Resonant absorption and linear photovoltaic effect in ferroelectric moiré heterostructures
Moscow Center for Advanced Studies（莫斯科高级研究中心）；Kotelnikov Institute of Radio-engineering and Electronics of the RAS（俄罗斯科学院科特利尼科夫无线电工程与电子研究所）；HSE University（国立高等经济学院）；Institute of Physics of DFRS of the RAS（俄罗斯科学院达吉斯坦共和国科学中心物理研究所）
研究发现铁电莫尔异质结构中通过范霍夫奇点形成产生共振吸收与线性光伏效应，其中光伏效应由虚拟光学跃迁引发。
2026-02-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Carbon Based Hybrid Nanomaterials: Overview and Challenges Ahead
本文综述碳纳米结构与其他材料形成杂化纳米材料的理论与实验基础，关注其在光敏层和光捕获/电能转换器件中的稳定性、应用实例及未来前景。
2023-09-27 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Optoelectronic properties of the CuI, AgI and Janus Cu2BrI, and Ag2BrI monolayers by many-body perturbation theory
在二维纳米材料领域的杰出实验进展中，碘化亚铜（CuI）和碘化银（AgI）单层已经通过新型石墨烯封装合成方法生长[Adv.Mater.2022，34，2106922]。受这一成就的启发，我们进行第一性原理计算调查的弹性，声子的热输运，电子和光学性质的原生CuI和AgI和Janus Cu2BrI和Ag2BrI单层。在GW近似的基础上，利用多体微扰理论，详细研究了电子和激子的光学性质。我们的研究结果表明，这些新的系统是稳定的，但具有软弹性模量和超低晶格热导率。它还表明，所研究的单分子膜是宽禁带半导体与激子结合能接近1 eV。分析了机械应变和电场对薄膜电学和光学性质的影响。所提出的第一性原理的结果提供了一个深刻的理解的稳定性，声子输运，和可调的光电性能的原生CuI和AgI和Janus Cu2BrI和Ag2BrI单层，这可以作为一个指导，为即将到来的研究。
2022-04-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Ultrafast Exciton Dissociation and Long-Lived Charge Separation in a Photovoltaic Pentacene MoS2 van der Waals Heterojunction
二维（2D）层状材料和不同尺寸的纳米材料之间的范德华异质结为栅极可调谐光电子器件提供了独特的机会。混合维p-n异质结二极管，例如p型并五苯（0 D）和n型单层MoS 2（2D），对于光伏应用特别感兴趣，其中吸收截面和电荷转移过程可以通过从大量有机分子和2D材料库中合理选择来定制。在这里，我们研究了受激载流子在并五苯-MoS 2 p-n型-II异质结的瞬态吸收光谱的动力学。这些测量表明，MoS 2激子的解离发生在6.7 ps的时间尺度上的空穴转移到并五苯。此外，电荷分离态的寿命为5.1 ns，比先前报道的2D材料异质结的复合寿命长一个数量级。通过研究MoS 2衰变过程的分数振幅，发现从MoS 2到并五苯的空穴转移产率约为50%，剩余的空穴由于表面缺陷而被捕获。总体而言，并五苯-MoS 2 p-n异质结中的超快电荷转移和长寿命电荷分离态表明混合维范德华异质结构在光电子学、光探测器和相关光电技术中的重要前景。
2017-03-07 cond-mat.mes-hall
Semiconducting Carbon Nanotubes in Photovoltaic Blends: the case of PTB7:PC60BM:(6,5) SWNT
碳纳米管与共轭聚合物和富勒烯衍生物的共混物是一种复杂的纳米复合体系，由于其光伏性能而引起了人们的极大兴趣。因此，更好地理解这些材料中的激子动力学对于提高激子太阳能电池的效率是重要的。在这里，我们研究了一个三元系统，其中聚合物PTB7和富勒烯衍生物PCBM集成与（6，5）单壁碳纳米管的电子物理。我们强调了单壁碳纳米管在激子解离和电荷转移过程中的贡献。这些发现可以是有用的，这些多组分系统的有机光伏开发，一般来说，光电应用。
