Modulation of Schottky barrier height in graphene/MoS2/metal vertical heterostructure with large current ON-OFF ratio
研究了石墨烯/MoS 2/金属垂直异质结的详细输运性质。石墨烯和MoS 2之间的范德华界面表现出肖特基势垒。将栅极电压施加到石墨烯层使我们能够调制肖特基势垒高度;从而引起对穿过界面的电流的控制。通过分析电导随温度的变化关系，直接确定了肖特基势垒高度Δ λ的调制。我们观察到显著的MoS 2层数依赖性的Δ ε。此外，我们证明了显示较大Δ ε的器件表现出较大的电流调制;这与这些器件的输运由石墨烯/MoS 2肖特基势垒主导的事实一致。
2015-03-08 cond-mat.mes-hall
All-carbon vertical van der Waals heterostructures: Non-destructive functionalization of graphene for electronic applications
我们提出了一种通过组装垂直全碳范德华异质结构实现石墨烯非破坏性功能化的途径。为此，我们采用单层石墨烯（SLG）片生长的低压甲烷CVD铜箔和大面积介电~1 nm厚的氨基封端的碳纳米膜（NH 2-CNMs）产生的电子束诱导交联的芳香族自组装单层。我们封装SLG片氧化硅晶片与NH 2-CNMs通过机械堆叠和表征所形成的异质结构的结构，化学和电子性质的拉曼光谱和X射线光电子能谱学，以及通过电气和电磁输运测量。我们表明，功能氨基带来的SLG片附近，他们的运输特性不受损害，这种功能化;此外，我们证明了异质结构设备的功能响应的质子化的氨基在水中。由于其相对简单，所提出的方法为在其中需要石墨烯的非破坏性化学官能化（例如，用于化学和生物传感的工程电换能器）或作为分层异质结构中石墨烯的互补电介质。
2014-06-08 cond-mat.mes-hall
Tunneling properties of vertical heterostructures of multilayer hexagonal boron nitride and graphene
我们利用第一性原理密度泛函理论（DFT）研究了多层h-BN或BC $_{2}$ N以及石墨引线之间石墨烯薄膜的堆叠实现的单势垒和双势垒异质结构的输运性质。异质结构是晶格匹配的。所考虑的单屏障系统由石墨电极之间的多达五个h-BN或BC $_{2}$ N单原子层（Bernal堆叠）的层组成。h-BN势垒的透射概率表现出两种不寻常的行为：由于石墨和介电层中的状态之间的晶体动量失配，在经典允许的能量区域中它也非常低，并且它仅弱地依赖于h-BN间隙中的能量，因为h-BN的晶体动量的虚部几乎与能量无关。双势垒结构由h-BN膜组成，该h-BN膜由多达三个石墨烯层隔开。我们发现，已经有五层的h-BN强烈抑制石墨引线之间的传输，并且不能观察到共振隧穿，因为能量色散关系不能在垂直和横向分量中解耦。
2012-12-19 cond-mat.mes-hall
Tunneling spectroscopy of localized states of $\mathrm{WS}_2$ barriers in vertical van der Waals heterostructures
在过渡金属二硫属化物中，已发现缺陷起重要作用，影响掺杂、自旋谷弛豫动力学，并有助于自旋轨道耦合的邻近效应。在这里，我们研究了$\mathrm{WS}_2$中的局域态以及它们如何影响h-BN/石墨烯/ $\mathrm{WS}_2$ /金属的范德华异质结构的隧穿。所获得的电导图作为偏置和栅极电压的函数，揭示了单电子晶体管的行为（库仑阻塞）与丰富的一组传输功能，包括激发态和负微分电阻制度。施加垂直磁场，我们观察到的量子能级的能量和信息的本地化状态的轨道磁矩提取的移动。
2019-06-25 cond-mat.mes-hall
Magnetoresistance and negative differential resistance in Ni/Graphene/Ni vertical heterostructures driven by finite bias voltage: A first-principles study
利用非平衡格林函数方法结合密度泛函理论，研究了$n$石墨烯层夹在两个半无限Ni（111）电极之间的Ni/Gr_n/Ni垂直异质结构中的有限偏压量子输运.我们发现，最近预测的“悲观”的磁阻为100%的$n \ge 5$结在零偏置电压$V_b \rightarrow 0$，持续到$V_b \simeq 0.4$ V，这使得这样的设备有希望的自旋扭矩为基础的设备应用。此外，对于平行取向的Ni磁化，$n=5$结表现出显着的负微分电阻的偏置电压从$V_b=0$ V增加到$V_b \simeq 0.5$ V。我们确认，这两个非平衡效应适用于不同类型的键合的Ni（111）表面上的Gr，同时保持Bernal堆叠之间的各个Gr层。
2012-03-29 cond-mat.mes-hall
Ultimate sharpness of the tunneling resonance in vertical heterostructures
本研究揭示垂直异质结构中隧穿共振锐度的根本限制因素为接触耦合与能级隧穿劈裂，并指出在特定耦合条件下可实现最大电流，该行为可在石墨烯/六方氮化硼异质结构中观测。
2023-10-11 cond-mat.mes-hall
Constrained-search density functional study of quantum transport in two-dimensional vertical heterostructures
基于微正则图像，映射的稳态量子输运过程的漏源激发，我们开发了一个有限偏置量子输运计算的约束搜索密度泛函形式主义。通过在不引入单独的体电极信息的情况下变分地最小化电极-通道-电极系统的总能量，减少了在偏置下识别其非平衡电子结构的模糊性，并且可以自然地处理有限的电极情况。我们将该方法应用于垂直堆叠的范德华异质结构，该异质结构由单层石墨烯电极夹着的六方氮化硼（hBN）通道制成，到目前为止，在第一性原理计算中无法处理。我们发现，实验观察到的负微分电阻起源于hBN缺陷介导的两个石墨烯状态之间的杂交，并同时获得高偏置线性电流增加，这是没有捕获在以前的半经典处理。超越现有的$ab\ initio$非平衡量子输运模拟方法的能力，开发的形式主义将在下一代纳米器件的发展提供有价值的原子信息。
