Gate induced monolayer behavior in twisted bilayer black phosphorus
黑磷的光学和电子性质强烈地依赖于层的数量和堆叠的类型。利用密度泛函理论框架下的第一性原理计算，研究了层间扭曲角为90 $^\circ$的双层黑磷的电子性质.这些计算与一个简单的$\vec{k}\cdot\vec{p}$模型，它是能够捕获的低能量的功能，是有效的任意扭转角。发现90 $^\circ$扭曲双层黑磷的电子光谱与单层相比是x-y各向同性的。然而，x-y各向异性和部分返回到单层样行为，特别是在价带中，可以由外部面外电场诱导。此外，优选的空穴有效质量可以简单地通过改变所施加的电场的方向而旋转90 $^\circ$。特别地，+0.4（-0.4）V/V的面外电场导致空穴有效质量沿y（x）轴增加60%，并将$m^*_{y}/m^*_{x}$（$m^*_{x}/m^*_{y}$）比提高多达40倍。我们的DFT和$\vec{k}\cdot\vec{p}$模拟清楚地表明，结合适当的栅极电压的扭曲角是一种新的方式来调整双层磷的电子和光学性质，它给了我们一个新的自由度，工程黑磷基器件的性能。
2017-09-06 cond-mat.mes-hall
Temperature-dependent collective effects for silicene, germanene and monolayer black phosphorus
我们数值计算了新发现的硅烯，锗烯和黑磷（BP）的电子交换，相关能和动态极化函数，由元素磷原子的褶皱层组成，拓宽了二维（2D）材料在不同温度下的范围。事实上，单层BP，由机械和液体剥离技术，已被预测为具有大的能量分裂1.6 eV的准粒子能带结构的绝缘体。我们比较了这些能量对化学势、场致能隙和温度的依赖性，并得出结论，在许多情况下，它们的性质相似，即，随着掺杂而增加，在升高的温度下显著降低，并且在各种温度下显示出对不对称间隙的不同依赖性。此外，我们使用的动力学极化率，调查新的“分裂”等离子体激元分支的褶皱晶格和预测一个独特的分裂，不同的带隙的石墨烯，为各种能隙。我们的研究结果对于刺激这些新材料的电子，传输和集体研究，以及增强硅基制造和光电子器件和晶体管器件技术至关重要。
2016-05-27 cond-mat.mes-hall
Tuning electrical and optical anisotropy of a monolayer black phosphorus magnetic superlattice
从理论上研究了调制周期性垂直磁场对单层黑磷（磷烯）电子态和光吸收谱的影响。我们证明了不同的磷烯磁超晶格（PMS）取向可以产生不同的能谱，即，调谐固有电子各向异性。Rashba自旋轨道耦合（RSOC）将在该磷烯磁性超晶格中发展自旋分裂能量色散。各向异性的动量相关的载流子分布沿/垂直于磁条的证明，和这些奇异的属性，通过调整超晶格的几何形状，磁场和RSOC项（通过外部电场）的操纵系统地解决。相应地，我们在基态电子-空穴对跃迁速率谱和PMS取向依赖的各向异性光吸收谱中发现了亮-暗跃迁。这一特性为我们利用磁超晶格结构对磷烯的电子各向异性进行调制以及利用光学技术检测这种调制能力提供了一种可行的方法。
2017-11-07 cond-mat.mes-hall
Highly Anisotropic and Robust Excitons in Monolayer Black Phosphorus
半金属石墨烯和半导体单层过渡金属二硫属化合物（TMDC）是近年来研究最多的二维（2D）材料。近年来，黑磷材料由于具有可调的直接带隙、高载流子迁移率和显著的面内各向异性电学、光学和声子性质而成为一种很有前途的新型二维材料。然而，目前的进展主要限于其薄膜形式，其在真正的二维量子限制的独特性质尚未得到证明。在这里，我们揭示了高度各向异性和紧密结合的激子在单层黑磷在室温下使用偏振分辨光致发光测量。我们发现，无论激发激光偏振，从单层的发射光是线性偏振沿光有效质量方向和中心约1.3 eV，一个明确的签名，从高度各向异性的明亮激子的发射。此外，光致发光激发光谱表明准粒子带隙为2.2 eV，从中我们估计激子结合能约为0.9 eV，与基于第一性原理的理论结果一致。实验观察到的具有极大结合能的高度各向异性的明亮激子不仅为这种不寻常的二维材料中的多电子效应的未来探索开辟了道路，而且还表明了光电子器件如片上红外线源的光明前景。
2014-11-06 cond-mat.mes-hall
High-efficiency photoelectric detector based on a p-n homojunction of monolayer black phosphorus
本文通过非平衡格林函数与密度泛函理论，研究单层黑磷横向p-n同质结的高效光伏效应，发现其褶皱结构和内建电场可显著增强宽能量范围光电流，并可从偏振角分布读取轨道信息，为高效光电探测和轨道分辨光伏检测提供新思路。
2023-08-13 cond-mat.mes-hall
