Resonance Raman spectroscopy of silicene and germanene
我们在硅烯和锗烯的拉曼过程模型涉及散射的准粒子，无论是，两个声子，或，一个声子和一个点缺陷。我们计算的共振拉曼强度和寿命之间的激光激发1和3 $\,$ eV使用新开发的第三近邻紧束缚模型参数化的第一性原理密度泛函理论。我们在拉曼光谱中识别所研究的材料或其中的缺陷所特有的特征。我们发现，在硅烯，一个新的拉曼共振产生的$2.77\,\rm$ eV $π-σ$等离子体在M点，可测量高于拉曼共振起源于$2.12\,\rm$ eV $π$等离子体能量。我们表明，在锗烯，载流子的寿命，从而拉曼峰的线宽，受到电子结构内的自旋轨道分裂。我们用我们的模型来预测散射截面缺陷诱导拉曼散射涉及吸附原子，替代杂质，斯通-威尔士对，和空缺，并认为这些缺陷中的每一个的存在下，硅烯和锗烯可以定性地匹配的拉曼响应中的特定功能。
2019-01-03 cond-mat.mtrl-sci
Giant Spin Lifetime Anisotropy and Spin-Valley Locking in Silicene and Germanene from First-Principles Density-Matrix Dynamics
通过第一性原理实时密度矩阵（FPDM）动力学模拟，研究了有限温度和外场作用下二维Dirac材料硅烯和锗烯中电子-声子和电子-杂质散射引起的自旋-轨道耦合弛豫.我们讨论了Elliott-Yafet（EY）和D 'yakonov-Perel'（DP）的自旋弛豫机制的传统描述的适用性相比，我们的FPDM方法，这是由一个复杂的相互作用的内在的自旋轨道耦合，外场，和电子-声子耦合强度，超越晶体对称性。例如，室温下硅烯的自旋弛豫时间的电场依赖性接近DP机制，而锗烯的自旋弛豫时间的依赖性类似于EY机制。与石墨烯相比，锗烯具有更强的自旋轨道耦合强度和屈曲结构，在非零Ez和相对低温下，锗烯具有巨大的自旋寿命各向异性和自旋谷锁定效应。更重要的是，锗烯具有极长的自旋寿命（在50 K下约100 ns）和极高的载流子迁移率，这使得它有利于自旋谷电子应用。
2021-10-03 cond-mat.mtrl-sci
Germanene: a novel two-dimensional Germanium allotrope akin to Graphene and Silicene
以金（111）表面为衬底，用分子束外延法原位生长了原子厚度的二维有序多相薄膜。它的生长与银（111）模板上硅烯层的形成有很强的相似性。在扫描隧道显微镜中观察到的形成大域的相之一显示出清晰的、几乎平坦的蜂窝状结构。得益于全面的同步辐射核能级光谱测量和先进的密度泛函理论计算，我们可以将其识别为$\sqrt{3}$ x $\sqrt{3}$ R（30°）锗烯层，与$\sqrt{7}$ x $\sqrt{7}$ R（19.1°）Au（111）超晶胞重合，从而提出了石墨烯的新型合成锗基表亲诞生的第一个令人信服的证据。
2014-06-10 cond-mat.mtrl-sci
Comment on "Electron-phonon coupling in two-dimensional silicene and germanene"
在他们的工作中，Yan等人[Phys.Rev.B88，121403（2013）]采用密度泛函微扰理论（DFPT）计算，证明与石墨烯相比，硅烯和锗烯在$Γ$ - $E_g$和$K$ - $A_1$声子模式中显示出较弱的Kohn异常。此外，他们使用冻结声子方法计算电子声子（e-ph）耦合矩阵元，并发现在硅烯中费米表面上的平均e-ph耦合矩阵元平方$\langle g_{{\bf q}ν}^2\rangle_{F}$约为石墨烯的50%，但在锗烯中较弱，几乎可以忽略不计。然而，Yan等人认为，硅烯中较小的费米速度补偿了降低的$\langle g_{{\bf q}ν}^2\rangle_{F}$，导致声子线宽（$γ_{{\bf q}ν}$）略大于石墨烯中的声子线宽。本文指出，DFPT和Yan等人对硅烯的冻结声子结果是不一致的。此外，我们已经评估了e-ph耦合使用直接DFPT计算，分析关系，和冻结声子计算，我们系统地发现，$\langle g_{{\bf q}ν}^2\rangle_{F}$和$γ_{{\bf q}ν}$在硅烯是一个数量级小于石墨烯，在严等人的结论相反。
2017-07-10 cond-mat.mtrl-sci
Ultralow lattice thermal conductivity of monolayer penta-silicene and penta-germanene
我们研究了二维五角体系的晶格热导率，如五硅烯和五锗烯。五硅烯是最近才发现的，而稳定的五锗烯是首次通过我们的从头计算发现的。我们发现五硅烯和五锗烯在室温下都具有超低的晶格热导率$κ$，分别为1.29 W/mK和0.30 W/mK。据我们所知，在2D晶体材料中，五锗烯可能具有最低的$κ$。我们将超低$κ$归因于弱的声子谐相互作用和强的非谐散射。小的声子群速度，小的德拜频率，大的Gruneisen参数，以及大量的声子-声子相互作用模式一起导致五硅烯和五锗烯的超低$κ$。这些发现为在二维材料中操纵超低$κ$提供了新的见解，并突出了设计硅和锗基高热电材料的潜在应用。
2019-10-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Half-Metallic Silicene and Germanene Nanoribbons: towards High-Performance Spintronics Device
通过第一性原理计算，我们预测了面内均匀电场可以在氢封端的锯齿形硅烯和锗烯纳米带（ZSiNRs和ZGeNRs）中诱导半金属性.双栅有限ZSiNR器件显示出高达99%的近乎完美的自旋过滤器效率，而四栅有限ZSiNR器件作为有效的自旋场效应晶体管（FET），从从头算量子输运模拟的开/关电流比超过100。这一发现为硅烯和锗烯在自旋电子学中的应用开辟了新的前景。
