Zero point motion and direct/indirect bandgap crossover in layered transition-metal dichalcogenides
二维过渡金属二硫属化合物$MX_2$（es. MoSPDMATHABMN、WSPDMATHABMN、MoSePDMATHABMN、\ldots）是用于带隙工程的最有前途的材料之一。在这些化合物中广泛研究，通过从头算技术，是调整的直接-间接的间隙字符通过平面应变的可能性。然而，在这种计算中，晶格自由度被假设为经典的和冻结的。在本文中，我们详细调查的带隙字符（直接与间接）上的平面外的距离$h$之间的两个硫族平面在每个$MX_2$单元的依赖关系。使用DFT计算，我们表明，带隙字符确实是高度敏感的参数$h$，在单层以及在双层和散装化合物，允许例如开关从间接到直接的差距和从间接到直接的差距在单层系统。这种情况下，进一步分析了存在量子晶格波动的零点运动。在量子分析的基础上，我们认为由面外应变以及面内应变引起的直接-间接带隙跃迁可以被看作是连续的交叉，而不是真正的急剧转变。物理观测的后果进行了讨论。
2019-01-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Electronic structure and thermoelectric properties of CoAsSb with post-DFT approaches
我们研究了最近合成的CoAsSb的电子结构和热电性能。计算出的带隙变得更加准确，越来越复杂的电子结构的方法：广义梯度近似，混合泛函，自洽线性准粒子GW方法（LQSGW），LQSGW与简化的顶点校正。通过等同于从一个刚性移动的频带的每种方法的带隙，我们评估的贡献，热电性能超出了带隙。在这样做的时候，我们评估一个常见的做法的有效性：一个刚性的转变适用于成本较低的电子结构的方法，以获得一些更昂贵的方法的准确性。我们发现，虽然移位的塞贝克系数更接近彼此比从原来的电子结构，仍然存在差异的Goldsmid-Sharp（热电）的带隙之间的方法和从预期的电子带隙。此外，这些方法之间在温度依赖性方面仍存在一些持久差异。
2018-09-23 cond-mat.mtrl-sci
Quasiparticle band-edge energy and band offsets of monolayer of molybdenum and tungsten chalcogenide
本文报道了钼和钨的二硫属化物MX_2（M=Mo，W; X=S，Se，Te）单分子膜的准粒子能。除了计算带隙，我们已经实现了收敛的绝对能带能量相对于真空水平。与其他方法的结果相比，GW计算揭示了更大的带隙和不同的绝对能带能量，因为增强的多电子效应。有趣的是，我们完全收敛的准粒子能量认可了带隙中心近似，使其成为估计准粒子能量的方便方法。在这项工作中获得的绝对准粒子的能量和能带偏移是重要的异质结器件和化学催化剂的设计基于单层二硫族化合物。
2013-07-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
A DFT Study of the Electronic, Optical, and Mechanical Properties of a Recently Synthesized Monolayer Fullerene Network
最近合成了紧密堆积的准六方和准四方晶相的C $_{60}$分子（命名为qHPC $_{60}$）。在这里，我们使用DFT模拟研究的电子，光学和机械性能的qHPC $_{60}$单层。qHPC $_{60}$具有适度的直接电子带隙，具有各向异性的机械性能。它们的弹性模量在50和62 GPa之间。光学性质的结果表明，qHPC $_{60}$可以充当光子能量直到5.5 eV的UV收集器，因为它们呈现出低反射率和大于1的折射率。估计的光学带隙（1.5-1.6 eV）与实验值（1.6 eV）非常吻合。
2022-07-04 cond-mat.mtrl-sci
Effects of excess carriers on native defects in wide bandgap semiconductors: illumination as a method to enhance p-type doping
半导体中的不期望的无意掺杂和掺杂限制通常由具有低形成能的补偿缺陷引起。由于带电缺陷的形成能量线性地依赖于费米能级，因此掺杂限制在费米能级可以显著变化的宽带隙半导体中可能特别明显。在生长或处理过程中引入非平衡载流子浓度改变了能带载流子的化学势，从而提供了以在热平衡下不可能的方式修改带电缺陷群的可能性。在这里，我们证明，对于一个遍历系统与过剩的载流子，涉及缺陷电荷跃迁水平的载流子捕获和发射率严格确定的混合物的电子和空穴准费米能级确定的非零电荷状态的形成能量的缺陷类型。目录的范围内可能的响应过剩的载流子，我们调查的行为的一个单一的施主样缺陷的功能的非本征掺杂和能量的电荷跃迁水平。技术上最重要的发现是，对于带隙中电荷跃迁能级的大多数值，过量载流子将增加补偿缺陷的形成能。因此，可以克服由原生缺陷施加的对掺杂的限制。在宽带隙半导体中也存在这样的情况，其中具有与主要掺杂剂相同的电荷极性的缺陷的浓度保持不变或实际上增加。这些不同的行为的原因是合理化的捕获和排放率和准则进行实验测试，该模型给出。