2018-08-10 cond-mat.mes-hall
Spin-transfer torque and spin-polarization in topological-insulator/ferromagnet vertical heterostructures
我们预测了一个非常规的自旋转移矩（STT）作用于N/TI/F垂直异质结构中的自由铁磁（F）层的磁化强度，它起源于三维拓扑绝缘体（TI）表面的强自旋轨道耦合（SOC），以及来自电荷电流在其从正常金属（N）流动时在传输方向上变成自旋极化的电荷电流，在TI板的大部分上。不像对称F '/I/F磁性隧道结中的常规STT（其中仅平面内STT分量在线性响应中为非零），平面内和垂直扭矩在N/TI/F结中都是相当大的，同时不需要固定的F'层作为自旋极化器，这对于自旋电子应用是有利的。使用非平衡Born-Oppenheimer处理之间的相互作用的快传导电子和慢磁化，我们推导出一个通用的Keldysh格林函数为基础的STT公式，这使得它可以分析扭矩中存在的SOC无论是在散装或在界面处的自由F层。
2012-02-29 cond-mat.mes-hall
Anomalous thermopower oscillations in graphene-InAs nanowire vertical heterostructures
热电测量有可能揭示低维材料的态密度。在这里，我们提出了单层石墨烯-纳米线（NW）异质结构的异常热电行为，显示出作为掺杂浓度的函数的大振荡。我们的器件由InAs NW和石墨烯垂直异质结构组成，它们通过薄（$\sim$ 10 nm）六方氮化硼（hBN）层电隔离。与传统的热电测量相比，其中加热器放置在样品的一侧，我们使用InAs NW（直径$\sim 50$ nm）作为放置在石墨烯通道中间的局部加热器。我们测量了由于NW中的焦耳加热引起的石墨烯中的热电势作为温度（1.5K -50 K）和载流子浓度的函数。在双层石墨烯（BLG）- NW异质结的热电电压显示出的狄拉克点附近的符号变化，由莫特的公式预测。相比之下，在单层石墨烯（MLG）-NW异质结构上测量的热电电压显示出狄拉克点周围的异常大振幅振荡，这在来自同一设备上测量的电导率的莫特响应中看不到。异常振荡是由NW的静电势在MLG中修改的态密度的签名，其在NW-BLG器件中弱得多。异质结堆叠的热计算表明，温度梯度在NW下方的石墨烯区域中占主导地位，并且因此对导致热电电压中的异常振荡的状态密度的修改敏感。此外，与应用程序的磁场，我们检测到修改的状态密度由于在MLG和BLG的朗道能级的形成。
2020-12-22 cond-mat.mes-hall
Odd momentum pairing and superconductivity in vertical graphene heterostructures
由BN间隔物分隔的石墨烯层组成的垂直石墨烯异质结构允许调节电子之间的相互作用的新方法。我们研究了电子配对介导的修改排斥相互作用的可能性。长程谷内和短程谷间相互作用产生不同的各向异性相。我们证明了在$5-10 \times 10^{13} {\rm cm}^{-2}$的载流子密度以上，可以存在一个在不同的谷中具有相反符号的带隙的超导态，一个奇动量配对态。的转变温度的依赖关系上的不同参数的设备进行了详细研究。
2012-07-31 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
Realization of a vertical topological p-n junction in epitaxial $\mathrm{Sb_2Te_3 / Bi_2Te_3}$ heterostructures
3D拓扑绝缘体是一种新的量子物质态，当与拓扑平凡材料接触时，它既具有绝缘能隙的体能带结构，又具有金属自旋极化的狄拉克费米子态。为了探索狄拉克点不寻常的量子特性，人们曾多次尝试将狄拉克点调整到一个理想的能量位置。在这里，我们显示了一个直接的实验证明，通过角分辨光电发射的实现的垂直拓扑pn结的异质结构的两个不同的二元三维TI材料$\mathrm{Bi_2Te_3}$和$\mathrm{Sb_2Te_3}$外延生长在Si（111）。我们表明，化学势是可调的约200毫电子伏时，减少上$\mathrm{Sb_2Te_3}$层厚度从25至6五重层，而不施加任何外部偏压。这些结果使拓扑激子凝聚体的观测成为现实，并为探索其他奇异量子现象铺平了道路。
2015-10-09 cond-mat.mes-hall
Orbital dependent Coulomb drag in electron-hole bilayer graphene heterostructures
本文研究了磁场下电子-空穴双层石墨烯异质结构中的库仑拖曳，发现垂直位移场和轨道指数在朗道能级间的层间库仑相互作用中起关键作用。
2025-08-12 cond-mat.mes-hall
Probing the Electron States and Metal-Insulator Transition Mechanisms in Atomically Thin MoS2 Based on Vertical Heterostructures
金属-绝缘体转变（MIT）是原子级薄二硫化钼（MoS 2）的显著电输运性质之一。虽然电子-电子相互作用理论已被用于模拟MoS 2中的MIT现象，但其潜在机制和详细的MIT过程仍然在很大程度上未被探索。在这里，我们证明了垂直的金属-绝缘体-半导体（MIS）异质结构建立从原子级薄的二硫化钼（单层和多层）是理想的电容器结构，用于探测在二硫化钼的电子状态。垂直配置的MIS异质结构提供了额外的优势，消除了大阻抗的影响，在带尾，并允许在宽的激发频率（100 Hz-1 MHz）和温度范围（2 K- 300 K）内的充分激发的电子状态附近的MoS 2的表面的观察。通过结合电容和传输测量，我们已经观察到了一个双折射型MIT，驱动的电子态的密度不均匀性，在从单层和多层MoS 2的垂直异质结。此外，通过垂直异质结构，可以容易地获得并精确地确定薄MoS 2层的价带及其固有特性，例如厚度依赖性屏蔽能力和带隙宽度。
2014-07-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Antimonene/Bismuthene Vertical Van-der Waals Heterostructure: A Computational Study