2013-04-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Multimechanism quantum anomalous Hall and Chern number tunable states in germanene (silicene, stanene)/$M$Bi$_2$Te$_4$ heterostructures
该研究通过第一性原理计算设计锗烯（硅烯、锡烯）/$M$Bi$_2$Te$_4$异质结构，实现多机制共存且陈数可由磁构型精确调控的量子反常霍尔态。
2024-06-17 cond-mat.mtrl-sci
First-principles study of the stability of free-standing germanene in oxygen
本文采用第一性原理计算研究了氧原子在自由基锗烯上的吸附和解离。与空气中氧分子在自支撑硅烯上的自发解离相比，从动力学角度看锗烯比硅烯更稳定，能克服约0.55eV的能垒。特别地，与O2解离诱导的氧原子在硅烯上的独特化学吸附相反，氧分子在锗烯表面可以表现出相应的稳定吸附。此外，单氧原子在锗烯表面的吸附也不同于硅烯，导致锗烯表面存在两条相反的迁移路径。此外，氧分子在锗烯表面解离成氧原子后，由于锗烯表面存在较强的Ge-O键，在室温下氧原子的迁移和脱附相对困难，有利于锗氧化物的形成。结果表明，自支撑的锗烷烯在氧气中是相对稳定的，这与硅烯有本质的不同。
2014-12-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
First-principle calculations of plasmon excitations in graphene,silicene and germanene
采用线性响应时间依赖的密度泛函理论，在无规相位近似下研究了石墨烯、硅烯和锗烯中的等离子体激元激发。在这里，我们研究这三种材料的等离子体激元色散行为和外在和内在的等离子体激元的寿命。对于非本征等离子体激元，我们发现它们的性质与朗道阻尼密切相关。在非单粒子激发区（SPE），等离激元色散呈现\sqrt{q}行为，寿命在RPA水平为无穷大;而在单粒子激发区，等离激元色散呈现准线性行为，寿命为有限。此外，对于本征等离子体激元，与石墨烯不同，硅烯和锗烯的等离子体激元色散行为呈现双峰结构，这可以归因于这两种材料的复杂和杂化的能带结构。
2022-10-29 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Application of silicene, germanene and stanene for Na or Li ion storage: A theoretical investigation
硅烯、锗烯和锡烯可能是石墨烯，是具有有趣性质的原子厚材料。我们采用第一性原理密度泛函理论（DFT）计算研究和比较的Na或Li离子对这些薄膜的相互作用。我们首先确定了最稳定的结合位点和相应的结合能为一个单一的钠或锂吸附原子上考虑的膜。然后我们逐渐增加离子浓度，直到达到表面的完全饱和。我们的Bader电荷分析证实了Li或Na离子与所研究的2D片材之间的完全电荷转移。然后，我们利用轻推弹性带方法来分析和比较的能量势垒的锂或钠离子沿表面和通过薄膜厚度的扩散。研究结果对硅烯、锗烯和锡烯在钠、锂离子电池中的潜在应用具有一定的参考价值。
2017-03-17 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Adsorption of Group-IV Elements on Graphene, Silicene, Germanene, Stanene: Dumbbell Formation
由周期性哑铃单元构成的硅烯和锗烯衍生物在这些蜂窝结构的多层膜中起着至关重要的作用。采用基于密度泛函理论的第一性原理计算，研究了IV族原子在石墨烯、硅烯、锗烯和锡烯单层蜂窝结构上的哑铃状吸附形成机制和能量学.的结合结构的稳定性进一步证实，通过在高温下进行从头计算分子动力学计算，除了锡烯，这是受吸附原子的吸附后的结构不稳定。根据吸附原子和基底的行数，我们发现了三种类型的结合结构，这些结构导致基底的电子、磁性和光学性质发生显着变化。特别地，Si、Ge和Sn吸附原子吸附在硅烯和锗烯上形成哑铃结构。此外，哑铃结构不仅出现在单层、单原子蜂窝结构上，而且出现在它们的化合物如SiC和SiGe上。我们表明，哑铃结构的迁移的能量势垒是低的，由于原子的协同作用。这使得哑铃在衬底上相当移动，以构建新的单层和多层Si和Ge相。
2014-12-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Monolayer Topological Insulators: Silicene, Germanene and Stanene
本文报道了单层拓扑绝缘体的理论研究进展，包括硅烯、锗烯和锡烯，它们分别是硅、锗和锡的单层蜂窝结构。由于自旋轨道相互作用，它们表现出自然界中的量子自旋霍尔效应。通过施加垂直电场可以调节带隙，从而引起拓扑相变。我们还分析了一般蜂窝系统的拓扑性质以及拓扑绝缘体的分类。明确地确定了蜂窝体系中拓扑绝缘体和超导体的相图。我们还研究了拓扑电子学，包括拓扑场效应晶体管，拓扑基尔霍夫定律和拓扑自旋谷电子学。
2015-03-31 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
Effects of charging and electric field on the properties of silicene and germanene
