Low-frequency interlayer phonon dynamics and photoinduced terahertz absorption in black phosphorus
该研究利用太赫兹光谱揭示黑磷的低频层间声子模式及其非谐耦合特性，发现光激发下太赫兹吸收显著增强，为理解黑磷多体物理提供了重要依据。
2025-09-05 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Observation of Low-frequency Interlayer Breathing Modes in Few-layer Black Phosphorus
黑磷（BP）作为一种新型的二维层状材料，在纳米电子学和纳米光电子学领域具有广阔的应用前景。我们利用拉曼光谱和第一性原理首次报道了我们在少层BP中与低频（LF）层间呼吸模式（<100 cm-1）相关的发现。通过对激光偏振依赖性的研究和群论分析，将呼吸模归属于Ag对称性。与高频（HF）拉曼模式相比，LF呼吸模式对层间耦合更敏感，因此它们的频率显示出更强的层数依赖性。因此，它们可以被用作探测少层BP的晶体取向和厚度的有效手段。此外，温度依赖性的研究表明，呼吸模式具有谐波行为，与HF拉曼模式，这是已知的表现出非谐性。
2015-02-27 cond-mat.mtrl-sci
A Gaussian Treatment for the Friction Issue of Lennard-Jones Potential in Layered Materials: Application to Friction between Graphene, MoS2 and Black Phosphorus
Lennard-Jones势被广泛用于描述石墨烯等层状材料中的层间相互作用。然而，众所周知，这种潜力大大低估了层状材料的摩擦性能。在这里，我们建议补充的Lennard-Jones潜在的高斯型的潜力，这使得更准确的计算二维层状材料的摩擦性能。此外，高斯势在计算上是简单的，因为它只引入了一个附加的势参数，该参数由层状结构中的层间剪切模式确定。将所得的Lennard-Jones-Gaussian势应用于计算石墨烯、MoS 2、黑磷及其异质结构的层间结合能和摩擦能。
2015-01-09 cond-mat.mtrl-sci
Interlayer electronic hybridization leads to exceptional thickness-dependent vibrational properties in few-layer black phosphorus
将二维（2D）材料堆叠成多层或异质结构，称为范德华（vdW）外延，是根据需求调整其特性的基本自由度。少层黑磷（FLBP）是一种具有高潜力的纳米和光电子应用材料，似乎具有比石墨烯和其他2D系统更强的层间耦合。事实上，这些耦合引起了人们的疑问，FLBP的堆叠是否只能由VDW相互作用来控制，这对外延和性能改进至关重要。在这里，我们进行的FLBP，直接反映其层间耦合的振动特性的理论研究，通过讨论六个拉曼可观察的声子，包括三个光学，呼吸，和两个剪切模式。随着样品厚度的增加，我们发现每个光学模式的频率的异常红移，但扶手椅剪切模式的蓝移。我们的计算还显示分裂的声子分支，由于异常的表面现象，和强的声子-声子耦合。通过计算单轴应力效应，原子间的力常数，和电子密度，我们提供了一个令人信服的证明，这些属性是强大的和高度定向层间相互作用的结果所产生的电子杂交的孤电子对FLBP，而不是从VDW相互作用。这种特殊的层间耦合机制控制BP层的堆叠稳定性，从而打开了一个新的途径，超越了VDW外延理解的二维异质结构的设计。
2015-04-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Ultralow-frequency collective compression mode and strong interlayer coupling in multilayer black phosphorus
黑磷（BP）作为一种二维2D层状材料的最近复兴，在其可调的电子带隙和高度各向异性的输运特性，为器件应用提供了新的机会，产生了巨大的兴趣。许多这些杰出的性能归因于其独特的结构特征，仍然需要阐明。在这里，我们展示了拉曼测量，揭示了超低频集体压缩模式（CCM），这在类似的2D分层材料中是前所未有的。这种新的CCM表明，异常强的层间耦合BP，这是定量支持的声子频率分析和第一性原理计算。此外，CCM和低频拉曼模式的另一个分支随着层数的变化而敏感地移动，从而可以精确确定高达数十个原子层的厚度，这比以前通过使用高频拉曼模式实现的厚度高得多。这些结果提供了基本的见解和实用的工具，探索多层BP在新的设备应用。
2015-06-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Strain-tunable van der Waals interactions in few-layer black phosphorus