2018-05-16 cond-mat.mes-hall
Graphene-enabled, directed nanomaterial placement from solution for large-scale device integration
纳米材料在预定位置以纳米级精度的受控放置仍然是最具挑战性的问题之一，其抑制了它们在半导体工艺技术领域中的大规模集成。基于表面功能化的方法具有缺点，其中可能发生不期望的化学改性并使沉积的材料劣化。电场辅助放置技术的应用消除了化学处理的元素;然而，它需要结合限制集成电子器件的性能、缩放和密度的导电放置电极。在这里，我们报告了一种方法，电场辅助放置的解决方案处理的纳米材料，通过使用大规模的石墨烯层具有纳米级的沉积网站。结构化的石墨烯层通过转移或合成在标准基底上制备，然后一旦纳米材料沉积完成就被无残留地去除，产生具有纳米级分辨率的材料组件，其覆盖的表面积大于1 mm 2。为了证明其广泛的适用性，我们在预定义的衬底位置组装了具有代表性的零维、一维和二维半导体，并将其集成到纳米电子器件中。这种基于石墨烯的放置技术提供了晶圆级的纳米级分辨率，并且可以实现涉及通过基于溶液的方法制备的各种纳米材料的纳米电子器件和光电子器件的大规模制造。
2018-02-21 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
A hands-on laboratory and computational experience for nanoscale materials, devices and systems education for electronics, spintronics and optoelectronics
为了提高本科生和研究生的纳米材料，器件和系统的工程教育，我们报告了一个多学科课程的基础上集成的理论，动手实验室和动手计算到一个单一的课程。动手实验室模块涵盖纳米材料的各个维度以及在逻辑，记忆和能量收集中的应用。在动手计算练习中，学生模拟材料和器件特性，在某些情况下，设计实验工艺流程来制造和表征器件和系统。这样的课程不仅培养学生在纳米科学和纳米工程的多学科合作活动，但也为他们准备好未来的学术或工业追求在这一领域。
2013-03-26 cond-mat.mes-hall
Gate-tunable diode and photovoltaic effect in an organic-2D layered material p-n junction
半导体pn结是一种简单的器件结构，与电子和光电子应用密切相关。低维材料在电子电路中的成功集成为制造栅极可调谐pn结开辟了前进的道路。在这种背景下，我们提出了一种有机（铜酞菁）-2D层状材料（二硫化钼）混合pn结的栅极可调二极管特性和光伏效应。我们的原理验证器件显示出多功能特性，二极管整流因子高达10^4，而在光照下，它们表现出光响应，测得的外部量子效率约为11%。至于它们的光伏特性，我们发现开路电压高达0.6 V，光电功率转换效率为0.7%。已知有机半导体和二维材料的扩展目录提供了定制所得到的器件的性质和性能的前景，使得有机2D pn结成为未来技术应用的有希望的候选者。
2015-12-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Photovoltaic effect in an electrically tunable van der Waals heterojunction
半导体异质结构形成许多电子和光电子器件的基础，并且传统上使用外延生长技术制造。最近，异质结构也已经通过二维晶体（例如石墨烯和相关二维材料）的垂直堆叠获得。这些分层的设计师材料通过范德华力结合在一起，并包含原子级尖锐的界面。在这里，我们报告的第二型范德华异质结制成的二硫化钼和钨二硒化单分子膜。该结是电可调的，在适当的栅极偏压下，实现了原子级薄二极管。在光学照射时，电荷转移发生在平面界面上，并且器件表现出光伏效应。因此，二维晶体大规模生产的进展可能导致新的光伏太阳能技术。
2014-07-26 cond-mat.mes-hall
Optoelectronic properties and performance optimization for photovoltaic applications of R3m-RbGeX$_3$ (X = Cl, Br, I) perovskites: A combined DFT and SCAPS-1D study
本研究结合 DFT 与 SCAPS-1D，分析 R3m-RbGeX$_3$ 的光电性质并优化全无机无毒钙钛矿太阳能电池，确定 RbGeI$_3$ 为最佳吸收层，实现 25.76% 的 PCE。
