What drives the insulating state in ultrathin films of SrRuO3?
使用密度泛函计算，我们已经研究了SrRuO 3薄膜生长在SrTiO 3衬底上的电子结构的演变作为膜厚度的函数。在两个单层（RuO 2-终止表面）的膜被发现是在边缘的自旋状态的转变，驱动系统的反铁磁和绝缘状态。将膜厚度增加到四个单层，人们发现两种完全不同的溶液共存的令人惊讶的结果。反铁磁绝缘溶液与对应于反铁磁表面和铁磁体的金属溶液共存。电子结构发现在100极限持续较厚的薄膜和一个不寻常的结果进行预测。较厚的薄膜被发现是金属预期的散装，但磁性不直接演变为散装铁磁状态。表面仍然是反铁磁的，而大部分表现出铁磁有序。
2009-06-17 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
The occupied electronic structure of ultrathin boron doped diamond
利用角分辨光电子能谱学，我们比较了掺硼金刚石（1.8 nm）δ-层和块状掺硼金刚石膜（3 μm）的电子能带结构。令人惊讶的是，测量结果表明，除了有效质量的微小变化外，这些样品的电子结构之间没有显着差异，无论其物理维度如何。虽然这表明，目前不可能制造具有量子特性的硼掺杂金刚石结构，但这也意味着可以制造保留体掺杂金刚石的经典电子特性的纳米级掺杂金刚石结构，而不需要考虑量子限制的影响。
2019-07-01 cond-mat.mtrl-sci
Ultrathin catalyst-free InAs nanowires on silicon with distinct 1D sub-band transport properties
具有一维（1D）亚能带结构的超薄InAs纳米线（NW）是用于先进量子电子器件的有前途的材料，其中亚30 nm直径限制的尺寸以及Si上的后CMOS集成方案是非常期望的。在这里，我们展示了两种选择性合成方法，实现外延，高纵横比的InAs纳米线在硅上的直径小于20 nm。第一种方法利用直接气相-固体生长来通过线间间距、掩模开口尺寸和生长时间来调整NW直径。第二个方案探讨了一个独特的逆反应生长的侧壁的InAs纳米线的热分解下控制砷通量和退火时间。有趣的动力学有限的依赖关系之间的线间距和变薄的动态发现，产生的直径低至12纳米的稀疏NW阵列。我们清楚地验证了1D的子能带结构在cnws明显的电导步骤，在低温下使用背栅NW场效应晶体管的传输测量。相关的模拟揭示了单和双简并电导步骤，突出了旋转六角对称性，并再现了扩散一维传输极限的实验痕迹。在真实的背栅配置下的建模进一步证明了导致非对称载流子分布和依赖于栅偏置的简并度的提升的机制。
2020-08-05 cond-mat.mtrl-sci
Enhanced magnetic moment and conductive behavior in NiFe2O4 spinel ultrathin films
块状NiFe 2 O 4是一种绝缘亚铁磁体。在这里，我们报告的尖晶石NiFe 2 O 4薄膜上SrTiO 3单晶的外延生长。我们将表明，在适当的生长条件下，外延稳定导致形成的尖晶石相的磁性和电学性质，从根本上不同的散装材料：增强的磁矩（Ms）-约250%以上-和金属字符。的厚度依赖性的MS的系统研究允许得出结论，其增强的值是由于一个异常分布的Fe和Ni阳离子之间的尖晶石结构的A和B网站导致从非平衡生长条件和界面效应。尖晶石，更一般地说，氧化物为基础的异质结构的这些发现的相关性进行了讨论。我们认为，这种新材料可能是一种替代铁磁金属电极在磁性隧道结。
2005-02-23 cond-mat.mtrl-sci
Role of symmetry mismatch, charge transfer and low dimensionality in the magnetic order of CaMnO$_3$/SrTiO$_3$ ultrathin heterostructures
采用从头算方法研究了电荷转移和对称性失配对SrTiO $_3$（001）衬底上外延生长的CaMnO $_3$薄膜的磁性和电子性质的影响。我们发现，这些自由度的相互作用，连同低维和衬底施加的应变，改变了体积占有的Mn的e_ $g$轨道，这决定了磁配置的cNOCMO薄膜。从绝缘G型到金属A型反铁磁结构的转变是稳定的。
2021-05-28 cond-mat.mtrl-sci
Spontaneous graphitization of ultrathin cubic structures: A computational study
基于{ \em ab initio}密度泛函计算的结果表明，在立方金刚石，氮化硼，和许多其他立方结构，包括岩盐的石墨化的倾向。尽管这样的化合物通常显示出对本体中的立方原子排列而不是层状原子排列的能量偏好，但层状系统的表面能通常低于它们的立方对应物的表面能。我们确定了一系列系统的临界板厚度，低于该厚度，发生从立方到层状石墨结构的自发转换，由表面占主导地位的结构中的表面能减少驱动。
2014-06-23 cond-mat.mtrl-sci
Magnetic domains in ultrathin, bulk-like and proximity-coupled Europium Oxide
本文利用磁光克尔显微镜研究了25 nm和3 nm EuO薄膜的磁畴与磁滞回线的温度依赖行为，揭示了矫顽力与临界温度的厚度依赖性及EuO/Co的近邻反铁磁耦合，并结合MuMax3模拟阐明磁化反转动力学。
2024-04-26 cond-mat.mtrl-sci
Large Spin-to-Charge Conversion in Ultrathin Gold-Silicon Multilayers