利用第一性原理密度泛函理论计算，我们表明，裸露的和钛吸附原子吸附单层硅烯和锗烯，这是充电或施加一个垂直的电场的电子和磁性被修改，以获得新的功能。特别地，当受到垂直电场作用时，屈曲原子平面之间的对称性被破坏，从而在狄拉克点处打开间隙。吸附态Ti原子的3d轨道占据随充电或外加电场的变化而变化，从而引起磁矩的显著变化。我们预测，中性硅烯均匀覆盖的Ti原子成为一个半金属在一个特定的覆盖率值，因此允许在一个自旋方向的电子传输，但阻止相反的方向。这些计算的属性，然而，表现出依赖于真空间隔之间的大小的周期性重复的硅烯和锗烯层，如果它们被处理使用平面波基组内的周期性边界条件。我们澄清了这种虚假的依赖性的原因，并表明，它可以通过使用本地轨道基组消除。
2013-06-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Thermally-driven phase transitions in freestanding low-buckled silicene, germanene, and stanene
本文通过研究硅烯、锗烯和锡烯的热驱动结构相变，揭示了其铁弹性、非晶化及三维晶化行为对自旋轨道耦合带隙和拓扑绝缘体应用前景的影响。
2023-03-14 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Stability of germanene under tensile strain
用密度泛函理论研究了锗烯在双轴拉伸应变下的稳定性及其电子性质的变化。声子谱表明，高达$16\%$应变的锗烯晶格是稳定的，其中狄拉克锥向更高的能量和空穴掺杂的狄拉克状态的实现。后者是由于Ge-Ge键的弱化和s-p杂化的减少。我们计算的Grüneisen参数显示出与硅烯（不同于石墨烯）报告的应变相似的依赖性。
2013-11-12 cond-mat.mtrl-sci
First principles calculations of electric-field-driven topological phase transitions in silicene, germanene and stanene
Instituto Balseiro, Universidad Nacional de Cuyo（巴尔塞罗研究所，门多萨国立大学）
本文通过第一性原理计算，结合DFT和万尼尔函数，精确预测硅烯和锗烯的临界电场，显著改进拓扑相变边界的定量预测。
2026-09-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Hydrogen Compounds of Group-IV Nanosheets
用从头算方法研究了硅烯和锗烯的电子结构和电子性质。M-H（M=C，Si，Ge）键长和键能的变化趋势与原子尺寸的变化趋势一致，并与MH_4的键长和键能相当。还获得了硅烯和锗烯的稳定的屈曲构型的能带结构。氢化后，硅烷（间接间隙）和锗烷（直接间隙）都是半导体。
2010-07-13 cond-mat.mtrl-sci
Structural and electronic properties of germanene on MoS$_2$
迄今为止，锗烯仅在金属基底上合成。金属衬底通常对锗烯的二维狄拉克性质是有害的，因为锗烯的费米能级附近的重要电子态可以与金属衬底的电子态杂化。在这里，我们报告了锗烯上二硫化钼（MoS $_2$），带隙材料的成功合成。在MoS $_2$表面中预先存在的缺陷作为锗烯岛的优先成核位点。锗烯层的晶格常数（3.8 $\pm$ 0.2 Ω）比MoS $_2$衬底的晶格常数（3.16 Ω）大约20%。扫描隧道光谱测量和密度泛函理论计算表明，除了在$K$点处的线性色散带外，还存在两个在$Γ$点处穿过费米能级的抛物线带.
2017-06-02 cond-mat.mtrl-sci
Exploring semiconductor substrates for Silicene epitaxy
本文采用基于第一性原理的密度泛函理论计算了硅烯单分子膜在不同（111）半导体表面上的电子性质。我们发现，硅烯覆盖层的相对稳定性和其他性质敏感地依赖于是否相互作用的顶层的基板是金属或非金属终止。金属终止表面上的硅单层的性质可以是金属的或甚至是磁性的，这取决于基底的选择。硅烯覆盖层在半导体衬底的金属终止表面上经历n型掺杂，而在非金属终止表面上经历p型掺杂。
2013-08-22 cond-mat.mtrl-sci
Electrically switchable giant Berry curvature dipole in silicene, germanene and stanene
该研究结合紧束缚模型、第一性原理计算与对称性分析，证明横向电场和应变可在硅烯、锗烯、锡烯中诱导并电切换巨型 Berry 曲率偶极矩及非线性 Hall 效应。
2023-08-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Silicene on Substrates: A Theoretical Perspective
硅烯作为石墨烯的硅类似物，已经通过在各种衬底上外延生长而成功地制备。与自支撑石墨烯类似，自支撑硅烯具有蜂窝结构和Dirac-cone形状的能带，导致许多迷人的性质，例如高载流子迁移率、量子自旋霍尔效应、量子反常霍尔效应和量子谷霍尔效应。保持硅烯的蜂窝状晶体结构和狄拉克锥是观察其本征性质的关键。本文从理论上系统地讨论了衬底效应对硅烯原子结构和电子性质的影响，特别是着重讨论了狄拉克锥的变化。
2015-07-07 cond-mat.mtrl-sci
Revealing the substrate origin of the linear dispersion of silicene/Ag(111)
用密度泛函理论研究了最近合成的（3 $\times$ 3）硅烯在（4 $\times$ 4）Ag（111）表面单分子膜的能带结构.甲$k$ -投影技术，包括$k_\bot$依赖的表面带被用来分离所产生的硅烯和基板的贡献，允许计算和角度分辨的光电发射实验之间的一致比较。我们的计算不仅再现了在（1 $\times$ 1）硅烯K点上观察到的带隙和线性色散，而且还证明了这些都源于Ag（111）衬底态的$k_\bot$依赖性（通过与硅烯的相互作用而改变）和来自Dirac态的\textit{not}.
