Temperature dependence of anisotropic thermal conductivity tensor of bulk black phosphorus
到目前为止，块体黑磷（BP），一个重要的二维材料，本征热导率张量仍然是未知的，因为最近的研究集中在BP薄片上，而不是块体BP。在这里，我们报告的各向异性导热系数张量体BP，温度范围为80 - 300 K。我们的测量结果与之前对亚微米BP薄片沿Z字形和扶手椅轴的测量结果相似，但在穿过平面的轴上高出>25%，这表明声子平均自由程在穿过平面的方向上明显更长。我们发现，尽管在热导率的各向异性，声子主要是由相同的Umklapp过程在各个方向上散射。我们还发现，声子弛豫时间是相当各向同性的基面，但在通过平面方向上是高度各向异性。我们的工作进步的基础知识，各向异性散射的声子在BP和BP纳米结构的热性能的未来研究是一个重要的基准。
2016-11-19 cond-mat.mtrl-sci
Dynamical Anisotropic Response of Black Phosphorus under Magnetic Field
黑磷（BP）具有高迁移率、可调带隙和高各向异性等特性，是下一代电子和光电子器件的理想材料。在这项工作中，偏振分辨超快中红外瞬态反射光谱测量进行研究的动态各向异性光学性质的磁场高达9 T的BP。由于朗道能级展宽和载流子有效质量大，光激发载流子的弛豫动力学对外加磁场不敏感。而BP的各向异性光学响应随着磁场的增加而减小，由于热载流子的激发，其增强与没有磁场的情况相似。基于有效k*p哈密顿量和线性响应理论，用BP薄膜朗道能级的磁光电导率很好地解释了这些实验结果。这些发现表明了光、电和磁场对BP各向异性响应（AR）的多维控制的诱人可能性，进一步将BP引入到奇妙的磁场敏感应用中。
2017-09-10 cond-mat.mtrl-sci
Spatial-Temporal Imaging of Anisotropic Photocarrier Dynamics in Black Phosphorus
黑磷（BP）作为一种新型的低对称性面内单元素层状材料，由于其独特的电子和光电性质，包括宽可调的带隙、偏振相关的光响应和高度各向异性的面内电荷输运等，引起了人们极大的研究兴趣。尽管对BP中的稳态电荷输运进行了广泛的研究，但还没有直接表征和可视化的光激发后BP中的热载流子动力学，这对于理解基于BP的光电子器件的性能至关重要。在这里，我们使用新开发的扫描超快电子显微镜（SUEM）直接可视化的BP表面上的光激发的热载流子在空间和时间的运动。我们观察到热空穴的高度各向异性的面内扩散，沿扶手椅（x-）方向比沿锯齿形（y-）方向的扩散率高15倍。我们的研究结果提供了BP中各向异性热载流子输运的直接证据，并证明了SUEM解决层状二维材料中超快热载流子动力学的能力。
2017-02-20 cond-mat.mtrl-sci
Dynamical Evolution of Anisotropic Response in Black Phosphorus under Ultrafast Photoexcitation
黑磷具有高迁移率、可调中红外带隙和各向异性的电子特性，是制备高性能电子和光电子器件的理想材料。光激发载流子的动态演化及其引起的瞬态电子性质的变化对材料的高场性能至关重要，但对于黑磷材料仍有待探索。本文利用角分辨瞬态反射光谱研究了光激发下黑磷各向异性的动态演化。我们发现，在泵浦诱导准平衡态中，反射率的各向异性增强，这表明在热载流子主导的区域中，动态电导率的各向异性显著增强。这些结果提出了利用黑磷的动态电子各向异性来制造高场、角度敏感电子、光电子和遥感设备的巨大可能性。
2015-03-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Probing physical origin of anisotropic thermal transport in black phosphorus nanoribbons
黑磷（BP）由于其优异的电学/光学/光电性能，已成为下一代电子学和光电子学的重要候选材料。有趣的是，BP显示出强烈的各向异性输运行为，因为它的褶皱蜂窝结构。以往的研究已经证明了BP的热输运各向异性，并从理论上将其归因于声子色散关系和声子弛豫时间的各向异性。然而，这种强各向异性的确切起源缺乏明确性，还有待实验证明。在这项工作中，我们探测BP纳米带（NR）的热输运各向异性的电子束技术。我们提供了直接的证据，这种各向异性的起源是由各向异性声子群速度为主导的第一次，沿不同方向的杨氏模量测量验证。结果表明，锯齿形（ZZ）和扶手椅（AC）带之间的热导率的比值几乎是相同的相应的杨氏模量值。第一性原理计算的结果与实验结果一致，并显示了ZZ和AC之间声子群速度的各向异性。我们的研究结果提供了基本的洞察各向异性热输运在低对称晶体。
2018-09-02 cond-mat.mtrl-sci
Anisotropic in-plane thermal conductivity observed in few-layer black phosphorus
黑磷作为一种新型的二维材料，在电子学和光电子学领域有着潜在的应用前景。在这里，我们报告的各向异性面内导热系数的悬浮少层黑磷测量的显微拉曼光谱。对于厚度大于15 nm的黑磷膜，扶手椅型和锯齿型热导率分别为~20和~40 W m $^{-1}$ K $^{-1}$，并且随着膜厚度减小，热导率降低至~10和~20 W m $^{-1}$ K $^{-1}$，表现出显著的各向异性。发现对于厚的黑磷膜，热导率各向异性比为~2，对于最薄的9.5 nm厚的膜，热导率各向异性比下降到~1.5。理论模型表明，所观察到的各向异性主要与各向异性声子色散有关，而本征声子散射率被发现是类似的扶手椅和锯齿形方向。黑磷薄膜中的表面散射强烈抑制长平均自由程声学声子的贡献。