在过去的十年中，由于金结合了大的体自旋扩散长度和强的界面自旋轨道耦合的性质，对金中的自旋霍尔效应的研究引起了越来越多的兴趣。然而，文献中报道的金的自旋霍尔角的值之间的差异带来了问题的自旋霍尔效应在Au的微观起源。在这里，我们调查的自旋电荷转换效率的厚度依赖性在单一的Au膜和cross-Au/Si多层膜的非局域传输和自旋扭矩铁磁共振测量。我们发现，自旋电荷转换效率大大提高，在cross-Au/Si多层膜，达到非常大的值0.99 +/- 0.34时，个别Au层的厚度按比例缩小到2 nm。这些发现揭示了强的界面自旋轨道耦合效应的共存，成为占主导地位的金，和体自旋霍尔效应与一个相对较低的体自旋霍尔角为0.012 +/- 0.005。我们的实验结果表明，Rashba-Edelstein效应的自旋-电荷转换中的关键作用，在CuAu。
2021-03-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Molecular Dynamics Simulations Study on Ultrathin Cu Nanowires
为了更好地理解铜纳米线的性质，我们采用经典的分子动力学模拟方法对几种铜纳米线进行了模拟。随着温度的升高，铜纳米线转变为表面应力和表面能最低的结构，截面呈圆形，具有类{111}表面。随着铜纳米线厚度的增加，纳米线的断裂和结构转变几乎不发生。角关联和径向分布函数的研究表明，{111}纳米线比{100}纳米线更稳定。纳米线的振动频率与块体的振动频率相差约3 THz和8 THz以上。圆柱形多壳层纳米线的结构性质与面心立方纳米线有很大的不同。
2002-02-02 cond-mat.mtrl-sci
First-principles study of ultrathin (2 \times 2) Gd nanowires encapsulated in carbon nanotubes
采用密度泛函方法研究了包裹在窄碳纳米管中的Gd和Gd-碳化物纳米线的结构和磁性。封装的（2 \times 2）Gd-NW的平衡几何形状与体Gd晶体的平衡几何形状明显不同。电荷密度分析表明，与Gd-碳化物纳米线相比，在封装的Gd-NW中存在明显的自旋相关的电子转移。我们的结论是，Gd-CNT杂化是主要负责封装的Gd-NW的结构差异和电子转移。
2010-10-04 cond-mat.mtrl-sci
Optical Properties of Bismuth Nanostructures Towards the Ultrathin Film Regime
大块铋呈现出优异的光学性质，如巨大的红外折射率（n接近10）和负的紫外可见光介电常数诱导的巨大的带间电子跃迁。虽然这种性质在纳米光子学中的应用非常有吸引力，但铋纳米结构的介电功能却很少被研究。本文用椭圆偏振光谱法测量了脉冲激光沉积铋薄膜的远红外-紫外介电函数，薄膜的标称厚度tBi从10 nm到几十nm不等。对于tBi大于15 nm，薄膜显示出连续的结构和它们的介电函数是可比的散装铋。对于tBi低于15 nm，膜结构是不连续的，并且介电函数与体铋的介电函数显著不同。从FDTD模拟中提出，这种显着的差异主要来自有效介质的影响引起的不连续的薄膜结构，量子电子限制不起主导作用。这表明，对于高性能纳米光子器件而言，铋和连续铋膜应该呈现与块体铋相同的突出光学性质。
2019-04-16 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Strain induced metal-insulator transition in ultrathin films of SrRuO$_3$
薄膜极限已被证明是一个不寻常的低维物理丰富的游乐场。以SrRuO $_3$为例，它在体极限下是铁磁性和金属性的，人们发现，当生长在SrTiO $_3$上时，它在三个单层极限下变成反铁磁性和绝缘的。绝缘状态的起源追溯到强烈的轨道相关的交换分裂。然后发现SrTiO $_3$衬底的1%的适度压缩应变驱动系统进入高度受限的二维100%自旋极化金属态。这种由适度应变驱动的金属-绝缘体转变在两态器件应用中可能很有用。
2014-08-20 cond-mat.mtrl-sci
Large-Area and Transferred High-Quality Three-Dimensional Topological Insulator Bi2-xSbxTe3-ySey Ultrathin Film by Catalyst-Free Physical Vapor Deposition
大面积均匀合成块体绝缘薄膜是三维拓扑绝缘体（3D-TI）表面在各种电子器件中应用的重要课题。在这里，我们报告了体绝缘三维拓扑绝缘体（3D-TI）Bi 2-xSbxTe 3-ySey（BSTS）薄膜，从几个五层到几百层，在大面积（1 cm 2）的云母通过无催化剂的物理气相沉积外延生长。这些薄膜可以使用去离子水非破坏性地剥离，并根据需要转移到各种基材上。转移的BSTS薄膜表现出良好的双极特性，以及明确定义的量子振荡所产生的拓扑表面状态。载流子迁移率为2500-5100 cm 2（Vs）-1，与高质量块体BSTS单晶相当。随着薄膜厚度的减小，电子态从无质量到有质量的狄拉克费米子都可以调谐。BSTS薄膜的大面积合成和可靠的薄膜转移工艺为3D-TI的应用开辟了一条新的途径。
2017-04-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Bulk-like Mott-Transition in ultrathin Cr-doped V2O3 films and the influence of its variability on scaled devices
