Concurrent growth and formation of electrically contacted monolayer transition metal dichalcogenides on bulk metallic patterns
虽然二维（2D）材料的新物种和性质以非常规律的方式被报道，但该领域的一个重要瓶颈是可控地将材料加工成工作设备的能力。我们报告了一种化学气相沉积工艺，该工艺以确定性的方式在光刻限定的块状金属图案周围选择性地生长2D材料，该图案同时提供与材料的生长接触。在过渡金属的图案化区域上和周围可控地生长具有高达数百微米的横向范围的单层膜。通过使用金属图案和基于氧化物的前体的不同组合，也观察到异质结构的MoS 2/WS 2生长。该材料显示出强发光、单层拉曼特征和相对大的晶畴。除了在大区域上确定性地和选择性地产生高光学质量单层材料之外，金属图案保持导电性，因此具有向材料提供生长态金属接触的优点，从而为简单的器件制造和大规模生产提供了途径
2016-11-11 cond-mat.mtrl-sci
Effect of line defects on the electrical transport properties of monolayer MoS$_{2}$ sheet
我们提出了一个计算研究的影响线缺陷的单层二硫化钼的电子性质。四种不同类型的线缺陷与Mo和S作为桥接原子，与最近的理论和实验观察被认为是在这里。我们采用密度泛函紧束缚（DFTB）方法与Slater-Koster型DFTB-CP 2K基组的完美和各种缺陷的二硫化钼片的材料性能进行评估。透射光谱计算与DFTB-非平衡格林函数（NEGF）的形式主义。我们还进行了详细的分析，在一个小的偏置下的载流子传输路径和调查的相移在有缺陷的二硫化钼片的传输本征态。我们的模拟结果表明，在存在线缺陷的二硫化钼片的载流子电导的2-4倍减少相比，为完美的片。
2014-08-01 cond-mat.mtrl-sci
Study of the buckling effects on the electrical and optical properties of the group III-Nitride monolayers
我们考虑使用第一性原理计算的第三族氮化物单分子膜的电子和光学性质。III族氮化物单层具有几乎为零的平面屈曲$Δ$的平坦六边形结构。通过调节$Δ$，通过这些单层的平坦形式的sp $^2$杂交的强$σ\text{-}σ$键可以通过sp $^3$杂交改变为更强的$σ\text{-}π$键。因此，由于$s$ -和$p$ -轨道向费米能的位错，单层的带隙被调谐。对于具有大于$1.0$ eV的带隙的那些平坦单层，带隙随着$Δ$的增加而减小，而对于具有小于$1.0$ eV的带隙的平坦单层，没有观察到带隙的显著变化或平坦分散。减小的带隙导致激发能减小，因此静态介电函数、折射率和光学电导率增加。相反，平坦的带隙色散的几个单层中的第三族氮化物诱导的静态介电函数，折射率，和光学电导率的减少。因此，我们确认，调谐的平面屈曲可以用来控制这些单层的物理性质，无论是增强和减少的光学性能。这些结果是感兴趣的纳米系统中的光电器件的设计。
2022-07-01 cond-mat.mtrl-sci
Influence of Stoichiometry on the Optical and Electrical Properties of Chemical Vapor Deposition Derived MoS$_{2}$
超薄过渡金属二硫属化合物（TMDCs）在数字电子学和光电子学中具有巨大的应用潜力。虽然早期的研究仅限于机械剥离的薄片，但现在已经通过基于硫化反应的化学气相沉积（CVD）实现了2D TMDC的大面积合成。从那时起，CVD生长的单层MoS $_{2}$的光电性能得到了大量的研究，但化学计量对电学和光学性能的影响在很大程度上被忽视了。在这里，我们系统地改变化学计量的单层MoS $_{2}$在CVD过程中通过控制硫化和研究相关的光致发光和电学性质的变化。X-射线光电子能谱学用于测量MoO $_{x}$物种的化学计量和持久性的相对变化。随着MoS $_{2-δ}$减少（增加δ），单层晶体管的场效应迁移率增加，而光致发光产率变得不均匀。由具有最低硫含量的单层制造的器件具有可忽略的滞后和~0 V的阈值电压。我们得出结论，单层MoS $_{2}$晶体的电学和光学性质可以通过化学计量工程来调整，以满足各种应用的要求。
2014-09-18 cond-mat.mtrl-sci
Electrical tuning of robust layered antiferromagnetism in MXene monolayer
本文通过第一性原理预测MXene Cr$_2$CCl$_2$单层具有高Néel温度的稳健层状反铁磁性，并证明电场或邻近铁电层可打破其反演对称性，为磁电场效应晶体管和非易失性磁电调控提供理想平台。
2023-04-17 cond-mat.mtrl-sci
Quantifying Atom-scale Dopant Movement and Electrical Activation in Si:P Monolayers
先进的氢光刻技术和低温外延生长使高度磷掺杂的硅（Si：P）单层（ML）的图案化与原子精度。这种器件制造方法使Si：P单层系统成为多量子位量子计算架构和原子级精确的2-D超晶格设计的测试平台，其行为与单一掺杂剂的确定性放置直接相关。然而，掺杂剂偏析，扩散，表面粗糙化，和缺陷形成过程中的封装过度生长引入大的不确定性，确切的掺杂剂的位置和激活比。在这项研究中，我们开发了一种独特的方法相结合的掺杂剂偏析/扩散模型与溅射轮廓模拟监测和控制，在原子尺度上，使用室温生长的锁定层（LL）的掺杂剂运动。我们探讨了LL生长速率，厚度，快速热退火，表面积累，和生长前的粗糙度对掺杂剂的限制，局部结晶质量，和Si：P 2-D系统内的电激活的影响。我们表明，掺杂剂的运动可以更有效地抑制通过增加LL生长速率比通过增加LL厚度。我们发现，掺杂剂的偏析长度可以被抑制在一个单一的Si晶格常数以下，通过在室温下增加LL生长速率，同时保持外延。虽然LL内的掺杂剂扩散率被发现保持高，甚至低于氢解吸温度，我们表明，非常尖锐的掺杂剂限制与高的电气质量内Si：P单层可以通过结合高LL生长速率与低温LL快速热退火来实现。