2015-08-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Probing Single Vacancies in Black Phosphorus at the Atomic Level
利用低温扫描隧道显微镜/光谱（STM/STS）和电子结构计算相结合，我们表征了黑磷表面几个单层内的单原子空位的结构和电子性质。我们说明，与实验分析和紧束缚计算，我们可以深入剖析这些空缺，并将它们分配到特定的亚晶格内的单位晶胞。测量结果表明，单空位表现出强烈的各向异性和高度离域的电荷密度，横向扩展到20个原子单位电池。空位，然后与STS研究，这揭示了在价带边缘附近的间隙共振态和一个强的p型掺杂的散装黑磷晶体。最后，在这些空位附近产生的准粒子干涉使黑磷的各向异性能带结构能够直接可视化。
2017-05-24 cond-mat.mtrl-sci
Observation of tunable bandgap and anisotropic Dirac semimetal state in black phosphorus
黑磷由磷烯的堆叠层组成，磷烯是一种具有前景的器件特性的二维半导体。我们报道了利用原位表面掺杂技术在少层掺钾黑磷中实现宽可调带隙。通过能带结构的测量和计算，我们证明了一个垂直的电场从掺杂剂调制的带隙由于巨大的斯塔克效应和调谐的材料从一个中等的间隙半导体带反转半金属。在这个带反转的临界场，材料变成具有各向异性色散的狄拉克半金属，在扶手椅上线性，在Z字形方向上二次。黑磷的可调谐能带结构可以允许在电子和光电子器件的设计和优化中具有很大的灵活性。
2015-08-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Black Arsenic-Phosphorus: Layered Anisotropic Infrared Semiconductors with Highly Tunable Compositions and Properties
在过去的十年中，具有不同性质的二维（2D）层状材料引起了人们极大的兴趣。到目前为止，发现的层状材料已经覆盖了从半金属石墨烯、绝缘氮化硼到带隙从中红外到可见光的半导体的广泛但不连续的电磁光谱范围。在这里，我们介绍新的层状半导体，黑砷磷（b-AsP），具有高度可调的化学成分和电子和光学特性。运输和红外吸收的研究表明，半导体性质的b-AsP与可调的带隙，范围从0.3至0.15 eV。这些带隙落入长波红外（LWIR）区域，并且不能被其他层状材料容易地达到。此外，偏振分辨红外吸收和拉曼光谱研究揭示了b-AsP的面内各向异性特性。这一系列层状b-AsP材料将2D层状材料覆盖的电磁光谱扩展到LWIR区域，并可能为未来基于所有2D层状材料的器件找到独特的应用。
2015-05-26 cond-mat.mtrl-sci
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
Anomalous photo-thermal effects in multi-layered semi-Dirac black phosphorus
多层掺钾黑磷作为带隙半狄拉克二维正常绝缘体（NI）存在的光激发将其转变为时间反演对称破缺陈氏绝缘体（CI）。从NI到CI的这种转变发生在对应于周期性扰动的Floquet理论的非共振状态的高频辐射下，这里是入射光束。这种光诱导的拓扑CI相表现为有限的Berry曲率，并在纵向温度梯度的存在下形成异常横向热流的基础。本文对厄廷豪森效应（EE）和里吉-勒杜克效应（RLE）的反常变体，通过它们各自的系数进行了定量分析。异常EE和RLE系数的强度是一个直接的结果的Berry曲率的总和超过占用频带，并示出下降的费米能级位于高的导电状态或深的价区域。这种下降归因于导带和价带中Berry曲率的翻转符号。此外，当费米能级位于带隙中时，对于大得多的系数值，导带和价带的贡献在数值上可能彼此超过。最后，我们指出如何超越贝里曲率的作用，几个实验室可访问的方法可以用来调制EE和RLE系数，包括应变的应用程序，在掺杂剂浓度的变化，和入射辐射的频率。
2020-07-14 cond-mat.mtrl-sci
Anisotropic Particle-Hole Excitations in Black Phosphorus
本文报道了黑磷（BP）的能量和动量分辨光学响应。沿着褶皱层的扶手椅方向，我们发现了一个高度色散的模式，在垂直（之字形）方向被强烈抑制。这种模式出现在有限动量值的单粒子连续体中，因此被解释为激子。我们认为，这种激子，这已经在理论上预测磷烯-单层形式的BP -可以检测到传统的光学光谱在二维的情况下，可能铺平了道路，光电应用这种新兴的材料。
2015-03-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Interlayer Breathing and Shear Modes in Few-Layer Black Phosphorus
研究了少层黑磷中层间呼吸模和层间剪切模的对称性和晶格动力学性质。利用偶层和奇层少层黑磷的对称群来确定层间模的不可约表示和红外及拉曼活性。应用价力场模型计算了层间呼吸和剪切模的本征矢量和频率，并用原子链模型解释了这些本征矢量和频率。黑磷的各向异性褶皱配置导致两个层间剪切模式的高度各向异性的频率。更具体地，垂直于褶皱的方向上的剪切模式的频率小于平行于褶皱的方向上的剪切模式的一半。我们还报告了一组层间模式具有相同的频率为所有的层数N=3i的整数i的几层黑磷，因为它们的集体振动位移。集体模式的旋光性支持可能的实验识别这些模式。