采用第一性原理密度泛函理论计算了锑-铋范德华异质结（Sb-Bi HS）的结构、电子、力学和光学性质.我们探索了不同的Sb-Bi HS堆叠，以找到这种异质结构的最稳定和最不稳定的堆叠。在GGA理论水平上，最稳定的模型是间接带隙为159 meV的半导体。然而，当考虑自旋轨道（SO）相互作用时，VBM和CBM接触费米能级，HS成为半金属。我们的研究结果还表明，HS的电子性质是强大的对外电场和双轴应变。杨氏模量计算为64.3N/M，其预测该HS作为抵抗拉伸或压缩的材料。计算的光学性质，类似于单层锑烯，是完全依赖于入射光的偏振和不同时，考虑平行或垂直偏振。此外，在可见光区的垂直偏振的吸收系数显着增加相比，单层锑烯。高的结构稳定性，电子和机械鲁棒性对电场和应变，随着偏振相关的光学性能，这HS，承诺其在分束器和纳米级反射镜的应用。
2020-01-01 cond-mat.mes-hall
Interfacial Charge Transfer Driven Enhanced Transport and Thermal Stability in Graphene-MoS2 Vertical Heterostructure Field-Effect Transistors
Institute of Physics, Bhubaneswar（印度巴布内斯瓦尔物理研究所）；Homi Bhabha National Institute（霍米·巴巴国立研究所）；KIIT Deemed to be University（KIIT被视为大学）；Sambalpur University（桑巴尔普尔大学）
研究通过界面电荷转移增强石墨烯-MoS2垂直异质结场效应晶体管的传输性能和热稳定性，发现异质结构在高温下表现出更稳定的电导率和更高的迁移率。
2026-03-20 cond-mat.mes-hall
A low-tech solution to process entire metal/molecule heterostructure stacks into vertical nanopillar electronic devices
Institut de Physique et Chimie des Matériaux de Strasbourg (IPCMS), UMR 7504 CNRS, Université de Strasbourg（斯特拉斯堡大学材料与化学物理研究所 (IPCMS)）；Université de Strasbourg（斯特拉斯堡大学）；CNRS（法国国家科学研究中心）
本文提出了一种低技术方案，用于将金属/分子异质结构堆栈加工成垂直纳米柱电子器件，解决了传统技术中光刻胶和溶剂降解分子的问题。
2026-01-23 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
Towards Fast Multicolor Photodetectors based on Graphene Contacted Vertical p-GaSe/n-InSe van der Waals Heterostructure
研究了以石墨烯为透明电极，采用层状p型GaSe和n型InSe的垂直范德华异质结光电探测器的电学和光电特性。不仅观察到来自层状GaSe和InSe本身的光电流峰，还观察到层间光跃迁峰，这与第一性原理计算一致。p-n异质结之间的内建电场和石墨烯电极的优势可以有效地分离光生电子-空穴对，从而导致响应时间下降到160 μs。利用垂直层状p-n异质结和石墨烯电极的层间和层内光学跃迁，可以实现基于二维层状材料的高性能多色光电探测器，这对未来的光电子学具有重要意义。
2016-12-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Edge bands and vertical transport in topological insulator/magnetic insulator heterostructures
本文计算了电子在三维拓扑绝缘体（TI）和磁性绝缘体组成的异质结构侧面上传播的低能带结构。根据层间隧穿振幅、塞曼能量和表面势之间的关系，能谱是高度可调的。前两个参数之间的比率控制手性和螺旋表面态带结构之间的拓扑过渡。在前一种情况下，局域态，其波函数被限制在单个TI层附近，出现在一个狭窄的参数范围内，它们与巡回状态共存。在规则的超晶格中，这些局域态在垂直方向上形成平坦的能带。这样的局部化具有拓扑起源。它与这些状态的特定空间自旋纹理相关联。局域态消失后的拓扑相变从反常的量子霍尔制度的平凡的阶段，其特征在于在异质结构的侧表面上的各向异性狄拉克锥。
2014-06-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Moiré patterns in graphene -- rhenium disulfide vertical heterostructures
原子级薄材料的垂直堆叠提供了一个大平台，用于实现由邻近效应和莫尔图案实现的新特性。在这里，我们专注于机械组装的异质结构的石墨烯和ReS $_2$，范德华层状半导体。使用扫描隧道显微镜和光谱（STM/STS），我们图像的两种材料之间的尖锐边缘，以及重叠的地区。局部分辨的形貌图像显示了一个条纹的超图案起源于石墨烯的六方结构和三斜，低面内对称的ReS $_2$之间的层间相互作用的存在。我们比较的结果与理论模型，估计石墨烯和ReS $_2$之间的莫尔图案的形状和角度的依赖性。这些结果揭示了具有不同晶格对称性的范德华材料之间的复杂界面现象。
2020-10-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Local characterization and engineering of proximitized correlated states in graphene-NbSe$_2$ vertical heterostructures
利用单层石墨烯、单层hBN和NbSe $_2$组成的范德华垂直异质结构，我们对不同构型的诱导关联态进行了局域表征。在4.6 K的温度下，我们已经表明，超导电性和电荷密度波可以诱导在石墨烯从NbSe 2的邻近效应。通过施加垂直磁场，我们对Abrikosov涡旋晶格进行了成像，并提取了邻近化超导石墨烯的相干长度。我们进一步表明，通过在石墨烯和NbSe $_2$之间添加单层hBN，可以完全阻断诱导的关联态，这表明了正常金属和超导体之间的隧道势垒和表面条件对于邻近效应的重要性。