2025-05-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Optoelectronics with electrically tunable PN diodes in a monolayer dichalcogenide
用于电子学和光电子学的最基本器件之一是PN结，其提供二极管、双极晶体管、光电探测器、LED和太阳能电池以及许多其它器件的功能元件。在传统的PN结中，半导体的相邻p型和n型区域通过化学掺杂形成。然而，具有双极电导的材料允许通过静电门控来配置和修改PN结。这种电气控制使单个设备具有多种功能。在这里，我们报告双极单层WSe 2设备中，两个本地门被用来定义一个PN结内的表WSe 2的排他性。利用这些电可调的PN结，我们展示了理想因子优于2的PN和NP二极管。在光激发下，二极管显示出210 mA/W的光电探测响应度和光伏发电的峰值外量子效率为0.2%，有希望的数字为一个几乎透明的单层片在横向设备的几何形状。最后，我们展示了基于单层WSe 2的发光二极管。这些器件为基于双极性二硫属化物材料的普遍存在的、超薄的、柔性的和几乎透明的光电和电子应用提供了基本的构建块。
2013-10-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Artificial Intelligence Accelerators based on Graphene Optoelectronic Devices
执行矩阵向量乘法（MVM）操作的光学和光电方法已经显示出以前所未有的性能加速机器学习（ML）算法的巨大前景。将纳米材料纳入系统中可以进一步提高性能，这要归功于它们非凡的特性，但是纳米结构在宏观尺度上的不均匀性和变化对大规模硬件部署造成了严重的限制。在这里，我们报告了一种新的光电架构，由石墨烯制成的空间光调制器和光电探测器阵列组成，以执行MVM。石墨烯的载流子迁移率，接近零功耗的电光控制和极端的并行性表明了石墨烯的数据吞吐量和超低功耗。此外，我们还开发了一种方法，可以在不完美的组件上执行精确的计算，为可扩展的系统奠定基础。最后，我们执行了几个代表性的ML算法，包括奇异值分解，支持向量机，和深度神经网络，以显示我们的平台的通用性和通用性。
2020-12-01 cond-mat.mes-hall cs.ET physics.optics
ELEQTRONeX: A GPU-Accelerated Exascale Framework for Non-Equilibrium Quantum Transport in Nanomaterials
针对非平衡量子输运器件模拟多尺度计算成本高的问题，提出GPU加速的ELEQTRONeX框架，自洽求解非平衡格林函数与静电问题，实现量级提速与良好扩展性，可处理复杂3D纳米器件结构。
2024-07-19 cond-mat.mes-hall physics.comp-ph
Van der Waals Materials for Atomically-Thin Photovoltaics: Promise and Outlook
二维（2D）半导体由于其层状原子结构、电子和光学性质而为光电子学提供了独特的机会。迄今为止，该领域的大部分面向应用的研究都集中在场效应电子学以及光电探测器和发光二极管上。在这里，我们提出了一个关于2D半导体用于光伏应用的观点。我们讨论了光子器件的设计，使光捕获在纳米厚度的吸收层，我们还概述了有效的载流子传输和收集的计划。我们进一步提供了效率的理论估计，表明2D半导体确实可以与传统的photopolics竞争和互补，基于有利的能带隙，吸收，外部辐射效率，以及最近的实验演示。2D半导体光电器件的光子和电子设计代表了实现可再生、高效太阳能电池的新方向，其应用范围从传统发电到便携式和超轻型太阳能发电。
2017-10-24 cond-mat.mes-hall physics.app-ph physics.optics
Ultrafast response of spontaneous photovoltaic effect in 3R-MoS2-based heterostructures
菱形堆叠的MoS 2已被证明表现出低至双层极限的自发极化，并且当夹在石墨烯之间时可以维持强的去极化场。这样的场产生自发光伏效应而不需要任何pn结。在这项工作中，我们表明光伏效应具有10%的外部量子效率的设备只有两个原子层的二硫化钼在低温下，并确定一个皮秒快速的光电流响应，这转化为本征器件带宽在~ 100 GHz的水平。为此，我们已经开发了一种非简并的泵浦-探测光电流光谱技术来解卷积的热和电荷转移过程，从而成功地揭示了多组分性质的光电流动力学。快速分量接近石墨烯-MoS 2界面处的电荷转移速度的极限。石墨烯-3R-MoS 2器件中的显著效率和超快光响应支持铁电范德华材料用于未来的高性能光电应用。