2014-12-24 cond-mat.mtrl-sci
Anisotropic buckling of few-layer black phosphorus
当二维材料，粘附到一个顺应性基板，受到压缩，它可以承担屈曲不稳定性屈服于周期性波纹。有趣的是，当黑磷薄片沿之字形晶体方向压缩时，薄片弯曲形成波纹，其周期比沿扶手椅方向压缩时长40%。这种各向异性屈曲源于黑磷的褶皱蜂窝状晶体结构，对波纹周期的定量分析使我们能够确定少层黑磷沿扶手椅方向（EbP_AC = 35.1 ± 6.3GPa）和Z字形方向（EbP_ZZ = 93.3 ± 21.8GPa）的杨氏模量。
2019-07-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Tunable Band Gap and Anisotropic Optical Response in Few-layer Black Phosphorus
我们报告了准粒子带隙，激子，和高度各向异性的光学响应的几层黑磷（磷烯）。结果表明，这些新材料表现出独特的多电子效应，电子结构基本上是沿一维分散，导致特别增强的自能校正和激子效应。此外，在宽的能量范围内，包括红外线和部分可见光，少层黑磷吸收沿结构的扶手椅方向偏振的光，并且对沿Z字形方向偏振的光是透明的，使它们成为用于应用的可行的线偏振器。最后，堆叠中包含的磷烯层的数量控制材料的带隙、光吸收光谱和宽范围内的各向异性偏振能量窗口。
2014-04-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Two-dimensional phosphorus carbide: Competition between sp2 and sp3 bonding
我们提出了以前未知的同素异形体的碳化磷（PC）的原子级薄层的稳定形状。不同的稳定的几何形状，这是由sp2键之间的竞争发现石墨C和sp3键发现黑色P，可以映射到二维平铺图案，简化分类的结构。根据类别，我们确定2D-PC结构，可以是金属，半金属与各向异性狄拉克锥，或直接间隙半导体与他们的间隙可调层内应变。
2016-04-19 cond-mat.mtrl-sci
Mobility anisotropy in monolayer black phosphorus due to charged impurities
研究了黑磷（一种高度各向异性的层状材料）中的带电杂质限制迁移率。在考虑输运各向异性和电子结构的情况下，利用细致平衡条件下的玻尔兹曼输运方程计算了迁移率。对于实验上可测得的载流子密度，零温下的各向异性比为3 ~ 4，比多层膜样品的实验结果大两倍。我们还讨论了各向异性如何依赖于载流子浓度和杂质分布。
2015-11-30 cond-mat.mtrl-sci
Band structure of a IV-VI black phosphorus analogue, the thermoelectric SnSe
黑磷在快速电子和光子器件中的成功受到其在氧气存在下快速降解的阻碍。斜方晶系硒化锡是IV-VI族二元化合物的代表，其是坚固的、等电子的，并且与黑磷共享相同的结构。我们测量了SnSe的能带结构，并发现高度各向异性的价带，其形成在层内具有快速色散且跨层的色散可忽略不计的几个谷。这正是高效热电发电所需的能带结构，其中SnSe已显示出巨大的前景。
2018-03-02 cond-mat.mtrl-sci
Non-Classical Longitudinal Magneto-Resistance in Anisotropic Black Phosphorus
本文报道了在45 T平行磁场中，几层黑磷（bP）晶体的电阻率随面内场与器件源漏轴夹角的变化。通过拉曼光谱确定了bP晶体的晶向，其中锯齿轴位于S-D轴的5°范围内，扶手椅轴位于正交平面方向。观察到横向磁电阻（TMR）以及经典禁止的纵向磁电阻（LMR）。两者都被发现是强各向异性和非单调增加面内场。令人惊讶的是，在$\sim$ 32 T以上，正LMR的相对幅度（%）大于TMR。考虑到已知的各向异性的bP的锯齿形和扶手椅的有效质量相差约7倍，我们的实验强烈表明，这种LMR是一个后果的各向异性费米面的bP。
2018-12-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Origin of Hinge-Like Mechanism in Single-Layer Black Phosphorus: the Angle-Angle Cross Interaction
单层黑磷的特征在于其具有类似铰链机制的褶皱结构，这导致了高度各向异性的面内泊松比和面外泊松比为负。我们发现，铰链状机制可以归因于角-角交叉相互作用，结合键拉伸和角弯曲相互作用，是能够提供一个很好的描述在单层黑磷的机械性能。我们还提出了一个非线性的角度-角度交叉相互作用，它遵循的Stillinger-Weber势的形式，有利于分子动力学模拟的单层黑磷在大变形。
2016-05-09 cond-mat.mtrl-sci
Layer Tunable Third-Harmonic Generation in Multilayer Black Phosphorus
黑磷由于其独特的能带结构（既依赖于层又各向异性）而成为人们日益关注的主题。虽然许多人已经研究了黑磷的线性光学响应，但非线性响应仍然相对未被探索。本文报道了用超快近红外激光在黑磷中观察到三次谐波，并首次在实验上测量了Chi（3）。结果发现，三次谐波发射是高度各向异性的，依赖于入射偏振，并强烈变化的层数存在由于信号耗尽和相位匹配条件。