2017-11-09 cond-mat.mtrl-sci
Electrical Control of Optical Properties of Monolayer MoS$_2$
本文研究了场效应晶体管结构中单层二硫化钼（MoS $_2$）的光致发光和光吸收的电选通。我们观察到一百倍的光致发光强度增加，并在这些设备中的吸收增加~660 nm时，外部栅极电压从+50 V到-50 V，而光致发光波长几乎保持不变。相反，在双层MoS $_2$器件中，我们观察到光致发光几乎没有随栅极电压的变化。我们建议，单层和双层器件的不同响应有关的激子在MoS $_2$与载流子的相互作用。
2012-11-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Theory of electrical rectification in a molecular monolayer
采用从头算和自洽紧束缚方法计算了三氰基醌二甲亚胺（C16 H33 Q-3CNQ）在铝或金电极间的LB膜的电流-电压特性.整流电流取决于LUMO和HOMO相对于电极费米能级的位置，如在Aviram-Ratner机制中，但也取决于静电势的分布，其对分子的电活性部分位于单层中的位置极其敏感。第二种效应可以产生与阿维拉姆-拉特纳预测相反的方向的校正。
2011-09-13 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Native defects in monolayer GaS and GaSe: electrical properties and thermodynamic stability
本研究利用从头算计算考察单层GaS和GaSe本征缺陷的电荷跃迁能级、补偿复合作用及有限温度形成能，并提出可降低缺陷浓度的生长条件窗口。
2021-10-19 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Electrical Control of Spin-polarized Topological Currents in Monolayer WTe$_2$
我们证明了在低对称性量子自旋霍尔绝缘体中拓扑保护边缘态的自旋取向的相干电操纵的可能性。通过使用从头算模拟，基于量子力学的建模和大规模计算的自旋霍尔电导率的组合，它表明，小电场可以有效地改变单层1 T '-WTe 2的边缘电流的自旋纹理高达90度的自旋旋转，而不会危及其拓扑特征。这些发现表明了一种新型的栅极可控自旋器件，拓扑保护免受混乱和相关的拓扑自旋电子学的发展。
2022-09-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Intrinsic Electrical Transport and Performance Projections of Synthetic Monolayer MoS2 Devices
我们展示了通过化学气相沉积（CVD）生长的单层MoS 2，其输运性质在宽范围的载流子密度（高达~10^13 1/cm^2）和温度（80-500 K）下与最佳剥离器件的输运性质相当。转移长度测量表明，在300 K和实际载流子密度（>2x10^12 1/cm^2）下，SiO2衬底上的单层迁移率约为20 cm 2/V/s。我们还证明了迄今为止报道的最高电流密度（~270 uA/um或44 MA/cm^2），在300 K的80 nm器件从CVD生长的单层MoS 2。使用模拟，我们讨论了单层二硫化钼的改进仍然需要满足低功耗（LP）和高性能（HP）应用的技术路线图要求。这些结果是迈向基于单层半导体的大面积电子学的重要一步。
2016-11-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Vertical Strain-Induced Modification of the Electrical and Spin Properties of Monolayer MoSi2X4 (X= N, P, As and Sb)
在这项工作中，单层MoSi_2X_4（X= N，P，As和Sb）在垂直应变下的电学和自旋性质进行了研究。能带结构表明MoSi2N4是间接半导体，而其他化合物是直接半导体。选择垂直应变来改变电性能。带隙显示出最大值和减少拉伸和压缩应变。K点处的价带显示出较大的自旋分裂，而导带的自旋分裂可以忽略不计。另一方面，第二导带具有大的自旋分裂，并且在垂直应变下向下移动，这导致导带和价带边缘都有大的自旋分裂。投影态密度以及投影能带结构阐明了这些大自旋分裂的起源。这三种自旋劈裂可以通过垂直应变来控制。
2021-06-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Spin-Orbit and Strain Induced Modification in Electrical Properties of Monolayer InSb
本文利用密度泛函理论研究了双轴应变下单层InSb的电学性质。在这里，我们首先探讨的能带结构的InSb与自旋轨道耦合（SOC）的考虑。电子和空穴的有效质量随着SOC的考虑而修正。电子和空穴的有效质量分别降低了2倍和10倍。探讨了不同应变下导带和价带中谷的位置，并给出了相应的有效质量。随着拉伸应变的增加，电子和空穴的有效质量都降低，而当拉伸应变较大时，带隙关闭。数值拟合已应用于有效质量与应变的关系，并报告了每条曲线的方程。最后，得到了该材料在不同应变下的功函数。