2022-11-12 cond-mat.mes-hall
Hot Carrier-Assisted Intrinsic Photoresponse in Graphene
石墨烯是一种在光电子学、光子学和能量收集应用中显示出高前景的新材料。然而，光电响应的基本物理机制尚未建立。在这里，我们报告了高质量的双栅单层和双层石墨烯pn结器件的本征光电响应。在p-n界面的局部激光激发导致作为底栅和顶栅电压的函数的引人注目的六倍光电压图案。这些图案，连同测量的空间和密度依赖性的光响应，提供了强有力的证据，非本地的热载流子传输，而不是光伏效应，占主导地位的内在的光响应在石墨烯。这种新颖的制度，其特点是长寿命和空间分布的热载流子人口，可能会打开大门的光电技术利用有效的能量传输在纳米级。
2011-11-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Excitons in two-dimensional materials
由于介电屏蔽的降低和库仑相互作用的增强，磷烯和过渡金属二硫属化物（TMD）等二维材料表现出强烈的激子效应，导致了迷人的多粒子现象，包括层内激子和层间激子。它们的固有带隙和强激子发射允许通过各种外部刺激来调整2D材料的固有光学，电学和光电特性，使其成为新型光电应用的潜在候选者。本文综述了二维半导体和绝缘体中的激子物理和器件，特别是磷烯、TMD及其范德华异质结构（vdWHs）。在第一部分中，我们讨论了显着多才多艺的激子景观，包括明亮和黑暗的激子，trions，双激子和层间激子。在第二部分中，我们研究了常见的控制方法，通过电，磁，光和机械手段调谐激子效应。在下一阶段，我们提供了光电子器件的应用，如电致发光器件，光伏太阳能电池和光电探测器的最新进展。最后，我们简要讨论了他们的潜力，利用vdWHs对独特的激子物理和设备。
2019-10-31 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Optical Absorption and Energy Loss Spectroscopy of Single-Walled Carbon Nanotubes
最近发展的高效手性分选技术开辟了道路，使用单壁碳纳米管（SWCNT）在过多的纳米电子，光伏和光电应用。然而，为了理解单壁碳纳米管所经历的激发过程，有必要具有高效且准确的计算方法来描述其光学和电子性质，这些方法迄今为止还不可用。在这里，我们采用原子轨道的线性组合（LCAO）来表示Kohn-Sham（KS）波函数，并使用我们的LCAO-TDDFT- $k$ - $ω$代码在频域中进行高效的含时密度泛函理论（TDDFT）计算，以模拟单壁碳纳米管中激子电荷密度的光吸收和能量损失光谱以及空间分布。通过应用GLLB-SC导数不连续校正KS本征能，我们重现测量的$E_{11}$和$E_{22}$跃迁内$σ\lesssim 70$毫电子伏和光学吸收和电子能量损失光谱半定量为一组15个半导体和4个金属手性排序单壁碳纳米管。此外，我们计算的电子空穴密度差$Δρ(\textbf{r}, ω)$解决了在单壁碳纳米管中测量的激发的空间分布。这些结果打开了优化的单壁碳纳米管纳米电子，光伏和光电子器件$\textit{in silico}$的计算设计的路径。
2019-07-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Magnetically Switchable Light-Matter Interaction in the Two-Dimensional Magnet CrI3
耦合不同的物理性质是物理学的一个迷人的主题。已经众所周知的是多铁性，它表现出铁电体和磁体的性质。但是铁电性本身也需要大量的光伏效应，一种产生直流电流的光与物质的相互作用。在这里，我们提出了一个磁光电效应，耦合的磁性光物质相互作用。这种现象从$\mathbf{k}$到$\mathbf{-k}$在能带结构中的晶格断裂出现，并且不需要静态极化。它不同于其他已知的体光伏机制，如移位电流。我们在一个新发现的层状磁绝缘体CrI $_3$中证明了这种现象。在反铁磁相的可见光照射下产生了记录的光电导响应（大于200 $μA V^{-2} $）。电流可以通过可控的磁相变反向和切换。我们的工作为光伏和光电子器件的研究开辟了一条新的途径，并为磁跃迁提供了灵敏的探针。
2019-08-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Photoconductivity of biased graphene