2016-11-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Covalent Functionalization and Passivation of Exfoliated Black Phosphorus via Aryl Diazonium Chemistry
原子级薄纳米材料的功能化使得能够定制它们的化学、光学和电子性质。剥离的黑磷是一种层状二维半导体，具有良好的载流子迁移率、可调带隙和高度各向异性特性，具有化学反应性，在环境条件下迅速降解。相比之下，在这里，我们表明，共价芳基重氮官能化抑制剥离的黑磷的化学降解，即使在几个星期的环境暴露。这种化学改性方案自发地形成磷-碳键，具有对芳基重氮取代基敏感的反应速率，并改变剥离的黑磷的电子性质，最终产生强的、可调的p型掺杂，其同时改善场效应晶体管迁移率和开/关电流比。这种化学功能化途径可控地改变剥离的黑磷的性质，从而提高其在纳米电子应用中的前景。
2016-05-03 cond-mat.mtrl-sci
Terahertz Saturable Absorption from Relativistic High-Temperature Thermodynamics in Black Phosphorus
研究黑磷沿armchair方向的非线性太赫兹电动力学，提出基于电子浴快速热化的热力学模型，发现相对论性有质量Dirac色散可解释其反常THz饱和吸收，为调控其他有质量Dirac材料的强THz非线性响应提供了策略。
2023-10-20 cond-mat.mtrl-sci
Revealing the Anisotropic Thermal Conductivity of Black Phosphorus using the Time-Resolved Magneto-Optical Kerr Effect
黑磷（BP）是一种直接带隙半导体材料，在电子学、光子学和能量转换等领域具有巨大的应用潜力。然而，由于缺乏可靠和准确的测量技术来表征微米尺寸的各向异性样品，BP的各向异性热性能的实验表征极具挑战性。在这里，我们报告的各向异性导热系数的散装BP沿三个主要的晶体取向的测量结果，使用新的时间分辨磁光克尔效应（TR-MOKE）与增强的测量灵敏度。二维束偏TR-MOKE信号测得沿锯齿晶向的热导率为84 ~ 101 W/（m*K），是沿扶手椅晶向热导率（26 ~ 36 W/（m*K））的近3倍。BP的贯通面热导率范围为4.3至5.5 W/（m*K）。首次采用第一性原理计算预测了BP中声子沿面内Z字形和扶手椅方向以及沿穿面方向的输运。这项工作成功地揭示了各向异性热传输的基本机制，沿三个结晶方向在散装BP，我们的第一性原理为基础的理论预测和实验表征散装BP的各向异性热导率之间的良好协议所证明的。
2015-12-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Rediscovering Black Phosphorus: A Unique Anisotropic 2D Material for Optoelectronics and Electronics
各向异性是指材料表现出方向相关特征的性质。在本文中，我们介绍了黑磷（BP），最稳定的同素异形体的磷在层状正交结构的带隙为0.3 eV的散装，作为一种独特的二维材料，其中电子，声子和它们与光子的相互作用表现在一个高度各向异性的方式内的层的平面。BP薄膜独特的各向异性性质揭示了使用角分辨拉曼光谱和红外光谱，以及角分辨输运研究。对于15 nm厚的BP，我们在120 K下测量了空穴沿轻（x）和重（y）有效质量方向的霍尔迁移率分别为1000和600 cm ^2/Vs。这些BP薄膜还表现出从2至5微米波长的大的和各向异性的面内光学电导率。采用4 ~ 30层BP（2 ~ 15 nm）作为沟道材料的场效应晶体管在室温下的开关电流比超过10^5，场效应迁移率为205 cm^2/Vs，饱和特性良好，表明其在高性能薄膜电子学中具有广阔的应用前景。通过在二维材料家族中引入窄带隙BP，我们填补了半金属石墨烯和大禁带TMDCs之间的空白，在红外光电子学方面具有巨大的潜力。最重要的是，这种有趣的材料的独特的各向异性性质为实现概念上新的光电和电子器件创造了前所未有的可能性，在这些器件中，依赖于角度的物理特性是非常理想的。
2014-02-11 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Mechanical Properties of Single-Layer Black Phosphorus
采用第一性原理计算研究了单层黑磷在单轴变形下的力学性能。杨氏模量和极限应变被发现是高度各向异性和非线性的准二维褶皱结构的结果。具体而言，面内杨氏模量在与褶皱垂直的方向上为44.0GPa，在平行方向上为92.7GPa。在垂直和平行方向上的极限应变分别为0.48和0.20。
2014-08-02 cond-mat.mtrl-sci
In-plane uniaxial strain in black phosphorus enables the identification of crystalline orientation
各向异性黑磷（BP）晶轴的确定是研究其物理性质及其光学和电子应用的关键。在这里，我们表明，通过施加面内单轴应变和测量拉曼位移的变化，可以可靠地确定BP的晶轴。应变对拉曼位移的影响是角度依赖的，可以表示为锯齿形和扶手椅应变下的拉曼响应的组合。与以往的偏振光谱方法不同，该方法不依赖于激光偏振态、激发波长、样品厚度和可拉伸基底材料。此外，从拉伸基板施加在BP上的有效应变估计，表明只有20%至40%的应变可以有效地转移到BP薄片从聚对苯二甲酸乙二醇酯基板。我们的方法不仅提供了一个有效的和通用的方法来识别层状BP的晶体取向，但也是一个模型，以提取额外的信息，在应变相关的研究，并可以扩展到其他二维各向异性材料。
