Thermoelectric response across the semiconductor-semimetal transition in black phosphorus
本研究通过压力调控黑磷实现半导体到半金属的转变，追踪塞贝克系数演化，利用珀尔帖电导率揭示本征热电响应，阐明载流子散射对塞贝克系数的关键作用。
2023-08-15 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
A Stillinger-Weber Potential for Single-Layer Black Phosphorus, and the Importance of Cross-Pucker Interactions for Negative Poisson's Ratio and Edge Stress-Induced Bending
单层黑磷的显著结构特征是其褶皱结构，这导致许多新颖的物理性质。在这项工作中，我们首先提出了一个新的参数化的Stillinger-Weber潜力的单层黑磷。在这样做的时候，我们揭示了交叉褶皱相互作用项在捕获其独特的力学性能，如负泊松比的重要性。特别是，我们表明，交叉褶皱的相互作用，使褶皱作为一个凹入的铰链，它在横向扩展时，它是在纵向拉伸。因此，单层黑磷在垂直于原子平面的方向上具有负泊松比。作为交叉褶皱相互作用的影响的一个额外的演示，我们表明，它也是关键因素，使捕获的边缘应力引起的弯曲的单层黑磷，已在从头计算报告。
2015-04-13 cond-mat.mtrl-sci
Auxetic Black Phosphorus: A 2D Material with Negative Poisson's Ratio
材料的泊松比表征其对单轴应变的响应。材料通常具有正的泊松比-当拉伸时它们横向收缩，当压缩时横向膨胀。负泊松比在理论上是允许的，但除了人造的大块结构外，在任何天然材料中都没有实验观察到。在这里，我们表明，负泊松比存在于低维天然材料黑磷，我们的实验观察是一致的第一性原理模拟。通过在锯齿形和扶手椅形方向上施加单轴应变，我们发现黑磷的层间和层内都有负泊松比。这种现象源于其面内晶格的褶皱结构，以及耦合的铰链状键合构型。
2016-07-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Negative Poisson's Ratio in Single-Layer Black Phosphorus
泊松比是一个基本的机械特性，它将产生的横向应变与施加的轴向应变联系起来。虽然这个值在理论上可以是负的，但它对几乎所有材料都是正的，尽管在所谓的拉胀结构中已经观察到负值。然而，几乎所有的拉胀材料都是块体材料，其微观结构被专门设计成产生负泊松比。在目前的工作中，我们报告使用第一性原理计算的存在下，在一个单层，二维材料，黑磷的负泊松比。与工程本体拉胀学相反，这种行为是单层黑磷固有的，并且源于其独特的起皱结构，其中起皱可以被认为是由两个耦合的正交铰链组成的凹入结构。作为这种原子结构的结果，在平行于褶皱方向的单轴变形下，在面外方向上观察到负泊松比，随着张力和压缩的增加，泊松比变得越来越负。起皱的结构也导致高度各向异性的面内泊松比，这被发现是0.4在垂直的方向和1.28在平行于起皱的方向。
2014-08-02 cond-mat.mtrl-sci
Anomalous temperature dependence of the band-gap in Black Phosphorus
黑磷（BP）由于其独特的各向异性电子和光学性质而重新受到关注，这些性质可能被用于广泛的技术应用。在这方面，热性能是特别重要的，以预测其室温操作，并确定其热电势。从这个角度来看，最壮观的和知之甚少的现象之一确实是BP温度引起的带隙开放：当温度升高时，基本带隙增加而不是减少。最近，在其单层对应物中也观察到了这种异常的热依赖性。在这项工作中，\textit{ab-initio}计算的基础上，我们提出了一个解释，这种长期已知的，但尚未完全解释，效果。我们表明，它产生于谐波和晶格热膨胀的贡献，这是事实上，高度交织的组合。通过识别驱动异常的特殊原子振动，我们清楚地缩小了导致这种间隙打开的机制。我们给出的最后一幅图解释了BP反常带隙开放和频率随体积增加而增加（张力效应）。
2017-04-19 cond-mat.mtrl-sci
Black phosphorus: narrow gap, wide applications
最近通过机械剥离大块层状晶体来分离原子级薄的黑磷引发了纳米科学和纳米技术界前所未有的兴趣，甚至高于石墨烯和其他二维的第一个作品所引起的兴趣。在这个角度来看，我们批判性地分析了这种新颖的二维材料的实验和理论工作激增背后的原因。我们相信，事实上，黑磷带隙值跨越了广泛的电磁波谱频谱，这是没有涵盖任何其他二维材料孤立的日期（具有显著的工业利益，例如热成像、热电、纤维光学通信、光电子学等），其高载流子迁移率，其双极场效应和其相当不寻常的平面内各向异性吸引了科学界对这种二维材料的注意。在这里，我们也回顾了目前的进展，未来的方向和挑战，在这个年轻的研究领域。
2015-10-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Anisotropy-driven quantum capacitance in multi-layered black phosphorus
