Field Effect Transistors based on Networks of Highly Aligned, Chemically Synthesized N=7 Armchair Graphene Nanoribbons
我们报告了N = 7扶手椅式石墨烯纳米带（7-AGNR）场效应晶体管的实验演示和电气表征。背栅晶体管由原子级精确和高度对准的7-AGNR制成，采用自下而上的方法合成。大面积转移工艺具有用原子级精确的纳米带制造可扩展器件的前景。FET的沟道比30 nm至40 nm的平均纳米晶长度长约30倍。GNRs的密度很高，因此可以假定运输远高于逾渗阈值。长沟道晶体管表现出87.5的最大I $_{ON}$ /I $_{OFF}$电流比。
2018-03-19 cond-mat.mes-hall
Mechanisms of photoconductivity in atomically thin MoS2
原子薄的过渡金属二硫属化合物已经成为灵敏的光电探测器的有前途的候选者。在这里，我们报告了偏置的单层和双层二硫化钼场效应晶体管的光电导研究。我们确定光伏和光电导效应，这两个都表现出很强的光增益。光伏效应被描述为由于电荷从通道转移到附近的分子（包括SiO2表面结合水）而导致的晶体管阈值电压的偏移。光电导效应归因于二硫化钼自身带尾态中载流子的捕获。一个简单的模型，再现我们的实验观察，如依赖于入射光功率和门电压。我们的研究结果提供了原子薄二硫化钼光电探测器的设计和工程策略，我们预计，结果是推广到其他过渡金属dichalcogenides以及。
2014-10-11 cond-mat.mes-hall
Thickness-Dependent Interfacial Coulomb Scattering in Atomically Thin Field-Effect Transistors
二维半导体是后硅时代终极原子电子学的理想结构沟道材料。一个长期存在的难题是与相应的体结构相比，它们中的载流子迁移率（μ）较低，这构成了实现高性能器件的主要障碍。为了解决这个问题，我们进行了实验和理论研究相结合的原子薄二硫化钼场效应晶体管与不同的二硫化钼层（NL）的数量。在实验上，观察到一个密切的关系与10倍的退化μ非常薄的单层通道。为了准确描述载流子散射过程并揭示薄化引起的迁移率退化的根源，在严格考虑器件配置条件的情况下，不对称的介电环境和不平衡的载流子分布。我们发现，从界面库仑杂质（例如，化学残留物、气体吸附物和表面悬挂键）在极薄的沟道中大大增强，这是由于杂质和载流子之间的相互作用距离缩短。这样一个明显的因素可能超过晶格声子，并作为主要的散射。这种理解提供了新的见解的厚度引起的散射强度，突出了表面质量在电输运中的关键作用，并会导致合理的性能改进策略，为未来的原子电子学。
2013-08-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Chemical assembly of atomically thin transistors and circuits in a large scale
下一代电子产品需要硅以外的新材料，以提高集成电路的功能、性能和规模。碳纳米管和半导体纳米线处于这些材料的最前沿，但由于大规模应用所需的复杂制造技术而面临挑战。二维（2D）无间隙石墨烯和半导体过渡金属二硫属化物（TMDC）由于其原子厚度、化学稳定性和可扩展性而成为有前途的电子材料。二维电子结构组装的困难在于对金属和半导体原子薄膜的精确空间控制。最终，这阻碍了在现代电子产品中集成原子元素的成熟。在这里，我们报告的大规模空间控制合成的单层半导体二硫化钼（MoS 2）横向接触导电石墨烯。过渡电子显微镜（TEM）研究表明，单层MoS 2在石墨烯的边缘成核，产生横向2D异质结构。我们证明了这种化学组装的二维原子晶体管具有高的介电常数（10 μ S）、开关比（10^6）和迁移率（20 cm ^2 V^-1 s^-1）。我们组装2D逻辑电路，如具有高电压增益的异质结NMOS反相器，高达70，通过原子级薄的导电和半导体晶体的精确位置选择性实现。这种二维异质结构的可扩展化学组装可能会开创二维电子电路和计算的新时代。
2015-12-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Imaging gate-induced molecular melting on a graphene field-effect transistor
固-液相变是基本的物理过程，但原子分辨显微镜尚未捕捉到这种转变的固体和液体动力学。我们已经开发出一种新技术，用于控制石墨烯场效应晶体管（FET）上的2D分子层的熔化和冻结，使我们能够通过原子分辨扫描隧道显微镜成像相变动力学。施加到F4 TCNQ修饰的石墨烯FET的背栅电压诱导电荷中性固相和带负电荷的液相之间的可逆转变。通过用电流快速加热石墨烯表面并对由此产生的朝向新的平衡态的演化进行成像，来可视化非平衡分子熔融动力学。已经开发了一个分析模型，解释所观察到的平衡混合态相的基础上，固体和液体分子能级的光谱测量。观察到的非平衡熔化动力学与蒙特卡罗模拟一致。
2022-11-23 cond-mat.mes-hall
Electric Field Effect in Atomically Thin Carbon Films
我们报告了一种天然存在的二维材料（石墨烯，可以被视为一个巨大的平面富勒烯分子，描述其电子特性，并展示了全金属场效应晶体管，它独特地表现出弹道输运在亚微米的距离，即使在室温下。