2014-08-14 cond-mat.mtrl-sci
Kagome silicene: a novel exotic form of two-dimensional epitaxial silicon
自从石墨烯被发现以来，人们一直在努力寻找新的二维（2D）材料。将材料的尺寸减小到其最终的薄度是揭示新物理现象并潜在地提高器件性能的有希望的途径。在最近的二维材料中，石墨烯的类似物，IV族元素因其意想不到的和可调的物理性质而引起了人们的广泛关注。根据生长条件和衬底，可以形成硅烯、锗烯和锡烯的几种结构。在这里，我们报告的可果美晶格硅烯铝（111）基板上的合成。我们通过扫描隧道显微镜（STM）的观察，高分辨率的核心水平（CL）和角度分辨光电子能谱学（ARPES）的测量，以及密度泛函理论计算提供了这样一个异国情调的2D硅同素异形体的证据。
2020-01-30 cond-mat.mtrl-sci
Topological Dirac states beyond $π$ orbitals for silicene on SiC(0001) surface
石墨烯中与狄拉克态相关的有趣性质的发现激发了人们对探索其二维IV族对应物（如硅烯、锗烯和锡烯）的巨大兴趣。然而，这些材料必须通过在具有强界面相互作用的基底上合成来获得，这通常会破坏其固有的$π$（$p_z$）轨道狄拉克态。本文从理论上研究了在4 H-SiC（0001）表面的硅烯中，由$p_{x,y}$轨道而不是$p_z$轨道产生的狄拉克态的存在性，尽管界面相互作用很强，但这些狄拉克态仍然存在.我们还表明，交换场与自旋-轨道耦合一起产生可检测的带隙为1.3毫电子伏。Berry曲率计算表明，这种Dirac态具有非平凡的拓扑性质，其Chern数为$C = 2$，表明硅烯在SiC（0001）上可能实现量子反常霍尔效应.最后，我们构造了一个最小有效模型来捕捉这个系统的低能物理。这一发现也适用于锗烯和锡烯，并在纳米电子学中具有巨大的应用潜力。
2017-10-01 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Silicene vs. ordered 2D silicide: the atomic and electronic structure of the Si-$(\sqrt{19}\times\sqrt{19})R23.4^{\circ}$/Pt(111) surface reconstruction
我们讨论了在金属表面上沉积Si后形成2D有序结构的可能性。我们通过一系列的表面科学实验技术和理论计算研究了Si- $(\sqrt{19}\times\sqrt{19})R23.4^{\circ}$ /Pt（111）表面重构的原子和电子结构。该理论实现了一个非常好的协议与实验结果和确证毫无疑问，这一阶段是一个表面合金组成的Si $_3$ Pt四聚体，类似于扭曲的可果美晶格。这些发现使得在Pt（111）和其他过渡金属表面上不可能形成硅烯或锗烯。
2014-06-14 cond-mat.mtrl-sci
Structural and Electronic Properties of Amorphous Silicon and Germanium Monolayers and Nanotubes: A DFT Investigation
本研究借助DFT分子动力学模拟，探究硅、锗的单层非晶碳类似物及对应纳米管的结构与电子特性，发现其能量排序与硅烯、锗烯一致，电子行为覆盖金属到小带隙半导体，且具备合成可行性。
2024-06-19 cond-mat.mtrl-sci
On the electronic structure of silicene on Ag substrate: strong hybridization effects
用第一性原理计算研究了最近合成的（4 × 4）Ag（111）表面（3 × 3）重构硅烯的电子结构.由于硅烯和银之间的强烈杂交，出现了新的状态。分析这些杂化态的性质和组成，我们表明，i）它是可能的，以清楚地区分他们从狄拉克锥的独立的硅烯或从散装银的sp-带和ii）分配他们的贡献的描述中观察到的线性色散带的光电子能谱。此外，我们表明，硅烯原子有助于费米能级，这导致类似的STM模式观察到的费米能级以下或以上。我们的发现对于正确解释实验观察至关重要。
2013-05-10 cond-mat.mtrl-sci
Substrate-induced half-metallic property in epitaxial silicene
对于电子器件中的大多数实际应用，二维材料应该被转移到半导体或绝缘衬底上，因为它们通常在金属衬底上产生。然而，转移过程中往往会产生褶皱、损伤、污染等现象，破坏样品的固有性能。因此，在非金属基底上直接生成二维材料一直是一个理想的目标。在这里，通过群结构搜索方法和密度泛函理论，我们采用绝缘的N-末端立方氮化硼（111）表面作为生成硅烯的衬底。结果表明，由于硅原子与表面氮原子之间的强相互作用，硅烯表现出铁磁半金属的性质。磁矩主要位于表面氮位上，没有键合硅原子，磁矩值约为0.12 μ B。在自旋向上的沟道中，它表现为直接带隙半导体，带隙约为1.35 eV，而在自旋向下的沟道中，它表现出金属特性，半金属带隙约为0.11 eV。此外，磁性和电子性质都对外加压应变不敏感。本工作为硅烯在自旋电子学领域的应用开辟了一条新的途径。
2019-03-20 cond-mat.mtrl-sci
Growth of silicene layers on Ag(111): unexpected effect of the substrate temperature