2017-03-10 cond-mat.mtrl-sci
Direct observation of giant binding energy modulation of exciton complexes in monolayer MoSe$_2$
在过渡金属二硫属化合物量子限制单分子膜中，介电介质的屏蔽作用改变了电子-空穴相互作用势，并在决定强束缚激子复合物的结合能方面起着关键作用。然而，由于强准粒子带隙重正化在这样的系统中，直接量化的估计在不同的电介质中的结合能的变化仍然是难以捉摸的使用光学研究。在这项工作中，通过改变介电环境，我们显示了一个显着的光致发光（PL）峰位移在低温下为较高的能量激子（2s，3s，4s，5s）在单层MoSe $_2$，而1 s激子峰位置保持不变-屏蔽诱导激子结合能调制和准粒子带隙重整化之间的变化补偿的直接证据。通过在顶部涂覆Al $_2$ O $_3$层，发现1 s激子的结合能的估计调制为58.6%（2s为70.5%，3s为78.9%，4s为85%），而准粒子带隙的相应减少估计为248 meV。这种激子复合物的结合能以及单层TMD中的带隙的大的可调谐性的直接证据具有新颖的器件应用的希望。
2017-08-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Spectroscopic studies of atomic defects and bandgap renormalization in semiconducting monolayer transition metal dichalcogenides
评估原子缺陷态及其对二维范德华半导体过渡金属二硫属化物（SC TMD）的电子性质的影响是促进利用这些低维材料的下一代电学和光学器件应用的多学科努力的主要任务。在这里，我们利用电子隧穿和光学光谱测量，利用密度泛函理论，在光谱上定位了四个代表性的单层SC TMD中的硫属原子空位的中间带隙态（MoS2，WS2，MoSe2，WSe2），仔细分析了四种不同材料中原子缺陷的相似性和不同性，以及缺失硫族元素原子的物理来源和对SC mTMD的影响特性.此外，我们解决了准粒子和光学能隙的SC mTMD薄膜，并发现许多机构的相互作用显着扩大准粒子的能隙和激子的结合能，当半导体单层封装由非相互作用的六方氮化硼层。
2019-10-31 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Trends in Bandgap of Epitaxial $\textit{A}$$_2$$\textit{B}$$_2$O$_7$ ($\textit{A}$ = Sn, Pb; $\textit{B}$ = Nb, Ta) Films Fabricated by Pulsed Laser Deposition
烧绿石氧化物$A_2B_2$ O $_7$由于其独特的晶体结构而成为凝聚态物理学中一个富有成果的研究领域。特别是关注$A$位四面体亚晶格，特别是烧绿石氧化物$A_2B_2$ O $_7$（$A$ = Sn，Pb和$B$ = Nb，Ta），最近的理论研究预测了“准平带”结构的出现，这是填充的$A$ -n $s$和O-2 $p$轨道之间的强杂化的结果.在本工作中，我们建立了在Y稳定的ZrO $_2$（111）衬底上脉冲激光沉积Sn $_2$ Nb $_2$ O $_7$、Sn $_2$ Ta $_2$ O $_7$、Pb $_2$ Nb $_2$ O $_7$和Pb $_2$ Ta $_2$ O $_7$薄膜的生长条件，以阐明它们的光学性质。对于直接和间接带隙，吸收边能量均按以下顺序增加：Sn $_2$ Nb $_2$ O $_7$、Sn $_2$ Ta $_2$ O $_7$、Pb $_2$ Nb $_2$ O $_7$和Pb $_2$ Ta $_2$ O $_7$。这种倾向可以通过考虑组成元素的能级来很好地解释。直接带隙和间接带隙之间的差异的比较揭示了Pb $_2B_2$ O $_7$倾向于具有比Sn $_2B_2$ O $_7$更少色散的价带。我们的研究结果与理论预测一致，并表明在这类化合物中普遍存在杂化态。
2022-07-01 cond-mat.mtrl-sci
Tuning Penta-Graphene Electronic Properties Through Engineered Line Defects
五石墨烯是一种准二维碳同素异形体，由五角晶格组成，其中存在sp2和sp3样碳。与石墨烯不同，penta-graphene具有非零的带隙，这为其在光电应用中的应用开辟了可能性。然而，由于观察到的带隙是大的，需要间隙调整策略，如掺杂。在这项工作中，密度泛函理论计算被用来确定不同数量的替代氮或硅原子的线缺陷的五石墨烯的电子行为的影响。我们的研究结果表明，这种掺杂可以诱导半导体，半金属，或金属的行为取决于掺杂原子和有针对性的杂交（sp2或$sp3样碳）。特别是，我们观察到，sp2类碳原子的氮掺杂可以产生半金属和半导体行为之间的带隙调制。这些结果表明，工程线缺陷可以是一种有效的方式来调整penta-graphene电子行为。