2004-10-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Plenty of motion at the bottom: Atomically thin liquid gold membrane
大约十年前石墨烯的发现是第一次证明了独立的二维（2D）固相。在这里，使用量子分子动力学模拟纳米级的黄金补丁悬浮在石墨烯孔，我们预测存在一个原子级薄，独立的二维液相。由于相对论效应，金的特殊平面稳定性使液相成为可能，这表明金属纳米结构具有极强的流动性，并为各种纳米级现象开辟了可能性。
2015-08-25 cond-mat.mes-hall
Coherent Electronic Coupling in Atomically Thin MoSe2
我们报告的第一个直接的光谱证据，在原子薄的过渡金属dichalcogenides，特别是单层MoSe 2的激子和trions之间的相干电子耦合。在双色泵浦-探测光谱中，耦合的信号以孤立的交叉峰出现，峰的线形表明耦合起源于多体相互作用。实验和密度矩阵计算之间的良好一致性表明，由于它们的耦合，形成了相关的激子-trion态。
2014-01-09 cond-mat.mes-hall
Optical coupling between atomically-thin black phosphorus and a two dimensional photonic crystal nanocavity
原子级薄的黑磷（BP）是一种新兴的二维（2D）材料，在近红外区表现出明亮的光致发光。将其辐射耦合到光子纳米结构将是实现基于2D材料的纳米光子器件的重要一步，该器件在近红外线中有效地工作，其中包括技术上重要的光通信波长波段。在这封信中，我们演示了原子薄BP和二维光子晶体纳米腔之间的光学耦合。我们采用自制的干转移装置将薄BP薄片放置在纳米腔的表面上。通过测量室温下光载流子注入下的腔模发射，分析了它们之间的光耦合。
2018-09-28 cond-mat.mes-hall
Nonlinear Photoluminescence in Atomically Thin Layered WSe2 Arising from Diffusion-Assisted Exciton-Exciton Annihilation
利用非线性光致发光（PL）光谱和蒙特卡罗模拟研究了WSe 2单分子层中的多激子动力学。我们观察到激子光致发光随激发功率密度的增加而出现强烈的非线性饱和现象，激子的长距离扩散可达几微米。我们证明了扩散辅助激子-激子湮灭模型解释了所观察到的非线性PL行为。长距离激子扩散和随后的有效激子-激子湮灭过程决定了原子级薄层过渡金属二硫属化物中不寻常的多激子动力学。
2014-05-22 cond-mat.mes-hall
Gap modification of atomically thin boron nitride by phonon mediated interactions
提出了一种理论，用于修改原子级薄氮化硼（BN）的带隙的吸引相互作用介导的声子在一个可极化的基板，或在BN平面。解决的间隙方程，和间隙的增强被发现的范围高达70%的无量纲的电子-声子耦合λ=1，这表明所测量的BN带隙的比例可能有一个声子的起源。
2012-11-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Experimental demonstration of continuous electronic structure tuning via strain in atomically thin MoS2
我们证明了原子级薄的MoS 2柔性衬底上的电子结构的连续调谐通过施加单轴拉伸应变。吸收和光致发光光谱测定了直接带隙跃迁的红移率为70毫电子伏/ %，间接带隙跃迁的红移率为1.6倍。我们的结果，在良好的协议与第一性原理计算，展示了潜在的二维晶体在柔性电子和光电子学的应用。
2013-06-21 cond-mat.mes-hall
Hyperfine interaction in atomically thin transition metal dichalcogenides
载流子在过渡金属二硫属化物（TMD）单层（ML）中的局部化显著增加自旋和谷相干时间，并且通过与其他系统类比，超精细相互作用的作用应该增强。基于群表示理论，我们对TMD多层膜中谷间超精细相互作用进行了理论分析。我们证明，自旋谷锁定导致的螺旋结构的面内超精细相互作用。在上价带中，超精细相互作用是伊辛型的，可以用来制备具有长自旋和谷相干时间的原子级薄量子点。
2018-10-15 cond-mat.mes-hall
Phonon screening of excitons in atomically thin semiconductors
本研究通过第一性原理GW-BSE计算揭示了声子屏蔽对原子级薄半导体光学激发的显著影响，并发现通过结构工程可调控屏蔽程度，为结构、声子与激子相互作用提供了新见解。
2024-08-01 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Nonlinear phononics using atomically thin membranes
声子晶体和声学超材料用于通过促进人工周期性结构来定制声子和声音传播特性。类似于光子晶体，可以产生声子带隙，其影响波的传播，并且更一般地，允许系统的声学特性的工程。除此之外，周期结构中的非线性现象在光子晶体和光晶格中的原子玻色-爱因斯坦凝聚体中也得到了广泛的研究。然而，创建非线性声子晶体或非线性声学超材料仍然具有挑战性，并且仅展示了少数实例。在这里，我们表明，原子薄，周期性钉扎膜支持耦合本地化模式与非线性动力学。该系统为研究非线性声子学提供了一个平台。