二维材料中的层间相互作用，也称为范德华（vdWs）相互作用，在层状材料的物理性质中起着关键作用。操纵vdWs相互作用，从而“重新定义”材料性质是令人着迷的。在这里，我们证明了面内双轴应变可以有效地调整厚度为2-10层的几层黑磷的vdWs相互作用，使用红外光谱。令人惊讶的是，我们的研究结果表明，面内拉伸应变有效地削弱了层间耦合，即使样品在垂直方向上收缩，由于泊松效应，在一个人的直觉形成鲜明对比。此外，密度泛函理论（DFT）计算进一步证实了我们的观察，并指出了一个主要的作用，起皱的晶格结构。我们的研究强调了在外部物理扰动过程中，2D材料中vdWs相互作用所发挥的重要作用。
2019-06-05 cond-mat.mtrl-sci
Unified understanding to the rich electronic-structure evolutions of 2D black phosphorus under pressure
本文提出以层间准键合与层内化学键合的竞争及四能级相互作用模型，统一解释少层黑磷在压力下带隙非单调变化等电子结构演化。
2024-03-02 cond-mat.mtrl-sci
Lithium intercalation drives remarkable mechanical properties deterioration in bulk and single-layered phosphorus: A first-principles study
在锂离子电池的机械设计中，了解电极材料在嵌锂过程中力学性能的变化，对于提高锂离子电池的可靠性和安全性至关重要。本文采用第一性原理计算研究了体相和单层磷在嵌锂过程中的力学性质。结果表明，磷的体相和层状结构的杨氏模量与嵌锂量密切相关。无论是在体相还是单层磷中，嵌锂后的机械承载能力（如临界应变和应力）都显著降低数倍，这可能会降低锂离子电池的可靠性。我们的研究结果表明，在锂离子电池的机械设计中应仔细考虑这种显着的机械性能劣化，以保持它们在充放电过程中可靠和安全地工作。
2019-07-25 cond-mat.mtrl-sci
Topological Protected Dirac Cones in Compressed Bulk Black Phosphorus
使用k.p理论和第一性原理模拟，我们报告说，对黑磷施加中等压力（> 0.6 GPa）可以减小其带隙，并产生一维甚至二维（2D）狄拉克锥，使这种材料在新型非化合物拓扑绝缘体中脱颖而出。类似于拓扑绝缘体，这些二维狄拉克锥由两种竞争机制产生：独特的线性能带色散倾向于通过“伪自旋轨道”耦合打开带隙，而能带对称性要求保留材料的无带隙光谱。此外，这些独特的狄拉克锥是不需要时间反演对称性的体态，因此即使在存在表面或磁扰动的情况下，它们也是鲁棒的。最终，我们表明，我们的预测可以检测到材料的不寻常的朗道水平。
2015-01-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Strain-controlled fundamental gap and structure of bulk black phosphorus
从理论上研究了层状体黑磷对层内应变的结构和电子响应。从头算密度泛函理论计算结果表明，应变能和层间距在单轴应变方向上表现出较强的各向异性。为了正确描述基本带隙对应变的依赖性，我们使用了计算上更复杂的GW准粒子方法，该方法不含参数，优于DFT研究，DFT研究已知低估了带隙能量。我们发现，带隙敏感地依赖于层内应变，甚至在压缩应变值超过约2%时消失，从而表明黑P在应变控制红外器件中的可能应用。
2016-06-24 cond-mat.mtrl-sci
Coexistence of pressure-induced structural phases in bulk black phosphorus: a combined x-ray diffraction and Raman study up to 18 GPa
本文报道了用同步辐射X射线衍射和拉曼光谱研究了压力在12.2 GPa和18.2 GPa下引起的块状黑磷的结构相变。最近，黑磷由于其独特的性质引起了人们的广泛关注，但在体相体系中，一些基本问题仍然是开放的。关于存在的拉曼光谱高于10 GPa，这不应该被观察到在一个元素简单的立方系统，我们提出了一个新的解释归因于一个关键的作用，在拉曼实验中发生的非流体静力学条件。最后，拉曼和XRD数据的综合分析使我们能够获得定量信息的存在和不同的结构相之间的共存程度从~5至~15 GPa。这一信息可以有一个重要的作用，在理论研究的压力引起的结构和电子相变的黑磷。
2018-10-13 cond-mat.mtrl-sci
Quasiparticle band structure and tight-binding model for single- and bilayer black phosphorus
通过进行\emph{ab initio}计算一至四层黑磷的$GW$近似，我们得到了显着的差异，在带隙（$\sim$ 1.5 eV），这是符合最近的实验数据。结果进行了分析的四带紧束缚模型，它给出了准确的描述的单，双层能带结构附近的带隙，并揭示了层间跳跃的重要作用，这是很大程度上负责所获得的间隙差。
