能隙。我们的研究结果对于刺激这些新材料的电子，传输和集体研究，以及增强硅基制造和光电子器件和晶体管器件技术至关重要。
2016-05-27 cond-mat.mes-hall
Absence of Dirac Electrons in Silicene on Ag (111) Surfaces
我们报道了第一性原理计算，阐明了硅烯在Ag（111）表面的稳定性和电子结构。我们发现硅烯/Ag（111）存在几种稳定的结构，表现出多种扫描隧道显微镜图像。我们还发现在所有稳定结构中，由于Si单层的屈曲和Si与Ag轨道的混合，在费米能级附近Dirac电子都是{ \em缺失}的。相反，我们建议BN衬底或Si表面的氢处理是一个很好的候选人，以保持硅烯中的狄拉克电子。
2012-11-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Silicene on metallic quantum wells - an efficient way of tuning silicene-substrate interaction
我们提出了一种利用量子尺寸效应控制硅烯和衬底之间相互作用的有效方法，该方法可以生长具有定制电子特性的硅烯。作为一个例子，我们考虑硅烯的pPb（111）层，并演示了硅烯的属性，包括结合能，和狄拉克带，可以很容易地通过量子阱状态的基板调谐。我们还发现了一种保护狄拉克电子不受衬底影响的新机制。这与部分硅原子在硅烯中的特殊排列有关。这些发现强调了界面耦合的重要作用，并开辟了新的途径来创建具有受控电子特性的硅类二维结构。
2015-09-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Electric-field-tuned binding energies of trions in silicene, germanene, and stanene monolayers
本文基于非相对论势模型和超球谐方法，预测并证明了在硅烯、锗烯和锡烯单层中，外加电场可有效调控谷内三子的形成与结合能。
2024-08-22 cond-mat.mes-hall
Valley-Polarized Quantum Anomalous-Hall Effects in Silicene
我们证明了一种新的物质量子态--单层硅烯中的谷极化量子反常霍尔效应。在非本征Rashba自旋轨道耦合和交换场的作用下，单层硅烯可以处于量子态，其Chern数C=2。我们发现，通过调节Rashba自旋轨道耦合，拓扑相变产生谷极化量子反常霍尔态，即同时具有量子谷-霍尔效应（谷陈数C_V=3）和量子反常霍尔效应（C=-1）的量子态.
2013-04-27 cond-mat.mes-hall
Persistent Dirac Fermion State on Bulk-like Si(111) Surface
在Ag（111）上生长的“多层硅烯”膜的厚度增加到30个单层（ML）以上。我们发现这种“多层硅烯”确实是一种体硅（111）膜。Ag（111）表面的Si膜总是呈现出一种根部（3）×根部（3）的蜂窝状超结构。表面的准粒子干涉图（QPI）显示出离域的表面态和线性的能量-动量色散，证明了狄拉克费米子态的存在。我们的研究结果表明，具有金刚石结构的体硅也可以容纳狄拉克费米子，这使得该系统更有吸引力的进一步应用相比，单层硅烯。
2014-05-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Electrically Tunable Band Gap in Silicene
本文计算了硅烯的电子结构及其在垂直于硅原子单层的电场中弱屈曲蜂窝晶格的稳定性。我们发现，电场产生一个可调的带隙中的狄拉克型电子光谱，间隙被抑制了约8倍的系统的高极化率。在低电场下，这种可调带隙（这是蜂窝晶格上的电子所特有的）与凯恩-梅勒自旋轨道耦合之间的相互作用引起从拓扑绝缘体到能带绝缘体的转变，而在高得多的电场下，硅烯变成半金属。
2012-02-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Quantized Conductance and Field-Effect Topological Quantum Transistor in Silicene Nanoribbons
硅烯是一种量子自旋霍尔绝缘体，在外加电场（如电场、光辐射和反铁磁序）的作用下，硅烯会发生拓扑相变。我们研究了硅烯纳米带的电子和输运性质的基础上的Landauer形式。我们建议通过测量态密度和电导来确定拓扑相变。电导是量子化的，当系统转换到不同的相位时，电导的值会发生变化。我们表明，硅烯纳米粒子附近的零能量作为场效应晶体管。该晶体管是鲁棒的，但它利用了最小的量化电导，因为零能量的边缘状态的拓扑保护。我们的发现为未来的拓扑量子器件开辟了一条新的途径。
2013-03-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Edge states of hydrogen terminated monolayer materials: silicene, germanene and stanene ribbons
基于多轨道紧束缚模型，研究了锯齿形硅烯、锗烯和锡烯纳米带在有和没有氢终止时边缘态的能量色散。由于低屈曲结构对于这些材料是至关重要的，因此$π$和$σ$轨道对边缘状态具有强烈的影响，这与石墨烯纳米带的情况不同。螺旋边缘态的色散是非线性的，类似于第一性原理计算。另一方面，从单轨道紧束缚模型导出的色散总是线性的。因此，我们发现非线性来自于多轨道效应，单轨道模型不能得到精确的结果，而多轨道紧束缚模型可以得到精确的结果。我们发现，多轨道模型是必要的正确理解的边缘状态的分散在一个低屈曲几何形状的四元纳米带。