报道了以掺钾多层黑磷（BP）为沟道材料的双栅器件的量子电容（C $_{q}$）测量及其光学调谐的分析结果。二维（2D）分层BP是高度各向异性的半狄拉克色散标记的线性和二次贡献。C $_{q}$计算反映了这种不对称排列。进一步增加的不对称性，因此C $_{q}$的预测通过光子敷料的BP分散。为了实现这一点并调整场效应晶体管（FET）中的C $_{q}$，我们提出了一种配置，其中一对静电（顶部）和光学（背部）栅极箝位BP沟道。背栅发射光脉冲以重新排列2D BP的色散。分析计算与Floquet哈密顿在非共振制度。这种C $_{q}$计算的值，此外，它在调整FET的电流驱动的作用进行了讨论的上下文中的金属-绝缘体和拓扑相变和增强的热电品质因数。
2017-08-08 cond-mat.mtrl-sci
Strain-controlled thermoelectric properties of phosphorene hetero-bilayers
本研究利用部分二维单层材料的可逆半导体-金属转变特性，提出堆叠磷烯与一硫化碳的异质双层结构，通过第一性原理计算证实单轴应变可调控两层的导电/导热角色，为新型器件设计提供新思路。
2021-05-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Thermoelectric properties of orthorhombic group IV-VI monolayers from the first-principles calculations
二维（2D）材料可能在热电器件中具有潜在的应用。本文采用第一性原理计算和半经典Boltzmann输运理论，系统地研究了正交晶系IV-VI族$\mathrm{AB}$（A=Ge和Sn; B=S和Se）单分子膜的热电性质.自旋轨道耦合（SOC）被包括在研究它们的电子输运，产生可观察到的影响的功率因数，特别是对于n型掺杂。根据计算的$ZT$，四个单分子膜表现出不同的各向异性的热电性能，虽然他们有类似的铰链状晶体结构。GeS沿Z字形和扶手椅方向表现出最强的各向异性，而SnS和SnSe表现出各向同性的热电转换效率，这可以通过它们各自的功率因数、电子和晶格热导率的各向异性强度来理解。计算结果表明，对于GeS、SnS和SnSe，不同n型和p型载流子的$ZT$差别不大。结果表明，GeSe、SnS和SnSe在n型掺杂时表现出比GeS更好的热电性能，而SnS和SnSe在p型掺杂时表现出更高的热电转换效率。与许多二维材料相比，正交晶系IV-VI族单层$\mathrm{AB}$（A=Ge和Sn; B=S和Se）由于较高的功率因数和较低的热导率而具有更好的热电性能。本工作为进一步的实验研究奠定了基础。
2016-08-01 cond-mat.mtrl-sci
Widely tunable band gap in a multivalley semiconductor SnSe by potassium doping
SnSe是一种具有类似于黑磷层状晶体结构的IV-VI族单硫族化合物，由于其优异的热电性能和潜在的器件应用前景，近年来引起了人们的广泛关注。价带和导带的实验电子结构对于理解空穴与电子掺杂对热电性能的影响以及进一步揭示掺杂后带隙的可能变化至关重要。在这里，我们报告的多谷价带具有大的有效质量的半导体SnSe晶体，并通过电子掺杂揭示单谷导带，提供一个完整的热电物理图片。此外，通过钾沉积的电子掺杂，SnSe的带隙可以从1.2 eV到0.4 eV进行宽范围的调谐，为可调谐电子和光电子器件提供了新的机会。
2018-05-29 cond-mat.mtrl-sci
Low-Symmetry Two-Dimensional Materials for Electronic and Photonic Applications
在这篇综述文章中，我们讨论了低对称性二维材料的合成，性能和新型器件应用，包括黑磷及其砷合金，具有黑磷结构的化合物，如Ge和Sn等IV族元素的单硫属化物，以及低对称性过渡金属二硫属化物（TMDC）材料类，例如二硫化铼（ReS2）和二硒化铼（ReSe2）。讨论了低对称性面内晶体结构所带来的独特物理性质及其在纳米电子学、纳米光子学、压电器件和热电器件中的应用前景。
2017-02-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
The role of resonant bonding in governing the thermal transport properties of two-dimensional black phosphorus
对晶格动力学和声子输运的基本了解对于热流的有效操纵至关重要，热流是具有巨大实际意义的吸引人的热物理问题之一。磷烯是一种新型的二维半导体材料，具有高载流子迁移率和大的直接带隙，具有不同于其他二维材料的独特的物理和化学性质。磷烯在纳米/光电子学和热电学中的快速增长的应用要求对热输运性质的基本理解。在本研究中，基于电子结构和晶格动力学的分析，我们证明了磷烯中共振成键的形成。通过讨论共振成键在驱动长程相互作用和强声子非谐性中的作用，提供了对磷烯热输运的基本认识。我们发现，强声子非谐性与软横光学（TO）声子模式，并产生由轨道控制的共振成键驱动的长程相互作用。该研究揭示了磷烯声子非谐性的物理根源，并从轨道态的角度对声子输运提供了新的认识，这对设计和开发高性能磷烯基纳米器件具有重要意义.