2020-01-16 cond-mat.mtrl-sci
Pressure-induced phase transition and bandgap collapse in the wide-bandgap semiconductor InTaO4
结合同步辐射X射线衍射和金刚石对顶砧拉曼光谱测量以及从头计算，在13 GPa以上的压力下，发现了InTaO 4的压力诱导相变，并伴随着In和Ta配位数的增加.还进行了高压光吸收测量。高压相具有与低压相共享相同空间群（P2/c）的单斜结构。高压相的结构可以被认为是由空间群Pcna描述的正交结构的轻微变形。通过实验和计算观察到的相变与晶胞体积崩塌和电子带隙崩塌一起发生。此外，带交叉被发现发生在低压阶段接近7 GPa。所有的拉曼活性模式的压力依赖性的报告为两个阶段，以及单位电池参数和状态方程的压力依赖性。计算还提供了有关IR活性声子和键距的信息。这些发现提供了深入了解压力对InTaO 4的物理性质的影响。
2016-10-21 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Bandgap narrowing in Mn doped GaAs probed by room-temperature photoluminescence
（Ga，Mn）As系统的电子能带结构是近二十年来固体物理研究中最令人感兴趣的问题之一。确定能带结构随Mn浓度的变化是理解铁磁性起源的关键问题。本文介绍了Ga_{100%-x} Mn_{x} As合金的室温光致发光和椭圆偏振测量。随着Mn含量的增加，Ga_{100%-x} Mn_{x} As合金的室温近带隙发射的红移证明了价带的上移。结果表明，即使掺杂0.02原子%，Mn的影响的价带边缘，它合并的Mn浓度低至0.6原子%的杂质带。X射线衍射图和高分辨率横截面TEM图像都证实了注入层和GaMnAs合金形成的完全再结晶。
2015-10-30 cond-mat.mtrl-sci
Holographic assembly of quasicrystalline photonic heterostructures
准晶具有比常规晶体更高程度的旋转和点反射对称性。因此，由具有微米级特征的介电材料制成的准晶异质结构表现出有趣且有用的光学性质，包括二维系统中的大光子带隙。我们展示了二维和三维介电准晶异质结构的全息组装，包括具有特定工程缺陷的结构。在这个过程中使用的高度均匀的准周期阵列的光阱也提供了模型非周期性的势能景观的基础研究的软凝聚态系统中的传输和相变。
2005-06-13 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Fluorination Effects on the Structural Stability and Electronic Properties of sp3 Type Silicon Nanotubes
采用密度泛函理论研究了氟化sp3硅纳米管及其相应的硅纳米线沿不同晶向的结构和电子性质以及相对稳定性。发现结构稳定性随氟表面覆盖率线性增加，并且对于超过25%的覆盖率，预测管状结构比它们的线状对应物更稳定。完全氟化的系统的带隙低于其完全氢化的对应物的带隙，对于具有相对低的硅摩尔分数的系统，带隙最多为0.79 eV。随着硅摩尔分数的增加，这些差异似乎减小。对于混合氢化和氢化表面装饰方案，带隙通常位于完全氢化和完全氟化系统的值之间。此外，硅纳米管的带隙值被发现是更敏感的氟表面覆盖比硅纳米线。这些结果表明，表面功能化可用于控制窄的准一维硅纳米结构的稳定性，并开辟了化学剪裁其电子性质的道路。
2013-05-08 cond-mat.mtrl-sci
Electronic Properties of Ultra-Wide Bandgap B$_x$Al$_{1-x}$N Computed from First-Principles Simulations
本文通过第一性原理DFT和GW近似计算了17种B$_x$Al$_{1-x}$N基态的电子性质，发现其均为超宽禁带材料，带隙随$x$线性变化，在$x=0.25$附近发生直接-间接带隙转变，并具有高介电常数和9-35 MV/cm的击穿场强。
2024-09-05 cond-mat.mtrl-sci
Many-body effects on the electronic and optical properties of strained semiconducting carbon nanotubes
我们提出了多体\textit{ab initio}计算的电子和光学性质的半导体锯齿形碳纳米管在单轴应变。GW方法被用来获得准粒子带隙，并与Bethe-Salpeter方程相结合，以获得光学吸收谱。我们发现电子带隙对应变的依赖性比之前基于紧束缚模型或密度泛函理论预测的更加复杂。此外，我们表明，激子能量和激子结合能显着依赖于应变，与几十毫电子伏每百分之应变的变化，但尽管这些强烈的变化的吸光度被发现几乎是独立的应变。我们的研究结果为理解和设计基于碳纳米管的光机系统提供了新的指导。