2016-12-30 cond-mat.mes-hall
The transformation of the stripe domain structure of spontaneously-formed epitaxial silicene on ZrB$_2$ thin film into a single-domain driven by the adsorption of a fraction of a monolayer of silicon was used to investigate how dislocations react and eventually annihilate in a two-dimensional honeycomb structure. The in-situ real time STM monitoring of the evolution of the domain structure after Si deposition revealed the mechanisms leading to the nucleation of a single-domain into a domain structure through a stepwise reaction of partial dislocations. After its nucleation, the single-domain e…
2020-10-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Hexagonally Warped Dirac Cones and Topological Phase Transition in Silicene Superstructure
硅烯是形成二维蜂窝晶格的硅原子的单层。本文研究了由周期势产生的硅烯超结构的拓扑性质。超结构是量子自旋霍尔（QSH）绝缘体，如果它是拓扑连接到硅烯。值得注意的是，在某些超结构中，硅烯布里渊区存在两个不等价的K和K '点。在这种情况下，两个狄拉克锥共存于动量空间中的同一狄拉克点，并且它们被库仑相互作用六角弯曲。我们进行了数值分析，采取的（$3\times 3$）的（$4\times 4$）结构的Ag衬底上的超结构的实例。结果表明，它是一种准分子氢绝缘体，在外加电场作用下不存在拓扑相变，能带结构发生六角弯曲。
2013-03-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Spin-Valley Optical Selection Rule and Strong Circular Dichroism in Silicene
硅烯（硅原子的单层）是一种拓扑绝缘体，其在外部电场下经历拓扑相变到带绝缘体。由于自旋-轨道耦合，自旋极化在K和K'点是唯一的且相反。因此，硅烯表现出很强的圆二色性的光学吸收，遵守一定的自旋谷选择规则。值得注意的是，由于在相变点发生能带反转，这两种类型的绝缘体之间的选择规则是完全不同的。因此，我们可以通过圆二色性在实验上判断硅烯是处于拓扑相还是带绝缘相。此外，选择规则使我们能够通过光吸收激发具有确定自旋和谷指数的电子。光感应电流是自旋极化的，其中自旋方向在拓扑绝缘体和带绝缘体之间是不同的。这对未来的自旋电子学应用是有用的。
2012-06-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Graphene is a two-dimensional (2D) semimetal with high mobility in charge carriers due to the existence of Dirac points. Silicene is another promising material, with properties analog to graphene. Many silicon (Si) based electronic devices can be integrated via graphene-silicene (Gra/si) hybrid structures. These electronic applications are mostly based on the ability to tune the bandgap via electronic structure deformation that is expected to be achieved by multilayer stacking, applying a transverse external electric field (EF), and altering interfacial distance. In this work, we investigate t…
2021-09-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Topological Insulator and Helical Zero Mode in Silicene under Inhomogeneous Electric Field
硅烯是形成二维蜂窝晶格的硅原子单层，其与石墨烯几乎具有所有显着的性质。硅烯的低能结构由具有相对大的自旋轨道相互作用的狄拉克电子描述，这是由于其屈曲结构。关键的观察结果是，通过将电场施加到硅烯片上，能带结构是可控的。特别地，间隙在某一临界电场处闭合。通过对硅烯纳米晶体能带结构的研究，我们发现随着电场的增加，硅烯纳米晶体发生了从拓扑绝缘体到能带绝缘体的拓扑相变。我们还表明，它是可能的，以产生螺旋零模式的任何地方在硅烯片通过调整局部的电场到这个临界值。该区域可以充当由拓扑绝缘体和/或带绝缘体包围的量子线或量子点。基于低能有效狄拉克理论，我们明确地构造了一些简单几何的波函数。这些结果也适用于锗烯，这是一个二维的蜂窝结构的锗。