石墨烯在光电探测器、太赫兹成像器和等离子体激元器件等光电应用领域具有广阔的应用前景。石墨烯结中光响应的起源已被广泛研究，并归因于热电或光伏效应。此外，热载流子输运和载流子倍增被认为起着重要作用。在这里，我们报告的内在光响应偏置，但否则均匀的石墨烯。在这个经典的光电导实验中，热电效应是微不足道的。相反，光伏和光致辐射热效应占主导地位的光响应，由于热的光生载流子的产生和随后的晶格加热通过电子-声子冷却通道分别。所测量的光电流显示极性反转，因为它在背栅电压扫描中在这两种机制之间交替。我们的分析产生了升高的电子和声子温度，前者比后者高一个数量级，证实了热电子驱动狄拉克点附近的均匀石墨烯的光伏响应。
2012-02-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Strong modulation of optical properties in black phosphorus through strain-engineered rippling
通过局部应变工程控制带隙是定制光电材料的一个令人兴奋的途径。二维晶体特别适合这个目的，因为它们可以在破裂之前承受前所未有的非均匀变形：人们可以真正地弯曲它们，并将它们折叠起来，几乎像一张纸一样。在这里，我们研究多层黑磷片进行周期性的应力，以调节其光电性能。我们发现一个显着的位移的光吸收带边的拉伸和压缩应力下的区域之间的高达~0.7 eV，大大超过了应变可调谐性报告的过渡金属二硫属化物。这一观察结果得到了理论模型的支持，该模型还预测这种周期性应力调制可以在低温下产生载流子的量子限制。在电荷载流子的局部密度中产生大的应变诱导变化的可能性为包括光电子学、量子光学和二维光电子器件的各种应用打开了大门。
2016-04-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Near-Infrared and Visible-range Optoelectronics in 2D Hybrid Perovskite/Transition Metal Dichalcogenide Heterostructures
二维钙钛矿结构由于其固有的宽禁带、大的激子结合能和较低的高波长光吸收，限制了其在近红外和可见光光电子学中的应用。在这里，我们表明，通过与低维材料，如单层过渡金属二硫属化物（TMD）共轭定制界面带排列，2D钙钛矿的功能可以扩展到不同的，可见范围的物理应用。基于对二维钙钛矿/TMD异质结构中各个组分的选择，我们的第一性原理计算证明了广泛可调的II型带隙、载流子有效质量和带偏移，从而能够有效分离光生激子，以增强光电探测和光伏应用。此外，我们还展示了实现基于复合的光发射器的I型能带对准以及隧道器件的III型配置的可能性。此外，我们评估应变对异质结构的电子性质的影响，以显示出显着的应变耐受性，使它们成为柔性光传感器的潜在候选者。
2021-08-17 cond-mat.mes-hall
Experimental Observation of Strong Exciton Effects in Graphene Nanoribbons
石墨烯纳米带（GNRs）具有原子级精确的宽度和边缘结构，由于其半导体性质和高的载流子迁移率，是一类很有前途的光电子纳米材料。了解GNR中载流子产生的基本静态光学性质和超快动力学对于光电应用是必不可少的。结合太赫兹光谱和理论计算，我们报告了一个强大的激子效应，结合能高达700 meV的液相分散GNRs的宽度为1.7 nm，光学带隙为1.6 eV，说明了固有的强库仑光生电子和空穴之间的相互作用。通过跟踪激子动力学，我们揭示了一个超快的激子形成GNRs的长寿命超过100 ps。我们的结果不仅揭示了GNR中激子的基本特征（巨大的结合能和超快激子的形成等），而且突出了GNR用于光电子器件的有希望的性质。
2020-04-14 cond-mat.mes-hall physics.optics
Optoelectronic properties of defective MoS$_2$ and WS$_2$ monolayers
基于Slater Koster紧束缚模型，考虑自旋轨道耦合，从理论上研究了金属和二硫空位对MoS $_2$和WS $_2$单分子膜的电子和光学性质的影响.我们发现，空位缺陷通过向价带移动费米能级来产生电子平带，这表明这两种类型的空位都可以作为受体位点。原始单分子膜的光谱显示出阶跃特征，对应于从自旋分裂价带到导带最小值的跃迁，而有缺陷的单分子膜在其能带结构中的诱导中间带隙态在其光谱中表现出额外的峰。我们发现Mo和W空位主要在低能光谱中贡献，而S $_2$空位主要在可见光谱范围内提高了电导率.这表明，取决于空位的类型，MoS $_2$和WS $_2$单层中的原子缺陷可以增加光伏系统中使用的太阳能电池的效率。