2013-06-24 cond-mat.mtrl-sci
Direct Determination of Band Gap Renormalization in Photo-Excited Monolayer MoS2
单层半导体，如过渡金属二硫属化物，的一个关键特征是屏蔽库仑势差，这导致大的激子结合能（Eb）和载流子对准粒子带隙（Eg）的强重整化。由于Eb和Eg的变化相互抵消，后者很难确定，导致在不同的载流子密度下，光跃迁能量几乎没有变化。在这里，我们量化的宏观单晶二硫化钼单层SiO2的带隙重整化使用时间和角度分辨光电子能谱（TR-ARPES）。在Mott阈值以上的激发密度，Eg减少多达360毫电子伏。我们比较了载流子密度相关的Eg与以前的理论计算，并显示了在量化的带隙中知道掺杂和激发密度的必要性。
2019-02-19 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Electron spin relaxation in X-valley of indirect bandgap AlxGa1-xAs: A new horizon for the realization of next generation spin-photonic devices
利用GaAs/AlGaAs量子阱（QW）系统，通过偏振分辨光致发光激发谱研究了间接带隙Al_（0.63）Ga_（0.37）As外延层卫星X谷区的电子自旋弛豫.通过求解速率方程，计算了AlxGa 1-xAs各谷区的稳态电子分布，并推导了相邻量子阱光致发光圆偏振度的表达式.将实验结果与解析表达式相结合，确定了10 K时X谷电子自旋弛豫时间（τ S^X）为2.7 ± 0.1 ps。为了验证该方法的有效性，基于密度泛函理论，在投影缀加波方法的框架下进行了理论计算，与实验结果吻合较好.在10-80 K范围内研究了τ_S^X的温度依赖性，并考虑了间接带隙AlGaAs势垒层X谷内载流子的谷内散射。应变引起的能带结构的改变提高了X谷的简并度，而在50 K以上，X谷的简并度对电子自旋弛豫起主导作用。此外，间接带隙AlGaAs层中的热电子的DCP谱被发现是显着不同的直接带隙AlGaAs相比。它被理解为线性k依赖的Dresselhaus自旋分裂和更快的能量弛豫过程中的X谷的结果。这项工作的发现可以为实现下一代对焦耳热不太敏感的自旋光子器件提供新的视野。
2021-07-14 cond-mat.mtrl-sci
Dimension Engineering of Narrow Bandgap Semiconductor InAs Nanostructures in Wafer-Scale
在这里，我们展示了一种方法，提供了一个精确的控制的尺寸InAs从一维纳米线到晶圆级独立的二维纳米片，它具有高度的结晶度和出色的电气和光学性能，使用分子束外延通过控制催化剂合金偏析。在我们的方法中，二维InAs纳米片可以直接从一维InAs纳米线的银铟合金偏析，这是比所有以前报道的方法，如传统的缓冲技术和选择区域外延生长容易得多。详细的透射电子显微镜研究提供了坚实的证据，催化剂合金偏析是起源的InAs从一维纳米线到二维纳米片，甚至三维复杂的十字架的尺寸变换。使用这种方法，我们发现，晶圆级的自支撑InAs纳米片可以生长在各种衬底上，包括Si，MgO，蓝宝石和GaAs等。在高温下生长的InAs纳米片是纯相单晶，具有高的电子迁移率和长的时间分辨太赫兹动力学寿命。我们的工作将为有效控制低维III-V族半导体的尺寸开辟一条概念上新的通用技术路线。它还可以使得能够在工业规模上低成本地制造独立的基于纳米片的器件。
2018-11-13 cond-mat.mtrl-sci
Structural Deformation and Metal-Semiconductor Transition in Coupled Carbon Chains
带隙（半导体）和无隙（金属）相之间的过渡和材料中带隙的可调谐性是新时代器件制备的一个非常有利可图但相当具有挑战性的目标。对于块体材料和二维层状系统，这是一个快速扩展的领域。我们从理论上提出了一种带隙可调的一维纯碳材料。我们发现，两个平行耦合的聚炔链显示金属行为与费米能级上的带交叉，不像单个半导体链。节点的数量（两个）在横向和纵向应变下是稳健的，这表明金属相的弹性保护性质。一条链相对于另一条链的滑动破坏了反射对称性，并且在节点处打开了明显的带隙，导致带隙相位。通过改变滑动参数，可以有效地调节带隙。这项工作启动并表明真正的一维材料的可能的拓扑相位没有参与的边缘模式。
2022-02-07 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Relativistic quasiparticle self-consistent electronic structure of hybrid halide perovskite photovoltaic absorbers