2014-06-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Thermoelectric power of bulk black-phosphorus
对块体黑磷热电材料的热电应用潜力进行了实验研究。在300 K至385 K的温度范围内测量了塞贝克系数（S），发现在室温下S = +335 +-10 uV/K（表明自然存在的p型导电性）。S随温度增加，如对于p型半导体所预期的，这可以归因于载流子密度的增加。在研究的温度范围内加热时，电阻下降高达40%。因此，在385 K下的功率因数比室温下的功率因数高2.7倍。这项工作证明了黑磷在热电应用中的可行性，例如热能清除，这通常需要在高于室温的温度下具有高性能的设备。
2015-01-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
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
Gate Switchable Transport and Optical Anisotropy in 90° Twisted Bilayer Black Phosphorus
各向异性描述了材料性质的方向依赖性，例如传输和光学响应。在传统的块体材料中，各向异性本质上与晶体结构相关，因此不能通过现代电子学中使用的选通技术进行调节。在这里，我们表明，在双层黑磷与层间扭转角为90°，其电子结构和光学跃迁的各向异性是可调的门控。使用第一性原理计算，我们预测，一个实验室可访问的栅极电压可以诱导一个空穴的有效质量是30倍沿笛卡尔轴比沿其他轴，和两个轴可以通过翻转栅极电压的符号交换。这种门控能带结构还导致可切换的光学线性二向色性，其中最低能量光学跃迁（吸收或发光）的偏振可通过门控来调谐。因此，各向异性是扭曲双层黑磷中的可调自由度。
2017-02-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Topological analysis of chemical bonding in the layered FePSe3 upon pressure-induced phase transitions
从理论上研究了层状铁磷三硒化物（FePSe 3）的两个压力诱导相变。基于周期线性原子轨道组合（LCAO）方法和混合Hartree-Fock-DFT B3 LYP泛函的第一性原理计算结果，对FePSe 3中的化学键进行了拓扑分析.第一次相变发生在6 GPa附近，对称性从R-3转变为C2/m，而第二次相变发生在13 GPa附近，对称性从C2/m转变为P-31 m。我们发现，在约13 GPa的带隙的崩溃发生由于在压力下沿c轴方向的磷或硒原子的相对位移引起的FePSe 3的电子结构的变化。电子密度及其Laplacian的拓扑分析结果表明，压力不仅改变了原子间的距离，而且改变了层内和层间磷原子之间的键性质。两种非金属FePSe 3相均不存在层间P-P相互作用，而SMT后，层内P-P相互作用减弱，出现层间P-P相互作用。
2020-11-03 cond-mat.mtrl-sci
Bulk carrier lifetime surpassing 600 us in Upgraded Metallurgical-grade Silicon multicrystalline wafers after Phosphorus Diffusion Gettering
通过替代用于常规多晶硅的纯化路线获得升级的多晶硅级（UMG）Si，并且显著降低了对环境的影响。此外，尽管原料中的纯度水平低于多晶硅，但UMG-Si已被证明具有制造高效和低成本太阳能电池的潜力。UMG-Si裸片中记录的低初始体载流子寿命可以通过适当的磷扩散吸除（PDG）工艺提高到mc-Si的水平。在这封信中，优化的PDG工艺的UMG-Si的报道，导致增加的值之间的20和250倍的原始载流子寿命和645 us以上的记录数字。
2021-12-01 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
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
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
From Anomalous to Normal: Temperature Dependence of the Band Gap in Two-Dimensional Black Phosphorus
带隙的温度依赖性对半导体至关重要。已知块状黑磷（BP）表现出异常行为。通过光谱分析，我们发现温度对BP带隙的影响随着层数的减少而逐渐演化，最终在单层极限下转变为正常带隙，呈现出从反常带隙到正常带隙的过渡。同时，对于相同厚度的样品，温度引起的光共振位移也随不同的跃迁指数而不同。一个全面的分析表明，温度可调层间耦合是负责观察到的不同的情况。我们的研究为理解某些层状半导体中的反常温度行为提供了一把钥匙。
2020-10-10 cond-mat.mtrl-sci