2020-05-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el cond-mat.supr-con
Spin-to-charge conversion in lateral and vertical topological-insulator/ferromagnet heterostructures with microwave-driven precessing magnetization
利用电荷守恒的Floquet-Green函数方法，研究了在外加时间周期势驱动下，铁磁（F）层旋进磁化（在没有直流偏置电压的情况下）抽运的自旋电流如何{ \em横向}注入到强自旋轨道耦合（SOC）界面，并转化为同向流动的电荷电流.在与实验中使用的Rashba SOC的金属界面的情况下[Nature Comm. { \bf 4}，2944（2013）]，自旋$I^{S_α}$和电荷$I$电流都在其中流动，其中$I/I^{S_α} \simeq$ 2- 8\ %。（取决于旋进锥角），而对于相关实验中采用的F/拓扑绝缘体（F/TI）界面（arXiv：1312.7091）由于在TI表面上的完美的自旋-动量锁定，转换效率大大提高了$I/I^{S_α} \simeq$ 40- 60\ %。当自旋电流以较小的效率$I/I^{S_α} \sim 0.001\%$被泵送{ \em垂直}通过F/TI界面时，也发生自旋-电荷转换，但是电荷电流信号对界面处的狄拉克费米子是有质量的还是无质量的敏感。
2014-07-15 cond-mat.mes-hall
Negative terahertz conductivity at vertical carrier injection in a black-Arsenic-Phosphorus-Graphene heterostructure integrated with a light-emitting diode
我们提出并分析了异质结构，包括黑砷磷层（b-As $_{1-x}$ P $_x$ L）和石墨烯层（GL）集成与发光二极管（LED）。集成的b-As $_{1-x}$ P $_x$ L-GL-LED异质结构可以作为太赫兹（THz）激光器的有源部分，使用GL中的带间辐射跃迁。所提出的概念的可行性通过b-As $_{1-x}$ P $_x$ L中相对窄的能隙和与GL的适当能带对准的组合来实现。所讨论的器件的操作与由b-As $_{1-x}$ P $_x$ L中的LED发射的近红外辐射产生电子-空穴对、该层中的光生电子和空穴的冷却以及它们注入GL中相关联。由于b-As $_{1-x}$ PL的最小能隙能隙小于GL中光学声子的能量，因此注入GL可以导致GL中二维电子-空穴等离子体（2D-EHP）的相对弱的加热。在略低于室温的温度下，注入可以冷却2D-EHP。这有利于GL的带间布居数反转，增强其在THz范围内的负动态电导率，以及实现支持新型THz辐射源的光学和等离子体激元模式激光。
2019-01-30 cond-mat.mes-hall
CVD Grown Hybrid MoSe$_2$-WSe$_2$ Lateral/Vertical Heterostructures with Strong Interlayer Exciton Emission
Friedrich Schiller University Jena（耶拿弗里德里希·席勒大学）；Technical University Darmstadt（达姆施塔特工业大学）；Ulm University（乌尔姆大学）；National Institute for Materials Science（国立材料研究所）
本文通过CVD法合成MoSe₂-WSe₂异质结构，展示其强层间激子发射特性，为二维量子材料的基础研究和应用提供新途径。
2026-02-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Multidimensional imaging reveals mechanisms controlling label-free biosensing in vertical 2DM-heterostructures
二维材料和它们的范德华异质结构使大范围的应用成为可能，包括无标记生物传感。异质结构材料中的晶格失配和功函数差异导致应变和电荷转移，通常在纳米尺度上变化，影响器件性能。在这项工作中，开发了一种多维光学成像技术，以映射掺杂和应变的子衍射分布，并了解那些用于调制材料的电子特性的作用。作为示例，制造由单层石墨烯和过渡金属二硫属化物MoS $_2$的单层薄片组成的垂直异质结构，并将其用于生物传感。本文报道了通过三个独立的光学检测通道（光致发光位移、拉曼位移和石墨烯增强拉曼散射）对常用抗癌药物阿霉素进行光学无标记检测。多模态信号的分量的非均匀加宽与异质结构的局部光学性质的统计分布相关。多维纳米成像允许人们揭示这种局部响应的物理起源，并提出缓解材料变异性和未来器件制造的最佳策略。
2021-11-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Arrayed van der Waals Vertical Heterostructures based on 2D GaSe Grown by Molecular Beam Epitaxy
垂直堆叠二维（2D）材料能够设计新颖的电子和光电子器件并实现复杂的功能。然而，在晶片级制造这种具有原子级尖锐界面的人工异质结构提出了前所未有的挑战。在这里，我们展示了一个方便和可控的方法，用于生产晶圆级的二维硒化镓薄膜的分子束外延。原位反射高能电子衍射振荡和拉曼光谱揭示了一种逐层范德华外延生长模式。基于少层GaSe/Si结构制备了高效率的光电探测器阵列。这些光电二极管表现出稳定的整流特性和23.6%的相对较高的外量子效率。由此产生的光响应是超快和鲁棒的，响应时间为60 us。重要的是，该器件在100万次操作循环后没有显示出退化迹象。我们的研究建立了一种新的方法来生产可控的，鲁棒的和大面积的二维异质结构，并提出了进一步的实际应用的关键一步。
2016-01-11 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