基于有机金属卤化物钙钛矿CH $_3$ NH $_3$ PbI $_3$的光吸收层的太阳能电池最近已经达到15%的转换效率，尽管这些材料如何工作仍然在很大程度上未知。在准粒子自洽GW近似下分析了电子结构和光学性质。虽然这种化合物与传统的sp半导体有一些相似之处，但它也显示出独特的特性。准粒子自洽性对于精确描述能带结构是必不可少的：带隙比局域密度近似（LDA）或基于LDA的GW预测的要大得多。价带色散以一种非常不寻常的方式被改变。此外，自旋轨道耦合强烈修改的能带结构，并引起非常规的色散关系和Dresselhaus分裂的带边。平均空穴质量很小，这是最近观察到的长扩散长度的原因。表面电离电位（功函数）计算为5.7 eV相对于真空水平，解释有效的载流子转移到TiO $_2$和Au电接触。
2014-04-22 cond-mat.mtrl-sci
Electron transport properties of a narrow-bandgap semiconductor Bi$_2$O$_2$Te nanosheet
采用机械剥离法制备了薄的窄带隙半导体Bi $_2$ O $_2$ Te纳米片，并在重掺杂Si/SiO $_2$衬底上制备了霍尔栅器件，并在低温下进行了研究。栅传输特性的测量表明，在纳米片的传输载流子的$n$型。纳米片中的载流子密度、迁移率和平均自由程通过测量霍尔电阻和霍尔条器件的纵向电阻来确定，并且发现纳米片中的电子输运处于准二维（2D）、强无序状态。在垂直于纳米片平面施加的磁场下的器件的磁输运测量显示出在低场下的主要弱反定域化（WAL）特性和在大场下的线性磁阻（LMR）行为。我们将WAL特性归因于强自旋轨道相互作用（SOI），而LMR归因于纳米片中强无序的经典起源。低场磁导率的测量也进行了分析的基础上的多通道Hikami-Larkin-Nagaoka理论与LMR校正被考虑在内。提取了纳米片中由于LMR引起的相位相干长度、自旋弛豫长度、有效二维导电沟道数和线性项系数。发现Bi $_2$ O $_2$ Te纳米片中的自旋弛豫长度比其对应物Bi $_2$ O $_2$ Se纳米片中的自旋弛豫长度小几倍，因此在Bi $_2$ O $_2$ Te纳米片中存在超强SOI。我们在这项研究中报告的结果将极大地鼓励这种新兴的窄带隙半导体2D材料的进一步研究和应用。
2022-08-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Uniaxial Strain-Induced Electronic Properties Alteration of MoS$_2$ Monolayer
该研究利用第一性原理计算揭示单轴应变对 MoS2 单层带隙、轨道态密度及电子跃迁的调控机制。
2022-01-03 cond-mat.mtrl-sci
Structural, electronic, and optical properties of hexagonal GeSn from density functional theory
University of Konstanz（康斯坦茨大学）；Eötvös Loránd University（罗兰大学）
通过密度泛函理论研究六方GeSn随机合金的结构、电子和光学性质，发现其保持直接带隙并在中红外范围有强带隙弯曲，具有巨量极化各向异性。
2026-09-22 cond-mat.mtrl-sci
Charge tunable structural phase transitions in few-layer tellurium: a step toward building mono-elemental devices
近年来，在一种很有前途的半导体材料--少层碲中，发现了一种类共价的准键。这种准键提供了与典型的Te-Te共价键相当的键长和键强度，这可能导致准键和共价键之间更容易的转化。在这里，我们展示了几个结构相变之间的四个Te同素异形体在电荷掺杂的少层碲。特别地，在Te双层膜中，半导体α相可以转变为带隙更小的β相，甚至更小的γ相，然后是金属δ相。在三层结构中，金属手性α+δ相在初始电子掺杂下更稳定，导致手性的出现。除了电子结构的变化，这些转变伴随着反转中心（α-β，α-γ，α-α+δ），结构各向异性（α-γ，γ-δ）和手性（α-α+δ）的出现或消除，这可能导致光学和其他性质的实质性变化。鉴于此，这项工作为构建单元素电子和光电异质结构或器件开辟了可能性。它还为研究电荷掺杂与电学/光学性质之间的关系提供了平台。
2018-06-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Assessment of GaPSb/Si tandem material association properties for photoelectrochemical cells