2014-08-06 cond-mat.mes-hall
Tunneling Devices with Perpendicular Magnetic Anisotropy Electrodes on Atomically Thin van der Waals Heterostructures
报道了范德华异质结隧穿器件中垂直铁磁电极的制备。我们发现MgO/Co/Pt薄膜在六方BN上表现出垂直磁各向异性（PMA），其易磁化轴垂直于衬底。真空退火增强了垂直各向异性。沿垂直方向的易轴持续到室温，Pt层厚度范围从1.5到5 nm。我们采用PMA电极在石墨烯和单层WSe 2上构建隧穿器件，其中在没有强肖特基势垒形成的情况下证明了自旋注入特性和场效应晶体管行为。
2017-10-30 cond-mat.mes-hall
Charge Scattering and Mobility in Atomically Thin Semiconductors
原子级薄半导体如MoS2的电子输运性质最近引起了重大的审查和争议。在这项工作中，负责限制单层半导体的迁移率的散射机制进行评估。跟踪的2D电子气密度的数量级，在各种温度下的个别散射率的作用。从一个比较研究的个别散射机制，我们得出结论，所有目前报道的原子薄过渡金属二硫族化物半导体的迁移率值是有限的电离杂质散射。当带电杂质密度降低时，远程光学声子散射将决定室温下这些非晶材料中可获得的最高迁移率的上限。本征迁移率将仅在干净的悬浮层中可获得，对于石墨烯也是如此。根据这项研究，我们确定了周围环境的最佳选择，这将有助于实现最高的流动性。
2014-03-18 cond-mat.mes-hall
Exciton optics, dynamics and transport in atomically thin semiconductors
原子薄的半导体，如过渡金属二硫属化物（TMD）单层表现出非常强的库仑相互作用，从而产生丰富的激子景观。这使得这些材料对于高效和可调谐的光电子器件具有高度吸引力。在这篇文章中，我们回顾了激子光学，动力学和输运的理解，至关重要的管理TMD为基础的设备的操作的最新进展。我们强调的影响hBN封装，这揭示了过多的许多粒子状态的光谱，我们概述了激子极化激元领域的最新突破。此外，我们强调直接观察激子的形成和热化在TMD单层和异质结在最近的时间分辨ARPES研究。我们还讨论了激子密度、应变和介电环境对激子扩散和散射的影响。最后，提出了原子级薄半导体材料今后的研究方向。
2022-09-20 cond-mat.mes-hall
Fast and reliable identification of atomically thin layers of TaSe2 crystals
通过层状块状材料的机械剥离在表面上沉积干净且无缺陷的原子级薄的二维晶体薄片已被证明是一种强大的技术，但它需要一种快速、可靠且非破坏性的方式来识别一群厚薄片中的原子级薄薄片。在这项工作中，我们提供了一般的指导方针，以确定TaSe2的微晶片通过光学显微镜和拉曼光谱。此外，我们确定了最佳的基板，以促进原子级薄的TaSe 2晶体的光学识别。实验实现和隔离的TaSe2的双折射层，使未来的研究中的有趣的现象，如超导性和电荷密度波的维度的作用。
2014-02-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Tunnel Magnetoresistance with Atomically Thin Two-Dimensional Hexagonal Boron Nitride Barriers
二维原子薄绝缘体六方氮化硼（h-BN）构成了基于隧道的器件的新范例。大的带隙以及其原子平坦的性质，没有悬挂键或界面陷阱态，使其成为自旋电子器件中隧道自旋输运的理想候选者。在这里，我们展示了自旋极化电子通过磁性隧道结中化学气相沉积制备的大面积单层h-BN的隧穿。在铁磁体/h-BN/铁磁体异质结构的芯片规模制造，我们显示在室温下的隧道磁阻。在不同的偏置电压和具有不同的铁磁电极的多个设备上的测量建立使用h-BN势垒的自旋极化隧穿。这些结果为在室温下工作的有源自旋电子器件和电路中集成二维单层绝缘势垒开辟了道路，并为进一步探索其性能和前景开辟了道路。
2014-11-13 cond-mat.mes-hall
Excitonic theory of doping-dependent optical response in atomically thin semiconductors
原子薄的半导体中的光激发激子与剩余掺杂密度的相互作用导致多体效应，该多体效应通过外部栅极电压连续可调。在这里，我们开发了一个完全微观的理论来描述掺杂依赖于原子薄的过渡金属二硫属化物的激子性质的操纵。特别是，我们建立了一个对角化方法的薛定谔方程的特点与费米海掺杂剂的虚激子的相互作用。求解这个多体薛定谔方程提供了对三子以及散射态的连续性的访问。耦合激子，trions和散射连续体的动力学随后由海森堡运动方程描述，包括平均场贡献和相关效应，由于激子与trions和散射连续态的相互作用。我们的计算接近带边的光激发揭示了掺杂的激子共振的影响，结合同时识别不仅地面，但也激发，状态trion共振。
2022-01-06 cond-mat.mes-hall
Unveiling resilient superconducting fluctuations in atomically thin NbSe$_2$ through Higgs mode spectroscopy
本研究通过电输运与光学联合研究原子级薄NbSe₂的超导性，发现面外磁场下的反常金属态具粒子-空穴对称性，建立超导希格斯模式揭示高约化磁场下的持久超导涨落，证实反常金属态的玻色子本质。