Strongly anisotropic RKKY interaction in monolayer black phosphorus
本文从理论上研究了二维黑磷分子中Ruderman-Kittel-Kasuya-Yosida（RKKY）相互作用。在低空穴掺杂水平下，由于近价带平坦，RKKY相互作用显著增强。值得注意的是，对于空穴掺杂的磷烯，最高的RKKY相互作用发生在两个杂质位于沿锯齿形方向，并随着改变方向从锯齿形到扶手椅方向趋于最小值。结果表明，这种相互作用是高度各向异性的，并且两个磁性吸附原子的基态可以通过改变杂质的转动组态来调节。由于各向异性带色散，相对于旋转角度的振荡行为由$\sin(2k_{\rm F}R)$很好地描述，其中费米波长$k_{\rm F}$在不同方向上变化。我们还发现RKKY振荡的尾部在大距离处以$1/R^2$的形式脱落。
2017-12-24 cond-mat.mes-hall
Two-dimensional disorder in black phosphorus and monochalcogenide monolayers
具有块状{ \em Pnma}结构的脊状正交二维原子晶体，例如黑磷和单硫属化物单层，是用于许多应用的令人兴奋的新颖材料平台。对于它们的结晶度，这些材料的单层具有四重简并结构基态，并且单个能量标度$E_C$（表示沿着$x-$或$y-$方向切换较长晶格矢量所需的弹性能量）确定这些单层在有限温度下的无序程度。当系统被热激发超过与$E_C/k_B$成比例的临界温度$T_c$时，最近的相邻原子变得温和地重新分配时，就会出现无序。$E_C$可通过化学组成调节，并将这些材料分为两类：（i）具有$E_C\ge k_BT_m$的材料，和（ii）具有$k_BT_m>E_C\ge 0$的材料，其中$T_m$是给定材料的熔融温度。黑磷和SiS单层属于类别（i）：这些材料不显示中间有序-无序转变并且直接熔化。所有其他具有属于类别（ii）的$E_C>0$的单硫属化物单层在熔化之前将经历二维转变。对于GeS和GeSe，$E_C/k_B$略大于室温，而对于SnS和SnSe单层，$E_C/k_B$小于300 K，使得这些材料在室温附近转变。这个通用的原子现象的发病被捕获的平面波茨模型的有序-无序过渡。在这里描述的二维中的有序-无序相变是在本体层状SnSe的上下文中讨论的{ \em Cmcm}相的起源处。
2016-03-03 cond-mat.mes-hall
Performance Analysis of uniaxially strained Monolayer Black Phosphorus and Blue Phosphorus n-MOSFET and p-MOSFET
在这项工作中，我们提出了一个计算研究的可能性应变工程在单层黑磷（黑P）和蓝磷（蓝P）的MOSFET。利用密度泛函理论中的广义梯度近似（GGA）计算了器件的能带结构、载流子有效质量、能带极值处的载流子密度等材料特性，并利用自洽非平衡格林函数（NEGF）模拟了器件的输出特性、导通电流、击穿电压等性能指标。这种应变黑色P和蓝色P基MOSFET。我们的模拟表明，蓝色P中的载流子有效质量对Z字形和扶手椅方向上施加的应变更敏感。蓝P在n-MOS和p-MOS的应变工程中更敏感。除了在扶手椅方向上具有应变的黑色P基FET之外，总体上蓝色P（黑色P）n-MOSFET（p-MOSFET）在传输方向上具有拉伸（压缩）应变的情况下显示出性能的中度至显著的改善。
2016-02-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Friedel oscillations at the surfaces of rhombohedral $N$-layer graphene
菱形$N$层石墨烯的低能物理主要出现在外层，其中大部分π电子位于外层。他们的布洛赫能带结构定义了一个双带半金属;色散关系的尺度为$\pm q^{N}$与动量范数$q$在两个不等价的山谷附近。在本文中，我们解决的问题，通过位于材料的表面上或体内的局部杂质的弹性散射，并专注于量子干涉它诱导的两个外层。它是理解的一个$T$矩阵的方法，无论是数值和分析的框架中，无论杂质的大小，这使得现实的散射的描述。在菱形多层石墨烯中，杂质诱导总是衰减为$1/r$的弗里德尔振荡。因此，单层石墨烯是菱形类中唯一表现出$1/r^{2}$衰减弗里德尔振荡的材料。随后在动量空间中分析干涉图案。该分析使得单层石墨烯和多层石墨烯之间能够有明显的区别。它还表明，干涉图案揭示了整个布洛赫能带结构，并突出了堆叠在材料中的层数，以及表征半金属光谱中节点存在的$π$量化Berry相位。在实验上，当对悬浮的菱形$N$层石墨烯的表面处的局部态密度成像时，可以从扫描隧道显微镜探测这些特征。
2016-01-12 cond-mat.mes-hall
Aharonov-Bohm effect in monolayer black phosphorus (phosphorene) nanorings
