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
Towards Air Stability of Ultra-Thin GaSe Devices: Avoiding Environmental and Laser-Induced Degradation by Encapsulation
硒化镓（GaSe）是一种新型的二维材料，属于III-VIA层状半导体家族，由于其在室温下具有单光子发射和强的光学非线性，近年来引起了人们的关注。尽管如此，少层GaSe在环境条件下是不稳定的，并且它倾向于随着时间的推移而退化。在这里，我们结合原子力显微镜，拉曼光谱和光电测量的光电探测器的基础上薄GaSe研究其长期稳定性。我们发现，暴露于空气中的GaSe薄片倾向于分解，首先形成无定形硒和Ga 2Se 3，随后形成Ga 2 O3。虽然第一阶段伴随着光电流的增加，但在第二阶段中，我们观察到光电流的减少，这导致了GaSe光电探测器的最终失效。此外，我们发现用六方氮化硼（h-BN）封装GaSe光电探测器可以保护GaSe免受退化，并且可以帮助实现器件的长期稳定性。
2018-10-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Interfacial control of hot-carrier extraction and photostability in two-dimensional materials
Stanford University（斯坦福大学）；SLAC National Accelerator Laboratory（SLAC国家加速器实验室）；TU Vienna（维也纳工业大学）
研究通过THz发射光谱探测二维WS₂在不同界面下的载流子动力学，发现粗糙Au界面产生更大的光电流，揭示了界面设计对性能和稳定性的重要性。
2026-05-08 cond-mat.mtrl-sci
Revealing the Competing Contributions of Charge Carriers, Excitons, and Defects to the Non-Equilibrium Optical Properties of ZnO
由于其宽的带隙和高的载流子迁移率，ZnO是一种有吸引力的材料，用于光捕获和光电应用。然而，它的功能效率，是强烈的影响缺陷相关的间隙状态，打开外在的衰减通道和修改弛豫时间尺度。因此，几乎每个ZnO样品的行为都不同，导致无法重现甚至相互矛盾的观察结果。在这里，一组互补的时间分辨光谱被施加到两个不同的缺陷密度的ZnO样品解开的竞争贡献的载流子，激子，和缺陷的非平衡动力学光激发后：时间分辨光致发光，激发态传输，和电子和频产生。值得注意的是，缺陷影响ZnO的瞬态光学性质跨越超过八个数量级的时间，开始与正常占用的缺陷状态的飞秒时间尺度上的光耗尽，然后由竞争的自由激子发射和激子捕获在缺陷的位置在皮秒内，缺陷束缚和自由激子的纳秒时间尺度上的光致发光，并深深地被困的孔微秒的寿命。这些发现不仅提供了ZnO中电荷和激子弛豫途径的第一个全面的图像，而且还揭示了这种具有挑战性的材料中先前相互矛盾的观察结果的微观起源，从而提供了克服困难的方法。
2019-04-15 cond-mat.mtrl-sci
Disentangling the origin of degradation in perovskite solar cells via optical imaging and Bayesian inference
University of Oxford（牛津大学）；University of Sheffield（谢菲尔德大学）；The Hong Kong University of Science and Technology（香港科技大学）
结合光致发光成像与漂移扩散模拟，利用贝叶斯推断生成重组参数图，区分降解发生在空穴/电子传输层界面或体相，并验证氨基硅烷钝化处理抑制界面降解。
2026-06-12 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Influence of Perfluorinated Ionomer in PEDOT:PSS on the Rectification and Degradation of Organic Photovoltaic Cells
聚（3，4-乙烯二氧噻吩）：聚（苯乙烯磺酸盐）（PEDOT：PSS）广泛用于构建光电子器件。然而，作为一种吸湿的水基酸性材料，它带来了稳定性和降解的主要问题，导致在有机光伏（OPV）器件中取代它的努力。在这项工作中，我们专注于全氟离聚物（PFI）聚合物添加剂PEDOT：PSS。我们证明，它可以降低OPV器件老化的相对幅度，并找到两个不同的制度的影响。在低浓度下，对润湿和功函数有微妙的影响，例如，对器件特性有不利影响，并且在阈值以上，它会改变电子和器件特性。PFI浓度大于或等于PSS浓度时，导电聚合物中出现突变阈值，并通过监测透射率、形貌、功函数、润湿性和OPV器件特性的变化来揭示。低于该PFI浓度阈值，基于聚（3-己基噻吩-2，5-二基）：[6，6]-苯基-C61-丁酸甲酯（P3 HT：PCBM）的OPV的功率转换效率（PCE）在很大程度上受到由于差的电荷提取引起的低填充因子的损害。在PFI浓度阈值以上，我们在PCE被改善超过原始的基于PEDOT：PSS层的OPV器件之前恢复PCE。作为性能增强的补充，PFI提高了OPV器件的稳定性和寿命。我们的降解研究得出的结论是，PFI防止水扩散到吸湿性PEDOT：PSS层和从吸湿性PEDOT：PSS层扩散，这减缓了PEDOT：PSS层和铝电极的劣化。这些发现揭示了在开发抑制OPV降解的成分时应考虑的机制和机会。
2018-07-27 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