Topological Hall effect in bulk ferromagnet Cr$_2$Te$_3$ embedded with black-phosphorus-like bismuth nanosheets
我们采用分子束外延方法将黑磷状铋纳米片嵌入到块体铁磁体Cr $_2$ Te $_3$中。作为一种典型的表面活性剂，铋降低了表面张力，并介导了Cr $_2$ Te $_3$的逐层生长。同时，铋原子沉淀成横向尺寸为几十纳米的黑磷状纳米片。在Cr $_2$ Te $_3$嵌入Bi纳米片，我们同时观察到一个大的拓扑霍尔效应连同磁化率平台和磁阻异常。作为对照实验，在原始Cr $_2$ Te $_3$样品中没有观察到这些信号。因此，Bi纳米片充当由植入到Cr $_2$ Te $_3$中的非共面磁性织构诱导的拓扑霍尔效应的种子。我们的实验证明了一种通过在传统铁磁体中植入强自旋轨道耦合来产生大拓扑霍尔效应的新方法，这在自旋电子学中可能具有潜在的应用。
2019-03-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Non-adiabatic suppression of 3D excitonic screening in black phosphorus by mid-infrared pulses
电子-空穴库仑吸引和三维介质屏蔽之间的竞争决定了层状半导体的光学性质。在低维材料中，光载流子的超快激发可以显著改变平衡介电环境，导致重整化带隙和激子结合能。最近，黑磷作为一种具有强烈层依赖性电子特性的2D材料出现。在这里，我们解决了相干响应的屏蔽子间隙光激发散装黑磷，并发现，中红外脉冲调谐跨带隙驱动瞬态非热抑制的介电屏蔽，这是揭示了单层激子共振的出现。我们的工作揭示了层间相互作用在确定2D材料的电子性质中的作用，并揭示了光学操纵它们的可能性，这对于多功能范德华低维材料的工程具有重要意义。
2021-11-24 cond-mat.mtrl-sci
Electron spin relaxations of phosphorus donors in bulk silicon under large electric field
通过电场调制施主电子波函数对于基于硅中施主自旋的量子计算架构至关重要。对于实际和可扩展的应用，基于施主的量子位必须在任何现实的实验条件下保持足够长的相干时间。在这里，我们提出了脉冲电子自旋共振研究的纵向$(T_1)$和横向$(T_2)$弛豫时间的磷施主在体硅与不同的电场强度，直到近雪崩击穿在约1.2 T的高磁场和约8 K的低温。我们发现，$T_1$弛豫时间显着减少下，由于电流的大电场，和$T_2$的影响，因为$T_1$过程可以占主导地位的退相干。此外，我们表明，硅中的磁阻效应可以被利用作为一种手段，以打击减少的相干时间。虽然量子位相干时间必须比量子门时间长得多，但是当量子位状态初始化依赖于热平衡时，可以发现电加速的$T_1$是有用的。
2020-03-26 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Pressure Tuned 2D Superconductivity in Black Phosphorus
研究通过高压调控层状黑磷，发现5.0 GPa以上出现超导，并利用角度依赖的上临界场揭示A7相的二维超导特征及其与弱化畸变层间耦合的关联。
2023-07-17 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
Excitons in bulk black phosphorus evidenced by photoluminescence at low temperature
黑磷（BP）的原子层在从可见光到中红外的宽光谱范围内呈现出独特的光电特性，主要由直接可调带隙控制。在本工作中，我们研究了BP单晶在极低温下的红外光致发光。近带边重组观察到在2 K，包括占主导地位的激子跃迁在0.276 eV和较弱的一个在0.278 eV。自由激子结合能计算与各向异性Wannier-Mott模型，发现等于9.1毫电子伏。与此相反，PL强度猝灭的0.276 eV峰在高温下被发现与一个小得多的激活能，归因于本地化的浅杂质上的自由激子。这种分析导致我们属性分别为0.276 eV和0.278 eV的PL线绑定激子和自由激子在BP。结果，体BP带隙的值在2K下被细化到0.287 eV。
2020-10-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Semiconducting layered blue phosphorus: A computational study
我们研究了一种以前未知的磷相，它与黑磷同素异形体具有层状结构和高稳定性。我们发现这种结构，我们称之为“蓝磷”的平面六方结构和体层堆叠与石墨有关。与石墨和黑磷不同，蓝磷显示出宽的基本带隙，并且应该容易剥离以形成适合于电子应用的准2D结构。我们研究了从黑磷到蓝磷的可能转化途径，并讨论了合成新结构的可能途径。
2014-04-01 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