本研究针对超薄Cr掺杂V₂O₃多晶薄膜的压力驱动莫特转变展开电学测量，构建标度律与逾渗结合的仿真模型验证其类体相转变特性，并探明晶粒变异性支持器件宽度缩至至少50 nm。
2024-05-14 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Massive Dirac fermions and spin physics in an ultrathin film of topological insulator
本文研究了薄膜拓扑绝缘体体能隙中表面态的输运和光学性质。当薄膜厚度与表面态衰减长度相当时，上下表面之间的隧穿打开了一个能隙，形成两个简并的大质量狄拉克双曲线.自旋相关的物理出现在表面带，这是大大不同于体行为。这些包括表面自旋霍尔效应，自旋相关的轨道磁矩，和自旋相关的光学跃迁选择规则，允许光学自旋注入。当改变薄膜的厚度时，我们发现了一个拓扑量子相变，其中表面能带的陈数发生变化。
2010-02-11 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Absence of Critical Thickness in an Ultrathin Improper Ferroelectric Film
我们利用密度泛函理论研究了氧封端的六方YMnO $_3$超薄膜的铁电稳定性和表面结构特性。在开路边界条件下，自发极化垂直于（0001）面的铁电态在单畴态下是亚稳的，尽管存在去极化场.我们建立了一个连接的结果和不适当的铁电转变的作用。我们的研究结果意味着，不适当的铁电薄膜可以有相当独特的性质，是不同于那些非常薄的普通铁电薄膜。
2008-09-08 cond-mat.mtrl-sci
Prediction of thickness limits of ideal polar ultrathin films
电子重构与原子重构之间的竞争是过渡金属氧化物中经常出现的主题。我们使用密度泛函理论计算来研究这种竞争的模型系统组成的极性，无限层结构ACuO2（A=Ca，Sr，Ba）生长在非极性，钙钛矿SrTiO 3基板的薄膜。预测从块状平面结构到链式薄膜的过渡伴随着电子结构的实质性变化的SrCuO 2膜小于5个晶胞厚度。一个分析模型解释了为什么原子重建变得比电子重建更有利的薄膜变得更薄，并建议类似的考虑应该是有效的其他极性薄膜。
2012-03-26 cond-mat.mtrl-sci
Breathing modes of confined skyrmions in ultrathin magnetic dots
本文从理论上研究了单磁Skyrmion在磁膜点中的动力学行为。所考虑的系统是具有垂直磁各向异性的过渡金属铁磁体，并特别注意到的skyrmions垂直驱动场的动态响应。通过使用微磁学模拟，它表明，呼吸模式可以杂交与几何量子化的自旋波本征模的圆点考虑，导致不同的行为均匀磁化系统的功率谱中的独特功能。呼吸模式的场依赖性提供了在实验中检测和表征这种skyrmion状态的直接手段。
2014-05-28 cond-mat.mtrl-sci
Theoretical phase diagram of ultrathin films of incipient ferroelectrics
我们用第一性原理方法计算了{ \sl初期}铁电KTaO $_3$薄膜的温度-失配应变"Pertsev“相图。我们的研究结果表明，在与体材料的差异，KTaO $_3$薄膜不能被描述为量子顺电。相反，薄膜的行为在很大程度上取决于表面/界面效应，有利于铁电性和去极化场的不完善的屏蔽。这导致Pertsev相图是定性类似的{ \sl正常}铁电体，如钛酸钡$_3$。
2007-02-12 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Size, Shape, and Phase Control in Ultrathin CdSe Nanosheets
超薄二维纳米片由于其独特的尺寸依赖性而引起了人们越来越多的兴趣。大多数二维材料是通过层状块状材料的剥离获得的，或者通过气相沉积方法在基底上生长。为了生产独立的纳米片，基于溶液的胶体方法正在成为有前途的路线。在这项工作中，我们展示了可控制的尺寸，形状和相位的CdSe纳米片。我们的方法的关键是在热注射合成中使用卤代烷作为添加剂。溴代烷烃浓度的增加可以调整形状从六角到四边形到三角形和锌的晶体相从纤锌矿。根据质谱和X射线光电子能谱学，纳米片的几何形状和晶体结构演变发生在卤离子的存在下，充当镉络合剂和表面X型配体。我们的实验结果表明，这些变化的程度取决于卤代烷烃的分子结构和卤素原子的类型。
2017-07-12 cond-mat.mtrl-sci
Structure and magnetism in ultrathin iron oxides characterized by low energy electron microscopy
我们已经在钌上生长了几个原子层厚的氧化铁外延膜。我们用低能电子显微镜表征生长。使用选区衍射和强度与电压谱，我们检测到两个不同的阶段，这是分配给浮氏体和磁铁矿。自旋极化低能电子显微镜显示磁畴图案的磁铁矿相在室温下。
2009-07-07 cond-mat.mtrl-sci
Ultrathin layers of beta-tellurene grown on highly oriented pyrolytic graphite by molecular-beam epitaxy