2017-10-23 cond-mat.mtrl-sci
Anisotropic thermo-mechanical response of layered hexagonal boron nitride and black phosphorus: application as a simultaneous pressure and temperature sensor
本研究利用原位高温高压同步辐射X射线衍射精确测量hBN与bP沿晶轴的热膨胀和压缩率，并基于bP的各向异性提出其可作为0–5 GPa、298–1700 K范围内的温压同测传感器。
2023-07-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Anisotropic Black Phosphorus Synaptic Device for Neuromorphic Applications
突触是神经元之间的功能联系，“信息”通过它在神经网络中流动。这些连接的强度差异很大，通常是由于其化学和生物学特性的内在异质性。这种异质性是神经活动多样性的基础，神经活动与大脑的其他特征一起使从感知和识别到记忆和推理的功能成为可能。在突触电子学中实现这种异质性对于构建具有实现生物系统复杂性水平的潜力的人工神经网络至关重要。然而，这种内在的异质性在当前的突触装置中实现是非常具有挑战性的。在这里，我们展示了第一个黑磷（BP）突触装置，它提供了内在的各向异性，其突触特性直接导致其低晶体对称性。利用BP的2-nm天然氧化物和BP通道之间的电荷转移来实现突触行为。生物突触的关键特征，如具有异质性的长时程可塑性，包括长时程增强/抑制和尖峰时间依赖性可塑性，被模仿。利用各向异性BP神经元突触器件，我们还实现了一个简单紧凑的异质性轴突-多突触网络。这一演示代表了向人工神经形态系统引入内在异质性的重要一步。
2016-03-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Co-existence of size-dependent and size-independent thermal conductivities in single layer black phosphorus
采用密度泛函方法结合Peierls-Boltzmann输运方程研究了单层黑磷（BP）的热导率。与二维石墨烯和MoS $_2$的各向同性和发散性热导率不同，单层BP在Z字形（ZZ）和扶手椅（AM）方向上分别发现了尺寸相关和尺寸无关的热导率共存。此外，单层BP中的热导率被发现是高度各向异性的，因为取向依赖的群速度，例如，在300 K时，尺寸为10 $μm$的单层BP沿ZZ和AM方向的热导率分别为83.5和24.3 W/m-K。
2014-09-14 cond-mat.mtrl-sci
Mechanical Strain Effects on Black Phosphorus Nanoresonators
利用经典分子动力学方法研究了不同温度下机械应变对单层黑磷纳米谐振器的影响。我们发现，由于其固有的褶皱配置的黑磷的谐振频率是高度各向异性的，并且在室温下，在扶手椅方向的品质因数高于在锯齿形方向。的品质因数也被发现本质上大于石墨烯和二硫化钼纳米谐振器。通过施加拉伸应变，品质因数可以增加两倍以上，其中在扶手椅方向上的单轴应变是最有效的。然而，由于在大应变下的非线性效应，品质因数增加存在上限，之后品质因数减小。沿Z字形方向拉伸引起的非线性效应较强，导致品质因数增强的最大应变较小。
2015-09-21 cond-mat.mtrl-sci
High Yield Growth and Doping of Black Phosphorus with Tunable Electronic Properties
黑磷（BP）由于其独特的电子和光学性质，最近引起了人们的极大兴趣。掺杂是调控材料电子结构的一种有效策略，然而，直接、可控、高产率地生长BP及其掺杂仍然是一个巨大的挑战。在这里，我们报告了一种高效的短程运输（SDT）生长方法，并实现了迄今为止产量最高的高质量BP的可控生长，其中98%的赤磷转化为BP。通过这种SDT生长方法还实现了由As、Sb、Bi、Se和Te对BP的掺杂。光谱结果表明，掺杂系统地改变其电子结构，包括带隙，功函数和能带位置。因此，我们已经发现，掺杂BP样品（Sb和Te掺杂BP）的空气稳定性改善与原始BP相比，由于掺杂的导带最小值的下移。这项工作开发了一种新的方法来生长BP和掺杂BP，具有可调的电子结构和改善的稳定性，并应扩展这类材料在各个领域的用途。
2020-07-18 cond-mat.mtrl-sci
Edge phonons in black phosphorus
剥离黑磷是近年来出现的一种新型二维晶体，由于其独特的各向异性晶体结构和电子能带结构，在电子学、光电子学和光子学领域具有潜在的重要应用。尽管层状晶体的边缘具有一系列奇异特性，其表征和开发对于器件开发至关重要，但黑磷的边缘仍然很难表征。本文利用拉曼光谱和密度泛函理论计算，对不同黑磷边缘附近的原子结构和声子行为进行了实验和理论研究。偏振拉曼结果显示在样品的边缘出现了新的模式，它们的光谱依赖于边缘的原子结构（锯齿形或扶手椅形）。理论模拟证实了这些新的模式是由于体材料中的边缘声子态所引起的，并且起源于晶格终止重排。
2016-04-29 cond-mat.mtrl-sci
Gate-Tuned Thermoelectric Power in Black Phosphorus