2025-02-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
Energy dispersive X-ray spectroscopy of atomically thin semiconductors
我们报告的实施能量色散X射线光谱的层状半导体的形式原子薄的过渡金属二硫属化物。该技术是基于扫描电子显微镜配备了硅漂移检测器的能量色散X射线分析。通过优化数值模拟和实验中的操作参数，我们实现了几层晶体的层分辨灵敏度下降到单层极限，并展示了过渡金属二硫属化物的垂直和横向异质双层中的元素组成分布。该技术可以直接应用于其他层状二维材料和范德华异质结构，从而扩展了实验工具箱，用于定量表征原子薄材料和器件的层数，原子组成或合金梯度。
2022-11-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Ultrafast and spatially resolved studies of charge carriers in atomically-thin molybdenum disulfide
原子薄的二硫化钼是一种新型纳米材料，在电子学和光子学领域具有潜在的应用。载流子动力学在决定其电子和光学性质方面起着至关重要的作用。我们报告的空间和时间分辨泵探测研究的载流子在原子级薄二硫化钼样品制造的机械剥离。载流子注入带间吸收的390 nm的泵浦脉冲和检测通过测量差分反射的时间延迟和空间扫描的探测脉冲，被调谐到激子跃迁。推导了影响载流子动力学的几个参数，包括载流子寿命、扩散系数、扩散长度和迁移率。
2012-06-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Pressure-controlled interlayer magnetism in atomically thin CrI3
堆积顺序可以显著影响二维（2D）范德华材料的物理性质。最近，原子级薄磁性材料的分离为通过堆叠顺序控制和设计磁性打开了大门。在这里，我们应用静水压力高达2 GPa的原型范德华磁性绝缘体CrI3的堆叠顺序修改。利用磁性圆二色性和电子隧穿测量，我们观察到原子厚度CrI3的层间反铁磁（AF）到铁磁（FM）的不可逆转变。该效应伴随着由偏振拉曼光谱表征的单斜晶系到菱面体堆积顺序的变化。在结构变化之前，层间AF耦合能可以通过压力调谐近100%。我们的实验揭示了层间FM耦合，这是建立在散装碘化铬基态，但从来没有观察到在本地剥离薄膜。所观察到的磁基态和堆叠顺序之间的相关性是在良好的协议与第一性原理计算，并提出了一个纳米磁性纹理的莫尔工程的路线。
2019-05-26 cond-mat.mes-hall
Exciton dynamics in atomically thin MoS2: inter-excitonic interaction and broadening kinetics
我们报告超快泵浦探测光谱研究激子动力学在原子薄二硫化钼。光谱和时间分辨的测量进行调查的两个重要的直接间隙激子（A和B）的相互作用动力学及其相关的增宽动力学。这两种激子表现出强关联的激子间动力学，其中瞬态蓝移激子吸收源于内部A-B激子相互作用。所观察到的复杂的光谱响应是由激子碰撞引起的线宽加宽; B激子线宽的加宽反过来降低了A激子的峰值光谱振幅。在B激子能量的共振激发揭示了激子间散射在确定加宽动力学中比自由载流子散射起着更重要的作用。
2013-08-09 cond-mat.mes-hall
Efficient quadrature-squeezing from biexcitonic parametric gain in atomically thin semiconductors
以正交压缩的形式对电磁量子涨落的修正是一种重要的量子资源，它可以由非线性光学过程产生。这样的过程是由原子薄半导体中强束缚双激子的相干双光子激发促进的。我们从理论上表明，接口的原子级薄半导体与光学腔允许利用这种双光子共振，并使用双激子参量增益产生压缩光的输入功率的一个数量级低于目前最先进的设备与传统的三阶非线性材料，依赖于远离共振非线性。此外，压缩带宽被发现是在几个meV的范围内。这些结果确定原子薄的半导体作为一个有前途的候选人片上挤压光源。
2022-11-11 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Interlayer Exciton Laser with Extended Spatial Coherence in an Atomically-Thin Heterostructure
二维半导体由于其强的激子-光子相互作用和工程和集成的灵活性而成为纳米光子学的一类新材料。利用这些特性，我们设计了一种基于偶极层间激子的高效激光介质，在旋转排列的原子薄异质结构中。激光测量从过渡金属二硫族化物异质双层集成在氮化硅光栅谐振器。在整个激光阈值的发射的空间相干性的急剧增加被观察到。这项工作建立了层间激子在二维异质结构作为硅兼容的相干介质。这些层间激子具有电可调的光-物质相互作用强度和长程偶极相互作用，有望在低功率、超快激光和调制器以及丰富的多体量子现象方面得到应用。
2019-01-03 cond-mat.mes-hall
Identifying atomically thin crystals with diffusively reflected light