碲（Te）或碲烯单层膜是一种新型的二维体系，具有很好的电子学和光电学前景。在这里，我们提出了一个实验研究外延碲沉积在高取向热解石墨（HOPG）衬底上的分子束外延。扫描隧道显微镜的碲碲化层揭示了矩形的表面细胞与细胞的大小与理论预测的β-碲，而对于较厚的膜，细胞的大小是更一致的散装碲晶体的（10-10）表面。扫描隧道光谱测量结果表明，薄膜是半导体的能带隙随膜厚的增加而减小，并主要发生在价带最大值（VBM）的间隙变窄。后者被理解为强耦合的状态在VBM，但弱耦合的导带底（CBM）所揭示的密度泛函理论计算。
2017-04-25 cond-mat.mtrl-sci
A ferroelectric problem beyond the conventional scaling law
近年来，铁电体的尺寸效应已经被广泛报道，而非本征效应（如缺陷和晶格应变）也经常被采用。通过基于第一性原理的有限温度（$T$）模拟，我们发现，这些异常是固有的不寻常的对称性破缺从散装到薄膜。电子结构的变化导致表征体相和薄膜中FE相变的序参量不同，标度律失效。超越标度律$T_{\text{c}}$限制，这种机制可以帮助预测材料有前途的房间$T$的广泛兴趣的MEMS器件。
2018-07-02 cond-mat.mtrl-sci
Spin-flip hot spots in ultrathin films of monovalent metals: Enhancement and anisotropy of the Elliott-Yafet parameter
与众所周知的事实相反，自旋翻转热点，即，特殊的\vc{k} -点的费米表面上显示出高的自旋混合参数，不出现在本体的单价（贵金属和碱金属）的金属，我们发现他们的表面布里渊区边界上的这些金属薄膜。用Korringa-Kohn-Rostoker格林函数方法对10层厚的Cu、Ag和Au薄膜进行了密度泛函计算，结果表明，热点周围的区域可能有很大的贡献，例如：52%，这可能导致薄膜中自旋弛豫速率或自旋霍尔角的显著增强。由于自旋翻转热点的出现，在这些系统中还发现了大的Elliott-Yafet参数各向异性[Au（001）为50\%]。这一发现对于自旋电子学的应用是很重要的，在自旋电子学中经常使用贵金属，并且样品的维数减少。
2014-05-12 cond-mat.mtrl-sci
Direct observation of distinct bulk and edge nonequilibrium spin accumulation in ultrathin MoTe$_2$
本文通过局域自旋敏感电化学势测量直接观测了超薄 MoTe$_2$ 中体态与边缘的非平衡自旋积累，区分了自旋霍尔效应与 Rashba-Edelstein 效应的贡献，并结合从头计算揭示了 CSC 机制与材料维度及堆叠方式的关系。
2025-07-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Experimental and Theoretical Electronic Structure and Symmetry Effects in Ultrathin NbSe2 Films
层状准二维过渡金属二硫属化物（TMDC），这可以很容易地在薄膜中，研究维度如何影响电子结构和物理性质提供了极好的机会。在所有的TMDC中，NbSe 2是特别感兴趣的;大块NbSe 2在低温下具有电荷密度波相，并且具有已知的最高超导转变温度，并且这些性质可以在超导膜极限下进行实质性修改。出于这些影响，我们在这里报告的几层NbSe 2薄膜，具有明确的单畴取向，外延生长在砷化镓（GaAs）的研究。角分辨光电子能谱（ARPES）被用来确定的电子能带结构和费米表面作为层厚度的函数，第一原理能带结构计算进行比较。结果表明，有趣的变化，作为膜厚度增加，从单层（ML）到几层。最显着的变化发生在ML和双层之间，其中散装NbSe 2中的反转对称性保留在双层中，但不在ML中。这些结果揭示了NbSe 2的一些基本的尺寸效应，为进一步探索和理解NbSe 2的性质提供了基础。
2018-06-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Quantifying symmetric exchange in ultrathin ferromagnetic films with chirality
对称（海森堡）交换相互作用是磁性的基础，在设计新的涌现现象和设备应用的磁性材料中具有至关重要的作用。然而，量化交换是非常具有挑战性的双（$\sim$ 1 nm）磁性薄膜，可靠地用于散装材料的技术和近似在很大程度上不适用于二维（2D）的限制。在这里，我们提出和对比的测量交换刚度，$A$，通过几种方法对一系列的五个Co/Pt为基础的纳米（$1-2$ nm）薄膜。我们比较结果从（a）自旋波光谱布里渊光散射（BLS），（b）三个分析模型描述的温度依赖性的磁化得到的磁力，（c）微观域周期性测量和模拟，（d）从头算密度泛函理论（DFT）计算。虽然不同的方法在样品间呈现出一些定性一致的趋势，但我们注意到，对于任何给定的样品，不同技术间$A$的绝对值存在相当大的差异（高达$5\times$），这与文献中报告的标称相似样品的$A$差异一致。我们分析了各种方法之间差异的可能来源，特别是包括它们与自旋波色散的关系，以及探测的波矢范围。我们比较的优势和局限性的技术，并概述了其未来使用的方向，在表征交换相互作用的薄膜。
2023-01-27 cond-mat.mtrl-sci
Orbital ordering induced ferroelectricity in SrCrO3
采用密度泛函理论计算了SrTiO_3衬底上SrVO_3（d_1）和SrCrO_3（d_2）的多铁性。虽然两者都是金属的散装限制，他们被发现是绝缘的结果，轨道有序驱动的晶格畸变在100度极限。虽然SrVO 3中的畸变具有一阶Jahn-Teller起源，但SrCrO 3中的畸变本质上是铁电的。这种铁电性（FE）的途径导致与常规铁电体相当的极化。