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
Time-domain observation of interlayer exciton formation and thermalization in a MoSe$_2$/WSe$_2$ heterostructure
本文利用超快瞬态吸收光谱同时捕获了MoSe$_2$/WSe$_2$异质结中的层间电荷转移与层间激子形成动力学，发现激子形成比电荷转移慢近一个数量级，该延迟源于声子辅助级联、冷却过程与波函数重叠的相互作用，揭示了TMD光电器件高效光电流生成的机制。
2023-04-07 cond-mat.mtrl-sci
Mitigation of Delamination of Epitaxial Large-Area Boron Nitride for Semiconductor Processing
针对外延六方氮化硼在湿法光刻中易剥离和折叠的问题，提出受控剥离与再沉积方法，实现多步光刻并保持材料本征特性，推动其半导体集成应用。
2025-01-30 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Tracing Ion Migration in Halide Perovskites with Machine Learned Force Fields
针对卤化物钙钛矿器件中带电缺陷迁移引发的性能问题，研究以CsPbI₃为对象训练机器学习力场，模拟不同电荷态卤化物缺陷的扩散特性，明确了各类缺陷的迁移速率差异。
2025-05-19 cond-mat.mtrl-sci
Exciton Energy Routing via Defect Networks in hBN/2D-Perovskite Hybrids
Kiel University（基尔大学）；Tarbiat Modares University（塔比阿特·莫达雷斯大学）；University of Stuttgart（斯图加特大学）；University of Tehran（德黑兰大学）
该研究利用阴极发光光谱证明在hBN与二维Ruddlesden-Popper钙钛矿异质结构中，激子通过耦合hBN缺陷中心及缺陷间相互作用实现最远150微米的超长距离能量转移，并提升发光性能，为室温激子器件开辟新途径。
2025-08-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Direct Growth of Graphene on Flexible Substrates Towards Flexible Electronics: A Promising Perspective
石墨烯由于其优异的导电性、机械强度、热稳定性等特性，最近引起了人们的极大兴趣。石墨烯基器件在柔性电子、光电子和能量收集方面具有很高的应用潜力。在本文中，我们回顾了各种生长策略，包括金属催化的无转移生长和柔性绝缘衬底上的石墨烯的直接生长，这是主要的问题，以避免复杂的转移过程，导致石墨烯缺陷，残留物，撕裂和性能下降的功能器件。讨论了直接生长石墨烯在实际应用中的最新进展。最后，讨论了直接生长石墨烯商业化的几个重要方向、挑战和前景。
2018-08-03 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph physics.soc-ph
Ultrafast Charge Transfer at a Quantum Dot/2D Materials Interface Probed by Second Harmonic Generation
混合量子点/过渡金属二硫属化物（TMD）异质结构是下一代光电子器件的重要组成部分，它利用了量子点的光谱可调谐性和TMD的电荷和激子输运特性。在这里，我们证明了可调的电子耦合之间的CdSe量子点和单层WS $_2$使用可变长度的烷乙氧基配体的量子点表面。利用飞秒时间分辨二次谐波发生（SHG）显微镜，我们表明，电子转移从光激发的CdSe量子点到单层WS $_2$发生在超快（50 fs - 1 ps）的时间尺度。此外，在表现出最快的电荷转移速率（$\leq$ 50 fs）的样品中，我们观察到对应于施主QD的声学声子模式的时域信号中的振荡，其相干地调制下面的WS $_2$层的SHG响应。这些结果揭示了令人惊讶的强电子耦合在QD/TMD界面，并证明了有用的时间分辨的SHG探索超快电子振动动力学TMD异质结构。
2018-06-11 cond-mat.mtrl-sci
Chemically Tailoring Semiconducting Two-Dimensional Transition Metal Dichalcogenides and Black Phosphorus
二维（2D）半导体过渡金属二硫属化物（TMDC）和黑磷（BP）在几层限制下具有有益的电子、光学和物理性质。作为原子级薄的材料，2D TMDCs和BP对它们的环境和化学修饰高度敏感，导致它们的性质对衬底效应、本征缺陷和非本征吸附物的强烈依赖。此外，将2D半导体集成到电子和光电子器件中在金属-半导体和介电-半导体界面处引入了独特的挑战。在这里，我们回顾了新兴的努力，了解和利用化学效应影响二维TMDC和BP的属性。在某些情况下，表面化学会导致显著的降解，因此需要开发稳健的钝化方案。另一方面，适当设计的化学改性可用于有利地定制电子性质，例如控制掺杂水平和载流子浓度。总的来说，化学方法允许2D TMDC和BP的性质的实质性可调性，从而使未来有机会优化器件应用的性能。
2016-03-28 cond-mat.mtrl-sci
Wafer-scale arrayed p-n junctions based on few-layer epitaxial GaTe