To the synthesis and characterization of layered metal phosphorus triselenides proposed for electrochemical sensing and energy applications
最近的研究报道了层状金属三硒代亚磷酸盐MPSe $_3$（M =过渡金属）的几种块状晶体的合成和表征。在这些工作中，通过结合不同的体积和表面敏感的实验方法进行表征伴随着DFT计算。然而，现有的实验和理论数据的严格检查表明，这些结果不支持的电化学传感和研究的三硒亚磷酸酯的能源应用的结论。这些结论与所讨论数据的年龄以及实验和理论方法的最新进展没有任何关系。
2021-12-22 cond-mat.mtrl-sci
Hybrid 2D Black Phosphorus/Polymer Materials: New Platforms for Device Fabrication
包含嵌入聚合物基质中的2D填料的混合材料是几种应用的有趣平台，因为填料在纳米级分散时可以赋予聚合物基质多种性质。此外，两者之间的相互作用可能会产生新的特性。到目前为止，这些材料的本体性质已经被研究，特别是关注填料如何改变聚合物基体的性质。在这里，我们提出了一个完全改变的角度，通过使用混合纳米复合材料作为一个平台，适合工程师的填料的性能，并利用其在制造设备的潜力。作为新方法的多功能性和潜力的概念的证明，我们应用这种方法通过其在聚（甲基丙烯酸甲酯）中的分散来制备黑磷纳米复合材料。黑磷是一种非常有趣的二维材料，其应用迄今为止受到其对氧气和水的非常高的反应性的限制。在这方面，我们表明，电子级黑磷薄片，已经嵌入在一个保护矩阵，因为他们从散装材料剥离，被赋予显着增加的稳定性，并可以进一步加工成设备，而不会降低其性能。
2018-02-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Layer-dependent pressure effect on electronic structures of 2D black phosphorus
采用红外光谱法，系统研究了压力对层数为2 ~ 13层的少层黑磷（BP）电子结构的影响。我们发现，压力引起的光学跃迁的位移具有很强的层依赖性。与在~1.8 GPa下经历半导体到半金属转变的体对应物形成鲜明对比，2L的带隙随着压力的增加而增加，直到超过2 GPa。同时，对于具有给定层数的样品，对于具有不同指数的转变，压力引起的移位也不同。通过紧束缚模型结合Morse势的层间耦合，这种层和过渡指数依赖的压力效应可以充分考虑。我们的研究为二维BP的多功能范德瓦尔斯工程铺平了道路。
2021-10-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Cross-Examination of Photoinitiated Carrier and Structural Dynamics of Black Phosphorus at Elevated Fluences
University of Houston（休斯顿大学）
通过光学瞬态反射率和反射超快电子衍射两种互补方法，在高激发注量下交叉检验黑磷的光生载流子与结构动力学，发现超过90%的载流子在1皮秒内非热各向异性湮灭并传递能量给声子，随后经历层间晶格收缩、相干声子产生和热膨胀，最终在40-50皮秒后达到热化准平衡态，提出了五阶段光动力学图像。
2023-05-22 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Surface Structure Determination of Black Phosphorus Using Photoelectron Diffraction
用高分辨同步辐射光电子衍射（XPD）研究了黑磷单晶的原子结构。结果表明，在黑磷中的最顶层的磷烯层是轻微位移相比，体结构，并提出了一个小的收缩方向垂直于表面。此外，XPD的结果表明，表面原子之间存在一个小的屈曲，与先前报道的扫描隧道显微镜的结果。表面层的收缩加上屈曲的存在表明在表面的P原子之间的sp3键的大小的均匀性。
2015-11-09 cond-mat.mtrl-sci
Remarkable effect of stacking on the electronic and optical properties of few layer black phosphorus
采用密度泛函理论的第一性原理计算方法，研究了双层和三层黑磷的堆积层数和堆积类型对其电子和光学性质的影响.我们发现，包括许多身体效应（即，电子-电子和电子-空穴相互作用）强烈地改变了黑磷的电子和光学性质。虽然三层黑磷具有特定的堆叠类型被发现是一种金属，通过使用半局域泛函，它被预测为具有0.82 eV的电子带隙时，多体效应被考虑在内的G 0 W 0计划。虽然不同的堆叠类型导致类似的能量，带隙的大小和双层和三层磷烯的光学响应是非常敏感的层数和堆叠类型。无论层数和堆叠类型如何，双层和三层黑磷都是直接带隙半导体，其带隙在0.3 eV的范围内变化。双层和三层黑磷中不同于基态结构的堆积效应显著地改变了锯齿形方向上的价带，导致更大的空穴有效质量。双层（三层）黑磷的光学带隙在改变堆叠类型时变化0.4（0.6）eV。由于强的层间相互作用，一些堆叠阻碍了观察准粒子带隙内束缚激子的光激发。在其他堆叠中，束缚激子的结合能几乎不随堆叠类型而变化，并且发现双层（三层）磷的结合能为0.44（0.30）eV。