在150-300 $^\circ$ ℃的温度范围内，在银（111）衬底上沉积一个硅单层，产生强烈依赖于衬底温度的（4 $\times$ 4）、（$2\sqrt{3}\times 2\sqrt{3}$）R30 $^\circ$和（$\sqrt{13}\times\sqrt{13}$）R13.9 $^\circ$超结构的混合物。我们从LEED图案和STM图像的详细分析中推断出，所有这些超结构都是由具有蜂窝结构（即硅类层）的准相同硅单层给出的，该蜂窝结构相对于银基底具有不同的旋转。从硅原子相对于银原子的相对位置解释了STM图像的形貌。对硅烯层所有可能旋转的完整分析还预测了迄今为止尚未观察到的（$\sqrt{7}\times\sqrt{7}$）R19.1 $^\circ$超结构。
2012-04-10 cond-mat.mtrl-sci
Introduction to the Physics of Silicene and other 2D Materials
这本简明的书为元素二维材料物理学领域的许多新手提供了一个基本的介绍和参考指南。硅烯和相关材料是目前研究最活跃的材料之一，特别是在2012年首次在基底上进行实验合成之后。因此，本入门介绍和评论最关键的发展，硅烯从理论和实验的角度。与此同时，读者被引导通过相关的基础文献的广泛机构。正文从硅烯的简史开始，然后是硅原子与碳原子的键合性质的比较。在这里，建立了一个简单但强大的框架，以帮助读者遵循贯穿本书的概念。书然后提出了原子和电子结构的独立的硅烯，其次是一个帐户的实验实现硅烯的基板。本主题随后进一步发展，讨论硅烯由于与衬底的相互作用而获得的各种重建，以及这些效应如何反映在电子特性中。接下来，这本书检查了哑铃结构，这是理解多层硅烯的生长机制和原子结构的关键。最后但并非最不重要的是，它解决了来自IV族（锗烯、锡烷）、V族（磷烯）和III族（硼氢化物）以及过渡金属二硫属化物和其他组合物的其他元素2D材料中的类似效应，以便提供它们的电子性质的一般比较概述。
2018-04-25 cond-mat.mtrl-sci
Variable Coupling Strength of Silicene on Ag(111)
利用扫描隧道显微镜和能谱（STM/STS）研究了Ag（111）表面根（3）Xroot（3）-silicene的电子结构.我们发现根（3）Xroot（3）-silicene与Ag（111）衬底的耦合强度在不同区域是不同的，在实验中产生了显著的影响。这些硅烯与基底的相互作用是不耦合的或可变的证据有助于深入理解硅烯的结构和电子性质。
2015-03-15 cond-mat.mtrl-sci
Does the Dirac Cone Exist in Silicene on Metal Substrates?
根据我们的第一性原理计算，在Ir，Cu，Mg，Au，Pt，Al和Ag衬底上的硅烯外延的Dirac锥的缺席，由于一个强大的带杂化被揭示是一个共同的特点。然而，通过在硅烯和金属基底之间插入碱金属原子，可以有效地恢复硅烯的破坏的狄拉克锥的线性或抛物线色散，从而提供了一个机会来研究硅烯的有趣性质，而无需进一步从金属基底转移硅烯。
2014-05-27 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
First-principles study on competing phases of silicene: Effect of substrate and strain
用第一性原理计算研究了面内压应力作用下，ZrB $_2$（0001）表面和自由表面上硅烯竞争相的稳定性和电子结构.在外延生长条件下，发现一种特殊的（$\sqrt{3}\times\sqrt{3}$）重构结构修饰在ZrB $_2$（0001）表面上是稳定的。与独立硅烯的平面和弯曲形式相反，在这种“平面状”相中，每个六边形中除了一个Si原子之外的所有Si原子都位于单个平面中。在没有衬底的情况下，在很宽的应变范围内，该相在能量上不如屈曲相有利，计算表明它代表了ZrB $_2$（0001）表面上的基态。原子的位置被发现是由与最近邻Zr原子的相互作用与蜂窝晶格的约束所提供的Si-Si成键相互作用的竞争。
2013-09-21 cond-mat.mtrl-sci
Silicene on metallic quantum wells - an efficient way of tuning silicene-substrate interaction
我们提出了一种利用量子尺寸效应控制硅烯和衬底之间相互作用的有效方法，该方法可以生长具有定制电子特性的硅烯。作为一个例子，我们考虑硅烯的pPb（111）层，并演示了硅烯的属性，包括结合能，和狄拉克带，可以很容易地通过量子阱状态的基板调谐。我们还发现了一种保护狄拉克电子不受衬底影响的新机制。这与部分硅原子在硅烯中的特殊排列有关。这些发现强调了界面耦合的重要作用，并开辟了新的途径来创建具有受控电子特性的硅类二维结构。
2015-09-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Structure of germanene/Al(111): a two-layers surface alloy
与硅烯不同，硅烯的存在已经通过许多独立的研究进行了证明，外延锗烯生长的可能性仍然存在很大争议。最近的扫描隧道显微镜研究表明，Ge沉积在Al（111）上形成的（3 × 3）表面重构呈现蜂窝状结构，并将其归属于纯锗烯单分子层。通过表面X射线衍射的定量测量与密度泛函理论的计算相比较，我们证明了这种Ge/Al（111）（3 × 3）重构实际上对应于合金界面层顶部的混合Ge-Al蜂窝层。在Al（111）表面上的锗烯单层模型可以完全排除。
2021-11-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Strong Band Hybridization between Silicene and Ag(111)Substrate
利用第一性原理计算，我们系统地研究了在Ag（111）衬底上硅烯的几种观察相及其电子结构。我们发现，原来的狄拉克锥的硅烯是约1.5-1.7 eV的费米能级之下，并严重破坏了带之间的杂化硅烯和银在所有检查阶段。因此，在Ag（111）衬底上合成的硅烯不能保持其优异的电子性质，需要开发新的方法来合成具有狄拉克锥存活的硅烯。