二维材料领域一直在以令人印象深刻的速度发展，越来越多的不同化合物的原子薄晶体已经可用，以及使其组装成功能异质结构的技术。然而，自石墨烯发现以来，检测这些原子级薄晶体的策略一直保持不变。这种缺乏演变开始带来问题，因为对于当前感兴趣的许多2D材料，由常用的检测程序提供的光学对比度不足以识别单个单层的存在或明确地确定原子级薄多层的厚度。在这里，我们探索一种替代的检测策略，其中光学对比度的增强源于使用光学不均匀的基板，导致漫反射光。由于其独特的偏振特性和其角分布，漫反射光允许通过实施合适的照明检测方案来实现强对比度增强。我们验证了这一结论进行了详细的定量分析的光学对比度，这充分再现了我们的实验观察超过60 WSe $_2$单，双，和三层。我们进一步验证了所提出的策略，将我们的分析扩展到原子薄的磷烯，InSe和石墨烯晶体。我们的结论是，使用漫反射光检测和识别原子薄层是一个有趣的替代常见的检测方案的基础上的法布里-珀罗干涉，因为它使原子薄层被检测到的基板上的其他比常用的Si/SiO $_2$，它可以提供更高的灵敏度取决于特定的二维材料考虑。
2021-06-23 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Crossover from weakly indirect to direct excitons in atomically thin films of InSe
我们进行了$\mathbf{k \cdot p}$理论分析的最低能量和激发态的激子在几层原子薄膜的InSe考虑到平面内的极化率的膜和封装环境的影响的光谱。对于较薄的薄膜，激子的最低能量状态是弱间接的动量空间中，其色散显示在层数依赖的波数的最小值，由于一个相对平坦的最高价带分支的InSe膜光谱的倒置边缘，我们计算的激活能从动量暗激子基态到亮态。当In $_2$ Se $_2$层数超过7层时，激子色散最小值向$Γ$ -点移动。
2020-06-22 cond-mat.mes-hall
Temperature dependence of photoluminescence lifetime of atomically thin WSe2 layer
在低温下，单层WSe_2的光致发光谱具有许多与所谓的局域激子复合有关的谱线。这些谱线的强度随温度的升高而显著降低。为了理解这一现象背后的机制，我们进行了时间分辨实验，揭示了光致发光衰减时间的类似趋势。我们的研究结果确定了额外的非辐射弛豫通道的开放作为所观察到的局部激子的光致发光的温度猝灭的主要原因。
2019-12-05 cond-mat.mes-hall
Importance of electron-phonon coupling near the electron-liquid to Wigner-crystal transition in two-dimensional atomically thin materials
本研究通过维度估算，揭示电子-声子耦合在二维原子薄材料中显著影响费米液体到维格纳晶体的转变位置，而在传统半导体量子阱中可忽略。
2024-08-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Effect of aging-induced disorder on the quantum transport properties of atomically thin WTe$_{2}$
原子薄层的过渡金属二硫属化物（TMDC）通常被认为是在环境大气中的亚稳态。了解其降解机制对于它们在纳米电子学中的未来应用至关重要，因此最近引起了人们的浓厚兴趣。在这里，我们展示了原子薄的WTe $_{2}$在其低温量子电子输运性质的系统研究。引人注目的是，虽然几层WTe $_{2}$的温度依赖性在新鲜状态下表现出明显的金属化趋势，但降解的器件首先表现出凹入绝缘行为，最后进入完全绝缘状态。相应地，从抛物线到线性磁阻，最后到弱反局域化的交叉被看到。实时拉曼散射测量，以及透射电子显微镜研究之前和之后原子级薄的WTe $_{2}$空气降解进一步证实，该材料逐渐形成非晶岛。因此，它导致局域化的电子状态，并解释了低温库仑间隙中观察到的运输测量。我们的研究首次揭示了少层WTe $_{2}$中异常的磁输运与无序之间的相关性，这对于指导其未来的器件应用是必不可少的。
2016-08-16 cond-mat.mes-hall
Precision Measurement of the Optical Conductivity of Atomically Thin Crystals via Photonic Spin Hall Effect
由于原子尺度下光与物质的相互作用很弱，如何测量原子级薄晶体的光学电导率是一个重要而又具有挑战性的问题。光子自旋霍尔效应作为光与物质相互作用的一种基本物理效应，对原子级薄晶体的光学电导率非常敏感。在这里，我们报告了石墨烯的光学电导率的精确测量，其中光子自旋霍尔效应作为测量指针。结合弱值放大技术，将单层石墨烯的电导率作为$(0.993\pm0.005)σ_0$的普适常数进行测量，获得了高的测量分辨率，并与$1.5\times10^{-8}Ω^{-1}$进行了比较。对于无扭曲的少层石墨烯，我们发现电导率随层数线性增加。我们的想法可以提供一个重要的测量技术，探测其他参数的原子薄晶体，如磁光常数，圆二色性，光学非线性系数。
2019-08-06 cond-mat.mes-hall physics.optics
Electrically controlled emission from singlet and triplet exciton species in atomically thin light emitting diodes