本文从理论上证明了单层磷烯纳米环（PNR）中的Aharonov-Bohm（AB）效应。采用原子量子输运模拟方法研究了多调制源对样品电导的影响。在垂直磁场作用下，我们发现扶手椅型和锯齿型PNR的电导都在低能窗口内周期性振荡，这是AB效应的一种表现。我们的数值计算结果揭示了锯齿形PNR中的巨磁电阻（MR）（最大值接近200%）。这归因于AB效应在第二子带底部以下的宽能量范围内诱导的相消干涉相位。我们还表明，PNR电导是高度各向异性的，提供了一种额外的方式来调制MR。在PNR中的巨MR保持在室温下的热加宽效应的存在下。
2017-05-13 cond-mat.mes-hall
Theory of Friedel oscillations in monolayer graphene and group-VI dichalcogenides in a magnetic field
计算了磁场中二维系统中类δ中性杂质引起的电子密度弗里德尔振荡（FO）。考虑了三种二维情况：自由电子气体、单层石墨烯和VI族二硫属化物。在计算中使用的重整化格林函数的精确形式，通过无限戴森级数和正则化过程的总和。最终结果适用于大范围的电势强度$V_0$、电子密度$n_e$、磁场$B$和与杂质$r$的距离。使用杂质的真实模型。WS $_2$中诱导密度的第一个FO由关系式$Δn(\vec{r}) \propto \sin(2πr/T_{FO})/r^2$描述，其中$T_{FO} \propto 1/\sqrt{E_F}$。对于弱杂质势，FO的振幅与$V_0$成正比。对于吸引势和高场，所有$r$的总电子密度保持为正。另一方面，对于低场、排斥势和小的$r$，总电子密度可能变为负值，因此应考虑多体效应。
2018-05-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.other
Simulated scanning tunneling microscopy images of few-layer-phosphorus capped by graphene and hexagonal boron nitride monolayers
元素磷被认为具有几种稳定的同素异形体，其在能量上接近简并，但具有化学反应性。为了防止在环境条件下的化学降解，这些结构可以被六方氮化硼（{ \em h}-BN）或石墨烯的单层覆盖。我们进行{ \em ab initio}密度泛函计算来模拟磷的不同层状同素异形体的扫描隧道显微镜（STM）图像，并研究覆盖层对这些图像的影响。我们发现，绝缘{ \em h}-BN的保护性单层允许区分下面的磷的不同结构相，即使图像仅通过看起来透明的氮原子过滤。对于被半金属石墨烯覆盖的磷膜来说，这种区别是不可能的。我们的研究结果表明，STM的真实空间成像能力不会受到所选择的保护磷表面的覆盖层的阻碍。
2015-03-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Optical manipulation of valley coherence via Landau level transitions in black phosphorus and WTe2 monolayers
School of Science, Tianjin University of Commerce（天津商业大学理学院）；Hunan Provincial Key Laboratory of Intelligent Sensors and Advanced Sensor Materials, School of Physics and Electronics Science, Hunan University of Science and Technology（湖南科技大学物理与电子科学学院）
本文通过黑磷和WTe2单层的Landau能级跃迁操控谷相干性，显著增强谷量子干涉并展现独特的光谱特征。
2026-03-09 cond-mat.mes-hall
Unusually stable helical coil allotrope of phosphorus
我们已经确定了一个非常稳定的螺旋线圈磷的同素异形体。我们的从头计算密度泛函理论计算表明，解螺旋，孤立的直一维链是同样稳定的黑磷称为磷烯单层。卷曲趋势和相邻线圈段之间的吸引力为线圈同素异形体增加了约12 meV/原子的额外稳定化能量，其值类似于块状黑磷中约16 meV/原子的层间吸引力。因此，螺旋卷曲结构基本上与黑磷一样稳定，黑磷是迄今为止已知的最稳定的磷同素异形体。在2.4nm的最佳半径下，磷的螺旋线圈可以很好地适应，甚至在宽的碳纳米管内形成。
2016-12-01 cond-mat.mes-hall
Plasmons and screening in monolayer and multilayer black phosphorus