2013-10-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Interband $π$-like plasmon in silicene grown on silver
硅烯是硅的二维同素异形体，被预测存在于低屈曲的蜂窝晶格中，其特征在于半金属电子带在费米能级周围具有石墨烯般的能量-动量色散（由接触的狄拉克锥表示）。硅烯的单层主要是通过在银的顶部沉积硅来合成的，然而，迄今为止观察到的不同相与基底的杂化如此强烈，以至于不仅狄拉克锥，而且理想硅烯的整个价态和导电态似乎都丢失了。在这里，我们提供的证据表明，这种半金属行为的至少一部分是由更多的硅烯相，外延生长在Ag（111）的共存保存。特别是，我们结合电子能量损失谱和含时密度泛函理论来表征在控制硅覆盖率和生长温度下制备的多相硅烯/Ag（111）样品的低能等离子体。我们发现，这种模式生存与基板的相互作用，与理想硅烯的类π等离子体完美匹配。因此，我们认为，多相硅烯与衬底的相互作用减弱，可能提供一个独特的平台，有可能开发基于二维硅系统的不同应用。
2018-01-03 cond-mat.mtrl-sci
Spin splitting and spin Hall conductivity in buckled monolayers of the group 14: First-principles calculations
已知具有屈曲蜂窝结构的第14族的元素单层，即硅烯、锗烯、锡烯和铅烯，由于平行于它们的高对称轴的电场而表现出自旋分裂，这能够在量子自旋霍尔绝缘体和普通能带绝缘体之间调节它们的拓扑相位。我们基于密度泛函理论进行了第一性原理计算，量化了自旋相关的带隙和自旋分裂随外加电场的变化，并提取了不变量哈密顿量的主要系数.利用线性响应理论和Wannier插值方法，计算了单分子膜的自旋霍尔电导率，并研究了它对外电场的敏感性。我们的研究结果表明，自旋霍尔电导率是不量子化的情况下，硅烯，锗烯，锡烯退化显着的电场反转的带隙，使单层到平凡的阶段。电场诱导的带隙在铅丹的情况下不闭合，铅丹显示出对外部电场稳健的自旋霍尔电导率。
2021-11-11 cond-mat.mtrl-sci
Solid argon as a possible substrate for quasi-freestanding silicene
用从头计算方法研究了硅烯在固体Ar（111）衬底上的结构和电子性质。我们证明，由于弱相互作用的准独立的硅烯在该系统中实现。每个Si原子只有$-32$ meV的小结合能也表明从固体Ar（111）衬底分离硅烯的可能性。此外，观察到$11$ meV的带隙和由于自旋-轨道耦合引起的能级的显著分裂。
2014-06-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Two-dimensional Dirac signature of germanene
用扫描隧道显微镜和光谱研究了锗烯包覆Ge $_2$ Pt团簇的结构和电子性质。锗烯片的内部表现出屈曲的蜂窝结构，晶格常数为4.3 Ω，屈曲为0.2 Ω。锗烯的锯齿形边缘被重建并显示4 $\times$周期性。锗烯片内部的微分电导率具有V形，这让人想起二维狄拉克系统的态密度。微分电导率的最小值位于费米能级附近，并且具有非零值，这归因于下面的Ge $_2$ Pt衬底的金属特性。在重建的锗烷锯齿形边缘附近，微分电导率的形状从V形变为更类似抛物线的形状，这表明重建的锗烷锯齿形边缘不表现出明显的金属边缘状态。
2017-06-02 cond-mat.mtrl-sci
Investigation of Electron-Phonon Coupling in Epitaxial Silicene by In-situ Raman Spectroscopy
本文报道用原位拉曼光谱研究了Ag（111）表面硅烯层中Dirac费米子与晶格振动之间的特殊耦合，即电子-声子耦合（EPC）。我们发现，由于硅烯和衬底之间的晶格失配以及衬底的电荷掺杂导致的拉伸应变，EPC被显著调制。确定了硅烯中二维电子气散射的特殊声子模。通过拉曼散射检测EPC和狄拉克费米子之间的关系，将为研究二维蜂窝材料的奇异性质提供一条直接的途径。
2015-02-16 cond-mat.mtrl-sci
Direct Evidence of Interaction-Induced Dirac Cones in Monolayer Silicene/Ag(111) System
硅烯，类似于石墨烯，是一种单原子厚的二维硅晶体，预计将共享石墨烯的许多显着特性。硅烯的弯曲蜂窝结构，以及其增强的自旋轨道耦合，赋予硅烯与石墨烯相比具有相当大的优势，因为硅烯中的自旋分裂态是可调的与外场。尽管低能狄拉克锥态是硅烯原始层中所有新量子现象的核心，但当硅烯生长或支撑在衬底上时，这些关键态是否能够存活的问题仍然存在激烈的争论。本文报道了在Ag（111）衬底上生长的单层硅烯中直接观察到的狄拉克锥。通过对硅烯（3x 3）/Ag（111）的角分辨光电子能谱测量，我们发现在Ag（111）的第一布里渊区边缘存在六对狄拉克锥，而不是在硅烯（1x 1）的第一布里渊区K点预期的六对狄拉克锥。我们的结果清楚地表明，不寻常的狄拉克锥结构起源于原始的硅烯单独，但从硅烯（3 × 3）和Ag（111）衬底的组合效应。这项研究确定了通过两种不同成分的相互作用产生的一种新型狄拉克费米子的第一例。我们在硅烯/Ag（111）中对狄拉克锥的观测为研究二维硅体系中的量子现象和新应用开辟了一个新材料平台。
2015-03-21 cond-mat.mtrl-sci
Topological Insulator and Helical Zero Mode in Silicene under Inhomogeneous Electric Field