2012-03-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Plasmon-phonon coupling in a valley-spin-polarized two-dimensional electron system: a theoretical study on monolayer silicene
本文研究了交换场作用下，硅烯谷自旋极化金属相中等离子体激元与极性绝缘体表面光学声子耦合产生的混合激发。我们在广义随机相位近似下进行计算，其中等离子体-声子耦合被考虑到由长程Fr $\ddot{\mathrm{o}}$ hlich相互作用。我们的调查两个杂交等离子体激元分支在不同的自旋和谷子带显示出不同的行为相比，非耦合的情况下。有趣的是，在一个谷，我们发现，虽然高能量的混合分支是完全阻尼的自旋向上的状态，它可以很好地定义在自旋向下的状态。此外，我们发现，电子-声子耦合是更强的自旋下降的子带，无论谷指数，由于其较高的电子密度。此外，我们还研究了电子-声子耦合对四个不同自旋谷锁定子带的准粒子散射率的影响。我们的计算结果预测的散射率的所有子带的普遍增强，和跳跃的情况下，自旋下降状态。与混合等离子体激元模式的阻尼相关联的这种急剧增加在解耦的情况下几乎不存在。结果表明，一个有效的方法来操纵集体模式的谷自旋极化硅烯，这可能成为有用的在未来的谷电子和自旋电子应用。
2018-11-29 cond-mat.mes-hall
Quantum Hall Effects in Silicene
在平行于磁场的电场$E_z$作用下，研究了硅烯的量子霍尔效应.硅烯是形成二维蜂窝晶格的硅原子单层，并且与石墨烯共享几乎所有显着的特性。一个新的特点是它的屈曲结构，由于它的能带结构可以通过改变$E_z$外部控制。硅烯的低能物理学由质量狄拉克费米子描述，其中质量是$E_z$的函数，并且在临界场$E_{\text{cr}}$处变为零。我们表明，有没有零能量状态，由于狄拉克质量项，除了在临界电场$E_{\text{cr}}$。此外，它表明，4重简并零能态是完全解决，即使不考虑库仑相互作用。这些特征与石墨烯中的特征形成了高度对比，表明硅烯具有更丰富的结构。其突出特点是通过施加电场，可以控制谷简并度。作为$E_z$的函数，霍尔平台出现在填充因子$ν=0,\pm 1,\pm 2,\pm 3,...$处，除了发生电平交叉的点。
2012-02-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Valley-Polarized Metals and Quantum Anomalous Hall Effect in Silicene
硅烯是形成二维蜂窝晶格的硅原子单层，其与石墨烯几乎具有所有显着的性质。硅烯的低能结构由具有相对大的自旋轨道相互作用的狄拉克电子描述，这是由于其屈曲结构。关键的观察是，能带结构是可控的，通过施加电场硅烯片。我们探讨了硅烯的相图与交换场$M$和通过施加电场$E_{z}$。出现了量子反常霍尔绝缘体（QAH）、谷极化金属（VPM）、边缘谷极化金属（M-VPM）、量子自旋霍尔绝缘体（QSH）和能带绝缘体（BI）。它们的特征在于陈数和/或由纳米粒子的边缘模式。有趣的是，在VPM中，电子已经从K点处的导带移动到$E_{z}>0$的K'点处的价带。我们发现，在QAH阶段，平坦的无隙边缘模式出现，自旋形成一个动量空间skyrmion产生的陈数。值得注意的是，通过简单地改变单层硅烯中的电场，可以诱导拓扑量子相变。
2012-06-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Topological Phase Transition and Electrically Tunable Diamagnetism in Silicene
硅烯是形成蜂窝晶格的硅原子的单层。晶格实际上是由两个子晶格组成的，它们之间的距离很小。硅烯是一种拓扑绝缘体，其特征是在体相中具有完全绝缘的间隙和螺旋形的无间隙边缘。在外加电场作用下，它经历了从拓扑绝缘体到带状绝缘体的相变。利用有效狄拉克理论分析自旋陈数，发现它们的起源是动量空间中的赝自旋介子。赝自旋的自由度来自于两个子晶格结构。我们的分析阐明了在增大电场作用下从拓扑绝缘体到能带绝缘体的相变的机理。提出了一种利用硅烯的抗磁性来确定临界电场的方法。抗磁性是可调的外部电场，并在临界电场表现出奇异行为。从电场和磁场之间的互相关的观点来看，我们的结果也是重要的。我们的发现对未来的电磁相关器件具有重要意义。
2012-05-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Structural Tristability and Deep Dirac States in Bilayer Silicene on Ag(111) Surfaces
本文报道了用密度泛函理论对Ag（111）表面单层和双层硅烯进行的总能量电子结构计算。实验观察到的rt 3 X rt 3结构在过去被认为是单层硅烯[Chen等人，物理修订版信函110，085504（2013）]被鉴定为Ag（111）表面上的双层硅烯。该识别是基于我们的准确的密度泛函计算，其中三个近似，局域密度近似，广义梯度近似，和范德瓦尔斯密度泛函近似，交换相关能量已被仔细检查。我们发现，结构三稳性存在的rt 3 x rt 3双层硅烯。计算的三种稳定结构之间的能垒在7 - 9 meV的范围内每个Si原子，表明可能的三个之间的翻转运动。我们已经发现，三种结构中的两种之间的翻转运动产生STM图像中的蜂窝结构，而三种结构之间的运动产生1 × 1结构。我们发现，由于成键作用，自支撑硅烯中有效地遵循Dirac方程的电子态与衬底Ag轨道耦合，并在价带深处下移。这一特征对于Ag（111）衬底上的所有稳定或亚稳定硅烯层是共同的。