2018-05-24 cond-mat.mes-hall
Gate-tunable carbon nanotube-MoS2 heterojunction p-n diode
pn结二极管和场效应晶体管（FET）是现代电子学和光电子学中最普遍存在的两种构件。近年来，降维材料的出现表明这些成分可以缩小到原子厚度。虽然高性能的场效应器件已经从单层材料和它们的异质结构中实现，但是由异质结材料衍生的p-n异质结二极管明显地不存在，并且限制了复杂的电子和光电电路的制造。在这里，我们展示了一个栅极可调的p-n异质结二极管使用半导体单壁碳纳米管（s-SWCNT）和单层二硫化钼（SL-MoS 2）作为p型和n型半导体，分别。这两个直接带隙半导体的垂直堆叠形成具有电特性的异质结，该异质结可以利用施加的栅极偏置来调谐，以实现从绝缘到整流的宽范围的电荷传输行为，其中正向与反向偏置电流比超过10^4。该异质结二极管对光辐射也有很强的响应，外量子效率（EQE）为25%，光响应快< 15 μs。由于单壁碳纳米管具有各种各样的电性能作为手性的函数，并且由于越来越多的原子薄的2D纳米材料被隔离，这里提出的栅极可调p-n异质结概念应该被广泛推广，以实现多样化，高性能的电子学和光电子学。
2013-10-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Exciton physics and device application of two-dimensional transition metal dichalcogenide semiconductors
二维VI族过渡金属二硫属化物半导体，如MoS 2、WSe 2等，在红外和可见光谱范围内表现出强的光-物质耦合，并具有直接带隙，使它们成为光学和光电子学中各种应用的潜在候选者。在这里，我们回顾了它们的光学和光电性能，重点是激子物理和器件。由于激子在这些材料中紧密结合，即使在室温下也主导着光学响应，因此本文的第一部分深入研究了它们的性质。我们讨论了非常多才多艺的激子景观，包括明亮，黑暗，本地化和层间激子。在第二部分中，我们概述了光电子器件应用的进展，如电驱动光发射器，光伏太阳能电池，光电探测器和光谷电子器件，再次铭记激子效应的突出作用。最后，我们简要讨论了仍然需要解决的挑战，以充分利用过渡金属二硫属化物半导体在可能的激子为基础的应用的潜力。
2019-03-07 cond-mat.mes-hall
Giant enhancement of third-harmonic generation in graphene-metal heterostructures
非线性纳米光子学利用工程纳米结构将光汇集到小体积中，并通过光谱和空间控制加强非线性光学过程。由于其固有的大的和电可调的非线性光学响应，石墨烯是一个特别有前途的非线性光电应用的纳米材料。在这里，我们报告了石墨烯-绝缘体-金属异质结构中非常强的光学非线性，与裸石墨烯相比，三次谐波信号增强了三个数量级。此外，通过增加石墨烯的费米能量通过一个外部的栅极电压，我们发现，石墨烯等离子体介导的光学非线性和修改的三次谐波信号。我们的研究结果表明，石墨烯-绝缘体-金属是一种很有前途的异质结构的光控制和电调谐的纳米光电元件。
2022-05-25 cond-mat.mes-hall physics.optics
Optical properties of graphene antidot lattices
未掺杂的石墨烯是半金属的，因此不适用于许多需要带隙半导体材料的电子和光电应用。然而，孔的周期性阵列（反点晶格）使得石墨烯具有可控带隙的半导体性。使用原子模型，我们证明了这种人工纳米材料是一个偶极允许的直接带隙半导体具有非常明显的光学吸收边。因此，光学红外光谱应该是一个理想的探针的电子结构。为了解决现实的实验情况下，我们包括由于无序和基板的存在下，在分析的影响。
2008-06-02 cond-mat.mes-hall
Spontaneous Polarization Induced Photovoltaic Effect In Rhombohedrally Stacked MoS$_2$