2018-01-13 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph physics.chem-ph
The electrothermal conductance and heat capacity of black phosphorus
研究了半狄拉克色散下掺钾二维各向异性黑磷（BP）中的热梯度感应电流$\left(I_{th}\right)$流动。原型装置是夹在保持在不相等温度下的两个触点之间的BP通道。BP的选择取决于预测的有效热分子行为。温度引起的两个接触的费米能级的差异驱动电流（以电热电导为代表），我们使用Landauer输运方程计算。当器件在较低温度下工作时，电流显示出初始上升。上升在逐渐升高的温度下停止，并且$I_{th}$获得平台状平坦轮廓，这表明大量传输模式之间的竞争效应和接触之间的费米能级差的相应下降。计算了\textit{n}型和\textit{p}型BP的电流，其差异归因于粒子-空穴不对称性。这种计算的实用性在于将小型化装置中的热产生和伴随的温度梯度转换为有用的电功率和可能实现的固态珀耳帖冷却。与除去热量的$I_{th}$的流动不同，材料保持稳定温度的能力反映在其热容中，该热容在本工作中通过Sommerfeld膨胀为BP制定。在最后一部分，我们通过将它们的起源与潜在的态密度联系起来，在两个看似不同的热去除和吸收过程之间建立了微观联系。最后，一个定性分析的卡诺效率的考虑热电发动机进行绘制在以前的结果，热流和热容。
2018-03-08 cond-mat.mtrl-sci
Phonon dispersions and electronic structures of two-dimensional IV-V compounds
提出了一类新的二维IV-V族化合物，并利用密度泛函理论对其动力学稳定性和电子性质进行了系统的研究.在我们以前工作的基础上，提出了碳-磷双层膜的两相结构：α-和β-C $_{2}$ P $_{2}$。它们在300 K下都是动态稳定的和热稳定的。它们分别具有2.70 eV和2.67 eV的本征HSE间隙。如果α-和β-C $_{2}$ P $_{2}$中的磷原子分别被其他磷属元素取代，则可以得到类似的α-和β-C $_{2}$ Y $_{2}$（Y= As、Sb和Bi）。如果α-和β-C $_{2}$ Y $_{2}$（Y= P、As、Sb和Bi）中的C原子进一步分别被其它IV元素X（X=Si、Ge、Sn和Pb）取代，则还可以获得α-和β-X $_{2}$ Y $_{2}$（Y=N、P、As、Sb和Bi）的更多衍生物。据发现，其中大多数是动态稳定的。所提出的化合物范围从金属到绝缘体，取决于它们的构成。所有的绝缘化合物都能在双轴应变作用下发生从绝缘体到金属的转变。它们中的一些可以经历从间接带隙到直接带隙的转变。这些新化合物有望成为光伏器件、热电材料以及层状超导体的候选材料。
2020-10-20 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Anisotropic Ripple Deformation in Phosphorene
根据Mermin-Wagner定理，二维材料倾向于变得皱巴巴的，并且由此产生的波纹变形可能会显著影响在石墨烯和MoS 2中观察到的电子性质。在这里，我们揭示了第一性原理计算一个新的，高度各向异性的波纹图案磷，单层黑磷，压缩引起的波纹变形只发生沿锯齿形方向的应变范围高达10%，但不是扶手椅方向。这种方向选择性的波纹变形模式在磷烯源于它的褶皱结构与耦合铰链样的键合配置和由此产生的各向异性泊松比。我们还建立了一个分析模型，利用经典的弹性理论的波纹变形在磷烯在任意应变。目前的研究结果提供了新的见解磷烯的结构和电子性质的机制至关重要的器件应用。
2015-04-08 cond-mat.mtrl-sci
Phosphorene: Fabrication, Properties and Applications