2014-04-04 cond-mat.mes-hall
Electronic transport and the related anomalous effects in silicene-like hexagonal lattice
我们研究了由于Berry修正和相当大的扰动在类硅六方晶格系统中的反常效应。研究了周期Bloch带系统中与电磁场有关的Berry曲率，特别是在量子反常Hall相中，诱导的横向反常速度引起了本征Hall电导（不加顶点修正）.探测到了与反常速度项有关的量子反常霍尔效应，包括带避交叉效应和产生的特殊带隙。%{任意子的扩大伽利略对称性与霍尔效应} Berry曲率对拓扑自旋输运的影响%{相对论电子的拓扑自旋输运} %{Skyrmion泡运动的反常方向}以及自旋电流诱导的Skyrmion自旋织构运动在量子自旋霍尔效应与量子反常霍尔效应之间的差异.由于硅烯涉及到轨道自由度，轨道磁矩和轨道磁化强度对硅烯的电子输运性质有重要的影响，本文探讨了硅烯的光诱导量子自旋和谷霍尔效应，以及单层MoS 2中的轨道磁化强度。利用电场诱导的Rashba耦合研究了硅烯在Josephon结中的电子隧穿特性，并讨论了Berry相的反常效应。我们的研究结果对基于类硅拓扑绝缘体的自旋电子学和谷电子学的应用具有重要意义。
2018-07-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Crossover between Silicene and Ultra-Thin Si Atomic Layers on Ag(111) Surfaces
本文报道了用密度泛函理论对Ag（111）表面超薄Si原子层进行的总能量电子结构计算。我们发现了几种不同的稳定硅烯结构：$\sqrt{3}\times\sqrt{3}$，$3\times3$，$\sqrt{7}\times\sqrt{7}$随着硅的厚度从单层增加到四层。得到了银表面多层硅烯结构的双稳态和三稳态，计算的跃迁势垒推断了低温下发生的翻转运动.计算得到的STM图像与实验结果吻合较好。我们还发现了$2\times1$ $π$键合链和$7\times7$二聚体-吸附原子-堆垛层错Si（111）表面结构在Ag（111）表面的稳定存在，这清楚地表明了多层Si在Ag表面的硅-硅结构交叉。我们进一步发现，由于Si-Si层间和Si-Ag界面的共价相互作用，在Ag（111）表面的Si-Si多层膜中不存在Dirac态。相反，我们发现了一个新的态费米能级附近的$π$轨道位于表面层的$\sqrt{3}\times\sqrt{3}$多层硅烯，它满足六角对称性，并表现出线性能量色散。通过研究$2\times1$ $π$键合链结构的电子性质，我们发现多层Si结构的表面相关$π$态在Ag表面上是稳健的。
2015-01-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Adsorption of Group-IV Elements on Graphene, Silicene, Germanene, Stanene: Dumbbell Formation
由周期性哑铃单元构成的硅烯和锗烯衍生物在这些蜂窝结构的多层膜中起着至关重要的作用。采用基于密度泛函理论的第一性原理计算，研究了IV族原子在石墨烯、硅烯、锗烯和锡烯单层蜂窝结构上的哑铃状吸附形成机制和能量学.的结合结构的稳定性进一步证实，通过在高温下进行从头计算分子动力学计算，除了锡烯，这是受吸附原子的吸附后的结构不稳定。根据吸附原子和基底的行数，我们发现了三种类型的结合结构，这些结构导致基底的电子、磁性和光学性质发生显着变化。特别地，Si、Ge和Sn吸附原子吸附在硅烯和锗烯上形成哑铃结构。此外，哑铃结构不仅出现在单层、单原子蜂窝结构上，而且出现在它们的化合物如SiC和SiGe上。我们表明，哑铃结构的迁移的能量势垒是低的，由于原子的协同作用。这使得哑铃在衬底上相当移动，以构建新的单层和多层Si和Ge相。
2014-12-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Stability and electronic properties of two-dimensional silicene and germanene on graphene
本文采用第一性原理计算对硅烯/石墨烯和锗烯/石墨烯双层膜进行了研究。为了减小晶格失配双层系统的应变，在计算中构造了各种超原胞模型。我们的能量学分析和电子结构结果表明，石墨烯可以作为基底来合成单层硅烯和锗烯。在室温下，相对于衬底具有不同取向的多相硅烯和锗烯单晶可以共存。覆盖层和衬底之间的弱相互作用保留了硅烯和锗烯的低屈曲结构以及它们的线性能带。通过打破石墨烯上的硅烯中的亚晶格对称性引起的间隙可以高达57 meV。
2013-12-09 cond-mat.mes-hall
The Stability and Charge Carriers in Bilayer Silicene
通过结构优化、声子和从头算有限温度分子动力学计算，预测了双层硅烯具有AB堆积结构的稳定结构，比单层硅烯具有屈曲的二维蜂窝晶格结构，在能量上更有利于合成.令人惊奇的是，它的电子能带表明，载流子的行为类似于相对论狄拉克费米子，在K点附近具有线性能量色散。基于紧束缚近似，对低能电子激发进行了深入的分析，并提出了由于屈曲几何中的sp3杂化成分阻碍了层间跃迁，从而保持了线性色散.
