Out-of-plane structural flexibility of phosphorene
磷烯最近被重新发现，确立了自己作为一个最有前途的二维V族元素单分子膜直接带隙，高载流子迁移率，和各向异性的电子性能。本文采用分子动力学模拟和密度泛函理论计算相结合的方法，研究了磷烯的屈曲及其对电子性质的影响.我们发现磷烯在扶手椅方向上表现出优越的面外结构柔性，这使得可以形成大曲率屈曲，而在锯齿方向上的屈曲将破坏其结构完整性。半导体和直接带隙的性质被保留与屈曲沿扶手椅方向;带隙减小，并转变为一个间接带隙与屈曲沿Z字形方向。沿着扶手椅方向的结构柔性和电子鲁棒性有助于制造具有复杂形状的器件，例如折叠的磷烯和磷烯纳米卷，从而为磷烯在柔性电子和光电子学中的应用提供了新的可能性。
2015-09-06 cond-mat.mtrl-sci
Inconsistencies in the Electronic Properties of Phosphorene Nanotubes: New Insights from Large-Scale DFT Calculations
与最近的报道相反，我们表明磷烯纳米管的电子性质是令人惊讶的丰富和复杂得多，比以前假设的。我们发现，所有的磷烯纳米管表现出复杂的直接到间接的带隙转变的纳米管直径减小-一个独特的属性没有在任何先前的研究中确定（声称直接或间接带隙），我们发现与大规模DFT计算。我们解决这些以前的不一致的轨道相互作用的详细分析，这表明，与减少纳米管直径的应变导致从直接过渡到间接的带隙的所有磷烯纳米管。我们表明，我们的研究结果是完全一般的，广泛的计算在几个交换相关泛函验证了我们的结论。最重要的是，我们的研究结果和分析解决了一个长期存在的问题，磷纳米管的电子特性，并带来关闭以前在这些独特的纳米结构相互矛盾的发现。
2018-03-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Black phosphorene tune electronic properties via directional C-doped
通过替代式碳掺杂，研究了黑磷烯的结构、电子、输运等性质的调谐。我们采用密度泛函理论（DFT）计算结合非平衡格林函数（NEGF）的系统建模。我们的研究结果表明，取代的C掺杂磷烯是能量有利的，并由放热过程。我们还发现，C掺杂诱导的电性能的变化，如一个超导体到金属的转变为最低浓度和锯齿形的C线。此外，对于扶手椅C线和最高浓度的半导体特性保持，同时观察到带隙性质的直接到间接的转变。最后，我们发现，存在的依赖性的电子输运与方向性的C掺杂配置，并通过施加的栅极电压控制本地电流概率的可能性。碳掺杂磷烯的研究结果表明，在二维平台上，方向对电导起作用。
2019-11-28 cond-mat.mtrl-sci
Large phosphorene in-plane contraction induced by interlayer interactions in graphene-phosphorene heterostructures
范德华（vdW）异质结构中的层内变形通常被认为是可以忽略不计的，由于层之间的相互作用的弱性质，特别是当界面被发现不相干。本文采用密度泛函理论研究了石墨烯-磷烯vdw异质结构。通过考虑巨正则系综中的不同能量，替代形成能，以考虑不同层的失配弹性贡献，绕过了在DFT中处理几乎不相称（非常大）的超晶胞的挑战。在所研究的异质结构中，发现磷烯在扶手椅方向上与其独立形式相比收缩约4%。这种大的收缩导致重要的电子性质的变化，磷烯的直接电子光学跃迁成为间接在特定的vdw-异质结构。更一般地，这种收缩表明在支撑或封装的磷烯中的强基底效应-迄今为止被忽视-并且为在这种2D晶体中的基底控制的应力电子铺平了道路。此外，这些VDW异质结的稳定性作为层之间的旋转角的函数和作为堆叠组合物的函数进行了研究。石墨烯和磷烯的特定结晶方向的排列被发现积极有利。并行，几个模型的DFT估计量的基础上，它们允许特别是更好地了解全球相互适应的二维材料在其相应的接口，这是预测为不可忽略的，即使在不相称的接口的情况下。
2018-01-23 cond-mat.mtrl-sci
Semiconductor to metal transition in bilayer phosphorene under normal compressive strain
磷烯是黑磷的二维类似物，由于其高载流子迁移率和可调的带隙，近年来受到了极大的关注。到目前为止，可调谐性已被预测获得非常高的压缩/拉伸面内应变，和垂直电场，这是很难实现的实验。在这里，我们使用密度泛函理论为基础的计算调整电子性能的可能性，通过施加正常的压缩应变在双层磷烯。在$\sim13.35\%$应变下观察到了完全可逆的半导体-金属相变，这在实验上很容易实现。此外，在$\sim3\%$应变下还观察到直接到间接的带隙转变，这是该材料中独特带隙调制图案的特征。声子谱中没有负频率作为应变的函数，表明在相对较高的应变范围内片的结构完整性。载流子迁移率和有效质量也不会随着应变而显著变化，从而保持输运性质几乎不变。这种固有的电子性质的可调谐性，而不影响磷烯片的优异的传输性能，预计将铺平道路，为进一步的基础研究，导致磷烯为基础的多物理设备。