在这里，GaP 1-xSbx/Si串联材料协会的结构，电子和光学性质的确定，鉴于其用于太阳能水分解应用。用分子束外延法在Si上生长了不同Sb含量的GaPSb晶体层。结合实验吸收测量和紧束缚（TB）理论计算，在整个Sb范围内确定了GaPSb合金的带隙值和带隙类型。发现在30%Sb含量下发生间接（X-带）到直接（Γ-带）的交叉。特别地，在Sb含量为32%时，GaP 1-xSbx合金达到期望的1.7eV直接带隙，使得能够有效地吸收太阳光，其可以理想地与Si 1.1eV带隙组合。此外，GaP 1-xSbx合金和Si的能带排列相对于水的氧化还原电位水平进行了分析，这表明GaPSb/Si协会是一个有趣的组合，无论是析氢和析氧反应。这些结果为III-V/Si低成本高效率光电化学电池的开发开辟了新的途径。
2020-02-07 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Accurate high-throughput screening of I-II-V 8-electron Half-Heusler compounds for renewable-energy applications
本研究通过第一性原理计算高通量筛选960种I-II-V 8电子半霍斯勒化合物，评估其热电、光电、拓扑绝缘体及透明导体应用潜力，发现多种高性能候选材料。
2019-10-07 cond-mat.mtrl-sci
Thermal Magnetoelectrics in all Inorganic Quasi-Two-Dimensional Halide Perovskites
研究在准二维卤化物(K,Rb)3Mn2Cl7中通过极性-反极性相变实现热控磁电耦合，证明卤化物可作为多铁性器件的新平台。
2023-11-15 cond-mat.mtrl-sci
One-dimensionality of the spin-polarized surface conduction and valence bands of quasi-one-dimensional Bi chains on GaSb(110)-(2$\times$1)
利用传统的（单光子）和双光子角分辨光电子能谱学（ARPES）和理论计算，研究了Bi/GaSb（110）-（2 $\times$ 1）准一维（Q1 D）Bi链表面的表面电子结构及其费米能级上下的一维性（$E_{\rm F}$）. ARPES结果表明，Q1 D电子态是在投影体带隙。双光子ARPES的圆二色性和密度泛函理论计算表明，表面态的自旋和轨道极化与Rashba型SOI的巨大尺寸一致，来自重Bi原子的强烈贡献。在$E_{\rm F}$上方的表面导带形成了一个近似直的恒能轮廓，这表明它适合于进一步研究具有强SOI的一维电子系统。紧束缚模型计算成功地再现了表面能带色散，并预测了60- 100 K温度范围内可能的一维到二维交叉。
2020-06-03 cond-mat.mtrl-sci
Band gaps in pseudopotential self-consistent GW calculations
对于被密度泛函理论错误地预测为金属的材料，必须采用迭代程序以执行GW计算。在本文中，我们测试两个迭代计划的基础上准粒子和赝势近似的一些无机半导体的电子结构是众所周知的实验。仅迭代准粒子能量产生了系统的，但适度高估的带隙，证实了先前对CaB_6和YH_3得出的结论。迭代的准粒子波函数，以及引起之间的不平衡的Hartree和Fock的潜力和结果在更差的协议与实验的带隙。
2005-07-01 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Structural and Electronic Properties of Defective AlN/GaN Hybrid Nanostrutures
由于其广泛的应用前景，原子级薄的二维异质结构引起了人们的广泛关注。在这项工作中，使用第一性原理计算，我们研究了平面AlN/GaN混合异质结的结构和电子特性的存在下，在其界面上的空位。我们的结果表明，一个单一的空位，由铝或镓原子的去除产生，产生类似的电子能带结构的带隙内的局域态。我们还观察到了一个强大的磁性行为。另一方面，氮空位诱导形成具有降低的整体磁化的中间带隙状态。我们还研究了通过卷起这些异质结形成的纳米管。我们观察到，管的曲率并没有显着影响其母AlN/GaN异质结的电子和磁性。对于扶手椅状管，从直接到间接带隙的过渡被观察到作为一个结果，从二维到准一维的改变系统的几何形状。AlN/GaN缺陷晶格所呈现的磁性特征使它们成为开发新的自旋电子技术的良好候选者。
2020-01-28 cond-mat.mtrl-sci
Fractional Dimensional Approach to Dielectric Tuning Effects on Excitonic Parameters in 2D semiconductor materials
本文提出分数维方法，用于在变化介电环境中快速准确计算二维半导体WS₂单层的激子结合能与准粒子带隙，并通过调谐介电常数实现显著能量调控，验证了方法的普适性与高效性。
2024-03-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Tunable properties of excitons in double monolayer semiconductor heterostructures