黑磷显示出高度的能带各向异性。然而，我们发现，它的面内静态屏蔽仍然是相对各向同性的动量相关的弹性长程散射过程。另一方面，系统中的集体电子激发表现出很强的各向异性。带的非抛物线性导致等离子体频率，其按$n^β$和$β<\tfrac{1}{2}$缩放，其中$n^β$是载流子浓度。屏蔽和电荷分布的面外方向也研究了使用非线性的M-Fermi模型。
2014-04-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Friedel oscillations and chiral superconductivity in monolayer NbSe$_2$
University of Regensburg（雷根斯堡大学）；Donostia International Physics Center（圣塞巴斯蒂安国际物理中心）；University of Silesia in Katowice（卡托维兹西里西亚大学）；Centro de Física de Materiales（材料物理中心）；Ikerbasque, Basque Foundation for Science（伊克拉巴斯科，巴斯克科学基金会）；Wrocław University of Science and Technology（弗罗茨瓦夫科技大学）
单层NbSe₂中，通过考虑屏蔽效应，揭示了库仑相互作用诱导的弗里德尔振荡与手性超导机制。
2025-02-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
Inverse Funnel Effect of Excitons in Strained Black Phosphorus
我们研究了应变对单层（磷烯）和少层黑磷（BP）中Wannier激子的性质和动力学的影响，由于其高迁移率，机械强度和应变可调的直接带隙，黑磷是一种很有前途的二维光电应用材料。我们将结果与二硫化钼（MoS $_2$）单层的情况进行比较。我们发现，所谓的漏斗效应，即通过非均匀应变控制激子运动的可能性，是强得多，在少层BP比在MoS $_2$单层，关键是，是相反的符号。与在MoS $_2$中激子在高拉伸应变区域周围各向同性积累不同，BP中激子被推离所述区域。此外，这种\emph{inverse}漏斗效应是高度各向异性的，沿着扶手椅晶体学方向具有大得多的漏斗距离，导致激子流的定向聚焦。强大的反漏斗效应可以使漏斗太阳能电池的设计更简单，并为操纵和收集光提供新的可能性。
2016-09-28 cond-mat.mes-hall
Optical third harmonic generation in black phosphorus
我们提出了一种计算三次谐波产生（THG）的两个波段系统使用的长度规范，避免了非物理的分歧，否则存在于三阶电流密度响应的评估。计算适用于散装和单层黑磷（bP）使用非正交紧束缚模型。结果表明，低能量的响应是由混合带内的过程和估计的三次谐波敏感性的大小相媲美的散装bP样品的最近的实验报告。
2017-08-22 cond-mat.mes-hall
Anisotropic complex refractive indices of atomically thin materials: determination of the optical constants of few-layer black phosphorus
本文简要回顾了单层过渡金属二硫属化合物和少层黑磷的光学常数的研究，特别强调了复介电函数和折射率。具体地说，我们给出了磷烯和少层黑磷的复折射率的估计。我们从文献报道的差分反射率数据中提取了这种材料的复折射率，采用约束Kramers-Kronig分析。最后，我们用传输矩阵法研究了磷烯嵌入多层膜系统的线性光学响应。
2020-11-03 cond-mat.mes-hall
Onset of exciton-exciton annihilation in single layer black phosphorus
利用时间分辨光致发光技术研究了单层黑磷中激子的动力学行为。在低激发密度下，激子动力学成功地描述了双指数衰减。随着激子布居数的增加，快速的非指数分量发展为激子-激子湮灭在高激发条件下接管为主导的复合机制。我们的研究结果确定了注入密度的上限，之后激子-激子湮灭降低了量子产率，这将显着影响基于单层黑磷的发光器件的性能。
2016-08-29 cond-mat.mes-hall
Proximity effects in graphene on monolayers of transition-metal phosphorus trichalcogenides MPX$_3$