2020-08-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Electrically switchable valley polarization, spin/valley filter, and valve effects in transition-metal dichalcogenide monolayers interfaced with two-dimensional ferromagnetic semiconductors
过渡金属二硫属化物单层中的电子谷驱动新的物理学，并允许设计多功能架构的应用。我们建议通过能带工程来操纵这些系统中的自旋/谷滤波器和阀器件的电子谷。在我们的策略中，电子谷直接耦合到二维铁磁体的自旋极化态，而不是在以前的研究中广泛使用的磁邻近效应。我们发现，这种耦合的结果在谷选择性的间隙开放，由于自旋动量锁定在过渡金属二硫属化物单层。这种物理现象引起了各种意想不到的电子性质和现象，包括半金属性，电可切换的谷极化，自旋/谷过滤器和阀效应的过渡金属二硫属化物单层。基于第一性原理计算，我们在MoTe $_2$/CoCl $_2$和CoCl $_2$/MoTe $_2$/CoCl $_2$ van der Waals异质结中进一步证明了我们的想法.因此，我们的研究提供了一种新概念器件的过渡金属二硫属化物单分子膜的电子谷工程的方法。
2021-11-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Negative differential conductance effect and electrical anisotropy of 2D ZrB2 monolayers
二维金属-二硼化物ZrB_2单分子膜是一种稳定的新型电子材料[A. Lopez-Bezanilla，Phys. Rev. Mater.，2018，2，011002（R）]。本文利用密度泛函理论和非平衡格林函数方法，研究了ZrB 2在zigzag（z-ZrB 2）和a-ZrB 2（a-ZrB 2）方向上的电子输运性质.在低偏压下，二维ZrB 2显示出类似的沿锯齿形和扶手椅方向的电输运，因为电流主要通过金属Zr-Zr键传播。当偏压高于1.4V时，随着定向B-B传输通道的打开，其Z字形和扶手椅形方向的I-V曲线发生发散。重要的是，z-ZrB 2和a-ZrB 2都显示出明显的负微分电导（NDC）效应，因此它们可以有希望用于基于NDC的纳米器件。
2018-12-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Electrical control of valley polarized charged biexcitons in monolayer WS$_2$
本研究针对范德华半导体中激子电学操控受电中性与掺杂损耗限制的问题，实现了单层WS₂中带电双激子谷极化的动态调控，圆偏振度最高提升6倍，并观测到带电态布居的非单调开关行为，揭示了激子态间的相干相互作用。
2024-04-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Electrical Control of Second-Harmonic Generation in a WSe2 Monolayer Transistor
非线性光学频率转换是光场与非线性介质相互作用产生新的光场频率，在现代光子系统中普遍存在。然而，引起这种现象的非线性电致伸缩性通常很难在给定的材料中进行调谐，到目前为止，光学非线性的动态控制仍然局限于研究实验室作为光谱工具。在这里，我们报告了一种机制，以电控制二阶光学非线性在单层WSe 2，一个原子级薄的半导体。我们表明，在A-激子共振的二次谐波产生的强度是可调的，在低温下超过一个数量级，在室温下通过静电掺杂的场效应晶体管的近4倍。这种可调谐性产生于单层半导体中的强激子充电效应，其允许对激子和trion共振处的振子强度进行异常控制。激子增强的二次谐波产生与激发激光相反的圆偏振，这是由在单层中具有相反螺旋度的双光子和单光子谷选择规则的组合引起的。我们的研究为基于二维半导体的芯片级电可调非线性光学器件的新平台铺平了道路。
2015-04-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Two-dimensional van der Waals electrical contact to monolayer MoSi$_2$N$_4$
二维（2D）MoSi $_2$ N $_4$单层膜是一类具有优异电学和力学性能的新型二维半导体材料。尽管最近致力于揭示MoSi $_2$ N $_4$的材料性质的密集的研究努力，但是到目前为止，MoSi $_2$ N $_4$的电接触的物理学仍然在很大程度上未被探索。在这项工作中，我们研究了由MoSi $_2$ N $_4$与石墨烯和NbS $_2$单层接触的范德华异质结构，使用第一性原理密度泛函理论计算。我们发现，MoSi $_2$ N $_4$ /NbS $_2$接触具有超低的肖特基势垒高度（SBH），这是有益的纳米电子应用。对于MoSi $_2$ N $_4$ /石墨烯接触，SBH可以经由层间距离或经由外部电场来调制，从而为可重构和可调谐的纳米电子器件打开了机会。我们的研究结果提供了深入了解的物理学的2D电接触的MoSi $_2$ N $_4$，并将提供一个关键的第一步，设计高性能的电接触的MoSi $_2$ N $_4$为基础的2D纳米器件。
2020-12-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Engineering Thermal and Electrical Interface Properties of Phase Change Memory with Monolayer MoS2
相变存储器（PCM）是一种新兴的数据存储技术，然而其编程本质上是热的并且通常不是能量高效的。在这里，我们降低PCM的开关功率，通过结合的方法，间接接触和热约束。通过在底部电极上的氧化TiN层形成辅助接触，并且使用单层半导体界面（三原子厚的MoS 2）来实现热约束。前者减少了相变材料的开关体积，并且与典型的150 nm直径的蘑菇单元相比，复位电流减少了70%。通过超薄（~6 μ m）MoS 2实现的增强的热约束使开关电流和功率额外降低30%。我们还使用详细的模拟表明，进一步调整这种PCM电池的电和热界面，使其接近其基本极限，可能会使功率效率提高六倍。