二维（2D）材料以其柔性、透明和高度可调谐的优越性在电子和光电子应用中引起了极大的关注。无间隙石墨烯表现出超宽带和快速的光响应，而2D半导体MoS 2和GaTe则对可见光具有高灵敏度和可调响应性。然而，器件的良率和可重复性要求进一步改进2D材料以呈现大规模的均匀性。在这里，我们报告了一个逐层生长的晶圆级碲化镓的空穴迁移率为28.4厘米2/Vs的分子束外延。阵列式pn结是在3英寸硅片上直接生长少层GaTe而形成的。结果表明，该器件具有良好的整流特性和光响应特性，最大光响应度为2.74A/W，光伏外量子效率高达62%。光电流达到饱和的速度足以捕获22 μs的时间常数，并且在137万次操作循环后没有显示出器件退化的迹象。最引人注目的是，这种高性能已经在整个晶圆上实现，使器件的批量生产成为可能。最后，利用GaTe/Si光电二极管获得了几幅具有合理对比度和空间分辨率的光图像，首次展示了将二维材料与硅技术集成在新型光电子器件中的潜力。
2016-01-11 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Imaging real-time amorphization of hybrid perovskite solar cells under electrical biasing
近年来，由于其创世界纪录的光伏性能，Percent太阳能电池引起了人们的广泛关注。尽管它在串联应用和柔性器件中有很好的应用前景，但它的实用性仍然受到其结构不稳定性的限制，这些不稳定性通常由离子迁移和缺陷形成引起。虽然人们普遍认为离子不稳定性是降解的主要原因，但仍然缺乏原子尺度上结构转变的直接证据。这样的理解对于评估和确定这种不稳定性是如何相对于外部扰动（如照明或电偏压）随时间变化而引起的至关重要，使研究人员能够设计有效的策略来减轻它们。在这里，我们设计了一个原位TEM装置，使实时观察的非晶化在双阳离子混合钙钛矿材料的电偏压下，在1 V。它被发现，非晶化发生沿（001）和（002）平面，这代表观察的钙钛矿晶体的原位小面依赖非晶化。为了逆转退化，样品在50 ℃下加热，发现重结晶，有效地恢复其性能损失。这项工作对于理解基本的离子迁移现象和解决钙钛矿光电子学的不稳定性挑战至关重要。
2020-10-23 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Imaging Light-Induced Migration of Dislocations in Halide Perovskites with 3D Nanoscale Strain Mapping
本文利用同步辐射布拉格相干衍射成像对卤化物钙钛矿微晶进行三维纳米尺度应变成像，原位观测到连续光照下位错迁移数百纳米，并将高位错密度和纳米尺度应变与材料退化及光电性能下降相关联，揭示了扩展缺陷和应变对器件性能与稳定性的直接影响。
2023-04-19 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
What Happens at Surfaces and Grain Boundaries of Halide Perovskites: Insights from Reactive Molecular Dynamics Simulations of CsPbI$_{3}$
Eindhoven University of Technology（埃因霍温理工大学）；Pennsylvania State University（宾夕法尼亚州立大学）
研究通过反应分子动力学模拟探讨了卤化物钙钛矿表面和晶界缺陷对稳定性的影响，发现表面降解机制及晶界对稳定性的调节作用。
2022-08-29 cond-mat.mtrl-sci
Determination of Energetic Positions of Electronic States and the Exciton Dynamics in a pi-Expanded N-Heterotriangulene Derivative Adsorbed on Au(111)
本研究通过双光子光电子能谱定量确定了吸附于Au(111)上的N-杂三聚茚衍生物的能级位置，测得输运带隙3.20 eV、光学带隙2.58 eV及激子结合能0.62 eV，并首次揭示了其飞秒至皮秒尺度的激子动力学。
2024-03-14 cond-mat.mtrl-sci
Probing Charge Dynamics in Amorphous Oxide Semiconductors by Time-of-flight Microwave Impedance Microscopy
采用微波阻抗显微镜在a-IGZO器件上进行飞行时间实验，揭示了电荷输运的时空动力学及两种共存传导机制的竞争，对透明柔性电子学具有重要意义。
2024-11-16 cond-mat.mtrl-sci
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
Resonant states and nuclear dynamics in solid-state systems: the case of silicon-hydrogen bond dissociation
University of California, Santa Barbara（加州大学圣塔芭芭拉分校）；Technische Universität Wien（维也纳工业大学）；Samsung Research America（三星研究美国）
本文提出了一种非绝热方法，用于研究硅-氢键解离过程，揭示了激发态势能对键断裂的关键作用。
2025-11-29 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph quant-ph