采用第一性原理计算研究了石墨烯在一系列二维磁性过渡金属三硫属磷单分子膜MPX $_3$（M={Mn，Fe，Ni，Co}，X={S，Se}）上的电子能带结构.采用基于量子力学的模型哈密顿量从邻近化的石墨烯的低能狄拉克带提取轨道参数和亚晶格分辨的邻近诱导的交换耦合（$λ_{\textrm{ex}}^\textrm{A}$和$λ_{\textrm{ex}}^\textrm{B}$）。根据MPX $_3$层的磁相（铁磁和三个反铁磁层），可以实现完全不同的狄拉克色散，交换分裂范围从0到10 meV。令人惊讶的是，交换耦合的大小不仅取决于磁相位，而且还取决于全局符号和类型。重要的是，可以在石墨烯中实现均匀（$λ_{\textrm{ex}}^\textrm{A} \approx λ_{\textrm{ex}}^\textrm{B}$）和交错（$λ_{\textrm{ex}}^\textrm{A} \approx -λ_{\textrm{ex}}^\textrm{B}$）交换耦合。从选定的情况下，我们发现，层间距离，以及横向电场是有效的调谐旋钮的狄拉克带的交换分裂。更具体地说，仅将层间距离减小约10%，就发现邻近交换的巨大5倍增强，而施加几V/nm的电场，提供了百分之几十的邻近交换的可调谐性。我们还研究了Hubbard $U$参数的依赖性，发现它是弱的。此外，我们发现，SOC上的近似狄拉克色散的影…
2022-07-21 cond-mat.mes-hall
Prediction of hyperbolic exciton-polaritons in monolayer black phosphorus
双曲极化激元具有很大的光子态密度，并且在一定的传播方向上可以被准直。大多数双曲极化激元在人造超材料中得以维持。然而，自然存在的双曲材料也存在。特别地，层状材料中的自然面内双曲极化激元已在MoO 3和WTe 2中得到证实，它们分别基于声子和等离子体共振。在这里，通过确定各向异性的光学电导率（介电函数），通过光学光谱，我们预测，单层黑磷自然主机双曲激子极化激元由于显着的面内各向异性和强激子共振。在反射光谱中，我们同时观察到高质量单层样品中强而尖锐的基态激子峰和较弱的激发态，这使我们能够确定激子结合能为~452 meV。我们的工作为平面内自然双曲极化激元提供了另一个有吸引力的平台，它是基于激子而不是声子或等离子体激元。
2021-09-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Electronic Structure of Monolayer and Bilayer Black Phosphorus with Charged Defects
我们用原子论方法研究了单层和双层黑磷在带电缺陷附近的电子性质。特别是，我们结合屏蔽缺陷势从第一性原理线性响应理论与大规模的紧束缚模拟计算的波函数和能量的束缚受体和供体状态。由于各向异性的能带结构，这些系统中的缺陷态形成了扭曲的类氢轨道，其有序性与各向同性材料不同。对于单分子膜，我们研究了在实验装置中的缺陷高度和衬底的介电常数的带电吸附物的结合能的依赖关系。我们还比较了我们的结果，各向异性的有效质量模型，并找到定量和定性的差异时，带电的缺陷是接近黑磷或从基板的屏蔽是弱的。对于双层，我们比较了带电吸附物和带电嵌入物的结果，发现嵌入物诱导更突出的次峰的局部态密度，因为它们强烈地与两层上的电子态相互作用。这些新的见解可以直接在扫描隧道光谱测量中进行测试，并能够详细了解库仑杂质在电子器件中的作用。
2021-12-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Plasmon modes in monolayer and double-layer black phosphorus under applied uniaxial strain
本文利用线弹性理论研究了在长波范围内，施加面内单轴应变对单层、双层和双层磷烯结构等离子体激元色散的影响。在低能量极限下，这些效应可以通过沿扶手椅和Z字形方向的各向异性能带的曲率变化来建模。我们推导出单轴应变下的等离子体激元模式的解析关系，并表明所施加的应变的方向是很重要的。此外，我们观察到沿扶手椅方向，等离子体色散随应变的变化是不同的，比沿锯齿形方向的变化大。利用两层磷烯系统的解析关系，我们发现层的应变依赖的取向因子可以被认为是一种手段来控制等离子体激元能量的变化。此外，我们的研究表明，等离子体激元集体模式更受影响时，应变相等地施加到层的情况下，其中应变不对称地施加到层。我们还计算了应变对双层磷烯结构中的拖曳电阻率的影响，并得到了等离子体激元激发的变化，由于施加的应变，是主要负责预测的结果。这一研究可以很容易地推广到其他各向异性二维材料。
2017-10-21 cond-mat.mes-hall
Even-odd dependent optical transitions of zigzag monolayer black phosphorus nanoribbons