High Current Density Vertical Tunneling Transistors from Graphene/Highly-Doped Silicon Heterostructures
石墨烯/硅异质结构作为用于各种电子和光子器件的新平台，如势垒电阻器、太阳能电池、光调制器和化学传感器，引起了极大的兴趣。迄今为止的研究主要集中在石墨烯和轻掺杂硅之间的结上，其中肖特基势垒被认为是载流子传输过程的主导因素。在这里，我们报告了一个系统的调查之间形成的异质结石墨烯和高掺杂硅载流子输运。通过改变硅掺杂水平和测量温度，我们表明，通过原生氧化物的隧穿效应的石墨烯/p++-Si异质结的载流子输运占主导地位。我们进一步证明，隧道电流可以有效地调制的外部栅极电场，导致在垂直隧穿晶体管。得益于高掺杂硅的大态密度，我们的隧穿晶体管可以提供超过20 A/cm 2的电流密度，比以前的石墨烯/绝缘体/石墨烯隧穿晶体管在相同的开/关比下高出约两个数量级。
2015-12-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Gate-versus defect-induced voltage drop and negative differential resistance in vertical graphene heterostructures
本文提出基于多空间约束搜索密度泛函的非平衡第一性原理方法，研究石墨烯/六方氮化硼/石墨烯场效应晶体管，揭示栅极狄拉克锥失配与缺陷能级偏压移动均可诱导负微分电阻，并阐明缺陷位置对电压降及负微分电阻的关键调控作用。
2021-09-23 cond-mat.mes-hall
Coulomb-mediated interactions of charge-transfer excitons in TMD lateral heterostructures
Philipps-Universität Marburg（马尔堡菲利普大学）；mar.quest—Marburg Center for Quantum Materials and Sustainable Technologies（mar.quest—马尔堡量子材料与可持续技术中心）
通过考虑偶极和量子交换相互作用，研究了TMD横向异质结构中高偶极矩电荷转移激子之间的相互作用，预测了密度相关的能量蓝移，并发现小偶极矩下能量重整化与偶极矩呈二次关系。
2026-06-03 cond-mat.mes-hall
Multiple chiral Majorana states in proximitized magnetic topological insulator heterostructures
Universidad Autónoma de Madrid（马德里自治大学）；Condensed Matter Physics Center (IFIMAC), Universidad Autónoma de Madrid（马德里自治大学凝聚态物理中心（IFIMAC））；Instituto de Estructura de la Materia IEM-CSIC（CSIC物质结构研究所）；Instituto Nicolás Cabrera, Universidad Autónoma de Madrid（马德里自治大学尼古拉斯·卡布雷拉研究所）
该研究在三维扩展Bernevig-Hughes-Zhang框架下，证实磁性掺杂拓扑异质结构可产生多重手性马约拉纳模式，推导了相关解析判据，为拓扑量子计算提供了有前景的平台。
2026-09-02 cond-mat.mes-hall
Photo-thermionic effect in vertical graphene heterostructures
寻找克服传统半导体器件局限性的替代光电机制对于探测和收集低能光子至关重要。一种非常有前途的方法是从由于光吸收而添加到自由电子浴的热能驱动电流。这一策略的成功实施需要一个宽带吸收器，其中载流子之间的相互作用比声子更强烈，以及能量选择性接触，以提取多余的电子热。在这里，我们表明石墨烯-WSe 2-石墨烯异质结构器件通过光电子效应提供了这种可能性：石墨烯中吸收的光子能量有效地转移到电子浴中，导致热化的热载流子分布。能量高于石墨烯和WSe 2之间肖特基势垒的载流子可以在势垒上方发射，从而产生光电流。我们的实验表明，光电子效应，使子带隙光子的检测，同时尺寸可扩展，电可调，宽带和超快。
2016-06-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Vertical Field Effect Transistor based on Graphene-WS2 Heterostructures for flexible and transparent electronics
石墨烯著名的电子特性为仅一个原子厚度的材料在后硅电子时代的应用开辟了道路。一个重要的里程碑是基于石墨烯和其他二维（2D）晶体的异质结构的创建，这些晶体可以以原子层精度组装在3D堆栈中。这些分层结构已经导致了一系列迷人的物理现象，并且还被用于演示原型场效应隧穿晶体管-后CMOS技术的候选者。可以被纳入这种堆的可能材料的范围非常大。事实上，还有许多其他材料，其中层通过弱范德华力连接，这些力可以剥离并结合在一起，以创建新的高度定制的异质结构。在这里，我们描述了新一代的场效应垂直隧穿晶体管，其中2D二硫化钨作为两层机械剥离或CVD生长的石墨烯之间的原子级薄势垒。我们的器件在室温下具有前所未有的超过一百万的电流调制，并且还可以在透明和柔性基板上工作。
2012-11-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Observation of ballistic avalanche phenomena in nanoscale vertical InSe/BP heterostructures
引发雪崩击穿的碰撞电离本质上需要在长有源区中施加高电场，从而阻碍具有高增益、低偏置和优异噪声性能的载流子倍增。在这里，我们报告的亚MFP缩放垂直硒化铟（InSe）/黑磷（BP）异质结的弹道雪崩现象的观察。该异质结被设计成雪崩光电探测器（APD）和碰撞电离晶体管，分别展示了超灵敏的中红外光探测（4 μm波长）和超陡的亚阈值摆幅。这些器件具有极低的雪崩阈值（<1伏）、出色的低噪声系数和独特的密度谱形状。进一步的传输测量证明了来自弹道雪崩现象的击穿原件，其中亚MFP BP通道使电子和空穴能够撞击晶格并突然放大电流，而不会从确定性性质的障碍物散射。我们的研究结果揭示了先进的光电探测器的发展，并有效地促进纳米尺度上的载体。