激子是复合玻色子，可以具有自旋单重态和三重态。在通常的半导体中，如果没有额外的自旋翻转机制，三重态激子是效率极低的光发射体。过渡金属二硫属化物（TMD）具有大的自旋-轨道耦合，由于其将圆偏振光耦合到具有选择性谷和自旋$^{1-4}$的激子，因此对于谷电子应用特别感兴趣。在原子级薄的MoSe $_2$ /WSe $_2$ TMD范德华（vdW）异质结构中，vdW层的独特原子配准向层间激子$^{5,6}$提供准角动量，使得能够从否则暗的自旋三重态激子发射。在这里，我们报告电可调自旋单重态和三重态激子发射原子排列的TMD异质结构。我们确认自旋配置的发光激子采用磁场测量有效激子g因子。层间隧穿电流通过TMD vdW异质结构，使单重态和三重态激子发射的电产生在这个原子薄的PN结。我们证明了电荷注入产生的单重态和三重态激子之间的电调谐性。因此，原子薄的TMD异质结构发光二极管使得光电子器件能够通过控制原子堆叠登记来独立地配置自旋和谷量子态。
2020-12-07 cond-mat.mes-hall
Coulomb Interaction and Density-Independent Exciton-Scattering Processes in Atomically Thin Semiconductors
Justus-Liebig-Universität Gießen（吉森大学）；Technische Universität Berlin（柏林工业大学）；Universität Münster（明斯特大学）
本文研究了原子薄半导体中库仑相互作用的量子动力学，重点讨论了Umklapp过程、介电屏蔽及不依赖密度的激子散射机制。
2026-10-27 cond-mat.mes-hall
$C_n$-symmetric higher-order topological crystalline insulators in atomically thin transition-metal dichalcogenides
基于第一性原理计算和对称性分析，我们预测了原子级薄（$1-N$层）的2 H VIB族TMDs $MX_2$（$M$ = Mo，W; $X$ = S，Se，Te）是受$C_3$旋转对称性保护的大禁带高阶拓扑晶体绝缘体.我们明确地证明了非平凡的拓扑指数和存在的标志性的角落状态与量子化分数电荷这些熟悉的TMD与大的散装光学带隙（$1.64-1.95$ eV的单层），这将有利于实验检测STM。我们发现在原子薄的（$1-N$层）2 H族-VIB TMD的扶手椅边缘的三角形有限尺寸薄片中存在定义明确的角态，并且相应的量子化分数电荷是层数$N$除以3模整数，它将简单地加倍包括自旋自由度。
2021-09-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
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
Casimir Force between Atomically Thin Gold Films
我们用密度泛函理论计算了单层、三层、六层和十五层金片的各向异性介电函数。这种薄膜是纳米机电系统的重要组成部分。当使用正确的介电函数，而不是散装金介电函数，我们预测增强吸引Casimir Lifshitz力（最多约20%）之间的两个原子薄的金片。对于较厚的片的介电性能和相应的卡西米尔力接近金半空间。我们预测的修正幅度，在今天卡西米尔力测量的准确度范围内，应该是可以清楚地检测到的。
2013-02-13 cond-mat.mes-hall quant-ph
Negative-mass exciton polaritons induced by dissipative light-matter coupling in an atomically thin semiconductor
色散工程是一种功能强大的多功能工具，可以改变光信号的速度，并在粒子和准粒子动力学中引起负质量效应。在这里，我们表明，在光学微腔中的束缚电子-空穴对（激子）和光子之间的耗散耦合可以导致激子极化激元的形成与反向色散的较低的极化激元分支，因此负质量。我们进行直接测量的原子级薄（单层）WS $_2$晶体嵌入平面微腔的异常色散，并证明负质量极化激元的传播方向是相反的，他们的动量。我们的研究为激子极化激元引入了非厄米色散工程的新概念，并为实现固态量子物质的新相开辟了途径。
2022-12-20 cond-mat.mes-hall
Plasmonics in Atomically Thin Materials
石墨烯中红外表面等离子体的观察和电操纵引发了对其他原子薄材料中类似光子能力的研究，这些材料能够在可见光和近红外频率下对光进行电调制，以及与光量子发射器的强相互作用。在这里，我们提出了一个简单的分析描述这种结构的光学响应，我们利用它们来研究它们在光调制和量子光学中的应用。具体来说，我们表明，在一个原子厚的贵金属层的等离子体激元可以用来产生完整的可调光吸收，并达到强耦合制度与相邻的量子发射器的相互作用。我们的方法适用于任何支持等离子体激元的薄材料，特别是，我们提供的参数使我们能够轻松计算银，金和石墨烯岛的响应。除了他们的纳米级电光的兴趣，本研究强调了量子纳米光子器件的设计，这些结构的巨大潜力。
2014-11-22 cond-mat.mes-hall
Two-Dimensional Itinerant Ising Ferromagnetism in Atomically thin Fe3GeTe2