2019-03-02 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Ambipolar charge injection and transport in a single pentacene monolayer island
电子和空穴被局部注入到并五苯单分子层中。用电子力显微镜测量了注入载流子的二维分布和浓度。在结晶单层岛中，两种载流子在整个岛上离域。在无序单层上，载流子停留在它们的注入点。这些结果提供了深入了解的电子特性，在纳米尺度上，有机单分子膜的有机晶体管和分子器件的性能。
2004-09-24 cond-mat.mtrl-sci
MoB2:a new multifunctional transition metal diboride monolayer
现在可以通过简单和通用的制造方法实现几个层状过渡金属硼化物[Fokwa等人，高级材料2018，30，1704181]，激发了我们对过渡金属硼化物单层的兴趣。在这里，我们预测一个新的二维（2D）过渡金属二硼化物MoB2单层（ML），并研究其内在的机械，热，电子和输运性质。MoB2 ML沿Z字形和扶手椅方向具有各向同性的力学性能，具有大的杨氏刚度，并且具有超低的室温热导率。Mo原子主导MoB2 ML的金属性质。它表现出明显的电各向异性和限流行为。我们的研究结果表明，MoB 2 ML是一种很有前途的多功能材料，可用于高强度机械材料，保温材料，电各向异性材料，和电流限制器。这对实验工作者进一步制备和利用过渡金属二硼化物二维材料具有一定的指导意义。
2019-11-02 cond-mat.mtrl-sci
Calculation of Carrier Doping-Induced Half-Metallicity, and Transformation of Easy Axis in Two-Dimensional MSi2N4 (M = Cr, Mn, Fe, and Co) Monolayers
该研究利用密度泛函理论计算，考察 MSi2N4（M = Cr、Mn、Fe、Co）单层的稳定性、电磁性质及载流子掺杂诱导的半金属性与易轴转变。
2023-04-21 cond-mat.mtrl-sci
Role of Self-Assembled Monolayers on Improved Electrical Stability of Amorphous In-Ga-Zn-O Thin-Film Transistors
自组装单分子层（SAM）已被用于改善非晶铟镓锌氧化物（IGZO）底栅薄膜晶体管（TFT）的正和负偏置应力稳定性。与没有SAM的IGZO背沟道表面相比，吸附在IGZO背沟道表面上的N-己基膦酸（HPA）和氟化己基膦酸（FPA）SAM显示出显著降低偏置应力开启电压偏移。发现FPA具有比HPA低的表面能和低的堆积密度，以及较低的偏置应力开启电压偏移。具有SAM的IGZO TFT的改进的稳定性可以主要归因于IGZO背通道表面上的污染物的分子吸附的减少和与结合到IGZO表面的膦酸一起存在的最小捕获状态。
2014-08-02 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
One-dimensional edge contacts to a monolayer semiconductor
将电接触集成到范德华（vdW）异质结构中对于实现电子和光电功能至关重要。然而，迄今为止，还没有可扩展的方法来获得对掩埋单层二维（2D）半导体的电访问。在这里，我们报告可行的边缘接触形成六方氮化硼（hBN）封装单层钼$_2$。通过结合反应离子蚀刻、原位Ar $^+$溅射和退火，我们实现了相对低的边缘接触电阻、高迁移率（高达~30 cm $^2$ /Vs）和高导通电流密度（在V $_{\rm DS}$ = 3V时>50 uA/um），与顶部接触相当。此外，原子平滑的hBN环境还在制造过程中保留了固有的MoS $_2$通道质量，导致116 mV/dec的陡峭亚阈值摆幅，且滞后可忽略不计。因此，边缘接触对于封装的异质结构器件的大规模实际实现是非常有希望的，特别是那些涉及空气敏感材料的器件，并且可以任意窄，这为2D器件占用面积的进一步缩小打开了大门。
2019-10-17 cond-mat.mtrl-sci
Unit Cell-Level Thickness Control of Single-Crystalline Zinc Oxide Nanosheets Enabled by Electrical Double Layer Confinement
离子层外延（ILE）是近年来发展起来的一种有效的方法，可以用来合成具有非层状晶体结构的纳米厚度的二维材料，如ZnO。两亲性单层的堆积密度被认为是控制纳米片成核和生长的关键参数。在这项工作中，我们系统地研究了单晶ZnO纳米片的生长行为的模板在水-空气界面的阴离子油基硫酸单分子层具有不同的填充密度。ZnO纳米片的厚度从一个晶胞调整到四个晶胞，并且与离子化表面活性剂单层下面的Zn 2+离子浓度区（Stern层）的宽度表现出良好的相关性。纳米片的尺寸和密度的进一步分析表明，纳米片的生长占主导地位的空间位阻从表面活性剂单分子层在较低的表面压力，而成核密度成为主导因素，在较高的表面压力。ZnO纳米片表现出降低的功函数的厚度减少到几个单元电池。这项研究验证了一个关键的假设，即纳米片的生长是自我限制的离子前体的双层形成。这项工作将开辟一条新的途径，从厚度低至一个晶胞的非层状材料中控制合成新型2D纳米片。
2017-11-06 cond-mat.mtrl-sci
Strain induced large enhancement of thermoelectric figure-of-merit ($ZT\sim 2$) in transition metal dichalcogenide monolayers ZrX$_2$ (X= S, Se, Te)