硅烯是形成二维蜂窝晶格的硅原子单层，其与石墨烯几乎具有所有显着的性质。硅烯的低能结构由具有相对大的自旋轨道相互作用的狄拉克电子描述，这是由于其屈曲结构。关键的观察结果是，通过将电场施加到硅烯片上，能带结构是可控的。特别地，间隙在某一临界电场处闭合。通过对硅烯纳米晶体能带结构的研究，我们发现随着电场的增加，硅烯纳米晶体发生了从拓扑绝缘体到能带绝缘体的拓扑相变。我们还表明，它是可能的，以产生螺旋零模式的任何地方在硅烯片通过调整局部的电场到这个临界值。该区域可以充当由拓扑绝缘体和/或带绝缘体包围的量子线或量子点。基于低能有效狄拉克理论，我们明确地构造了一些简单几何的波函数。这些结果也适用于锗烯，这是一个二维的蜂窝结构的锗。
2012-03-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Strain and Water Effects on the Electronic Structure and Chemical Activity of In-Plane Graphene/Silicene Heterostructure
采用第一性原理计算，研究了平面和应变平面内石墨烯/硅烯异质结构的电子结构.发现异质结构在-7%（压缩）至+7%（拉伸）的应变范围内是金属的。通过研究石墨烯/硅烯平面异质结构与水分子的相互作用，考察了压/张应变对石墨烯/硅烯平面异质结构化学活性的影响.结果表明，与平面吸附相比，压/张应变能够增加水分子的结合能，并且应变能够调节水分子与石墨烯/硅烯片之间的电荷转移.此外，氮化硼（BN）-基底的存在显著影响石墨烯/硅烯异质结构在其与H2O分子相互作用时的化学活性，并且可能导致H2O分子与异质结构之间的电荷转移的增加/减少。这些发现提供了对平面内自支撑/衬底支撑的石墨烯/硅烯异质结构的电子性质的调制的见解，并提供了控制其电子结构、载流子密度和氧化还原特性的可能方法，这可能有助于其在纳米电子学和气体传感器中的潜在应用。
2017-01-03 cond-mat.mtrl-sci
Tailoring topological states in silicene using different halogen-passivated Si(111) substrates
利用密度泛函理论和紧束缚计算方法研究了镶嵌在卤化Si（111）表面上的硅烯的能带结构和拓扑相，结果表明，硅烯低能激发的Dirac性质在不同卤素钝化的硅衬底上几乎保持不变.然而，电荷转移到衬底中，硅原子之间的键的拉伸，以及源自范德华相互作用的对称性破缺的组合效应，导致嵌入的硅烯的光谱中的间隙$E_{g1}$。我们进一步考虑了自旋-轨道相互作用，得到了它的强度和由此产生的带隙$E_{g2}=2λ$的增强。当不同的卤素原子用于Si表面的钝化时，对总带隙有贡献的$E_{g1}$和$E_{g2}$两者显著变化，并且对于碘的情况，它们分别具有非常大的$70$和$23$ meV值。为了考察拓扑性质，我们计算了硅烯的投影能带结构，并通过拟合得到了低能有效哈密顿量的紧束缚参数。基于Berry曲率和$\mathbb{Z}_2$不变量的结果表明，硅烯在卤化硅衬底上具有拓扑绝缘状态，即使在室温下，对于表面含有碘和溴的衬底，这种拓扑绝缘状态也可以存在.类似于独立的硅烯，通过施加垂直的电场并且在某一临界值（其再次取决于卤素的类型）下，间隙闭合并且硅烯经历到平凡绝缘状态的转变。作为一个关键的发现，我们看到，除了氟的情况下，卤化基板的存在下，增强了对垂直电场和最有可能的其他外部扰动的拓扑相的鲁棒性。
2018-02-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Identifying the Alloy Structures of Germanene Grown on Al(111) Surface
虽然锗烯的生长已被声称在许多衬底上，确切的晶体结构仍然存在争议。本文采用密度泛函理论（DFT）和全局优化算法相结合的方法，系统地研究了Ge在Al（111）表面沉积形成的可能结构.通过高级无规相近似（RPA）计算，我们发现锗烯在Al（111）上的形成是能量上不利的，具有正的形成能。通过结合从头算进化模拟、RPA计算以及扫描隧道显微镜（STM）的可用实验数据，将两个实验相确定为蜂窝合金Al 3Ge 3/Al（111）（r7 xr 7）和Al 3Ge 4/Al（111）（3x 3）。和低能电子衍射（LEED）。Al_3Ge_4/Al（111）（3 × 3）是一种有趣的结构，在衬底中有一个空位，这解释了实验STM图像中的暗三叶草图案。我们的研究结果澄清了Ge/Al（111）系统的结构争议，并表明锗烯的制造可能仍然具有挑战性。
2022-07-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Evidence of silicene in honeycomb structures of silicon on Ag(111)
在寻找硅烯（硅的二维蜂窝晶格）的证据时，重要的是获得Ag（111）上Si结构演化的完整图像，Ag（111）被认为是迄今为止最适合硅烯生长的基底。在这项工作中，我们报告的发现和发展的几个单层超结构的硅在Ag（111）取决于覆盖率和温度。结合第一性原理计算，对这些相的详细结构进行了解释。发现这些结构共享硅环的共同构建单元，并且它们从硅烯的片段演化为完整的单层硅烯和多层硅烯。我们的研究结果阐明了硅烯是如何在Ag（111）表面形成的，并为合成高质量和大规模的硅烯提供了方法。
2012-03-13 cond-mat.mtrl-sci
Fully Spin-Polarized Current in Gated Bilayer Silicene
通过密度泛函理论计算，我们预测了双层硅烯在一定层间距下的基态可以是反铁磁的。在小的电子或空穴掺杂下，其在所施加的面外电场下变成半金属，这可以用于产生完全自旋极化的场效应驱动电流，即使在没有外部磁场、铁磁衬底、掺杂的磁性离子或自旋轨道耦合的情况下。我们的发现为克服自旋电子学的主要挑战指出了一条新的途径。
2018-07-07 cond-mat.mtrl-sci
Does Silicene on Ag(111) Have a Dirac Cone?