电场效应是阐明材料固有特性以及设计功能器件的有用手段。双电层晶体（EDLT）可以在很宽的范围内控制载流子浓度，是研究热电性能的有效工具。在这里，我们报告的门调谐的热电功率在黑磷（BP）单晶片的厚度为40 nm。利用EDLT组态，我们成功地控制了热电功率（S），发现在210 K时，离子门控BP在空穴耗尽态的S达到+510 $μ$ V/K，远高于300 K时报道的体单晶的+340 $μ$ V/K。我们将此实验数据与基于第一性原理的计算进行了比较，发现这种增强可以定性地解释为BP薄片的导电沟道的有效减薄和由于耗尽模式下的栅极操作而导致的沟道的不均匀性。我们的研究结果提供了新的机会，进一步工程BP作为热电材料在纳米级。
2017-07-01 cond-mat.mtrl-sci
Strain-tunable charge carrier mobility of atomically thin phosphorus allotropes
我们利用密度泛函理论研究了应变对单层$α$、$β$、$γ$和$δ$ -P（四种众所周知的磷原子薄同素异形体）的载流子迁移率的影响。由于高度各向异性的能带色散，原始同素异形体的载流子迁移率在一个主方向（Z字形或扶手椅形）上显著高于另一个主方向（在某些情况下超过5倍）。单轴应变（高达6%的压缩/拉伸）导致每个同素异形体中的带隙改变，特别是$γ$-P中的直接到间接带隙半导体转变以及$γ$和$δ$-P中的带隙的完全闭合。我们发现，由于单轴应变，在所有同素异形体中，载流子迁移率通常增加$\approx 5-10$的因子;其中值得注意的是，在作用于扶手椅方向的压缩应变下，在$β$ -P（$γ$ -P）中观察到空穴（电子）迁移率沿扶手椅（Z字形）方向增加$\approx 250$（30）倍。有趣的是，在$α$和$γ$ -P的情况下，通过施加应变，优选的电子传导方向也可以改变。
2018-03-06 cond-mat.mtrl-sci
Topological currents in black phosphorus with broken inversion symmetry
我们研究黑磷的拓扑电流的性质时，它的反转对称性被故意打破。这里，导带和价带边缘位于矩形布里渊区的$Γ$点，并且它们沿其两个晶轴表现出强的各向异性。我们将在下面展示，这些显著的特征导致线性横向中性拓扑电流，同时伴随着费米表面的非线性横向电荷电流。当面内电场沿Z字形晶轴方向施加时，拓扑电流最大，沿扶手椅方向为零。
2015-07-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Topological Phase Transition and Chiral-Anomaly Driven Negative Magneto-Resistance in Bulk Black Phosphorus
本文报道了非化合物能带半导体黑磷（BP）在静水压力下，在垂直和平行于电流I方向上施加16特斯拉的磁场B时的各向异性磁输运测量结果。在低磁场下，BP经历了从能带半导体到零能隙Dirac半金属态的拓扑Lifshitz转变，表现为弱定域-弱反定域转变，并出现了非平凡的Berry相.在过渡区，我们观察到一个压力依赖的负MR只有在B//I配置。这种负的纵向MR归因于存在弱反定位校正时的Adler-Bell-Jackiw异常（拓扑E $\cdot$ B项）。
2016-09-08 cond-mat.mtrl-sci
Large thermoelectric power factors in black phosphorus and phosphorene
采用基于密度泛函理论的第一性原理计算，研究了层状黑磷（black-P）及其单层磷烯的电子性质.室温下的电子输运系数内的半经典玻尔兹曼理论进行了评估。电导率表现出各向异性的行为，而塞贝克系数几乎是各向同性的。在最佳掺杂浓度和室温下，体相黑P和磷烯的热电功率因数分别为118.4和138.9 μWcm-1 K-2。通过适当的n型掺杂，可以在体黑-P中实现0.22的最大无量纲品质因数（ZT值），这主要受到可还原晶格热导率的限制。对于磷烯，用体晶格热导率保守估计ZT值可达0.30。我们的研究结果表明，无论是散装黑P和磷烯是潜在的有前途的热电材料。
2014-04-21 cond-mat.mtrl-sci
Metastable Interlayer Frenkel Pair Defects by Dipole-like Strain Fields for Dimensional Distortion in Black Phosphorus
黑磷中原子空位的低形成能使其可以作为探索层间空位-空位（I-V）对（即Frenkel缺陷）动力学的理想原型系统，所述层间空位-空位对解释Wigner能量释放。基于黑磷的少层模型，我们进行了离散几何分析，并从第一性原理计算研究了紧密层间Frenkel对的结构动力学.我们揭示了一个高度亚稳的I-V对状态驱动的各向异性偶极类应变场，可以建立相邻层之间的强连接。在2D极限（单层），亲密的I-V对表现出相对较低的形成能为1.54 eV，并积极有利于其孤立的成分高达1.68 eV。在双层膜中，Frenkel对湮灭的势垒为1.46 eV，这明显高于石墨中类似缺陷的势垒。在这项工作中报告的结果表明，存在丰富的桥接途径，在黑磷，导致稳定的尺寸减少和结构凝聚暴露于适度的电子激发或热退火。这项研究为通过引入这种亚稳态层间I-V对缺陷来创造新的磷的维度混合多晶型物铺平了道路。
2019-12-01 cond-mat.mtrl-sci
Anisotropy of the Optical Properties of Pentacene:Black Phosphorus Interfaces