2013-05-23 cond-mat.mes-hall
Optical and electronic properties of two dimensional graphitic silicon carbide
用密度泛函理论研究了二维少层石墨碳化硅（GSiC）的光学和电学性质，发现其与石墨烯和硅烯的光学和电学性质不同.单层GSiC具有直接带隙，而少数层表现出间接带隙。单层GSiC的带隙可以通过面内应变来调节。双层GSiC的性能对层间距离非常敏感。这些预测表明，单层GSiC可能是一个显着的候选人，新型发光二极管利用其独特的光学性能不同于石墨烯，硅烯和几层GSiC。
2012-05-24 cond-mat.mes-hall physics.optics
Tunable cloaking of Mexican-hat confined states in bilayer silicene
采用四带模型结合传输矩阵方法研究了自旋轨道耦合和电场作用下p-n-p双层硅烯结的弹道量子输运.在层间偏压下，观察到与双层石墨烯类似的低能光谱的墨西哥帽形状。我们发现，虽然双层硅烯与双层石墨烯共享一些物理学，但它有许多有趣的现象，后者尚未报道。首先，在墨西哥帽中产生显著非零传输的受限状态。第二，发现了Mexican-hat束缚态的隐形现象。第三，我们观察到当入射能量低于势高时，Mexican-hat隐形导致电导的强烈振荡。最后，与单层硅烯不同的是，当入射能量高于电势高度时，在大层间距离处的电导随着电场的升高而增加。
2019-04-16 cond-mat.mes-hall
Spin- and valley-dependent Goos-Hanchen effect in silicene and gapped graphene structures
我们研究了Goos-Hänchen位移的弹道电子（i）反映从一个台阶状的不均匀性的势能和（或）有效质量，（ii）通过单层硅烯或带隙石墨烯的铁磁势垒区传输。对于从单一界面反射的电子，我们发现Goos-Hänchen位移对于带隙的石墨烯结构是谷极化的，而对于硅烯，由于自旋-谷耦合，谷极化和自旋极化。与此相反，例如，对于无间隙石墨烯，有间隙结构中的横向光束偏移不仅发生在全反射的情况下，而且发生在部分反射的情况下，即在小于全反射的临界角的角度下。我们还证明了谷和自旋极化位移的电子束，通过铁磁硅势垒传输，共振依赖于势垒的宽度。通过调节电势、外部垂直电场和绝缘铁磁衬底感应的交换场，可以控制位移的谐振值。
2016-10-18 cond-mat.mes-hall
Feature-rich electronic excitations in external fields of 2D silicene
利用Lindhard介电函数和新发展的广义紧束缚模型（G-TBM）研究了单层硅烯中的电子库仑激发。G-TBM同时包含原子相互作用、自旋轨道耦合、库仑相互作用和任意化学势下的各种外场。我们给出了电调谐磁等离子体激元和等离子体激元行为的强磁场调制的计算结果。这两个有趣的现象很好地解释了通过确定介电函数中的主导过渡通道，并通过理解多重相互作用下的电子行为（内部和外部）。等离子体激元特征的进一步可调谐性被证明与动量转移和费米能量。该方法策略可以扩展到其他几种2D材料，如锗烯和锡烯，并可能为在纳米等离子体应用中寻找更好的系统开辟一条途径。
2015-10-06 cond-mat.mes-hall
Photo-Induced Topological Phase Transition and a Single Dirac-Cone State in Silicene
硅烯是一种量子自旋霍尔绝缘体（QSHI），在外加电场$E_{z}$的作用下发生拓扑相变，成为能带绝缘体。我们研究了在固定的$E_{z}$上照射圆偏振光引起的拓扑相变。通过光子修整，改变了能带结构，同时也改变了拓扑性质。通过增加$E_{z}=0 $处的光强度，实现了光诱导量子霍尔绝缘体（P-QHI），其中量子霍尔效应在没有磁场的情况下发生。它的边缘模是各向异性的手征模，其中上下自旋的速度不同。在QSHI和P-QHI之间的临界点处出现了一个以拓扑平带为特征的自旋极化金属。在具有一定临界场$E_{\text{cr}}$的$E_{z}>E_{\text{cr}}$中，出现光诱导自旋极化量子霍尔绝缘体。这是一种新的物质状态，具有一个陈数和一个半自旋陈数。边缘模式支持完美的自旋极化电流，这与手征或螺旋边缘模式不同。我们新发现了一个沿相边界的单Dirac锥态。状态的一个独特的标志是两个狄拉克谷之一是封闭的线性色散和其他开放的抛物线色散。
2013-01-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Photoinduced pseudospin effects in silicene beyond the off resonant condition
研究了太赫兹电磁辐射对单层硅烯中载流子的光诱导操纵。在Dirac锥近似下，超越仅允许虚光子过程的大频率非共振辐射场条件，给出了精确的零动量赝自旋极化和准能能带结构及时均态密度的数值结果.我们发现，共振过程，由于真正的光子发射和吸收过程，诱导带反转，定性修改quasienergy频谱。这些能带结构变化表现为平均赝自旋极化的反转。通过对时均态密度的分析，我们发现有效的光生能隙操纵只能在非共振近似失效的中强物质-辐射耦合区实现。
2015-02-13 cond-mat.mes-hall
Biased doped silicene as a source for advanced electronics
本文讨论了在两个亚晶格间外加电压和某些杂质原子存在下，屈曲硅烯单分子层电子光谱的重构。一个特别注意的是，在带隙内的局部杂质能级的形成和它们的集体在有限的杂质浓度。结果表明，对于这种无序系统，准粒子谱在初始带隙内的定性重构以及特定的金属-绝缘体相变是可能的，并且在给定的杂质扰动电位和浓度下，可以通过改变电场偏压来有效地控制.由于这些效应在低杂质浓度下但在不太低的温度下是预期的，因此它们在纳米电子器件的实际应用中是有希望的。
2015-09-12 cond-mat.dis-nn cond-mat.mes-hall
First-principles method for electron-phonon coupling and electron mobility: Applications to 2D materials