我们利用基于密度泛函理论的第一性原理计算，研究了Ag（111）表面硅烯中Dirac锥的存在性问题，得到了其能带结构.通过将超原胞布里渊区的能带结构展开为原胞的能带结构，然后投影到Ag和硅烯子系统上，证明了Ag（111）上硅烯中的狄拉克锥被破坏。我们的结果清楚地表明，在角分辨光电子能谱（ARPES）[P.Vogt等人，Phys.Rev.Lett. 108，155501（2012）]和扫描隧道光谱学（STS）[L. Chen等人，Phys.Rev.Lett. 109，056804（2012）]来自Ag基底而不是来自硅烯。
2013-02-23 cond-mat.mtrl-sci
Atomic and electronic structure of the $\sqrt{3}$$\times$$\sqrt{3}$ silicene phase on Ag(111): density-functional calculations
用密度泛函理论计算验证了生长在Ag（111）表面的$\sqrt{3}$ $\times$ $\sqrt{3}$硅烯相的原子结构。最近的实验研究强烈建议，以前的双层硅烯模型应该被Ag/Si（111）-（$\sqrt{3}$ $\times$ $\sqrt{3}$）表面的顶层的Ag混合双层模型所取代。在我们的计算中，银混合的双层模型确实是积极的双层硅烯模型的青睐，以及再现报道的扫描隧道显微镜和光谱数据。特别地，实验能带结构的结构起源被澄清为顶部Ag-Si混合层，而不像实验解释为硅烯层或Ag（111）衬底。
2016-02-26 cond-mat.mtrl-sci
Van der Waals heteroepitaxy of air stable quasi-free standing silicene layers on CVD epitaxial graphene/6H-SiC
石墨烯由具有原子级平坦的无悬挂键表面的惰性热稳定材料组成，本质上是用于二维材料如硅烯的范德华异质外延的理想模板层。然而，取决于合成方法和生长参数，石墨烯（Gr）衬底可以在单个样品上表现出各种表面结构、厚度、缺陷和台阶高度。这些结构显著地影响外延层的生长模式，例如将逐层生长转变为缺陷辅助成核促进的Volmer-Weber生长。本文采用原子力显微镜（AFM）、扫描隧道显微镜（STM）、X射线光电子能谱学（XPS）、扫描电子显微镜（SEM）和拉曼光谱（Raman）研究了在6 H-SiC（0001）衬底上化学气相沉积外延Gr（1 ML Gr/1 ML Gr缓冲层）上硅的生长。它示出，全尺寸几乎无缺陷的1 ML Gr与单一表面结构和分子束外延（MBE）沉积硅的超清洁条件的完美控制代表确保外延石墨烯上的扩展硅烯片的生长的关键先决条件。
2022-03-15 cond-mat.mtrl-sci
Effects of Oxygen Adsorption on the Surface State of Epitaxial Silicene on Ag(111)
外延硅烯是以蜂窝状结构填充的一层硅原子，其表现出与衬底的强相互作用，这显著地影响其电子结构。迄今为止，电子耦合在硅烯与基底之间的化学反应中的作用尚不清楚，这对于硅烯层的功能化非常重要。本文报道了用扫描隧道显微镜和角分辨光电子能谱研究的4x 4硅烯在Ag（111）衬底上外延生长的重构和杂化电子结构。Si和Ag之间的杂化导致金属表面状态，其可以由于氧吸附而逐渐衰减。X射线光电子能谱证实了氧处理后Si-Ag键的去耦以及Ag（111）表面的相对耐氧性，与4x 4硅烯[相对于Ag（111）]相反。第一性原理计算证实了硅烯在氧化过程中电子结构的演变。从实验和理论上证实了4 × 4硅烯的高化学活性是由于Si的pz态，而Ag（111）衬底表现出相对惰性的化学行为。
2014-12-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Stabilized silicene within bilayer graphene: A proposal based on molecular dynamics and density-functional tight-binding calculations
预测独立的硅烯显示出与石墨烯相当的电子性质。然而，尚未合成的硅烯类结构仅在不同的衬底上实现，其显示出与理论上预测的独立硅烯的屈曲相非常不同的多功能晶体结构。这需要一种不同的方法，其中使用非常弱的相互作用表面来稳定硅烯。我们在这里提出了一种新的路线，通过使用石墨烯双层作为支架。平坦石墨烯层之间的限制导致具有小屈曲的Si原子的平面聚集，这在真空中是能量上不利的。观察到类似于独立硅烯的硅原子的屈曲六方排列的大簇，与金属表面上的硅原子相反，其仅与石墨烯层非常弱地范德华耦合。发现这些簇在室温以上是稳定的。我们的研究结果，这是支持密度泛函紧束缚计算，表明，插入双层石墨烯与Si是一个有利的路线，实现硅烯。
2014-01-14 cond-mat.mtrl-sci
Silicene on Ag(111): an honeycomb lattice without Dirac bands
本研究通过角分辨光电子能谱和密度泛函理论计算发现，Ag(111)上的硅烯π对称态失去局域特性导致Dirac锥消失，并证实类似自由电子的Ag起源界面态解释了被误认为硅烯π能带的谱特征。
2023-06-30 cond-mat.mtrl-sci