范德华材料中的堆叠顺序决定了原子层之间的耦合，因此是材料性能的关键。通过探索不同的堆叠顺序，许多新的物理现象已经实现了人工vdW堆。最近，已经在零度对准的hBN和石墨烯-hBN异质结构中观察到2D铁电性，在一系列电子应用中具有希望。然而，在这些人工叠层中，单畴尺寸被叠层角失准限制为约0.1至1 $μ$ m，这与大多数光学或光电应用不兼容。在这里，我们表明，在菱面体相的MoS $_2$可以主机在几个- $μ$ m-大小的剥离片的均匀自发极化，因为它是一个自然的晶体，不需要堆叠，因此是免费的错位。利用这种均匀极化及其诱导退极化场（DEP），我们构建了基于石墨烯-MoS $_2$的高效率光伏器件。少层MoS $_2$比大多数氧化物基铁电薄膜薄，这使我们能够最大限度地提高DEP并研究其在原子级薄极限下的影响，而在相称晶体中可实现的高度均匀的极化使放大成为切实可行的途径。我们的设备的外部量子效率在室温下高达16%，超过一个数量级大于体光伏器件中观察到的最高效率，由于减少屏蔽在石墨烯中，激子增强的光-物质相互作用，和超快层间弛豫在MoS $_2$。鉴于其他TMD的带隙能量范围很广，我们的研究结果使菱面体TMD成为一种有前途的多功能候选应用，如具有高速和可编程极性的节能光电检测。
2022-03-04 cond-mat.mes-hall
Impact of disorder on the optoelectronic properties of GaN$_y$As$_{1-x-y}$Bi$_x$ alloys and heterostructures
我们进行了系统的理论分析的性质和重要性的合金无序效应的电子和光学性质的GAN $_{y}$的As $_{1-x-y}$ Bi $_{x}$合金和量子阱（QW），使用大规模的原子超晶胞电子结构计算的基础上的紧束缚方法。使用有序合金超晶胞计算，我们还得到和参数化的扩展的基础14带\textbf{k} $\cdot$ \textbf{p}哈密顿GAN $_{y}$ As $_{1-x-y}$ Bi $_{x}$。这些模型的结果的比较突出了短程合金无序所发挥的作用-与取代氮（N）和铋（Bi）的掺入-在确定电子和光学性质的细节。大型合金超晶胞的系统分析表明，N和Bi对能带结构的各自影响在很大程度上保持独立，我们发现即使在N和Bi原子共享共同的Ga最近邻的显著合金无序存在下，这一强有力的结论也是有效的。我们的计算表明，N-（Bi-）相关的合金无序强烈影响的导（价）带边状态，导致量子阱强载流子局域化，以及不均匀的扩大和修改的传统选择规则的光学跃迁。我们的分析提供了详细的洞察关键性能和趋势，在这种不寻常的材料系统，并使定量评估的潜力GAN $_{y}$作为$_{1-x-y}$铋$_{x}$合金在光子和光伏器件的应用。
2018-06-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
THz-circuits driven by photo-thermoelectric graphene-junctions
对于未来的片上通信方案，必须将具有超快光电功能的纳米级材料集成到高频电路中。原子级厚度的石墨烯由于其宽带光吸收和高电子迁移率而被广泛证明适用于光伏和光电子器件。此外，光生载流子的超快弛豫已在石墨烯中得到验证。在这里，我们表明，双栅石墨烯结可以是太赫兹电路的功能部分。作为基础的光电过程，我们利用超快光热电电流。我们描述了飞秒激光激发后无偏置器件的即时光热电电流。对于皮秒的时间尺度后的光激发，一个额外的光热电的贡献出现，这表现出的指纹的空间反转的温度分布。后者可以通过石墨烯内的电子和声子浴与衬底和金属接触的不同时间常数和热耦合机制来理解。这些过程的相互作用在高频电路中产生了超快电磁瞬变，对于基于石墨烯的超快光电探测器和开关的基本理解同样重要。
2016-07-05 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
Nanowire lasers
本文综述了半导体纳米线作为受激发射和激光增益介质的原理和发展趋势。半导体纳米线近来已被广泛研究用于集成光电子器件，例如LED、太阳能电池和晶体管。人们还对纳米线用于亚波长激光系统进行了深入的研究，这些系统利用了纳米线的准一维性质、材料选择和组合的灵活性以及固有的光电特性。首先，我们提供了一个概述使用准一维纳米线系统，实现亚波长激光器的高效，定向，低阈值发射。然后，我们描述了国家的最先进的纳米线激光器的材料，几何形状和波长可调谐性。接下来，我们将介绍半导体奈米线雷射的基础，定义受激发射的关键参数，并介绍奈米线的特性。然后，我们从文献中回顾了先进的纳米线激光器设计。最后，我们提出了有趣的低阈值纳米光源和光学互连的前景。我们打算说明纳米激光器在许多应用中的潜力，如纳米光子器件，集成电子和光子学的下一代光电子器件。例如，这些纳米级光子学的构建模块在与片上表征工具耦合时可用于数据存储和生物医学应用。这些纳米级单色激光光源有望在纳米光子学方面取得突破，因为它们可以在室温下工作，可能是电驱动的，并且可以更好地理解低维半导体系统中的固有纳米材料特性和表面态效应。
2018-09-05 cond-mat.mes-hall physics.optics