2019-01-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Electron Transport across Vertical Silicon / MoS${_2}$ / Graphene Heterostructures: Towards Efficient Emitter Diodes for Graphene-Base Hot Electron Transistors
异质结构包括硅（Si），二硫化钼（MoS ${_2}$）和石墨烯的垂直电流传导机制进行了研究。测得的电流-电压（I-V）特性表现出温度依赖的不对称电流，表明热激活的载流子运输。数据进行了比较，并拟合到当前的传输模型，该模型确认电子发射作为跨设备的负责任的传输机制。理论计算与实验数据相结合表明，从Si到MoS的异质结势垒${_2}$在T = 200~300 K范围内与温度呈线性关系，具有正的温度系数。温度依赖性可以归因于Si和MoS ${_2}$之间的带隙差的变化、Si/MoS ${_2}$界面处的应变或Si和MoS ${_2}$中的不同电子有效质量，从而导致可能的熵变化，所述熵变化源于电子从Si移动到MoS ${_2}$时的态密度的变化。在Si和MoS ${_2}$之间形成的低势垒以及在此展示的所得到的电子发射使得本器件成为用于未来高速电子器件的石墨烯基热电子晶体管的发射极二极管的潜在候选者。
2019-12-23 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Probing the Electronic States in Black Phosphorus Vertical Heterostructures
原子薄的黑磷（BP）是一种很有前途的二维材料，可用于制备具有高迁移率和可调带隙结构的电子和光电纳米器件。然而，在少层磷烯（单层BP）的电荷载流子迁移率主要是由杂质和无序的存在限制。在这项研究中，我们证明了垂直BP异质结器件提供了很大的优势，在探测单层和几层磷烯的电子状态，在温度下至2 K，通过电容光谱。磷烯的导带和价带中的电子态在很宽的温度和频率范围内都是可接近的。已确定指数带尾与疾病有关。一些不寻常的现象，如在少层磷烯的电子态布居的大的温度依赖性已被观察和系统的研究。结合第一性原理计算，我们发现电荷陷阱态和氧化诱导缺陷态的热激发是磷烯场效应晶体管中电子态布居和开关比随温度变化的主要原因.
2016-04-01 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Microscopic mechanism of van der Waals heteroepitaxy in the formation of MoS2/hBN vertical heterostructures
最近的工作已经揭示，在晶体衬底（诸如六方氮化硼（hBN））上的2D材料的范德华（vdW）外延生长导致自对准晶粒的形成，这导致晶粒之间的无缺陷缝合。然而，弱的vdW相互作用如何导致晶粒取向的强烈限制仍然没有被理解。在这项工作中，我们重点研究了在hBN上外延生长vdW时MoS 2晶粒自对准的机制。通过基于密度泛函理论和Lennard-Jones势的计算，我们发现MoS 2和hBN之间的相互作用能强烈地依赖于MoS 2的尺寸和取向。我们还发现，当MoS_2的尺寸约为0.05时，40 nm时，旋转能垒可超过~ 1 eV，这应抑制旋转以限制MoS 2的取向，即使在生长温度下。
2020-05-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Quantum confinement effects in Si/Ge heterostructures with spatially ordered arrays of self-assembled quantum dots
利用磁隧道谱研究了Ge量子点规则分布的垂直Si/Ge双势垒共振隧穿二极管中的磁约束。它们的电流-电压特性在零偏压附近呈现台阶状，表明Ge量子点中重空穴通过三维受限的空空穴态共振隧穿.假设抛物约束，我们提取量子点的约束势的强度。
2010-06-07 cond-mat.mes-hall
Resonant tunneling and the quasiparticle lifetime in graphene/boron nitride/graphene heterostructures
由于面内动量的准精确守恒，准粒子在两个几乎对齐的石墨烯片之间的隧穿产生共振电流-电压特性。我们声称，在这一制度下，在石墨烯/氮化硼/石墨烯异质结构的垂直运输进行电子-电子相互作用和准粒子的二维电子系统在石墨烯的光谱功能的宝贵信息。我们提出了广泛的微观计算的隧穿光谱，包括准粒子寿命效应和阐明的参数范围（层间偏压，温度，扭曲角，和栅极电压）下，电子-电子相互作用物理出现。
2015-12-29 cond-mat.mes-hall
Theory of resonant tunneling in bilayer-graphene/hexagonal-boron-nitride heterostructures
本文提出了一种计算双层石墨烯之间垂直隧穿电流的理论，该双层石墨烯被一层薄的六方氮化硼绝缘层隔开，忽略了多体效应。结果使用的物理参数，使比较的理论与最近报道的实验结果。所观察到的共振隧穿和负微分电阻的电流-电压特性的静电诱导的带隙，栅极电压调制，带边附近的状态密度，和共振与上子带的条款解释。这些观察结果进行比较，从类似的异质结构与单层石墨烯形成的。
2015-03-02 cond-mat.mes-hall
Gate-Tunable Tunneling Resistance in Graphene/Topological Insulator Vertical Junctions
基于石墨烯的垂直异质结构，特别是与其他层状材料相结合的堆叠，在纳米电子学方面很有前途。石墨烯和拓扑绝缘体这两种模型狄拉克材料的堆叠可以显著地扩大范德华异质结构的家族。尽管对这两种材料有了很好的了解，但是组合的垂直异质结的电子输运性质仍然是未知的。在这里，我们展示了Bi 2Se 3纳米片和单层石墨烯之间的垂直异质结的实验实现。在低温下，通过垂直异质结的电子输运由隧穿过程主导，该隧穿过程可以通过栅极电压有效地调节以改变费米表面附近的态密度。在磁场的存在下，量子振荡观察到由于量子化的朗道能级在石墨烯和二维表面状态的Bi 2Se 3。此外，我们观察到一个奇异的栅极可调隧道电阻下的高磁场，显示电阻最大值时，底层石墨烯成为量子霍尔绝缘体。