二维IV族过渡金属二硫属化物具有令人鼓舞的热电应用，因为它们的电子和晶格性质可以用应变来操纵。本文采用第一性原理方法研究了ZrX $_2$（X = S、Se、Te）的热电参数，如电导率、Seebeck系数、电驰豫时间以及模式对晶格热导率的贡献。我们的计算表明，由于拉伸应变，功率因数增加，同时降低晶格热导率，从而提高热电优值。拉伸应变使带隙变宽，这对应于更高的功率因数。晶格热导率由于面外声子模的硬化而降低，从而降低非谐散射寿命并增加热电优值。
2020-01-28 cond-mat.mtrl-sci
Electrical tuning of exciton-plasmon polariton coupling in monolayer MoS2 integrated with plasmonic nanoantenna lattice
半导体中的光-物质相互作用的主动控制对于实现下一代光电子器件是至关重要的，通过外场可调谐地控制系统的光学性质。操纵通过几何参数耦合到腔体的活性物质中的光学相互作用的能力，所述几何参数与利用施加的场的动态控制一起固定，开辟了控制激子寿命、振子强度及其弛豫性质的可能性。在这里，我们展示了电控制激子等离子体激元耦合强度的二维半导体集成与等离子体激元纳米谐振器组装在场效应晶体管器件之间的强耦合和弱耦合限制静电掺杂。因此，激子-等离子体激元极化子色散可以动态地改变所施加的电场通过调制的激子性质的单层二硫化钼所产生的多体效应与载流子浓度。此外，强耦合带电激子等离子体激元也观察到后增加载流子注入。利用等离子体纳米谐振器和电场动态控制超薄半导体的光学特性的能力证明了耦合系统的多功能性，并为具有精确定制响应的光电子器件的设计提供了新的平台。
2016-08-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Highly Conductive 3D Nano-Carbon: Stacked Multilayer Graphene System with Interlayer Decoupling
研究了具有完全层间解耦的三维纳米碳堆叠多层石墨烯（s-MLG）体系的导电和击穿行为。通过转移和堆叠大面积CVD生长的石墨烯单层，然后进行线图案化和等离子体蚀刻来制备s-MLG。拉曼光谱用于确认层数。D-带峰指示样品中的低缺陷水平。进行电流应力诱导的掺杂以使电荷中性狄拉克点移位并降低石墨烯/金属接触电阻，从而改善整体导电性。击穿实验表明，s-MLG的载流能力比单层石墨烯有很大提高。
2011-05-24 cond-mat.mtrl-sci
Two-dimensional InSe as a potential thermoelectric material
利用Boltzman输运理论和第一性原理计算研究了单层InSe的热电性能与费米能级和晶体取向的关系。我们发现p型（n型）单层InSe的最大功率因数在300 K时可达0.049（0.043）W/K $^2$ m。单层InSe的优良热电性能是由其Seebeck系数和电导率共同决定的。大的Seebeck系数源于单层InSe作为间接带隙半导体的中等（约2 eV）带隙，而其大的电导率是由于其独特的二维态密度（DOS），其包括导带底部附近的几乎恒定的DOS和价带顶部附近的尖锐峰。
2017-09-01 cond-mat.mtrl-sci
First-Principles Study of Fe Adsorption and Its Effects on the Mechanical and Electrical Properties of Monolayer and Bilayer Biphenylene Networks
Xidian University（西安电子科技大学）
本研究通过第一性原理方法系统研究了铁原子在单层和双层 biphenylene 网络上的吸附特性，发现铁吸附增强了铁-基底相互作用，且双层 biphenylene 网络中铁吸附位置位于层间四元环中心，铁吸附显著影响双层 biphenylene 网络的出平面机械响应，同时揭示了 biphenylene 网络在电导率上的各向异性。
2026-11-03 cond-mat.mtrl-sci
Intrinsic Electrical Transport Properties of Monolayer Silicene and MoS2 from First Principles
采用密度泛函理论计算结合全带Monte Carlo方法研究了单层硅烯和MoS 2中的电子-声子相互作用及其输运性质.在硅烯的情况下，结果表明，面外声学声子模式可能发挥主导作用，不像它的近亲-石墨烯。该声子模式的小能量源自Si原子之间的弱sp2键，有助于高散射率和电子输运的显著退化。在MoS 2中，纵向声学声子显示出与电子的最强相互作用。这种材料中的关键因素似乎是位于第一布里渊区中的Γ点和K点之间的Q谷，因为它们引入了额外的谷间散射。分析还揭示了其他载体和/或相邻材料的外在屏蔽的潜在影响。随后的实际散射率的下降可能是剧烈的，需要仔细考虑。最后，提取了两种材料中所有相关的本征电子-声子散射过程的有效变形势常数。
2013-01-31 cond-mat.mes-hall 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
Strong Suppression of Electrical Noise in Bilayer Graphene Nano Devices
低频1/f噪声是普遍存在的，并且在纳米器件中主导信噪比性能。在这里，我们研究了单层和双层石墨烯纳米器件的噪声特性，并揭示了双层器件的意想不到的1/f噪声行为。石墨烯是单层石墨，其中碳原子形成2D蜂窝晶格。尽管组成相似，但双层石墨烯（以天然石墨顺序堆叠的两个石墨烯单层）是具有不同能带结构和电性质的独特2D系统。在石墨烯单层中，1/f噪声被发现遵循Hooge的经验关系，其噪声参数与体半导体的噪声参数相当。然而，这种1/f噪声在双层石墨烯器件中被强烈抑制，并且表现出与大多数其他材料不同的对载流子密度的不寻常的依赖性。石墨烯双层中的意外噪声行为与其独特的能带结构相关，该能带结构随两层之间的电荷分布而变化，从而有效屏蔽了由于外部杂质电荷引起的电势波动。这些发现为石墨烯双层在低噪声应用中提供了令人兴奋的机会。