本文采用密度泛函理论计算了n型单层石墨烯、硅烯和MoS $_2$的声子限制迁移率。材料的性质，包括电子-声子相互作用，从第一性原理计算。我们提供了一个详细的描述，包括非弹性散射过程的线性化玻尔兹曼输运方程（BTE）的归一化全带弛豫时间近似。体电子-声子耦合的超原胞方法进行了评估。所采用的方法是完全数值化的，因此不需要对问题的一部分进行半解析处理，重要的是，它保持了存储在耦合中的各向异性信息以及能带结构。此外，我们进行计算的低场迁移率及其对载流子密度和温度的依赖性，以获得更好的理解在石墨烯，硅烯和单层MoS $_2$的运输。与石墨烯不同，硅烯中的载流子与面外模表现出强相互作用。我们发现，石墨烯具有超过一个数量级更高的流动性相比，硅烯。对于MoS $_2$，我们得到了几个数量级的低迁移率与其他最近的理论结果一致。模拟说明了新实施的BTE求解器应用于基于第一原理和本地化基集的模拟工具的预测能力。
2015-11-06 cond-mat.mes-hall
Tight-binding model and ab initio calculation of silicene with strong spin-orbit coupling in low-energy limit
本文采用紧束缚模型和$ab\ initio$模型对层状硅烯进行了研究，考虑了自旋、谷值、亚晶格自由度，并考虑了电场、磁场，甚至有限频率的光的作用，以及它有趣的光学性质。这些都与自旋-轨道耦合和Rashba耦合密切相关，并导致可调谐的相变（在具有非零Chern数或非零自旋Chern数的非平凡拓扑相与平凡相之间）。发现了一种奇异的量子反常霍尔绝缘体相，它具有非零的自旋陈氏数和非零的谷陈氏数，在基于单层硅烯的信息传输的二元器件中，它是一种具有巨大应用潜力的自旋电子学和谷电子学。实际上，通过分析狄拉克质量以及塞曼分裂或外场诱导的非线性破缺可以理解禁带的作用，并且在电子场诱导的Rashba耦合$R_{2}(E_{\perp})$和电子场诱导的带隙作用下，禁带的变化具有一般的非单调变化特征，同时吸收自旋和轨道动量角的自旋-轨道耦合作用可能导致能带反转。研究了量子化霍尔/纵向电导率和光学电导率，发现即使在没有磁场的量子自旋霍尔相，通过控制螺旋边模型，双端电导率也可以降为$e^{2}/h$，通过施加类似于石墨烯的磁场，可以进一步降为$e^{2}/2h$.
2018-04-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
First principles calculations of electric-field-driven topological phase transitions in silicene, germanene and stanene
Instituto Balseiro, Universidad Nacional de Cuyo（巴尔塞罗研究所，门多萨国立大学）
本文通过第一性原理计算，结合DFT和万尼尔函数，精确预测硅烯和锗烯的临界电场，显著改进拓扑相变边界的定量预测。
2026-09-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Straintronics using the monolayer-Xene platform -- a comparative study
该研究用密度泛函理论与 Landauer 量子输运比较硅烯、锗烯和锡烯在应变下的能带、压阻、应变系数及电导调制，提出褶皱 Xenes 可用于柔性互连与应变电子学。
2023-06-02 cond-mat.mes-hall
Magneto-optical effects in the Landau level manifold of 2D lattices with spin-orbit interaction
硅烯是一种极具竞争力和应用前景的二维材料，具有有趣的拓扑、电子和光学性质。在硅烯及其类似物，锗烯和锡烯中存在强的自旋轨道相互作用，导致能谱中的能隙的打开和每个谷中带的自旋分裂。我们开发了一种通用方法来确定当高斯光束入射到在静态磁场存在下生长在电介质衬底上的硅烯上时硅烯的磁光响应。本文采用半经典的方法对硅烯单分子膜进行了处理，利用光束传输的一般模型描述了法拉第旋转（FR）和磁光克尔效应（MOKE）。该响应可以被电调制和磁调制。我们推导出谷和自旋极化FR和MOKE任意偏振的入射光在太赫兹制度的解析表达式。我们证明，大FR和MOKE可以通过调整这些迷人的二维材料中的电场，磁场和化学势来实现。新型valleytronic实验的影响进行了讨论。
2019-05-02 cond-mat.mes-hall
We study the band structure and transport properties of ferromagnetic tetragonal silicene nanoribbons by using the non-equilibrium Green's function method. The band structure and spin-dependent conductance are discussed under the combined effect of the external electric field, potential energy, exchange field and the spin-orbit coupling. One can easily realize a phase transition from a semimetallic to a semiconducting state by changing the transverse width of the nanoribbon. Separation of spin-dependent conductances arises from the effect of exchange field and the spin-orbit coupling, while ze…
2022-07-28 cond-mat.mes-hall
We report magneto-optical spectroscopy of gated monolayer MoS$_2$ in high magnetic fields up to 28T and obtain new insights on the many-body interaction of neutral and charged excitons with the resident charges of distinct spin and valley texture. For neutral excitons at low electron doping, we observe a nonlinear valley Zeeman shift due to dipolar spin-interactions that depends sensitively on the local carrier concentration. As the Fermi energy increases to dominate over the other relevant energy scales in the system, the magneto-optical response depends on the occupation of the fully spin-po…