绝缘/半导体范德华（vdW）晶体中的固有二维（2D）铁磁性的最新发现为研究基本的2D磁性和采用局域自旋的器件开辟了新的可能性。然而，表现出2D巡回磁性的vdW材料仍然难以捉摸。事实上，合成这种在原子厚度极限下具有强垂直各向异性的单晶铁磁金属一直是一个长期存在的挑战。在这里，我们证明了单层Fe 3GeTe 2是一个强大的2D巡回铁磁体与强大的面外各向异性。层相关的研究揭示了一个交叉从3D到2D伊辛铁磁性的厚度小于4纳米（五层），伴随着居里温度从207 K下降到130 K的单层的快速下降。对于Fe 3GeTe 2薄片厚度超过~15 nm，一个特殊的磁性行为出现在一个中间温度范围内，我们表明，这是由于形成的铁磁畴图案。我们的工作介绍了一种新的原子级薄铁磁金属，这可能是有用的可控的二维巡回伊辛铁磁性的研究和工程自旋电子vdW异质结构。
2018-03-07 cond-mat.mes-hall
Ion exchange in atomically thin clays and micas
粘土和云母作为以原子级薄的形式可以允许新型质子传导、离子选择性、渗透发电或溶剂过滤膜的材料而受到关注。这种兴趣来自于通过交换晶格中的离子来控制它们的性质的可能性。然而，离子交换过程本身在原子级薄的材料中仍然很大程度上未被探索。在这里，我们使用原子分辨率扫描透射电子显微镜研究的过程中的动力学，并揭示原子薄和人工重新堆叠的粘土和云母中的单个离子的结合位点。在不同曝光时间和不同晶体厚度下对离子交换进行成像，我们发现原子级薄样品的层间空间的离子扩散常数D比大块晶体中的大10^4倍，并接近其在自由水中的值。令人惊讶的是，如果云母层被扭曲和重新堆叠，预计没有大量交换的样品显示快速交换;但在这种情况下，交换的离子排列在由莫尔超晶格尺寸控制的岛屿中。我们将快速离子扩散归因于原子级薄材料和重新堆叠材料中较弱的层间结合力导致的层间可扩展性增强。最后，我们展示了这些材料的单个表面阳离子的图像，这在以前的研究中仍然难以捉摸。这项工作提供了原子尺度的见解离子扩散在高度受限的空间，并提出了策略，设计新型的剥离粘土膜。
2021-07-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Atomically Thin CrCl3: An in-Plane Layered Antiferromagnetic Insulator
最近在原子级薄层范德华（vdW）晶体中发现的磁性为探索二维（2D）极限下的磁现象创造了新的机会。在迄今为止研究的大多数2D磁体中，c轴是易磁化轴，因此在零外加磁场下，每层的极化垂直于平面。在这里，我们证明，原子级薄的CrCl 3是一个分层的反铁磁绝缘体与易平面垂直于c轴，即极化是在每一层的平面内，并没有优选的方向内it. Ligand场光致发光在870 nm观察到的单层极限，证明其绝缘性能。我们研究了在石墨烯/CrCl 3/石墨烯隧道结中使用隧穿磁阻的平面内磁序，建立了层间耦合是反铁磁的双层。从磁阻的温度依赖性，我们得到了一个有效的磁相图的双层。我们的研究结果表明，CrCl 3对研究二维相变物理和制备新型vdW自旋电子器件是有用的。
2019-03-30 cond-mat.mes-hall
Opto-valleytronic imaging of atomically thin semiconductors
过渡金属二硫族化物半导体代表了超越传统光电子学的新兴技术的分层异质结构的基本组件。在它们的单层形式中，它们以量子化的圆周运动和相关的谷极化和谷相干性作为光谷电子功能的关键要素来容纳电子。在这里，我们介绍了二维偏振直接成像的手段在单层过渡金属dichalcogenides的谷赝自旋自由度。以MoS $_2$为谷选择性光学跃迁的代表材料，建立了扩展晶体偏振图的定量图像分析方法，确定了谷偏振和谷相干性作为晶体无序的敏感探针。此外，我们发现在垂直磁场中谷极化激子的位置依赖的热和非热制度。最后，我们展示了基于原子级薄半导体和异质结构的光谷电子器件的快速检测的宽场偏振法的潜力。
2019-02-19 cond-mat.mes-hall
Hybrid $\mathbf{k\cdot p}$-tight-binding model for intersubband optics in atomically thin InSe films
我们提出了n掺杂的$γ$ -InSe原子膜作为在红外（IR）和远红外（FIR）范围内的子带间光学的平台，耦合到面外偏振光。取决于InSe膜的膜厚度（层数），这些跃迁从双层的$\sim 0.7$ eV跨越到15层InSe的$\sim 0.05$ eV。我们使用混合$\mathbf{k} \cdot \mathbf{p}$理论和紧束缚模型，完全参数化使用密度泛函理论，在室温下预测它们的振子强度和热线宽。
2018-04-12 cond-mat.mes-hall
Quantum Nonlinear Optics in Atomically Thin Materials
我们表明，与共振，原子级薄的材料的非线性光学响应，可以显着增强，将其放置在前面的部分反射镜，渲染，否则弱非线性系统适用于涉及量子非线性光学的实验和应用。我们的方法利用了在材料和镜子之间的特定距离处产生的长寿命极化子共振的非线性响应。该方案完全基于自由空间光学，消除了对腔或复杂纳米光子结构的需要。我们分析了一个具体的实施方案的基础上激子极化激元共振在二维半导体和讨论的作用的缺陷和损失。
2018-09-23 cond-mat.mes-hall quant-ph
Optical identification of atomically thin dichalcogenide crystals
我们提出了一个系统的研究的光学对比度的二硒化物（NbSe2）和二硫化钼（MoS2）的薄片沉积到Si晶片上的热生长的SiO2层。我们测量薄片的光学对比度，其厚度范围从200层到单层，使用不同的照明波长在可见光谱。这些薄晶体的折射率已获得从测量的光学对比度依赖于薄片厚度通过使用一个简单的模型的基础上的菲涅耳定律。通过这些NbSe 2和MoS2微晶的折射率，可以定量分析光学显微镜数据，以快速和非破坏性的方式确定薄片的厚度。