利用紧束缚（TB）哈密顿量和Kubo公式，解析地研究了黑边磷烯纳米带（ZPNR）的电子结构和光学性质。通过直接求解离散的Schordinger方程，得到了具有$N$数的横向锯齿形原子链的$N$ -ZPNR的能谱和波函数，并根据晶格对称性对本征态进行了分类.在对称性分析和光学跃迁矩阵元解析表达式的基础上，我们得到了ZPNR的光学跃迁选择规则。重要的是，在入射光沿带状线偏振的情况下，我们发现$N$ -ZPNR与偶数或奇数- $N$的光学跃迁选择规则是定性不同的。在说明书中，对于偶$N$ ZPNR，带间（带内）选择规则是$Δn=$奇（偶），因为由于存在$C_{2x}$对称性，对应于导（价）带中的第$n$子带的波函数的奇偶性是$(-1)^{n}[(-1)^{(n+1)}]$.相反，由于不存在$C_{2x}$对称性，所有子带之间的所有光跃迁都是可能的。我们的研究结果对ZPNR的电子态和光学性质有了进一步的了解，这对于解释ZPNR样品的光学实验数据是有用的。
2019-03-10 cond-mat.mes-hall
Electrical characterization of fully encapsulated ultra thin black phosphorus-based heterostructures with graphene contacts
半导体少层黑磷具有有限的禁带宽度和高的迁移率，这为该材料在未来的二维电子器件中的应用提供了诱人的前景。在这里，我们展示了第一次完全封装的双（双层）黑磷场效应晶体管在范德华异质结，以排除其稳定性和退化的问题，限制了他们的应用潜力。在我们的器件架构中引入单层石墨烯用于单原子厚的共形源极-漏极电极，使得化学惰性的氮化硼电介质能够紧密密封黑磷表面。这种架构，一般适用于其他敏感的二维晶体，结果在高真空和环境条件下，在稳定的传输特性是无滞后和相同的。值得注意的是，我们的石墨烯电极导致接触不受电子发射的支配，解决了技术相关的双端场效应晶体管几何结构中肖特基势垒限制传输的问题。
2014-12-03 cond-mat.mes-hall
Determination of layer-dependent exciton binding energies in few-layer black phosphorus
半导体中电子和空穴之间的吸引力形成激子，激子在很大程度上决定了宿主材料的光学性质，从而决定了器件的性能，特别是对于低维系统。单层和少层黑磷（BP）是新兴的二维（2D）半导体。尽管激子物理学具有根本的重要性和技术上的兴趣，但它的实验研究却相当有限。在这里，我们报告的第一个系统的测量激子结合能的高质量的少层BP的红外吸收光谱，与层（L）的厚度范围从2-6层。我们的实验使我们能够确定激子结合能，从213 meV（2L）下降到106 meV（6L）。考虑了非局域屏蔽效应的解析模型可以很好地描述尺度随层数的变化规律。外推到独立的单层产生一个大的结合能~800毫电子伏。我们的研究提供了对2D激子及其从2D到3D的交叉的见解，并表明少层BP是一种有前途的高质量光电材料，用于潜在的红外应用。
2018-03-17 cond-mat.mes-hall
Electronic properties of Janus black arsenic-phosphorus (b-AsP) nanoribbons under transverse electric field
利用紧束缚方法研究了Janus单层黑砷磷（b-AsP）纳米带的电子输运性质。系统地研究了边缘结构对电子结构的影响。（1，3）nb和（3，1）nb b-AsP纳米带比锯齿形和扶手椅形纳米带具有更平坦的边缘带。扶手椅型的边缘带呈双简并。计算结果还表明，横向电场可以对不同边界形貌的锯齿带的带隙进行宽范围的调节。临界电场可以完全闭合间隙并诱导从半导体到导体的相变。我们的工作表明，动态可调带隙的Janus b-AsP纳米带，并揭示了潜在的Janus b-AsP的传输设备。
2022-12-04 cond-mat.mes-hall
Control of superconducting pairing symmetries in monolayer black phosphorus
受最近实验进展的启发，我们研究了机械形变对单层黑磷（MBP）超导对对称性的影响。从声子介导的谷间自旋-单重态电子-电子配对出发，利用第一性原理计算得到的实际能带参数，我们证明了在MBP平面内施加弱机械应变可以将超导关联的有效$s$波对称性和$p$波对称性分别转变为有效$d$波对称性和$f$波对称性.这种对对称性变化的预测可能通过角度依赖性高分辨率隧穿光谱、迈斯纳效应和临界温度实验得到证实。通过施加平面机械应变来操纵超导对称类的想法也可以扩展到其他各向异性材料，并且可能有助于提供序参量对称性的重要信息，甚至可能在某些高$T_c$超导体中。
2019-05-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
Multilayers black phosphorus: from tight-binding to continuum description
我们研究的$N$层黑磷的电子性质的分析方法的基础上最近提出的紧束缚哈密顿量涉及$14$跳跃参数。该方法给出了$N$ -层磷烯体系哈密顿量的简单、准确的一般表达式，适用于研究此类体系的电子输运和光学性质，并显示了随着层数的增加而出现的特征.此外，我们表明，$N$层的问题可以转化为$N$有效单层的问题，在长波长近似，在这个分析图片，我们得到的能隙和电子和空穴的有效质量的表达式沿$N$层的黑磷平面方向作为层数的函数，以及作为垂直磁场的函数的朗道能级。