2021-09-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Low-Energy Effective Hamiltonian for Giant-Gap Quantum Spin Hall Insulators in Honeycomb X-Hydride/Halide (X=N-Bi) Monolayers
利用紧束缚方法结合第一性原理计算，系统地推导了二维氢化和卤化V族单分子膜的低能有效Hilbert子空间和自旋轨道耦合哈密顿量.这些材料被认为是巨隙量子自旋霍尔绝缘体，具有由狄拉克点处的自旋轨道耦合打开的记录巨大的体带隙，例如，在Bi \textit{X}（\textit{X} = H、F、Cl和Br）单层中为0.74至1.08 eV。我们发现低能Hilbert子空间主要由V族元素的$p_{x}$和$p_{y}$轨道组成，巨大的一阶有效内禀自旋轨道耦合来自于在位自旋轨道相互作用.这些特征与IV族单分子膜如石墨烯和硅烯的特征截然不同。其中，相关轨道是$p_z$，有效的内禀自旋轨道耦合来自次近邻自旋轨道相互作用过程。这些系统代表了第一个真正的二维蜂窝晶格材料，其中低能物理与$p_{x}$和$p_{y}$轨道相关联。一个自旋晶格哈密顿量与现场自旋轨道耦合项，这可能有助于进一步研究这些有趣的拓扑材料。
2014-09-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Controlling electronic, magnetic, thermal, and optical properties of boron-nitrogen codoped strontium oxide monolayer: Activation of optical transitions in the VL region
本文通过调控BN共掺杂SrO单层中的B-N吸引相互作用，实现带隙、磁性、热容及深紫外至可见光光学响应的协同调控，并验证其热力学稳定性与器件应用潜力。
2023-07-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Controlling valley splitting and Polarization of dark- and bi-excitons in monolayer WS$_2$ by a tilted magnetic field
我们建立了一个全面的理论框架，重点研究单层WS $_2$中激子物种的多体效应，包括亮激子和暗激子，以及谷内和谷间双激子，以研究倾斜磁场B作用下单层WS $_2$中的谷动力学。特别是，激子布居密度和多体粒子散射的演变被认为是计算谷极化（VP）作为磁场的函数。我们发现暗激子和双激子能级的谷分裂大于亮激子的谷分裂，为-0.23 meV/T。例如，暗激子为-0.46meV/T，亮-暗谷内双激子为-0.69meV/T。此外，谷间亮-暗激子具有+0.23 meV/T的相反谷能量分裂。对于线偏振光泵浦的样品，对于不同类型的多体粒子态，VP表现出明显的磁场依赖性。其中，谷内亮暗双激子的V P随磁场的增大而增大，在B=65 T时达到近50%.另一方面，明亮的暗激子表现出消失的VP，表明长的谷弛豫时间。值得注意的是，谷间亮暗双激子显示出非常规的行为与倒VP。谷内和谷间亮-暗双激子的相反VP，加上它们的大谷分裂和长谷寿命，可能有助于它们用于量子计算的相干操纵。
2020-04-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Novel Magnetic Quantization of sp$^{3}$ Bonding in Monolayer Tinene
基于不同子晶格的子包络函数，提出了一种广义紧束缚模型，用于研究单层灰锡中的新的磁量子化。同时考虑了$sp^{3}$成键、自旋轨道耦合、磁场和电场的影响。独特的磁电性质在于两组低朗道能级，具有不同的轨道分量，局域化中心，状态简并度，自旋配置，以及磁场和电场的依赖性。第一组和第二组主要分别来自于$5p_{z}$和（$5p_{x}$，$5p_{y}$）轨道。它们的朗道能级分裂分别由电场和自旋轨道相互作用引起。组内反交叉只在前者中表现出来。在石墨烯、硅烯和锗烯中不存在独特的tinene Landau能级。
2015-12-07 cond-mat.mes-hall
Controlling the Atomic Reconstruction in Twisted MoSe$_2$/WSe$_2$ with a Monolayer hBN Spacer
Walter Schottky Institute and Physics Department, TU Munich（慕尼黑工业大学瓦尔特·肖特基研究所与物理系）；Munich Center for Quantum Science and Technology (MCQST)（慕尼黑量子科学与技术中心）；Department of Materials Science and Engineering, Massachusetts Institute of Technology（麻省理工学院材料科学与工程系）；MIT.nano, Massachusetts Institute of Technology（麻省理工学院MIT.nano）；Research Center for Electronic and Optical Materials, National Institute for Materials Science（国家材料研究所电子与光学材料研究中心）；Research Center for Materials Nanoarchitectonics, National Institute for Materials Science（国家材料研究所材料纳米架构研究中心）
本研究利用单层或双层hBN间隔层抑制扭转MoSe₂/WSe₂异质双层的原子重构，提升结构均匀性，为相关光电及多体现象研究提供了有效方案。
2026-10-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
High-temperature tunable superfluidity of polaritons in Xene monolayers in an optical microcavity