2010-06-22 cond-mat.mes-hall
Anisotropic complex refractive indices of atomically thin materials: determination of the optical constants of few-layer black phosphorus
本文简要回顾了单层过渡金属二硫属化合物和少层黑磷的光学常数的研究，特别强调了复介电函数和折射率。具体地说，我们给出了磷烯和少层黑磷的复折射率的估计。我们从文献报道的差分反射率数据中提取了这种材料的复折射率，采用约束Kramers-Kronig分析。最后，我们用传输矩阵法研究了磷烯嵌入多层膜系统的线性光学响应。
2020-11-03 cond-mat.mes-hall
Electroluminescence and photocurrent generation from atomically sharp WSe2/MoS2 heterojunction p-n diodes
p-n二极管代表了用于各种光电功能的最基本的器件构建块，但是由于不能将它们选择性地掺杂到p型或n型半导体中，因此难以在原子级薄的过渡金属二硫属化物（TMD）中实现。在这里，我们报告的第一个演示的原子薄和原子尖锐的异质结p-n二极管垂直堆叠的p型单层二硒化钨（WSe 2）和n型少层二硫化钼（MoS 2）。电气测量表明，具有良好定义的电流整流行为和1.2的理想因子的二极管特性。光电流映射显示快速的光响应在整个重叠区域的最高外量子效率高达12%。电致发光研究表明，显着的带边激子发射和显着增强的热电子发光。系统的研究表明，不同的层数依赖的发射特性，并揭示了重要的洞察力的起源热电子发光和电子轨道相互作用的性质在TMD。我们相信，这些原子薄的异质结p-n二极管代表了一个有趣的系统，用于探测的基本电光性质的TMD，并可以开辟一条新的途径，以新颖的光电子器件，如原子薄的光电探测器，光电转换器，以及自旋/谷偏振光发光二极管和片上激光器。
2014-09-15 cond-mat.mes-hall
Non-equilibrium diffusion of dark excitons in atomically thin semiconductors
原子薄的半导体提供了一个很好的平台来研究紧密束缚激子的有趣的多粒子物理。特别地，钨基过渡金属二硫属化物的性质由亮激子态和暗激子态的复杂流形决定。虽然已知暗激子主导弛豫动力学和低温光致发光，但它们对激子的空间传播的影响仍然难以捉摸。在我们的联合理论-实验研究中，我们解决了这个有趣的制度，暗态运输解决的时空激子动力学hBN封装的WSe $_2$单分子膜共振激发后。我们发现明确的证据表明，一个非常规的，时间依赖性的扩散在第一个几十皮秒，表现出强烈的偏离稳态传播。暗激子状态最初由来自亮态的声子发射填充，导致热激子的产生，热激子的快速膨胀导致扩散系数瞬时增加超过一个数量级。这些发现是相关的原子薄材料的时空激子动力学的基本理解，以及它们的技术应用，使快速扩散。
2021-05-21 cond-mat.mes-hall
Field-effect tunneling transistor based on vertical graphene heterostructures
我们报道了一种双极场效应隧穿晶体管，它利用了石墨烯的低态密度和它的一个原子层厚度。我们的概念验证设备是石墨烯异质结构，具有原子级薄的氮化硼作为隧道势垒。它们表现出室温开关比~50，通过优化器件结构可以进一步提高该值。这些器件具有高频操作和大规模集成的潜力。
2011-12-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Plasmonics in Atomically-Thin Crystalline Silver Films
原子尺度上的光-物质相互作用控制着光电发射和激光等基本现象，同时也使包括光电子学和光通信在内的基本日常技术成为可能。在这种情况下，等离子体激元-导电材料中的集体电子振荡-非常重要，因为它们允许在纳米尺度上操纵光场。石墨烯和其他二维晶体的出现将等离子体激元推到了真正的原子尺度，显示出吸引人的特性，如大的电可调性。然而，这些材料中的等离子体振子要么太宽，要么位于低频，远低于技术相关的近红外区。在这里，我们展示了尖锐的近红外等离子体在光刻图案化的晶圆级原子级薄的银晶体薄膜。我们测量的光谱揭示了窄的等离子体激元（品质因数$\sim4$），进一步支持的低方块电阻相当于散装金属在几个原子层的银膜下降到七个Ag（111）单层。良好的晶体质量和等离子体激元窄，尽管增加了一个薄的钝化电介质，这使得我们的样品对环境条件有弹性。在原子级薄的银中观察到的光谱尖锐和强约束的等离子体激元在电光调制和光学传感应用中具有巨大的潜力。
2019-06-13 cond-mat.mes-hall
Competing weak localization and weak antilocalization in amorphous indium-gallium-zinc-oxide thin-film transistors
我们研究了非晶氧化铟镓锌薄膜晶体管的导磁率与栅压和温度的关系。在高磁场下，在整体负磁导率的基础上，在小磁场下观察到弱局域化特征。通过调节栅电压或改变温度，观察到弱定域化和弱反定域化之间有趣的可控竞争。我们的发现反映了非晶铟镓锌氧化物薄膜晶体管中电子系统的可控量子干涉竞争。
2017-03-11 cond-mat.mes-hall