本文通过切比雪夫多项式展开和连续介质模型，系统研究了带介电间隔层的TMD双层中激子结合能与能量随间隔层宽度和介电常数的可调性质。
2023-05-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Tailoring topological order and π-conjugation to engineer quasi-metallic polymers
拓扑能带理论提供了一个概念框架来预测甚至设计拓扑不同相边界处的稳健金属态。体-边界对应要求两个绝缘体之间的拓扑电子相变必须通过电子能隙的闭合进行。因此，它可以提供一个概念性的解决方案，在π共轭一维聚合物中的金属相的不稳定性。在这项工作中，我们预测和证明，一个聪明的设计和表面合成的聚合物组成的一维线性桥接的聚并苯部分，可以定位所得到的聚合物附近的拓扑过渡，从平凡到一个非平凡的量子相具有非常窄的带隙与间隙零能量边缘状态的拓扑非平凡的阶段。我们还揭示了一维π共轭聚合物的拓扑类与电子变换之间的基本联系。
2019-11-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Tunable Photodetectors via in situ Thermal Conversion of TiS$_3$ to TiO$_2$
在二维材料研究中，氧化通常被认为是电子和光电子器件退化甚至失效的共同原因。然而，在某些情况下，受控氧化可以打开广泛调谐2D材料的能带结构的可能性。特别是，我们证明了三硫化钛（TiS $_3$），层状半导体，最近引起了广泛关注，由于其准一维电子和光电性能和其直接带隙为1.1 eV的控制氧化。将TiS $_3$在空气中加热到300 °C以上，逐渐将其转化为TiO $_2$，这是一种具有3.2 eV宽带隙的半导体，在光电化学和催化方面具有应用。在这项工作中，我们研究了控制热氧化的个别TiS $_3$纳米带和它的光电性能的TiS $_3$为基础的光电探测器的影响。我们观察到一个逐步的变化，在截止波长从其原始值~1000 nm到450 nm后，进行后续的热处理循环的TiS $_3$设备。从头算和多体计算证实，当增加氧的量和减少硫的量时，氧硫化钛（TiO $_{2-x}$ S $_x$）的带隙增加。
2020-06-11 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Low-Frequency Electronic Noise Spectroscopy of Quasi-2D van der Waals Antiferromagnetic Semiconductors
我们研究了低频电流波动，即噪声，在准二维（2D）范德华反铁磁半导体FePS 3的电子带隙为1.5 eV。在不同温度下测量了p型高阻FePS 3薄膜的电学和噪声特性。噪声谱密度是1/f -型在大多数的检查的温度范围内，但揭示了良好定义的洛伦兹凸起，并强烈增加附近的尼尔温度为118 K（f是频率）。有趣的是，噪声谱密度在温度T~200 K时达到最小值，这归因于噪声标度中两种相反趋势的相互作用-一种是半导体，另一种是具有相变的材料。洛伦兹角频率揭示了不寻常的依赖于温度和偏置电压，这表明它们的起源是不同于传统半导体中的产生-复合噪声。所得结果对反铁磁半导体在自旋电子器件中的应用具有重要意义。它们还证明了噪声光谱用于监测各种相变的能力。
2021-04-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Few-layer Tellurium: one-dimensional-like layered elementary semiconductor with striking physical properties
少层碲是一种基本的半导体材料，它继承了黑磷（BP）所提供的大多数惊人的物理性质，并且可以通过简单的基于溶液的方法来可行地合成。它是由非共价结合的平行的Te链，其中共价的功能出现。我们相信，这一特征是先前发现的类共价准键（CLQB）的另一个证明，其中波函数杂化确实发生。这种链间CLQB的强度与链内共价键的强度相当，导致几种Te同素异形体的封闭稳定性。它还在第一布里渊区中引入了从几乎直接0.31 eV（体）到间接1.17 eV（2L）变化的可调谐带隙和四（两）个复杂的、高度各向异性的和层依赖的空穴（电子）袋。它还表现出非常高的空穴迁移率（~10 $^5$ cm $^2$ /Vs）和沿非共价键合方向的强光吸收、几乎各向同性和层依赖的光学性质、超过20%的大的理想强度、比BP更好的环境稳定性以及层间剪切和呼吸模式的力常数的不寻常交叉。这些结果表明，少层碲是一种具有高迁移率、高光吸收、本征各向异性、低成本、带隙可调、环境稳定性好、近直接带隙的半导体材料。这种“一维”的少层Te，与其他几何相似的层状材料一起，可能会促进一个新的层状材料家族的出现。