2013-08-07 cond-mat.mtrl-sci
Role of disorder and correlations in metal-insulator transition in ultrathin SrVO3 films
金属氧化物SrVO 3代表了一个原型系统的研究背后的机制厚度诱导的金属-绝缘体转变（MIT）或交叉在薄膜由于其简单的立方对称性与一个电子在3d状态的散装。在这里，我们报告的化学成分和晶格结构的变形存在于SrTiO 3（001）上生长的SrVO 3薄膜的初始3个晶胞从其块体形式的偏差，这表明了直接相关的厚度依赖的MIT。原位光电子能谱和扫描隧道能谱表明在~3个晶胞的临界厚度（u.c.）处存在MIT，这与（root 2 × root 2）R45表面重构的形成一致。然而，原子分辨扫描透射电子显微镜和电子能量损失谱显示Sr的耗尽，V价态的变化，从而暗示在3u.c中存在显著量的氧空位。SrVO 3在界面附近。输运和磁输运测量进一步揭示，无序，而不是电子的相关性，可能是在SrVO 3薄膜的MIT的主要原因。
2019-04-11 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Phonons in ultrathin oxide films - 2D to 3D transition in FeO on Pt(111)
利用同步辐射的核非弹性散射（NIS）研究了Pt（111）衬底上1 ~ 16个单层（ML）厚的FeO（111）薄膜的结构和磁性。声子态密度（PDOS）中揭示的振动特性随厚度的明显演化见证了从2D到3D晶格动力学的教科书式转变。对于1和2 ML的最薄的膜，PDOS的低能量部分遵循能量的线性依赖性，这是2维系统的特征。这种依赖关系随着厚度的增加逐渐转变为体积~ E-平方关系。密度泛函理论声子计算完美地再现了在赝晶FeO/Pt（111）界面的简单模型内测量的1 ML PDOS。计算结果表明，二维PDOS特性是由于FeO薄膜与Pt（111）衬底的弱耦合。随着厚度的增加，振动性质的演变与瞬态长程磁序和不寻常的结构相的稳定密切相关。
2015-10-10 cond-mat.mtrl-sci
Surface Chemical Reactivity of Ultrathin Pd(111) Films on Ru(0001): Importance of Orbital Symmetry in the Application of the d-Band Model
过渡金属表面上吸附物分子的化学键强烈地受到分子轨道和金属d-带之间的杂化的影响。这种相互作用的强度通常与金属d带中心相对于费米能级的位置相关。在这里，我们利用有限的尺寸效应在Ru（0001）上生长的Pd（111）薄膜的电子结构调整其反应性，通过改变膜厚度一个原子层的时间，同时保持所有其他变量不变。有趣的是，虽然本体Pd（111）对氧具有反应性，但低于5个单层的Pd（111）膜令人惊讶地是惰性的。当应用于参与成键的轨道时，这一观察结果完全符合d带模型的预测。d带中心随膜厚的变化主要归因于与4dxz和4dyz轨道相关的偏态密度的变化。这项研究深入研究了轨道特定的表面化学反应性的贡献，提供了新的见解，可能是有用的表面催化。
2015-09-24 cond-mat.mtrl-sci
Design and processing as ultrathin films of a sublimable Iron(II) spin crossover material exhibiting efficient and fast light-induced spin transition
本文报道了一种可升华的中性铁(II)自旋交叉配合物[FeII(neoim)2]，系统研究了其合成、磁结构性质及高真空升华成膜能力，并证实其在15 nm超薄膜中仍保留高效快速的光诱导自旋转变（LIESST效应）。
2023-07-10 cond-mat.mtrl-sci
Ultrathin film of 3D topological insulators by vapor-phase epitaxy: Surface dominant transport in wide temperature revealed by Seebeck measurement
实现拓扑绝缘体（TI）在宽温区的本征表面优势输运是推动TI向未来电子学方向发展的重要前沿研究课题。本文报道了用物理气相沉积法生长的高质量Bi 2-xSbxTe 3-ySey（BSTS）单晶薄膜，系统测量了纵向电输运、Shubnikov-de-Haas（SdH）量子振荡、霍尔系数（R_H^2D）和塞贝克系数随薄膜厚度（d）和温度的变化。的厚度依赖性的片电导和塞贝克系数清楚地表明，通过减少膜厚度的半导体空穴载流子的体状态的抑制，达到在DC=14 nm以下的表面占主导地位的运输。本文用R_H^2D（n_Hall^2D）和SdH（n_SdH）两种方法对如何抑制流动载波数（n）的贡献作了定量的讨论。有趣的是，n_Hall^2D的值接近直流以下n_SdH的两倍。虽然R_H^2D在整个温度范围内都是负的，但当d较厚时，在高温下可以清楚地观察到S从负极性到正极性的变化。我们指出，在R_H^2D和S之间观察到的这种不一致性是3D-TI中固有的，其根源是体和拓扑表面之间载流子迁移率的巨大差异。我们认为，即使在没有磁场的情况下，Seebeck系数也可以成为一种方便而有力的工具来评估3D-TI中拓扑表面的本征载流子浓度。
2018-12-21 cond-mat.mtrl-sci
Strain induced magnetic transition in CaMnO$_3$ ultra thin films