2015-06-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Strain-modulated Bandgap and Piezo-resistive Effect in Black Phosphorus Field-effect Transistors
能带隙在很大程度上决定了半导体的光学和电子性质。因此，可变带隙使单一材料中的多功能性成为可能。在层状材料黑磷中，带隙可以通过层的数量来调制;因此，少层黑磷具有离散的带隙值，这些带隙值与从单层中的红色到体极限中的中红外的光谱范围内的光电应用相关。在这里，我们进一步证明了连续的带隙调制通过柔性基板施加的机械应变。应变调制的带隙显着改变了在室温下的黑磷中的电荷输运，我们第一次观察到一个大的压阻效应在黑磷场效应晶体管（FET）。这种效应为基于黑磷的机电传感器的未来发展开辟了机会，我们展示了由黑磷薄晶体构建的应变片。
2017-01-27 cond-mat.mtrl-sci
Single-step exfoliation and functionalization of few-layers black phosphorus and its application for polymer composites
我们展示了大块黑磷大规模剥落成几层黑磷。我们使用湿喷磨（WJM）作为工业规模的剥离技术。为了避免剥落的薄片因氧化而降解，在剥落过程中通过官能化（用4-溴苯-重氮四氟硼酸盐）来保护少层黑磷。我们使用剥离和功能化的薄片作为聚甲基丙烯酸甲酯基质中的填料来测试机械耐久性，与裸聚合物相比，杨氏模量提高了106%。这些数据支持黑磷材料作为二维聚合物填料和性能增强剂的发展。
2020-02-21 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Electronic Structures of Black Phosphorus Studied by Angle-resolved Photoemission Spectroscopy
采用最先进的角分辨光电子能谱研究了单晶黑磷的电子结构。通过高分辨率的光子能量依赖性测量，沿面外和面内方向的带色散的实验确定。电子被发现是更本地化的ab-平面比在计算中预测的。除了kz色散体带外，在动量空间中还观察到共振表面态。我们的发现强烈表明，需要考虑更多的细节，以充分理解黑磷的电子性质的理论。
2014-05-29 cond-mat.mtrl-sci
In Situ Thermal Decomposition of Exfoliated Two-Dimensional Black Phosphorus
具有半导体带隙和高载流子迁移率的二维（2D）黑磷（BP）（通常称为磷烯）为下一代电子学和光电子学带来了重大希望。然而，作为2D材料，它具有比本体BP更高的表面积与体积比，这表明其化学和热稳定性将被修改。在此，进行原子尺度的显微镜和光谱研究来表征机械剥离的2D BP的热降解。从原位扫描/透射电子显微镜，观察到2D BP的分解在真空中在约400 °C下发生，与550 °C的本体BP升华温度相反。这种分解通过沿着[001]方向的眼状裂纹开始，然后继续，直到只剩下薄的、无定形的红色磷状骨架。原位电子能量损失谱、能量色散X射线谱和能量损失近边结构变化提供了对这种化学转化过程的定量了解。
2015-02-09 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
Semiconducting Black Phosphorus: Synthesis, Transport Properties and Electronic Applications
磷是地球中保存最丰富的元素之一，约占地壳的0.1%。一般来说，磷有几种同素异形体。白磷和赤磷是两种最常见的同素异形体，广泛用于炸药和安全火柴。此外，黑磷是一种层状半导体，虽然很少被提及，但在光学和电子应用方面具有很大的潜力。值得注意的是，由于范德华结构（称为磷烯），这种层状材料可以在垂直方向上减少到一个单一的原子层，其中物理性质可以与其大块对应物截然不同。本文从黑磷的合成到材料性质，追溯了近百年来黑磷的研究历史，并将黑磷的研究主题扩展到磷烯。着重介绍了其物理和输运性质，旨在进一步应用于电子和光电子器件。
2014-11-01 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
Mid-infrared time-resolved photoconduction in black phosphorus