2016-03-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
A non-invasive sub-surface electrical probe to encapsulated layers in van der Waals heterostructures
通过堆叠不同的原子级薄层状材料形成的范德华异质结构已经成为电子和光电子应用中广受欢迎的器件平台。确定这种垂直堆叠中所有封装组件的空间范围是优化制造方法和提高器件性能的关键。在这里，我们采用静电力显微镜作为一种快速和非侵入性的显微探针，提供令人信服的图像的二维层埋在30纳米以下的样品表面。我们通过研究包括石墨烯、六方氮化硼和过渡金属二硫属化物的异质结来展示该技术的多功能性。每个组成层的功函数在成像期间充当唯一指纹，从而提供对电荷环境、无序、结构缺陷和掺杂分布的重要见解。该技术具有很大的潜力，获得一个全面的了解的质量，平坦度以及在一个大类的纳米材料和垂直异质结构的埋层的局部电性能。
2019-06-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Photoluminescence enhancement at the vertical van der Waals semiconductor-metal heterostructures
本文提出一种通过构建垂直范德华金属-单层半导体结实现光致发光增强的直接方法，揭示了抑制激子猝灭与减少激子-激子湮灭的机制，为提升TMDCs光电子性能提供了新途径。
2024-05-31 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Amplification of surface plasmons in graphene-black phosphorus injection laser heterostructures
我们提出并评估了基于石墨烯层（GL）的异质结构（p $^+$ PL-PL-GL异质结构），该异质结构具有从侧面接触的横向电子注入和经由黑磷层（PL）的空穴垂直注入。由于从PL注入GL的空穴的能量相对较小（约100 meV，小于GL中光学声子的能量（约200 meV）），空穴注入可以有效地冷却GL中的二维电子-空穴等离子体。这简化了带间布居数反转的实现和在太赫兹（THz）频率范围内实现负动态电导率，使得能够放大表面等离子体激元模式。后者可导致等离子体激元激光。等离子体激元到输出辐射的转换可以用于新型的THz源。
2019-01-03 cond-mat.mes-hall
Photodiodes based in La0.7Sr0.3MnO3/single layer MoS2 hybrid vertical heterostructures
通过堆叠单个二维（2D）材料来制造人造材料是2D材料领域最有前途的研究途径之一。此外，这种制造新的人造材料的策略可以通过制造2D材料和具有不同维度的其他功能材料之间的混合堆叠来进一步扩展，使得组合的潜在数量几乎是无限的。在所有这些可能的组合中，将2D材料与过渡金属氧化物混合可能特别有用，因为这两种材料家族分别显示出大量有趣的物理现象。我们提出了一种混合装置的基础上堆叠的单层二硫化钼到镧锶锰氧化物（La0.7Sr0.3MnO3）薄膜，创建一个原子级薄的设备。它示出了整流电传输的比率为103，和光伏效应与Voc高达0.4 V的光电二极管的行为出现作为这两种材料的不同掺杂特性的结果。这一结果为结合这两个大型材料科学团体的努力铺平了道路。
2017-06-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Fast Fabrication of WS2/Bi2Se3 Heterostructures for High Performance Photodetection
本研究提出一种利用微水滴辅助粘附能变化的快速半湿PDMS转移法，成功制备WS2/Bi2Se3垂直异质结构，其光电探测器在可见光和近红外下分别达到109.9 A/W和26.7 A/W的高响应度，兼具时间效率与界面质量，为二维异质结构大规模制备提供新路径。
2023-07-25 cond-mat.mes-hall physics.ins-det
Emergence of Frohlich polaron from interlayer electron-phonon coupling in van der Waals heterostructure
范德华异质结构，垂直堆叠的层状材料，提供了新的机会，新的量子现象，缺乏在其组成部分。在这里，我们报告的出现极化子准粒子在石墨烯/六方氮化硼（h-BN）异质结构的界面。利用纳米点角分辨光电子能谱，我们观察到h-BN价带最大值的带角复制品，其能量间隔与异质结构的最高声子能量一致|Fr指示由于前向散射电子-声子耦合而形成Ohlich极化子。h-BN带的抛物线拟合产生约2.3的有效质量增强，表明中间耦合强度。我们的理论模拟的基础上Migdal-Eliashberg理论证实了实验结果，允许提取的微观物理参数。此外，由于与h-BN带的杂化，观察到石墨烯$π$带的重正化。我们的工作概括了从过渡金属氧化物到具有更高材料弹性的范德华异质结构的极化子研究，突出了层间耦合作为探索涌现现象的额外自由度。
2017-11-23 cond-mat.mes-hall
Picosecond photoresponse in van der Waals heterostructures
二维（2D）晶体，例如石墨烯和过渡金属二硫属化物（TMD），呈现出独特且互补的光电性质的集合。在垂直异质结构中组装不同的2D材料可以在一个器件中组合这些特性，从而创建具有卓越性能的多功能光电系统。在这里，我们证明了石墨烯/WSe 2/石墨烯异质结构将TMD的高光电探测效率与石墨烯的皮秒光响应相媲美，从而优化了单个光电探测器的速度和效率。我们遵循的时间在这些设备中使用时间分辨光电流测量的光激发载流子的提取，并证明了光响应时间短至5.5 ps，我们调整通过施加偏压和通过改变TMD层的厚度。我们的研究提供了直接的洞察到的物理过程，这些范德华（vdW）异质结构的检测速度和量子效率，如面外载流子漂移和复合。对超快和高效光电探测的观察和理解证明了基于混合TMD的异质结构作为未来光电子器件平台的潜力。