黑磷（BP）是一种具有各向异性的层状材料。我们研究界面形成的并五苯单层吸附在单层BP，BP表面钝化的原型系统。我们将并五苯单分子层分别沿BP衬底的Z字形和扶手椅方向放置，以研究异质界面的各向异性。我们进行第一性原理$GW$加上Bethe-Salpeter方程（$GW$ -BSE）计算，以确定准粒子和光学性质。为了定量地分析光学性质的各向异性，我们开发了一个通用的计算方案，将界面激子分解成不同的贡献。我们发现了一个独特的电荷转移激子形成时，单层并五苯沿扶手椅方向放置，并讨论了各向异性的界面调制。我们的研究结果照亮了通过分子吸附的BP表面钝化的理解，并为未来的实验和计算研究提供了一个基准。
2022-08-16 cond-mat.mtrl-sci
Anisotropic heat conduction in silicon nanowire network revealed by Raman scattering
各向异性纳米材料具有有趣的热传输特性，因为它们允许热通量沿优先方向取向，这是由于它们的面内和跨面热导率之间的高比率（高达三个数量级）。在允许热导率评估的不同技术中，微拉曼散射被认为是最有效的非接触式测量方法之一。在这封信中，一个新的实验方法的基础上拉曼散射测量可变激光光斑尺寸的报告。实验和计算的一维纳米晶体固体的热阻之间的相关性允许同时估计其在平面和跨平面的热导率。特别是，我们的测量方法被成功地应用于硅纳米线阵列的各向异性热导率评估。
2017-01-06 cond-mat.mtrl-sci
Transport and Optical Properties of Single- and Bilayer Black Phosphorus with Defects
利用紧束缚传播方法研究了具有短程和长程缺陷的单层和双层黑磷的电子和光学性质。这两种类型的缺陷状态是本地化的，并引起导电状态的强烈散射，显着降低了载流子迁移率。与原始样品的性质相反，由于缺陷的各向同性性质，缺陷引起的光激发的各向异性被抑制。我们还研究了朗道能级谱和磁光电导率，发现即使在低缺陷浓度下，离散朗道能级也是次线性地依赖于磁场和能级指数。
2015-03-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Anisotropic Proton and Oxygen Ion Conductivity in Epitaxial Ba2In2O5 Thin Films
固体氧化物氧离子和质子导体是用于可再生能量转换装置如固体氧化物燃料电池的一类非常重要的材料。Ba_2In_2O_5（BIO）在干燥和潮湿环境中分别表现出氧离子和质子导电性。在干燥环境中，BIO的brownmillerite晶体结构表现出有序的氧离子亚晶格，这被推测导致各向异性的氧离子导电。然而，BIO的水合结构类似于钙钛矿，并且其中的质子被预测为有序的层。为了补充最近报道的BIO中潜在的各向异性导电性能的重要理论和实验努力，我们在这里测量质子和氧离子沿不同晶体方向的电导率。使用具有不同晶体取向的外延薄膜，两个载流子的电荷输运被示出为各向异性的。氧离子导电的各向异性确实可以通过在brownmillerite BIO中的氧亚晶格的层状结构来解释。然而，各向异性的质子传导，进一步支持所建议的材料中的质子缺陷的顺序。由于BIO中的质子有序，沿着不同晶体学方向的质子传导差异与沿着质子有序不存在但质子通过链状或层状结构找到优先传导途径的材料中的不同晶体学方向观察到的质子传导差异具有相似的程度。
2019-05-03 cond-mat.mtrl-sci
Magnetoplasmons in monolayer black phosphorus structures
支持深亚波长等离子体模式的二维材料也可以表现出强的磁光响应。本文从理论上研究了中等静磁场作用下单层黑磷结构中的磁等离子体激元。我们考虑三种不同的结构，即，一个连续的BP单层，由一个半无限片形成的边缘，最后，一个三角形的楔形配置。这些结构都表现出强烈的各向异性的磁光响应诱导的外部磁场和BP晶格的固有各向异性。从单层BP的磁光电导率开始，我们推导出所考虑的几何形状的MP的色散关系，使用分析，半分析和数值方法相结合。我们充分表征MP色散和相应的场分布的属性，我们表明，这些结构维持强各向异性的亚波长模式，是高度可调的。我们的研究结果表明，MP在单层BP，其固有的晶格各向异性以及磁致各向异性，持有潜在的可调各向异性材料的操作低于衍射极限，从而铺平了道路，定制的纳米光子器件在纳米尺度。
2019-10-31 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Electronic Structure of Monolayer and Bilayer Black Phosphorus with Charged Defects
我们用原子论方法研究了单层和双层黑磷在带电缺陷附近的电子性质。特别是，我们结合屏蔽缺陷势从第一性原理线性响应理论与大规模的紧束缚模拟计算的波函数和能量的束缚受体和供体状态。由于各向异性的能带结构，这些系统中的缺陷态形成了扭曲的类氢轨道，其有序性与各向同性材料不同。对于单分子膜，我们研究了在实验装置中的缺陷高度和衬底的介电常数的带电吸附物的结合能的依赖关系。我们还比较了我们的结果，各向异性的有效质量模型，并找到定量和定性的差异时，带电的缺陷是接近黑磷或从基板的屏蔽是弱的。对于双层，我们比较了带电吸附物和带电嵌入物的结果，发现嵌入物诱导更突出的次峰的局部态密度，因为它们强烈地与两层上的电子态相互作用。这些新的见解可以直接在扫描隧道光谱测量中进行测试，并能够详细了解库仑杂质在电子器件中的作用。
2021-12-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Tuning 2D hyperbolic plasmons in black phosphorus