2008-01-29 cond-mat.mtrl-sci
Study of gold and bismuth electrical contacts to a MoS$_{2}$ monolayer
针对TMDCs器件金属接触肖特基势垒高的难题，研究了金和铋两种MoS₂单层接触材料，对比了二者的I-V特性，介绍了提升金接触性能的AFM熨烫法，并给出两类样品的光学响应初步结果。
2025-01-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Phonon transport of Janus monolayer MoSSe: a first-principles study
过渡金属二硫属化物（TMD）单分子膜由于其独特的物理性质而得到了最广泛的研究。最近，通过用Se原子取代$\mathrm{MoS_2}$中的顶部S原子层，合成了具有夹心S-Mo-Se结构的Janus TMD单层MoSSe。本文采用第一性原理计算和线性化的声子Boltzmann方程，在单模弛豫时间近似下，系统地研究了MoSSe单分子膜的声子输运和晶格热导率（$κ_L$）.计算结果表明，MoSSe单分子膜的$κ_L$远低于$\mathrm{MoS_2}$单分子膜，而高于$\mathrm{MoSe_2}$单分子膜。在室温下，MoSSe单层的相应的薄片热导率为342.50 $\mathrm{W K^{-1}}$。这些可以通过声子群速度和寿命来理解。与$\mathrm{MoS_2}$单分子膜相比，MoSSe单分子膜具有更小的群速度和更短的声子寿命，从而导致更低的$κ_L$。MoSSe的群速度比$\mathrm{MoSe_2}$单层大是导致$κ_L$高的主要原因。计算了$\mathrm{MoS_2}$、MoSSe和$\mathrm{MoSe_2}$单分子膜的弹性性质，其杨氏模量的量级与$κ_L$的相同.计算结果表明，同位素散射导致$κ_L$减少5.8%.还考虑了尺寸对$κ_L$的影响，这通常用于器件实现。当MoSSe单分子层的特征长度为110 nm左右时，$κ_L$减少一半。这些结果可能提供的应…
2018-01-04 cond-mat.mtrl-sci
Microstructure and Elastic Constants of Transition Metal Dichalcogenide Monolayers from Friction and Shear Force Microscopy
化学气相沉积（CVD）法生长的二维过渡金属二硫属化合物（TMDC）的光学和电学性质在很大程度上取决于其微观结构。因此，空间结构变化的可视化对于未来的应用至关重要。在这里，我们展示了如何晶界，晶体取向和应变场可以明确地确定与组合的横向力显微镜（LFM）和横向剪切显微镜（TSM）的CVD生长的二硫化钨（WS2）单层，在长度尺度上是相关的光电应用。此外，角度相关的TSM测量使我们能够获得单层WS2的四阶弹性常数的实验。我们的研究结果有利于高通量和非破坏性的单层TMDC的微观结构可视化，洞察其弹性性能，从而提供了一个可访问的工具，以支持先进的光电子器件的发展，基于这样的二维半导体。
2019-08-21 cond-mat.mtrl-sci
Grains and grain boundaries in highly crystalline monolayer molybdenum disulfide
单层二硫化钼是一种新型的二维直接带隙半导体材料，其大面积合成的最新进展为在原子级薄电子器件中的应用铺平了道路。然而，人们对这种材料的微观结构知之甚少。在这里，我们已经改进了化学气相沉积合成生长高度结晶的单层二硫化钼岛的大小高达120微米的光学和电学性能相当或优于剥离的样品。使用透射电子显微镜，我们关联的晶格取向，边缘形态，和结晶度与岛的形状，以证明三角形的岛屿是单晶。晶体合并形成多面倾斜和镜像边界，这些边界由8元和4元环线缝合在一起。密度泛函理论揭示了由这些8-4缺陷产生的局域化的中间带隙态。我们发现，镜像边界引起强烈的光致发光猝灭，而倾斜边界引起强烈的增强。相比之下，边界仅略微增加所测量的面内电导率。
2013-01-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Measurement of the optical dielectric function of transition metal dichalcogenide monolayers: MoS2, MoSe2, WS2 and WSe2
我们报告了四种过渡金属二硫属化物：MoS 2，MoSe 2，WS 2和WSe 2，光子能量为1.5 - 3 eV的单层膜的复杂面内介电函数的测定。从反射光谱使用Kramers-Kronig约束变分分析的结果。从介电函数，我们得到的绝对吸收的单分子膜。我们还提供了相应的散装材料的单层的介电函数的比较。
2016-10-15 cond-mat.mtrl-sci
Theoretical study of δ-5 boron monolayer as an anode material for Li and non-Li ion batteries
本研究通过密度泛函理论模拟发现δ-5硼单层具有高电导率、低扩散势垒（0.46-1.72 eV）及高于石墨的锂钠钾容量，平均开路电压0.14-0.88 V，是锂及非锂离子电池的潜在负极材料。
2025-01-25 cond-mat.mtrl-sci
Electrical transport properties of atomically thin WSe2 using perpendicular magnetic anisotropy metal contacts