2017-08-05 cond-mat.mes-hall
Magnetoplasmons in monolayer black phosphorus structures
支持深亚波长等离子体模式的二维材料也可以表现出强的磁光响应。本文从理论上研究了中等静磁场作用下单层黑磷结构中的磁等离子体激元。我们考虑三种不同的结构，即，一个连续的BP单层，由一个半无限片形成的边缘，最后，一个三角形的楔形配置。这些结构都表现出强烈的各向异性的磁光响应诱导的外部磁场和BP晶格的固有各向异性。从单层BP的磁光电导率开始，我们推导出所考虑的几何形状的MP的色散关系，使用分析，半分析和数值方法相结合。我们充分表征MP色散和相应的场分布的属性，我们表明，这些结构维持强各向异性的亚波长模式，是高度可调的。我们的研究结果表明，MP在单层BP，其固有的晶格各向异性以及磁致各向异性，持有潜在的可调各向异性材料的操作低于衍射极限，从而铺平了道路，定制的纳米光子器件在纳米尺度。
2019-10-31 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Layer-Dependent Electronic and Optical Properties of 2D Black Phosphorus: Fundamentals and Engineering
在二维材料中，量子限制和范德华型层间相互作用在很大程度上决定了基本的电子和光学性质，而介电屏蔽在激子性质中起着主导作用。这表明强烈的层依赖性的属性，和一个中心主题是表征和控制的层间相互作用的二维材料和异质结构。黑磷是一种新兴的2D半导体，具有异常强的层间相互作用和从单层到体的广泛可调的直接带隙，为我们提供了一个理想的平台来探测层相关性质和从2D到3D的交叉（即，缩放效果）。本文对黑磷的基本物理性质进行了全面、深入的总结，重点介绍了黑磷的电子能带结构、光吸收、光致发光、激子性质等与层间结构的关系，以及通过电选通、应变、电化学插层等手段实现的能带结构工程。最后对未来的研究进行了展望。
2021-02-18 cond-mat.mes-hall
Laser induced suppression of transmission in magnetically strained black phosphorus
本文在冲击波作用下，根据Floquet理论，研究了连续激光调制下单层磷烯中电荷通过矩形矢量势垒的输运。激光自由透射曲线显示出很强的方向性，其准直性取决于入射能量和势垒的宽度。然而，激光的应用，沿锯齿形方向偏振，创建一个尖锐的反共振的透射光谱，并揭示了一个强大的光的物质相互作用，由于对称性破缺的存在下的磁矢势。通过矢量势垒的传输特性被发现是敏感的，特别是对于较低的频率和较高的强度的激光。对于一个薄的障碍，激光辅助电导被抑制显着的对比，其振荡性质为一个较厚的。
2019-06-11 cond-mat.mes-hall
Effect of boron and phosphorus codoping on the electronic and optical properties of graphitic carbon nitride monolayers: First-principle simulations
采用密度泛函方法研究了硼（B）和磷（P）共掺杂对石墨碳氮化物（g-C $_3$ N $_4$或GCN）单层膜的电子和光学性质的影响。能带结构表明，将B和P掺入GCN的六方晶格中将能带隙从原始GCN的$3.1$降低到$1.9$ eV，从而将光吸收向可见光区域延伸。此外，在计算吸收光谱和介电函数的基础上，发现共掺杂体系在可见光区的吸收强度得到了提高，并出现了更多的电子跃迁，即$π^*$电子跃迁，这些电子跃迁在原始的GCN中发生并被禁止.这些转变可以归因于掺杂时的电荷再分布，这是由电子密度和Mulliken电荷分布证实的畸变的可配置B/P共掺杂GCN引起的。因此，B/P共掺杂的GCN有望成为一个吉祥的候选人，被用作光电化学水裂解反应，导致高效的太阳能H $_2$生产的一个有前途的光电极。
2018-06-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Phosphorene: Synthesis, Scale-up, and Quantitative Optical Spectroscopy