2014-12-30 cond-mat.mtrl-sci
Exciton binding energies and luminescence of phosphorene under pressure
磷烯的光学响应可以通过施加适度的单轴压缩而逐渐改变，因为材料经历到间接带隙半导体的转变，并最终转变为半金属。应变不仅调谐价带和导带局部极值之间的间隙，而且调谐有效质量，从而调谐激子各向异性和结合强度。在这篇文章中，我们从理论的角度考虑如何激子的稳定性和由此产生的发光能量的单轴应变下的演变。我们发现，激子的结合能可以是大到0.87 eV在真空中为5%的横向应变，其中最高的二维材料。此外，发光峰的大位移及其与应变的线性关系表明，它可以用来直接探测单层的应变状态。
2015-02-09 cond-mat.mtrl-sci
Direct Band Gaps in Group IV-VI Monolayer Materials: Binary Counterparts of Phosphorene
本文采用基于密度泛函理论的电子结构计算方法，对磷烯的对应物Ⅳ-Ⅵ族二元单分子膜（XY）的几何、能量和电子性质进行了系统的研究。为此，我们选择了由相同数量的第IV族元素（X = C，Si，Ge，Sn）和第VI族元素（Y = O，S，Se，Te）组成的二元系统XY，它们具有三种几何构型，即褶皱结构、屈曲结构和平面结构。结合能的计算结果表明，所研究的所有二元体系都是能量稳定的。结果表明，与磷烯类似的褶皱结构是能量最稳定的几何构型。我们的电子能带结构的结果预测，起皱的SiO和CSe是直接带半导体的间隙为1.449和0.905 eV，分别。CSe的能带结构与磷烯非常相似。其余的IV-VI族二元单分子膜在起皱的配置和所有的屈曲单分子膜也是半导体，但间接带隙。重要的是，我们发现，间接和直接带隙之间的差异是非常小的许多起皱的单分子膜。因此，有可能通过适当的外部影响使这些系统经历从间接带隙半导体状态到直接带隙半导体状态的转变。实际上，我们在本工作中表明，七个二元单层，即SnS，SiSe，GeSe，SnSe，SiTe，GeTe和SnTe，当它们受到小的机械应变（<= 3%）时，成为直接带隙半导体。这使得本工作中研究的16个二元单层中有9个是直接带隙半导体。因此，有可能在未来的发光二极管和太阳能电池中利用磷烯的这些二元对应物。
2016-03-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Arsenene: Two-dimensional buckled and puckered honeycomb arsenic systems
近年来，人们在实验室中制备出了一种具有单层蜂窝状结构的黑磷，并引起了人们越来越多的关注。本文基于第一性原理计算研究了砷体系蜂窝结构的稳定性和电子性质。两种类型的蜂窝结构，屈曲和起皱，被发现是稳定的。我们称它们为砷烯，就像磷烯一样。我们发现，无论是屈曲和起皱的砷烯具有间接的差距。我们发现，带隙的起皱和屈曲的砷烯可以通过施加应变调谐。在6%的应变时，起皱的砷烯的间隙闭合，其中最近的邻居之间的键角变得几乎相等。通过施加应变发生间接到直接的间隙转变。特别是，1%的应变就足以将褶皱的砷烯转变为直接带隙半导体。我们的研究结果将为发光二极管和太阳能电池的应用铺平道路。
2014-10-20 cond-mat.mtrl-sci
New ground states of fluorinated and oxidized phosphorene: structural and electronic properties
我们系统地探讨了单层黑色磷烯通过氧和氟原子的化学吸附的化学功能化。利用团簇展开技术，随着吸附质浓度的变化，我们确定了具有新颖的化学和电子性质的基态，同时考虑了单面和双面化学吸附。带隙的性质取决于吸附物的浓度：对于氧化，直接带隙首先减小，然后随着氧化的增加而增加，同时变得间接，而对于氧化，带隙首先增加，然后减小，同时大部分保持其直接性质。此外，我们发现电子和空穴的独特各向异性自由载流子有效质量可以通过受控的化学吸附而改变甚至旋转90度，这对于探索不寻常的量子霍尔效应和新型电子器件非常有用基于磷烯的器件。
2016-03-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Chemical modifications and stability of phosphorene with impurities: A first principles study