实验研究了高拉伸应变和低维对SrTiO $_3$衬底上外延生长的CaMnO $_3$薄膜的磁电性质的影响，并从理论上进行了分析.通过从头计算，我们发现，这两个，由衬底产生的高应变和自由表面的存在下，有助于稳定的面内铁磁耦合，从而引起非零净磁矩的薄膜。再加上这种磁序的变化，我们发现量子限制和拉伸外延应变引发的绝缘体-金属过渡。因此，我们的磁性测量在3 nm的薄膜显示铁磁磁滞回线，由于其G-型反铁磁结构的散装化合物中不存在。
2020-08-04 cond-mat.mtrl-sci
Strain driven monoclinic distortion of ultrathin CoO films in CoO/Pt(001) and exchange-coupled CoO/PtFe/Pt(001) systems
用原位和实时表面X射线衍射方法测定了生长在Pt（001）衬底和Pt（001）上的铁磁PtFe赝晶层上的CoCoO薄膜的结构和应变。薄膜在两个表面上外延生长，具有产生伪立方CoO（111）表面的面内六边形图案。一个精致的X射线衍射分析揭示了轻微的单斜变形在RT引起的各向异性应力在界面处。四元化合物对畸变的贡献导致比率c/a > 1，与低温本体CoO相中发现的比率相反。这种扭曲导致在膜的平面内稳定的Co 2+自旋配置。
2014-10-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Does the boson peak survive in an ultrathin oxide glass?
大块玻璃在低能量下表现出额外的振动模式，称为玻色子峰。纳米氧化铝中的微观动力学影响量子比特和其他超导器件的性能，然而这些玻璃中玻色子峰的存在以前没有被测量过。在这里，我们报告的Al/Al $_2$ O $_{3-x}$纳米粒子组成的球形金属核从20到1000 nm的3.5 nm厚的氧化铝玻璃包围的中子能谱。一个强烈的低能量峰观察到在$ω_{BP}$ = 2.8 $\pm$ 0.6毫电子伏的高度氧化的粒子，同时与过剩的状态密度。峰的强度与指示表面起源的颗粒尺寸和氧化物分数成反比，并且相对于$γ$ -相Al $_2$ 0 $_{3-x}$纳米晶体的van-Hove奇点红移3毫电子伏。$α$ -Al $_2$ O $_{3-x}$、$γ$ -Al $_2$ O $_{3-x}$和a-Al $_2$ O $_{3-x}$的分子动力学模拟表明，观察到的玻色子峰是玻璃表面的特征，并且与假设的块体玻璃的频率相比，频率被软化。
2019-07-29 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci
Spin-momentum locking and ultrafast spin-charge conversion in ultrathin epitaxial Bi$_{1-x}$Sb$_x$ topological insulator
三维拓扑绝缘体表面态的螺旋性在自旋电子学中引起了极大的关注，这是由于自旋-动量锁定，其中载流子的自旋垂直于它们的动量。这种性质可以提供一种有效的方法，通过Rashba-Edelstein效应将电荷电流转换为自旋电流，反之亦然。然而，这些表面状态的自旋-电荷转换的实验签名是非常困难的解开从体状态的贡献。在这里，我们结合自旋和角度分辨的光电子能谱，时间分辨的太赫兹发射光谱，以明确地表明，自旋电荷转换产生的Bi $_{1-x}$ Sb $_x$薄膜的表面状态，下降到几个纳米的限制效应出现。我们关联这个大的转换效率，通常在重金属的体自旋霍尔效应的水平，复杂的费米表面从逆Rashba-Edelstein响应的理论计算获得。我们证明了这一点，薄膜厚度下降到几个纳米，在外延Bi $_{1-x}$ Sb $_x$薄膜的表面状态鲁棒性和相当大的转换效率带来了新的前景，超低功率磁随机存取存储器和宽带太赫兹产生。
2023-03-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Collective octahedral tilting in ultrathin Ruddlesden-Popper perovskite under terahertz light
本研究通过第一性原理计算发现超薄Ruddlesden-Popper相Bi2FeO4存在两种稳定八面体倾斜相，提出利用太赫兹光实现可逆非易失性相变，并通过可见光反射光谱差异实现全光学读写。
2023-12-28 cond-mat.mtrl-sci
Charge transfer-induced Lifshitz transition and magnetic symmetry breaking in ultrathin CrSBr crystals
通过角分辨光电子能谱研究Au(111)和Ag(111)衬底上的超薄CrSBr，发现衬底电荷转移诱导了Lifshitz转变、带隙类型改变及磁对称性破缺，且密度泛函理论结合平均场库仑相互作用可较好描述该掺杂薄膜性质。
2023-07-24 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Emergent magnetic and charge ordered phases in freestanding ultrathin \ce{LaVO3}
Indian Institute of Science Education and Research（印度科学教育研究所）
研究自由悬挂超薄LaVO3薄膜的内在性质，发现其随厚度变化出现磁相变序列，揭示了电荷有序和磁序的形成机制。