黑磷呈现出非常各向异性的晶体结构，使其成为双曲等离子体的潜在候选者，其特征在于介电常数张量，其中一个主要成分是金属，另一个是电介质。在这里，我们证明，原子级薄的黑磷可以被设计成一个双曲线材料的电磁波谱从整个可见光谱到紫外光谱的广泛范围内工作。随着光学增益的引入，在红外波段出现了一个新的双曲区。这种双曲等离子体激元的特性取决于沿两个结晶方向的增益和损耗之间的相互作用。
2018-12-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Tunable optical properties of multilayers black phosphorus thin films
黑磷薄膜可能提供有吸引力的替代窄间隙化合物半导体的光电子学跨越中到近红外频率。在这项工作中，我们使用有效低能汉密尔顿内的久保公式计算多层黑磷薄膜的电导率张量。多层黑磷的光吸收光谱随厚度、掺杂和光偏振态的变化而敏感。结合从红外吸收光谱获得的实验光谱，我们还讨论了所观察到的各向异性吸收光谱的带间耦合和无序的作用。
2014-07-11 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
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
Anisotropic heat conduction of coherently transported phonons in InGaO3(ZnO)m single crystal films with superlattice structures
超晶格为研究低频声子的相干输运提供了一个很好的平台，这是掌握热传导操纵的主要问题。研究表明，超晶格热导率的主要特征可以根据超晶格周期在类波和类粒子声子性质之间进行调节。然而，声子相干长度和声子平均自由程从Umklapp过程中没有被定义在一个超晶格系统中，和过渡到类波和类粒子的行为是不清楚的日期，尽管广泛的研究工作。在这项研究中，我们使用的InGaO3（ZnO）m（m =整数）单晶薄膜的超晶格结构的声子相干长度以及Umklapp平均自由程在一个系统中的实验特征。根据计算结果，超晶格中的热传导性质可以根据声子相干长度与超晶格周期的比值以三种不同的方式变化。我们还讨论了声子特征长度在超晶格热传导中的作用及其各向异性。
2021-08-11 cond-mat.mtrl-sci
High-mobility transport anisotropy and linear dichroism in few-layer black phosphorus
二维晶体是纳米电子学的新兴材料。该领域的发展需要候选系统具有高载流子迁移率和与石墨烯相反的足够大的电子带隙。在这里，我们提出了一个详细的理论研究的原子和电子结构的少层黑磷（BP），以预测其电学和光学性质。该系统具有直接带隙，可调从1.51 eV的单层到0.59 eV的5层样品。我们预测的迁移率是空穴占主导地位，相当高，高度各向异性。该单层具有极高的空穴迁移率（约10000 cm $^{2}$ V $^{-1}$ s $^{-1}$）和反转各向异性的异常弹性性质。光吸收光谱表明垂直面内方向之间的线性二向色性，这允许光学测定的晶体取向和光学激活的各向异性传输特性。这些结果使少层BP成为未来电子学的一个有前途的候选者。
2014-06-25 cond-mat.mes-hall 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
Superior mechanical flexibility of phosphorene and few-layer black phosphorus
最近制备的二维（2D）磷烯晶体结构在电子学应用中显示出巨大的潜力。机械应变被证明能够显着修改磷烯和少层黑磷的电子性质。在这项工作中，我们采用第一性原理密度泛函理论计算，探讨磷烯的机械性能，包括理想的拉伸强度和临界应变。结果表明，单层磷烯在Z字形和扶手椅方向上分别可以承受27%和30%的拉伸应变。磷烯的这种巨大的应变极限是由于其独特的褶皱晶体结构。我们发现，在扶手椅方向上施加的拉伸应变拉伸了磷烯的褶皱，而不是显着延长P-P键长。折衷的二面角显著地减少了所需的应变能。与石墨烯等其他2D材料相比，磷烯表现出优异的柔性，杨氏模量小一个数量级。这在实际的大应变工程中特别有用。此外，还探讨了磷烯的各向异性性质。我们推导出一个通用模型来计算二维系统沿不同方向的杨氏模量。
2014-03-31 cond-mat.mtrl-sci
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
Quantum Oscillations in Black Phosphorus Two-dimensional Electron Gas
二维电子气（2DEG）是凝聚态物理实验发现和概念发展的重要来源。当与二维（2D）晶体的独特电子性质相结合时，可以在量子水平上探索丰富的新物理现象。在这里，我们创建一个新的2DEG在黑磷，最近的成员的二维原子晶体家庭，使用门电场。我们通过将黑磷2DEG放置在六方氮化硼衬底（h-BN）上来实现黑磷2DEG中的高载流子迁移率。这使我们能够首次观察到这种材料中的量子振荡。振荡的温度和磁场依赖性产生关于系统的关键信息，例如回旋质量和其载流子的寿命。我们的研究结果，再加上黑磷具有可调的，直接带隙的各向异性能带的事实，区分黑磷2DEG作为一种新的系统，具有独特的电子和光电性能。
2014-11-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