黑磷作为用于光电子器件的材料已经引起了人们的兴趣，这是由于其具有许多有利的性质，例如高载流子迁移率、场效应和直接带隙，直接带隙的范围可以从其体晶形式的0.3eV到单个原子层的2 eV。块状黑磷的低带隙能量允许直接跃迁光吸收，这使得能够检测到中红外频率的光。在这项工作中，我们表征了黑磷光电导探测器在1.56 $μ$ m至3.75 $μ$ m波长范围内的室温光学响应。在近红外区的脉冲自相关测量揭示了一个强大的，次线性光电流非线性与1纳秒的响应时间，表明千兆赫兹的电带宽是可行的。覆盖近红外和中红外频率的时间分辨光电导测量显示出快速的65 ps上升时间，随后是与自相关确定的固有限制相匹配的时间尺度的载流子弛豫。的次线性光响应被证明是由载流子弛豫时间的减少，因为更多的能量被吸收在黑磷片，以及由载流子复合模型，这是非线性的过剩载流子密度描述。该器械的实测噪声等效功率为530 pW/ $\sqrt{\text{Hz}}$，这是Johnson噪声限制性能的预期值。快速灵敏的室温光响应表明黑磷是一种很有前途的中红外光电子新材料。
2016-09-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Three-dimensional flat bands and possible interlayer triplet pairing superconductivity in the alternating twisted NbSe$_2$ moiré bulk
Hunan University（湖南大学）；Guangdong Technion - Israel Institute of Technology（广东以色列理工学院）；Technion – Israel Institute of Technology（以色列理工学院）
研究通过第一性原理计算揭示了交替扭曲NbSe₂莫尔体中的三维平面波，并探讨了可能的层间三重态超导电性机制。
2025-11-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
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
Non-equilibrium Band Broadening, Gap Renormalization and Band Inversion in Black Phosphorus
黑磷（BP）是一种具有高载流子迁移率、各向异性光学响应和宽带隙可调谐性的层状半导体材料。鉴于其在光电子器件中的应用，理解瞬态光致效应是至关重要的。在这里，我们调查的时间和角度分辨光电子能谱BP在其原始状态和斯塔克分裂的存在下，化学诱导Cs吸附。我们发现，光注入载流子触发带隙重整化和并发的价带衰减造成的泡利阻塞。在偏置样品中，光激发导致数百mV的长寿命（ns）表面光电压，其抵消了Cs诱导的表面能带弯曲。这使我们能够解开散装表面电子状态，并澄清在散装样品中观察到的带反转的机制。
2020-07-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Interlayer dislocations in multilayer and bulk MoS${}_2$
该研究提出介观模型描述过渡金属二硫族化合物薄膜层间位错，以2H-MoS₂为例分析位错能量随厚度的变化、应变场及对带边的影响，发现其能量轮廓无法局域化载流子。
2024-09-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Switchable and unswitchable bulk photovoltaic effect in two-dimensional interlayer-sliding ferroelectrics
自发极化和体光生伏打效应是铁电材料中两个共同存在的物理性质。铁电有序的翻转通常伴随着BPVE的开关，因为两者在反转对称性下都是反转的。在这项研究中，我们报告了独特的BPVE字符在二维（2D）层间滑动铁电材料具有不可切换的面内BPVE（光致光电流在xy平面）和可切换的面外BPVE（光致极化沿z方向）。抽象双层晶体模型中的对称性分析和第一性原理计算验证了这些性质。这是因为层间滑移引起的正负铁电态之间存在镜像对称性，不能使所有的BPVE张量元翻转。这一发现扩展了对铁电性与BPVE之间关系的理解。一方面，可切换面外BPVE可用于设计可切换光电器件。另一方面，面内BPVE对铁电翻转具有很强的鲁棒性，并且不可切换的特性有利于构造更大规模的光电器件。
2022-01-13 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
Excitons in atomically thin black phosphorus
利用拉曼光谱和光致发光光谱研究了在氩气气氛下机械剥离块状晶体得到的单层黑磷的光学性质。拉曼光谱，在原位进行相同的薄片的光致发光测量，证明了单层字符的研究样品。的发射光谱，占主导地位的激子效应，显示预期的平面各向异性。由于不同的介电屏蔽，发射能量取决于薄片放置在其上的基底的类型。最后，随着温度的升高发射的蓝移很好地描述了使用两个振荡器模型的带隙的温度依赖性。
2016-03-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Single-Layered Hittorf's Phosphorus: A Wide-Bandgap High Mobility 2D Material