2026-05-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Surface termination effect of SrTiO3 substrate on ultrathin SrRuO3
本研究通过原子分辨扫描透射电子显微镜揭示了SrTiO3衬底台阶效应对超薄SrRuO3薄膜横向不均匀性的影响，发现II型台阶导致单层SrRuO3横向不连续，强调使用单一终止衬底的重要性。
2023-12-06 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Dynamics of ultrathin metal films on amorphous substrates
建立了一个数学模型，分析了非晶衬底上金属薄膜（SiO_{2}）表面扰动的生长/衰减速率。该公式结合了Mullins [J.Appl.Phys.v30，77，1959]的方法用于体基质，其中曲率驱动的质量传输和表面变形可以通过表面/体积扩散和蒸发-冷凝过程发生，以及Spencer等人[Phys.Rev.Lett.1999]的方法。V67，26，1991]描述了在外延应变下薄膜中的固态传输。应用该模型研究了快速热脉冲作用下薄膜中固相传质相对于液相去湿的相对速率。具体地，我们最近已经表明，多个周期的纳秒（ns）脉冲激光熔化和非晶衬底上的金属氧化物膜的再固化可以导致形成各种类型的空间有序的纳米结构[Phys. Rev. B，v75，235439（2007）]。斑图形成归因于流体动力学不稳定性引起的薄膜的去湿。在这样的实验中，膜在每个热循环的大部分期间处于固态。基于上述模型的线性稳定性分析的结果表明，固态传质对表面的形态变化的影响可以忽略不计。因此，由液相不稳定性引起的表面变形在冷却阶段被快速淬火。这种变形状态通过随后的激光脉冲进一步演化。这些结果的影响，开发精确的计算机模拟薄膜去湿的高能束，旨在制造光学活性纳米材料的应用，包括信息处理，光学器件和太阳能收获。
2007-08-04 cond-mat.mtrl-sci
Theory of ultrathin ferroelectrics: the case of CsGeBr$_3$
该研究基于第一性原理模拟建立超薄铁电薄膜理论，通过局域极化与偶极模式分类器揭示 CsGeBr$_3$ 等材料的单畴/纳米畴相变机制及多种纳米畴形态。
2024-04-05 cond-mat.mtrl-sci
Infrared anomalies in ultrathin Ti3C2Tx MXene films
本研究提出无胶带转移法制备厘米级超薄Ti3C2Tx MXene薄膜，测得其红外光学特性，发现三种红外异常现象，为低辐射透明薄膜等器件设计提供指导。
2023-12-15 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Low-dimensionality-induced tunable ferromagnetism in SrRuO$_3$ ultrathin films
Seoul National University（首尔国立大学）；Jeonbuk National University（全北国立大学）；Sungkyunkwan University（成均馆大学）
通过调控SrRuO$_3$超薄薄膜中的DOS，在相交叉点实现铁磁性的可调性，为可调量子材料的设计提供新路径。
2025-12-10 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Observation of mirror-odd and mirror-even spin texture in ultrathin epitaxially strained RuO2 films
University of Minnesota-Twin Cities（明尼苏达大学双城分校）；Kyung Hee University（庆熙大学）；Rice University（莱斯大学）；Paul Scherrer Institute（保罗谢勒研究所）；Gwangju Institute of Science and Technology (GIST)（光州科学技术院）
研究通过角分辨光电子能谱和第一性原理计算，揭示了超薄RuO2异质结构的电子结构，发现镜像奇偶自旋纹理，排除了非磁性起源，表明超薄极限下应变诱导的非相对论自旋结构。
2026-08-04 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Observation of Gapped Topological Surface States and Isolated Surface Resonances in PdTe$_2$ Ultrathin Films
超导体PdTe $_2$是已知的主机体狄拉克带和拓扑表面状态。PdTe $_2$的超导性和拓扑表面态的共存使其成为探索拓扑超导性和Majorana束缚态的一个很有前途的平台。在这项工作中，我们报告的逐层分子束外延生长和光谱表征的高品质的PdTe $_2$膜的厚度下降到3个单层（ML）。在3 ML PdTe $_2$薄膜中，我们观察到自旋极化的表面共振态，由于量子尺寸效应，这些共振态与体能带隔离。此外，相对面上的表面态的杂化导致拓扑表面狄拉克带中的厚度依赖性间隙。我们的光电子能谱结果清楚地表明，随着薄膜厚度的减小，杂化带隙的大小增加。利用分子束外延技术成功地生长出高质量的PdTe $_2$薄膜，并观察到了PdTe $_2$量子薄膜的表面共振态和带隙拓扑表面态，为PdTe量子薄膜在自旋电子学和拓扑计算中的应用提供了新的思路。
2022-09-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