在一个长度可调的开放光学微腔中，研究了硅烯、锗烯和锡烯（Xenes）单分子膜在外加电场作用下的可调谐极化激元。垂直于Xene单层的平面施加的外部电场同时改变带隙和激子结合能，而开放微腔的可变长度允许保持激子和腔光子模式共振。首先，求解单分子层中电子和空穴的薛定谔方程，得到激子的本征能和本征函数随外加电场的变化关系。分析了极化激元的拉比分裂和腔光子阻尼等性质与外电场和腔长的关系。计算了极化激元的Berezinskiii-Kosterlitz-BKT转变温度随外加电场的变化。我们分析并提出了一个室温超流体的条件，同时最大化的拉比分裂和BKT转变温度较低的极化激元。
2019-03-23 cond-mat.mes-hall
Controlling the Spontaneous Emission Rate of Monolayer MoS$_2$ in a Photonic Crystal Nanocavity
我们报道了控制二硫化钼（MoS $_2$）单层与平面光子晶体（PPC）纳米腔耦合的自发发射（SE）率。空间分辨光致发光（PL）映射显示出强烈的变化时，发射的MoS $_2$单层的PPC腔，PPC晶格上，空气间隙上，和未图案化的磷化镓衬底上。腔耦合MoS $_2$发射的偏振依赖性显示出比未耦合发射强5倍以上的提取PL强度，这表明MoS $_2$ SE率的潜在腔模Purcell增强超过70倍。
2013-10-03 cond-mat.mes-hall physics.optics
Transition metal dichalcogenides (TMDs) are known to support complex excitonic states. Revealing the differences in relaxation dynamics among different excitonic species and elucidating the transition dynamics between them may provide important guidelines for designing TMD-based excitonic devices. Combining photoluminescence (PL) and reflectance contrast measurements with ultrafast pump-probe spectroscopy under cryogenic temperatures, we herein study the relaxation dynamics of neutral and charged excitons in a back-gate-controlled monolayer device. Pump-probe results reveal quite different rel…
2021-02-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
We apply a microscopic theory of exciton-polaritons in cavity-confined monolayer transition-metal dichalcogenides including both optical polarizations in the monolayer plane, allowing to describe how chiral cavity photons interact with the valley degrees of freedom of the active material. Upon polariton formation, the degenerate excitons inhabiting the two inequivalent valleys are shown to assume bonding and antibonding superpositions as a result of cavity-mediated intravalley interactions combined with intervalley Coulomb interactions. This is representative of a polariton-induced coherent mi…
2020-08-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Unlike silicene, for which the demonstration of its existence has been done through numerous independent studies, the possibility of growing epitaxial germanene remains highly controversial. It has been recently shown by scanning tunneling microscopy that the (3 x 3) surface reconstruction formed upon Ge deposition on Al(111) presents a honeycomb structure, and it was assigned to a pure germanene monolayer. Using quantitative measurements by surface X-ray diffraction compared to density functional theory calculations, we demonstrate that this Ge/Al(111) (3 x 3) reconstruction corresponds, in f…
2021-11-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Optical Properties of Monolayer Tinene in Electric Fields
单分子层tinene在电场中呈现出丰富的吸收光谱。对应于极值点、鞍点和恒能环的光激发，有三种特殊的结构，即肩峰、几何对称峰和平方根形式的非对称峰。随着电场强度的增加，由于自旋分裂能带的存在，出现了以${5p_z}$轨道抛物线带为主的两个分裂肩结构。门槛肩的频率先下降到零，然后线性增长。在${0.75 \sim 0.85}$ eV处的第三肩主要来自（${5p_x,5p_y}$）轨道。前者和后者轨道分别在M点附近产生鞍点对称峰，而它们彼此杂交产生与环相关的不对称峰。锡烯与石墨烯、硅烯和锗烯非常不同。多轨道化学键、自旋轨道耦合和库仑势之间的特殊关系解释了其丰富的光学性质。
2016-11-28 cond-mat.mes-hall