磷烯是黑磷的单层或几层形式，最近被重新发现是一种二维层状材料，在电子学和光电子学中有着巨大的应用前景。对它的基本特性和器件应用的研究已经呈指数增长。在这个角度来看，我们回顾了磷烯的研究，涉及的主题的制造，性能和应用的最新进展，我们也讨论了面临的挑战和未来的研究方向。我们强调的本质上各向异性的电子，运输，光电，热电和机械性能的磷烯产生的褶皱结构相比，石墨烯和过渡金属二硫族化合物。磷烯的简易制造和新颖性质激发了新纳米器件的设计和演示;然而，进一步的进展取决于对表面降解效应和不可扩展制造技术等技术障碍的解决方案。我们还简要介绍了更复杂的设计概念和实施方案，解决了磷烯研究中的一些挑战的最新发展。预计在可预见的未来，这种迷人的材料将继续为研究和开发提供巨大的机会。
2015-06-18 cond-mat.mtrl-sci
Diverse anisotropy of phonon transport in two-dimensional IV-VI compounds: A comparative study
石墨烯以外的新型二维（2D）材料，包括层状和非层状材料及其异质结构，由于其在纳米电子学、光电子学和清洁能源等领域的应用前景，目前正引起人们越来越多的关注，其中热输运性质是基本物理参数之一。本文采用基于第一性原理计算的Boltzmann输运方程（BTE），系统研究了二维正交晶系Ⅳ-Ⅵ族化合物$GeS$、$GeSe$、$SnS$和$SnSe$的声子输运性质.尽管有类似的起皱由于四种单层化合物具有与磷烯一样的沿扶手椅方向的铰链状结构，在声子群速度、杨氏模量和晶格热导率等方面具有不同的各向异性（$κ$）等。特别地，单层$GeS$的Z字形和扶手椅方向的$κ$显示出最强的各向异性，而单层$SnS$和$SnSe$显示出最强的各向异性。声子输运几乎各向同性。全面研究了各种各向异性的起源，并详细讨论了其机制。在有限的尺寸下，通过纳米结构化可以有效地降低$κ$，并有效地调节其各向异性，这将扩大其在纳米热电和热管理领域的应用。我们的研究为二维材料的各向异性声子输运性质提供了基础性的认识，对于进一步研究、调制和应用新兴技术具有重要意义。
2016-04-16 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Distinct Correlation between the Vibrational and Thermal Transport Properties of Group \textrm{VA} Monolayer Crystals
研究新型二维材料的热输运性质对于评估其在未来技术应用（如热电发电）中的潜力至关重要。在这方面，研究了\textrm{VA}族元素的单层结构的晶格热输运性质（P，As，Sb，Bi，PAs，PSb，PBi，AsSb，AsBi，SbBi，P $_{3}$ As $_{1}$，P $_{3}$ Sb $_{1}$，P $_{1}$ As $_{3}$，作为$_{3}$ Sb $_{1}$）采用第一性原理计算和声子迭代法对具有类黑磷结构的Puckered结构进行了系统的研究玻耳兹曼输运方程磷被发现具有最高的晶格热导率，$κ$，由于其低的平均原子质量和强的原子间键合特性。作为一个问题，当然，各向异性$κ$得到所有考虑的材料，由于各向异性的声子群速度和散射率（弛豫时间）计算这些结构。然而，P、As和Sb的$κ$中的各向异性之间的确定的线性相关性是显著的。对应于所研究的化合物结构的结果清楚地指出，原始单分子膜的热（电子）导电性可能会被抑制（改善），通过将它们与相同的族元素合金化。例如，PBi沿扶手椅方向的室温$κ$预测为低至1.5 Wm $^{-1}$ K $^{-1}$，而P的预测为21 Wm $^{-1}$ K $^{-1}$。尽管在结构和振动性质的明显差异，我们特别揭示了一个有趣的相关性$κ$的所有考虑的材料$κ$ =c $_{1}$ + c $_{2}$ / $m^{2}$，特别是沿Z字形…
2017-12-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