本研究报道了单层WSe2场效应晶体管与垂直磁各向异性Co/Pt铁磁电极的电输运性质，通过I-V测量估算出较小的肖特基势垒高度，为自旋电子学和谷电子学应用提供了新见解。
2023-10-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Chemically Resolved Electrical Measurements using X-ray Photoelectron Spectroscopy
提出了一种新的方法，能量过滤电子，携带化学身份和电气信息，作为精细和灵活的电极在直接电气测量。该方法，被称为“化学分辨电测量”（CREM），是简单和一般的，这里证明了一个稍微修改的X射线光电子能谱仪。选定的次表面区域进行电分析和I-V曲线的自组装单分子膜，基板和顶部接触的贡献，推导出不需要改进的金属基板。该方法可提供独特的电气信息，并得到强大的现场分析能力和改进的顶部接触性能的进一步支持。
2003-11-19 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Strain-Enhanced Hydrogen Evolution, Electrical, Optical, and Thermoelectric Properties of the Multifunctional 2D CrSi2N4 Monolayer
Ghulam Ishaq Khan Institute of Engineering Sciences and Technology（吉拉姆·伊沙克汗工程科学与技术学院）；National University of Science and Technology（国立科技大学）
通过第一性原理DFT研究CrSi2N4单层的结构、电子、光学、热电及电催化性能，发现其具有稳定的多层结构和优异的热电转换性能，应变可显著提升氢析出效率。
2026-05-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Functional single-layer graphene sheets from aromatic monolayers
我们展示了如何使用低能电子辐照和随后的退火将铜基底上的芳香分子自组装单层转化为高质量的单层石墨烯。我们在原子尺度上表征了这种二维固态转变，并通过互补的显微镜和光谱技术以及电输运测量研究了所形成的石墨烯片的物理和化学性质。作为衬底，我们成功地使用Cu（111）单晶和技术相关的多晶铜箔。
2014-06-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Fundamental Limits of Exciton-Exciton Annihilation for Light Emission in Transition Metal Dichalcogenide Monolayers
我们定量地说明了激子-激子湮灭（EEA）可能对单层过渡金属二硫属化物（TMDC）材料的光发射的基本限制。TMDC单层中的EEA显示出与基底的相互作用的依赖性，因为其速率从0.1 cm 2/s（0.05 cm 2/s）增加到0.3 cm 2/s（0.1 cm 2/s），对于WS 2（MoS 2）单层，移除基底。当激子密度超过1010 cm-2或1011 cm-2时，它成为激子衰减的主要途径，并主导发光效率。这为实现最佳发光效率设置了发光器件中注入电荷密度的上限。强EEA速率还规定了单层中粒子数反转的泵浦阈值为12-18 MW/cm 2（光学）或2.5- 4 × 105 A/cm 2（电学）。
2016-04-12 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Electrical Contact between an Ultrathin Topological Dirac Semimetal and a Two-Dimensional Material
拓扑狄拉克半金属Na $_3$ Bi超薄膜是一种具有场可调拓扑相的电子材料。在这里，我们调查的电子和传输特性的Na 2SO 4 $_3$ Bi作为电接触的二维（2D）金属，即石墨烯，和2D半导体，即MoS $_2$和WS $_2$单层。结合第一性原理密度泛函理论和非平衡格林函数模拟，我们发现Na $_3$ Bi双层薄膜和石墨烯之间的电耦合导致了显著的层间电荷转移，从而在Na $_3$ Bi/石墨烯异质结构中诱导了相当大的$n$型掺杂.在MoS $_2$和WS $_2$单层的情况下，横向肖特基传输势垒显著低于许多通常研究的体金属，从而揭示了Na $_3$ Bi双层作为2D半导体的高效电接触材料。这些发现为利用拓扑半金属薄膜作为二维材料的电接触开辟了一条途径，并将二维异质结器件家族进一步扩展到拓扑材料领域。
2020-05-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Graphether: A Two-Dimensional Oxocarbon as a Direct Wide-Gap Semiconductor with High Mechanical and Electrical Performances
尽管许多石墨烯衍生物具有相当大的带隙，但由于低的π-共辄程度，它们的电或机械性能显著降低。除了π-π共轭作用外，还存在由σ电子离域引起的超共轭作用。受超共轭分子二甲醚结构特点的启发，我们通过二甲醚分子的组装设计了一种二维含氧碳化合物（命名为graphether）。第一性原理计算结果表明：（1）单层石墨醚具有良好的动力学和热稳定性，表现在它具有良好的内聚能、不存在软声子模和高熔点。(2)它具有2.39 eV的直接宽带隙，表明它在紫外光电子器件中具有潜在的应用。有趣的是，直接带隙特征对外部应变（~ 10%至10%）和堆叠配置相当稳健。(3)由于超共轭效应，石墨醚具有高的本征电子迁移率。更重要的是，它的面内刚度（459.8 N m-1）甚至比石墨烯更大。(4)Pt（100）表面对二甲醚脱氢反应具有很高的催化活性。静电斥力是两个脱氢前体旋转和聚结的驱动力，有利于石墨烯醚自下而上的生长。(5)用等电子B-N键取代C-C键可以生成稳定的Pmn 21-BNO单分子膜。与单层六方氮化硼相比，Pmn 21-BNO具有适中的直接带隙（3.32 eV）和更好的扶手椅方向力学性能。