2017-12-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Kekule' textures, pseudo-spin one Dirac cones and quadratic band crossings in a graphene-hexagonal indium chalcogenide bilayer
利用密度泛函理论计算了六方In_2Te_2单层上单层石墨烯的电子能带结构。在碳六边形的中心处具有In和Te原子的几何配置导致具有20 meV的带隙的凯库勒织构。替代结构，在能量上几乎简并，其中In和Te原子在碳位点的顶部上，其特征在于石墨烯的原始狄拉克锥被重塑的无隙光谱，这取决于石墨烯-铟硫族化物距离，以未加倍的伪自旋一狄拉克锥的形式或在费米能级处的二次带交叉点中。这些电子相窝藏电荷分馏和拓扑莫特绝缘状态的物质。
2014-12-27 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Near-Field Characterisation of Guided Modes in WS2 Nanobeams and Quasi-Bulk Crystals
University of Sheffield（谢菲尔德大学）；Qlibri GmbH（Qlibri有限公司）；Ludwig-Maximilians-Universität München（慕尼黑路德维希-马克西米利安大学）
利用超光谱腔增强成像和散射型扫描近场光学显微镜，实验确定了WS2在可见-近红外边缘的消光系数上下界，并表征了准体块和纳米束波导中TE0、TM0及高阶模的波矢色散和损耗趋势，同时评估了s-SNOM作为各向异性波导诊断工具的可靠性。
2026-07-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Exciton-Driven Renormalization of Quasiparticle Band Structure in Monolayer MoS2
光学激发作为一种强有力的方法来控制层状范德华材料的电子结构，通过多体屏蔽效应，由光激发的自由载流子诱导，或通过光驱动的相干性，如光学斯塔克和布洛赫-西格特效应。虽然理论工作也指出了一种通过束缚电子-空穴对（激子）中的激子相关性使能带结构重整化的奇特机制，但这种激子驱动的能带重整化及其全部意义的实验观察仍然缺乏，这主要是由于光学探针的限制和屏蔽效应的影响。在这里，通过使用极紫外时间分辨角分辨光电子能谱与激子多体理论计算一起，我们直接揭开了单层半导体中激子关联驱动的能带重整化效应。我们发现了一个令人惊讶的带隙开放，增加了40毫电子伏，并同时增强带的有效质量。我们的研究结果揭示了光激发半导体材料中带工程的新颖激子驱动机制，开辟了一个新的操场，通过光学控制激子多体关联来操纵层状量子材料中的瞬态能态。
2022-05-12 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Isolating the Nonlinear Optical Response of a MoS$_2$ Monolayer under Extreme Screening of a Metal Substrate
本研究利用偏振控制FS-SFG技术分离出MoS₂/Au结中MoS₂单层的非线性光学响应，观测到无激子特征的线性光谱，得到约1.65±0.20eV的准粒子带隙，为极端屏蔽下二维半导体研究及光催化应用提供参考。
2023-10-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Probing Excitonic Dark States in Single-layer Tungsten Disulfide
过渡金属二硫属化物（transition metal dichalcogenide，TMDC）单层膜是近年来发展起来的一种重要的二维半导体材料，在电子和光电子器件方面具有广阔的应用前景。与半金属石墨烯不同，层状TMDC具有相当大的带隙。更有趣的是，当减薄到单层时，TMDC从间接带隙转变为直接带隙半导体，表现出许多有趣的光学现象，如谷选择性圆二色性，掺杂依赖的带电激子和强光电流响应。然而，这种强烈的光-物质相互作用的基本机制仍在深入研究中。观察到的光学共振最初被认为是带间跃迁。相比之下，第一性原理计算预测了一个更大的准粒子带隙尺寸和光学响应，是由激子效应为主。在这里，我们报告的激子占主导地位的机制，发现了一系列激子暗态的单层WS2使用双光子激发光谱的实验证据。结合GW-BSE理论，我们发现这些激子本质上是Wannier激子，但具有非常大的结合能（~0.7 eV），导致准粒子带隙为2.7 eV。这些强束缚激子态即使在室温下也是稳定的。我们揭示了一个激子系列显着偏离氢模型，与一个新的逆能量依赖于轨道角动量。实验发现这些激子能级对环境扰动是鲁棒的。激子暗态和超大结合能的发现不仅揭示了二维带隙系统中多电子效应的重要性，而且为TMDC单层及其异质结构的器件应用提供了令人兴奋的潜力。
2014-03-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