2016-01-27 cond-mat.mes-hall
Enhanced thermionic-dominated photoresponse in graphene Schottky junctions
范德华材料的垂直异质结构使新的途径来调整纳米系统中的电荷和能量传输特性。我们提出，石墨烯肖特基结可以托管一种特殊的光响应，其特征在于强烈耦合的热量和电荷流，垂直运行的石墨烯平面。当热载流子的电子发射介导的垂直能量传输阻碍电子晶格冷却以及横向扩散能量传输时，可以进入该区域。因此，泵入系统的功率经由热载流子到半导体材料中的电子发射而在整个石墨烯活性区域上被有效地提取。该机制的实验特征包括具有非单调温度依赖性的大且可调的内部响应度${\cal R}$。特别地，${\cal R}$在肖特基电势$ϕ$量级的电子温度处达到峰值，并且具有大的上限${\cal R} \le e/ϕ$（当$ϕ= 100\,{\rm meV}$时为$e/ϕ=10\,{\rm A/W}$）。我们的提议为在光学活性石墨烯异质结构中设计光响应开辟了新的方法。
2016-08-09 cond-mat.mes-hall
Electrical plasmon injection in double-layer graphene heterostructures
到目前为止，高质量的石墨烯使得门可调谐低损耗等离子体平台能够有效地限制、增强和操纵跨越从中红外到太赫兹域的宽频率范围的光场。虽然已经证明了石墨烯等离子体的全电检测，但对于在没有远场光学装置的阻碍的情况下操作纳米等离子体器件至关重要的电等离子体注入（EPI）仍然是难以捉摸的。在这项工作中，我们提出了一个理论的EPI在双层石墨烯，其中的垂直隧道电流激发声学和光学等离子体模式。我们首先计算由施加的层间电压偏置传递到这些集体模式的功率。然后，我们表明，该系统也可以作为一个光谱分辨的分子传感器。
2018-11-01 cond-mat.mes-hall
A vertical gate-defined double quantum dot in a strained germanium double quantum well
本文提出利用多量子阱异质结构超越平面系统，在应变锗双量子阱中实现了栅极定义垂直双量子点的运行，通过量子输运测量验证了其垂直堆叠结构，并讨论了在量子计算与模拟中的应用前景。
2023-05-24 cond-mat.mes-hall quant-ph
Strongly enhanced tunneling at total charge neutrality in double bilayer graphene-WSe$_2$ heterostructures
我们报告的实验观察到强烈增强的石墨烯双层之间的隧穿通过WSe $_2$障碍时，石墨烯双层填充相反极性和相同密度的载流子。随着温度的降低，增强的隧穿强度急剧增加，并且隧穿电流在1.5 K时表现出垂直开始作为层间电压的函数。在整体中性强烈增强隧穿显着偏离单粒子模型计算，否则匹配测得的隧穿电流-电压特性以及，并建议出现一个多体状态与凝聚的双层间激子时，电子和空穴的密度相等填充的两层。
2018-04-13 cond-mat.mes-hall
Electronic Transport and Thermopower in 2D and 3D Heterostructures--A Theory Perspective
在这篇综述中，我们讨论了界面和异质结对材料的电子和热电输运性质的影响。我们回顾了最近在理解二维（2D）材料中的电子输运方面的进展，从石墨烯到过渡金属二硫属化物（TMD），它们的同质结（晶界），横向异质结（如石墨烯/MoS $_2$横向界面）和垂直范德华（vdW）异质结构。我们还回顾了二维异质结的热电性能的工作，以及它们在创建设备，如共振隧穿二极管（RTD）的应用。最后，我们把我们的重点放在三维（3D）异质结构的工作。虽然输运在3D异质结构已经研究了几十年，在这里，我们回顾了最近的进展，理论和模拟的量子效应通过维格纳和非平衡格林函数（NEGF）的方法对运输。这些模拟技术已成功地应用于了解异质结对热电性能的影响，在能量收集和电子共振隧穿中的应用，在RTD中的应用。我们的结论是，已经取得了巨大的进展，在模拟和实验的目标，了解运输异质结构，这一进展将很快被parlayed到改进的能量转换器和量子纳米电子器件。
2019-03-14 cond-mat.mes-hall
Misfit strain-induced energy dissipation for graphene/MoS2 heterostructure nanomechanical resonators
失配应变在各种异质结构如石墨烯/MoS 2范德华异质结构中是不可避免的。尽管失配应变对电子和其他物理性质的影响已经得到了很好的研究，但仍然不清楚失配应变将如何影响基于石墨烯/MoS 2异质结构的纳米机械谐振器的性能。通过进行分子动力学模拟，我们揭示了异质结构共振振荡过程中石墨烯层和MoS 2层之间的失配应变诱导解耦现象。通过回缩力分析，成功地建立了失配应变和解耦机制之间的直接关系。我们进一步建议使用石墨烯/MoS 2 /石墨烯三明治异质结构的纳米机械谐振器的应用，这是能够防止失配应变相关的去耦现象。这些结果为石墨烯/MoS 2异质结构在纳米机械谐振器领域的应用提供了有价值的信息。
2019-01-10 cond-mat.mes-hall
Electron-hole pairing in graphene-GaAs heterostructures
垂直异质结结合不同的层状材料提供了新的机会，应用和层间库仑耦合驱动的集体行为的基础研究。在这里，我们报告异质结构，包括一个单层（或双层）石墨烯携带无质量（大规模）手性载体的流体，和量子阱中创建的GaAs 31.5 nm以下的表面，支持高迁移率的二维电子气。这是一类由空间分离的电子和空穴流体组成的新型双层器件。我们发现，库仑阻力电阻率显着增加的温度低于5-10 K，以下的对数律。这种异常行为是强层间相关性开始的标志，与永久激子凝聚物的形成相容。诱导强关联电子-空穴态的能力为实现具有最小耗散的相干电路和包括模数转换器和拓扑保护的量子比特的纳米器件铺平了道路。
2014-01-05 cond-mat.mes-hall