我们进行了系统的第一性原理研究磷烯在典型的单价（氢，氟）和二价（氧）杂质的存在下。我们的模拟结果表明，磷烯分解成弱键的一维（1D）链后，单面和双面氢化和氢化。尽管一个相当大的准粒子带隙（2.29 eV），完全氢化磷烯被发现是动态不稳定的。相比之下，磷烯的完全吸收产生稳定的结构，是带隙为2.27 eV的间接带隙半导体。我们还表明，从气相中的磷烯是显着更有可能比氢化，由于相对较低的能量势垒的解离吸附的F2（0.19 eV）相比，H2（2.54 eV）。在低浓度下，单价杂质倾向于形成规则的原子行磷烯，尽管由于高迁移势垒（H2和F2分别为1.09和2.81 eV），这种模式似乎不容易实现。磷烯的氧化被证明是一个性质不同的过程。特别是，我们观察到磷烯氧化后的不稳定性，导致在高浓度的杂质下形成无序的无定形结构。
2015-04-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
GeP3: A small indirect band gap 2D crystal with high carrier mobility and strong interlayer quantum confinement
我们提出了一个二维的晶体，具有低的间接带隙0.55 eV（单层）和0.43 eV（双层）和高载流子迁移率类似的磷烯：GeP 3。GeP 3具有稳定的三维层状体对应物，其是金属的，并且自1970年以来从实验中已知。它有一个小的分裂能量，这表明剥离散装材料作为可行的手段，用于制备单层和少层材料。该材料显示出强烈的层间量子限制效应，导致带隙从单层减小到双层，然后到双层和三层之间的半导体-金属过渡。在双轴应变下，间接带隙可以转变为直接带隙。预测单层和双层在~600至1400 nm的光谱范围内具有明显的光吸收，并有望在光化学中应用。
2017-01-31 cond-mat.mtrl-sci
Influence of Edge Functionalization on Electronic and Optical Properties of Armchair Phosphorene Nanoribbons: a First-Principles Study
在这项工作中，我们提出了一个系统的第一性原理密度泛函理论为基础的研究的几何形状，电子结构和光学性质的扶手椅型磷烯纳米带（APNR），目的是了解边缘钝化的影响。考虑宽度范围从0.33 nm至3.8 nm的带，其边缘用基团H、OH、F、Cl、S和Se官能化。优化了各种APNR的几何构型，并通过计算它们的形成能来检查其稳定性。利用弛豫几何结构，计算了它们的能带结构和光学性质。如所预期的，原始APNR表现出显著的边缘重构，使它们成为间接带隙半导体，除了观察到直接带隙的一个宽度{ \normalsize{}（$N=5$，其中$N$是宽度参数）}。边缘钝化的APNR被发现是直接带隙半导体，带隙在$Γ$ -点，在这项工作中考虑的所有官能团。为了获得带隙的准确估计，还使用HSE 06混合泛函对几个APNR进行了计算。我们的计算表明，官能团对窄APNR的带隙和光学性质有显着的影响。对于较宽的钝化带，随着带宽的增加，带隙收敛到几乎相同的值，与组无关。我们还进行了计算，包括自旋轨道耦合（SOC）的氢钝化APNR与$N=5$和11。我们发现SOC对所研究的APNR的能带结构没有显著的影响。然而，对于较宽的APNR，在超过5eV的光学吸收光谱中观察到峰强度的降低。
2020-06-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Electronic, transport and optical properties of monolayer $α$ and $β-$GeSe: A first-principles study
黑色磷烯的特殊性质和新颖的应用引起了人们对IV族单硫族化合物的研究兴趣。在这里，使用第一性原理计算，我们系统地研究单层$α-$和$β-$ GeSe的电子，传输和光学性质，后者是最近实验实现的。结果表明，单层$α-$ GeSe是直接带隙为1.6 eV的半导体，单层$β-$ GeSe是间接带隙为2.47 eV的半导体.对于单层$β-$ GeSe，电子/空穴传输是各向异性的，具有沿Z字形方向的7.84 $\times10^4$ $cm^2/V\cdot {s}$的极高电子迁移率，与黑色磷烯相当。此外，对于$β-$ GeSe，观察到几乎与沿Z字形方向施加的拉伸应变无关的鲁棒带隙。单层$α-$和$β-$ GeSe在可见光谱中都表现出各向异性的光吸收。
2017-04-11 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Effect of one-dimensional superlattice potentials on the band gap of two-dimensional materials
利用紧束缚方法，我们分析了一维超晶格（1DSL）势对黑色磷烯和过渡金属二硫属化合物电子结构的影响。我们观察到1DSL势导致二维（2D）材料的能带隙减小。提出了一个分析模型，将直接带隙的减小与二维材料的价带顶和导带底之间的不同轨道特性联系起来。直接到间接的间隙转变，发生在1DSL势与不等的势垒宽度，也进行了讨论。
2017-05-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