Magnetic properties and structural phase transition in ultrathin fcc Fe (111) and bcc Fe (111) films: first-principles study
本研究通过基于全势局域轨道（FPLO）代码的密度泛函理论（DFT），探究了超薄fcc Fe(111)和bcc Fe(111)薄膜的结构与磁学特性，发现厚度超23原子单层时fcc向bcc相变，解释了实验现象并为衬底选择提供参考。
2023-12-02 cond-mat.mtrl-sci
Hybridization gap approaching the two-dimensional limit of topological insulator Bi$_x$Sb$_{1-x}$
本文在 InSb(111)B 上生长低至两个双分子层的 Bi$_x$Sb$_{1-x}$ 外延薄膜，结合紧束缚模型与自旋/角分辨光电子能谱，揭示二维极限下拓扑表面态的杂化能隙及近完全自旋极化。
2024-09-18 cond-mat.mtrl-sci
Flexoelectricity-stabilized ferroelectric phase with enhanced reliability in ultrathin La:HfO2 films
本文研究了超薄La:HfO2外延薄膜中挠曲电效应诱导的三方晶格畸变，该畸变稳定了亚稳态铁电相并显著提升了薄膜的抗疲劳耐久性，为集成铁电应用提供了新思路。
2023-02-22 cond-mat.mtrl-sci
Moiré-resonant surface state in ultrathin RuO$_2$
Universität Würzburg（维尔茨堡大学）；Würzburg-Dresden Cluster of Excellence ctd.qmat（维尔茨堡-德累斯顿卓越集群 ctd.qmat）；Istituto Officina dei Materiali, CNR-IOM（意大利国家研究委员会材料研究所）
研究通过多种方法对 Ru(0001) 上的超薄 RuO₂(110) 进行研究，发现非磁性电荷序及亚稳表面重构，未发现磁有序，为探索莫尔辅助电子序提供了有趣平台。
2026-07-21 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
From wurtzite nanoplatelets to zinc blende nanorods: Simultaneous control of shape and phase in ultrathin ZnS nanocrystals
超薄半导体纳米晶（NC）由于其独特的物理化学性质如强量子限制、大的表面积体积比和巨振子强度而受到越来越多的关注，其中至少一维小于其激子玻尔半径。这些优异的性能高度依赖于半导体NC的形状和晶相。纳米粒子的形状和相态的微小变化可以引起其性质的显著变化。因此，可控地合成半导体NC至关重要。在这里，我们不仅展示了强大的定义良好的ZnS纳米片（NPLs）与激子吸收和发射的合成，而且精确的形状和相位控制的ZnS NC的基础上的软模板策略。我们的方法的关键特征是硫前体量的调节，导致在中等温度（150度）下纤锌矿（WZ）ZnS NPL和锌尖晶石（ZB）ZnS纳米棒（NR）之间的同时形状/相变。紫外-可见吸收光谱和光致发光（PL）光谱显示了WZ-ZnS NPL和ZB-ZnS NRs之间非常不同的光学性质。WZ-ZnS NPL的UV-vis吸收光谱清楚地表现出在ZB-ZnS NR中未观察到的尖锐的激子峰。此外，光致发光特性表明，WZ-ZnS纳米线具有窄的激子发射峰（292 nm），而ZB-ZnS纳米线则具有宽的集体发射带（335、359、395和468 nm）。用密度泛函理论（DFT）模拟了ZnS纳米线吸收光谱中的带间电子跃迁，解释了激子特征的出现.所提出的简单有效的合成策略为进一步合成具有形状和相位控制的纳米晶体开辟了一条新的途径，用于电子学和光子学的高级应用。
2019-07-04 cond-mat.mtrl-sci
Spectroscopic signature of surface states and bunching of bulk subbands in topological insulator (Bi$_{0.4}$Sb$_{0.6}$)$_2$Te$_3$ thin films
用分子束外延法在SrTiO $_3$（111）衬底上生长了高质量的拓扑绝缘体（Bi $_{0.4}$ Sb $_{0.6}$）$_2$ Te $_3$薄膜。用原位角分辨光电子能谱和原位扫描隧道谱研究了它们的电子结构。实验结果显示出惊人的相似之处，相对论从头算紧束缚计算。我们发现三维拓扑绝缘体（Bi $_{0.4}$ Sb $_{0.6}$）$_2$ Te $_3$的晶体板显示拓扑表面态、在最外层Te原子层上具有大权重的表面态以及量子化的色散体能级。我们观察到，体能级的带宽大大减少。这些聚束的体态以及表面态在局域态密度中产生强峰。
2021-12-23 cond-mat.mtrl-sci
Phononic and electronic features of diamond nanowires
利用密度泛函理论研究了氢钝化金刚石纳米线的振动特性、拉曼活性和电子性质。约束使横向声模软化，低光模硬化。较高频率的光学模式受表面终止效应的影响更大。表面效应分裂横向（TO）和纵向（LO）光学模式，具有来自体金刚石的红移。电子结构分析表明，表面封端的氢原子对H-DNW的导带有主要贡献。这导致，与我们从量子限制效应的预期相反，H-DNW的电子带隙变得比大块金刚石小。
2020-09-04 cond-mat.mtrl-sci