2019-12-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Mechanism for graphene-based optoelectronic switches by tuning surface plasmon-polaritons in monolayer graphene
它示出，人们可以探索石墨烯的光学电导率，连同通过施加的栅极电压控制其电子密度的能力，以实现外部电磁辐射和石墨烯层中的表面等离子体激元-极化激元之间的谐振耦合。这开启了通过在全反射和全吸收的状态之间切换来电控制放置在石墨烯层顶部上的棱镜内反射的光的强度的可能性。预测的效果可用于构建基于石墨烯的光电开关。
2011-01-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Enhanced absorption of monolayer MoS2 with resonant back reflector
从实验中提取单层二硫化钼的介电常数，从理论上研究了制备在一维光子晶体（1DPC）或金属薄膜上的单层二硫化钼的光吸收特性。1DPC和金属膜充当共振背反射器，其可以由于法布里-珀罗腔效应而在宽光谱范围内显著增强单层MoS 2的吸收。单层MoS 2的吸收也可以通过改变单层MoS 2和背反射器之间的距离或覆盖层的厚度来调节。
2016-01-29 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
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
Photoluminescence Saturation and Exciton Decay Dynamics in Transition Metal Dichalcogenide Monolayers
利用光致发光（PL）和瞬态反射光谱研究了过渡金属双硫族化合物（TMD）中的激子动力学。PL饱和在单层MoSe 2中发生的激发强度比在单层MoS 2中低两个数量级以上。瞬态反射表明，非线性激子-激子湮灭是占主导地位的激子衰减过程中的单层MoSe 2在以前报道的线性激子衰减单层MoS 2。此外，MoSe 2中的激子寿命> 125 ps，比MoS 2中的几ps激子寿命长一个数量级以上。我们发现MoSe_2和MoS_2单分子膜激子衰减机制和PL饱和行为的显著不同可以用激子寿命的差异来解释。
2014-09-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Giant Gating Tunability of Optical Refractive Index in Transition Metal Dichalcogenide Monolayers
我们报道了过渡金属硫属化物（TMDC）单层（例如MoS2、WS2和WSe2）的折射率可以使用CMOS兼容的电选通在激子共振周围实质上调谐为虚部> 60%和实部> 20%。这种巨大的可调谐性根源于激子效应在单层折射率中的主导地位以及激子对注入的载流子的影响的强烈敏感性。这种可调谐性主要是由于注入的载流子加宽了激子带间跃迁的谱宽，促进了中性激子和带电激子的相互转换。注入的载流子的其他效应，如带隙重整化和激子结合能的改变，只起微不足道的作用。我们还表明，原子级薄的单层膜，当与光子结构相结合，可以使光学吸收（反射）的效率从40%（60%）到80%（20%）调谐由于巨大的可调性的折射率。这项工作可能会铺平道路的发展，场效应光子学的光学功能，可以控制与CMOS电路。
2017-05-27 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Spectroscopic studies of atomic defects and bandgap renormalization in semiconducting monolayer transition metal dichalcogenides
评估原子缺陷态及其对二维范德华半导体过渡金属二硫属化物（SC TMD）的电子性质的影响是促进利用这些低维材料的下一代电学和光学器件应用的多学科努力的主要任务。在这里，我们利用电子隧穿和光学光谱测量，利用密度泛函理论，在光谱上定位了四个代表性的单层SC TMD中的硫属原子空位的中间带隙态（MoS2，WS2，MoSe2，WSe2），仔细分析了四种不同材料中原子缺陷的相似性和不同性，以及缺失硫族元素原子的物理来源和对SC mTMD的影响特性.此外，我们解决了准粒子和光学能隙的SC mTMD薄膜，并发现许多机构的相互作用显着扩大准粒子的能隙和激子的结合能，当半导体单层封装由非相互作用的六方氮化硼层。
2019-10-31 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Current rectification via Photosystem I monolayers induced by their orientation on hydrophilic self-assembled monolayers on titanium nitride
本研究利用带亲水端基的有机膦酸盐自组装分子在超平氮化钛上固定取向特定的PSI单层膜，测得最高约200的电流整流比，验证了基于蛋白内部电偶极子的整流机制，该自下而上制备方法可为PSI的光电子等研究提供支撑。
2024-08-17 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft physics.bio-ph