我们在这里提出了一个二维材料的基础上的一个单一的紫色或希托夫的磷层。使用第一性原理密度泛函理论，我们发现它是非常稳定的，与其他以前提出的单层磷结构。它只需要一个小的能量成本约$0.04~\text{eV/atom}$从它的本体结构，希托夫的磷，或结合能$0.3-0.4~\text{J/m}^2$每层创建，这表明在实验中剥离的可能性。我们发现单层Hittorf磷是一种宽带隙半导体，其直接带隙约为$2.5$ ~eV，并且我们的计算表明，它预计具有高且高度各向异性的空穴迁移率，其上限介于$3000-7000$ ~cm $^2$ V $^{-1}$ s $^{-1}$之间。这些综合性能使得单层Hittorf磷成为未来应用于各种技术的非常好的候选者，特别是用于高频电子学和在低波长蓝色范围内操作的光电子器件。
2016-04-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Hinge-like structure induced unusual properties of black phosphorus and new strategies to improve the thermoelectric performance
系统研究了应变下块体黑磷的几何、电子和热电性质。BP的铰链结构带来了不寻常的力学响应，如各向异性的杨氏模量和负泊松比。BP敏感的电子结构使其在应变下在金属、直接半导体和间接半导体之间发生转变。BP的$ZT$在$800\,\mathrm{K}$处的最大优值为0.72，通过施加适当的应变可以提高到0.87，表明BP可能是一种潜在的中高温TE材料。这种应变引起的TE性能的增强经常被观察到发生在直接-间接带隙转变的边界处，这可以归因于在转变点处的能谷的简并度的增加。通过比较BP和SnSe的结构，提出了一类具有铰链结构的TE材料。该研究不仅揭示了BP在应变下的各种新特性，而且为寻找更好的TE材料提出了有效的策略。
2014-10-29 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Strain-Engineered Widely-Tunable Perfect Absorption Angle in Black Phosphorus from First-Principles
利用电子结构的密度泛函理论，计算了应变下块体黑磷的各向异性介电响应。利用得到的介电常数张量，我们解决麦克斯韦方程组和研究的电磁响应的分层结构，包括一个黑色的磷膜堆叠在金属基板上。我们的研究结果表明，一个小的压缩或拉伸应变，$\sim 4\%$，施加垂直或在平面上的黑磷生长方向，有效地控制ε近零响应，并允许一个完美的吸收调谐从低角度的入射光束$θ=0^\circ$到高值$θ\approx 90^\circ$，同时切换能量流方向。通过对空间非均匀应变模型的分析，我们还发现，对于一定厚度的黑磷，通过控制面内应变的变化可以实现近乎完美的吸收。这些发现可以作为设计大调谐完美的电磁波吸收器设备的指导方针。
2020-12-01 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
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
Electronic structure, spin-orbit coupling, and interlayer interaction in bulk MoS2 and WS2
本文采用角分辨光电子能谱技术对过渡金属二硫属化物MoS2和WS2的电子能带结构进行了深入的测量，重点研究了它们的价带在布里渊区K点处的能量分裂。实验结果解释我们的并行第一性原理计算。我们发现，层间相互作用只有微弱的贡献散装WS2分裂，解决以前的争论，其相对强度。我们还发现，在一个范围内的TMD，带隙一般随着增加的幅度的价带分裂，分子质量，或平面外的平面内的晶格常数的比率而减小。我们的研究结果为进一步研究MoS2和WS2的电子性质及其在自旋电子学和谷电子学器件中的应用提供了重要的参考。
2015-08-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Visible Out-of-plane Polarized Luminescence and Electronic Resonance from Black Phosphorus
黑磷（BP）由于其均匀的晶格和强的结构各向异性而在层状材料中是独特的。虽然最近对几层BP的研究已经广泛地探索了平面内（a，c）各向异性，但很少关注平面外方向（b）。在这里，从散装BP的光学响应探测使用偏振分辨光致发光（PL），光致发光激发（PLE）和共振拉曼散射沿曲折，平面外，扶手椅方向。PL揭示了一个意想不到的b-偏振发射发生在可见光在1.75 eV，远高于基本的间隙（0.3 eV）。PLE表明，这种发射是通过在2.3 eV的b-偏振激发产生的。在共振拉曼扫描中观察到相同的电子共振，其中两个Ag声子模式的散射效率增强。这些实验结果与介电常数张量元素的DFT计算完全一致，并表明各向异性对黑磷中光学性质和载流子动力学的影响程度显著。
2021-12-23 cond-mat.mtrl-sci