磷烯，一个二维（2D）单层的黑磷，吸引了相当大的理论兴趣，虽然单层，双层和少层薄片的实验实现一直是一个重大的挑战。在这里，我们系统地调查液体剥离的条件，以实现第一次大规模生产的单层，双层，少层磷，剥离证明在10克规模。我们描述了一种快速的方法，用于量化的厚度的二维磷，并表明，单层和几层薄片由我们的方法产生的结晶和未氧化的，而空气暴露导致快速氧化和酸的生产。随着大量的2D磷现在可用，我们执行材料的吸收边缘的第一个定量测量-这是几乎相同的材料的带隙在我们的实验条件下-作为薄片厚度的函数。我们的吸收光谱的解释依赖于在这项工作中介绍的分析方法，允许在量子限制半导体的多分散样品的吸收边的准确测定。使用这种方法，我们发现黑磷的带隙从本体的0.33 +/- 0.02 eV增加到双层的1.88 +/- 0.24 eV，这个范围比任何其他2D材料都大。此外，我们量化了更高能量的光学跃迁（VB-1到CB），它从2.0 eV的散装到3.23 eV的双层。这项工作描述了几种生产和分析2D磷的方法，同时也产生了一类具有前所未有的光电性能的2D材料。
2015-08-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Effect of a single impurity on the local density of states in monolayer and bilayer graphene
我们使用T矩阵近似来分析局域杂质对单层和双层石墨烯局域态密度的影响。对于单层石墨烯，由结内散射产生的Friedel振荡服从平方反比定律，而结间散射则服从逆定律。在傅里叶变换中，这转化为布里渊区中心的高强度填充圆，以及其拐角周围的空圆形轮廓。对于双层石墨烯，两种类型的振荡都遵循逆定律。
2008-02-21 cond-mat.mes-hall
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
Band Alignment in Black Phosphorus/Transition Metal Dichalcogenide Heterolayers: Impact of Charge Redistribution, Electric Field, Strain and Layer Engineering
本工作的目的是通过密度泛函理论（DFT）模拟研究电荷重新分布、外加层法向电场、外加应变和层工程对黑磷（BP）/二硫化钼（MoS 2）异质结构能带排列的影响。黑磷是一种p型材料，具有高迁移率，机械灵活性和对层数的敏感性。将其与电负性更强的材料结合，MoS 2导致强载流子限制和II型异质结构。层间的电荷重新分布改变了电子亲合规则所预期的能带排列。所施加的外部场、应变和多个BP层提供在II型范围内的能带对准可调性和/或向I型和III型异质结构的过渡。BP/MoS 2异质结构的可调谐性可用作隧道场效应晶体管、具有可调谐势垒高度的整流二极管、可重构FET和电光调制器。此外，考虑单层BP与其他单层过渡金属二硫属化物（TMD）的异质结构表明实现不同能带排列类型的能力。在我们的模拟中，I型排列被发现与二硒化钨（WSe 2）、二硒化钼（MoSe 2）和二硫化钨（WS 2），以及三硫化铪（HfS 2）和二硒化铪（HfSe 2）的III型排列。
2022-08-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Strain-Engineering Anisotropic Electrical Conductance of Phosphorene and Few-Layer Black Phosphorus
新制备的单层磷烯及其少层结构由于其有限的直接带隙和相当大的但各向异性的电子迁移率而有望在电子和光学应用中具有前景。通过第一性原理模拟，我们表明，这种独特的各向异性电导可以通过使用简单的应变条件进行控制。通过适当的双轴或单轴应变，我们可以将优选的导电方向旋转90度。这对于探索磷烯的量子霍尔效应以及奇异的电子和机械应用具有重要意义。
2014-03-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Substrate effects on the exciton fine structure of black phosphorus quantum dots
采用紧束缚方法计算单粒子态，组态相互作用方法计算激子谱，研究了沉积在不同衬底（孤立衬底、Si衬底和SiO衬底$_2$）上的单层黑磷量子点（BPQD）的尺寸依赖激子精细结构.我们证明了衬底对量子点的激子能隙和激子光谱起着重要的作用。对于相当高的介电常数（$\varepsilon_{sub} \sim \varepsilon_{Si} = 11.7 \varepsilon_0$），激子带隙可以由单次幂律$E_X(R) = E_X^{(bulk)} + C/R^γ$描述。对于低介电常数$\varepsilon_{sub} \leq \varepsilon_{SiO_2} = 3.9 \varepsilon_0$，激子间隙的尺寸依赖性需要两个幂律$E_X(R) = E_g^{(bulk)} + A/ R^{n} - B/R^{m}$的和来描述强和弱量子限制机制，其中$A$、$B$、$C$、$γ$、$n$和$m$是衬底依赖性参数。我们还预测，激子寿命表现出很强的温度依赖性，范围在2-8 ns（Si衬底）和3-11 ns（SiO $_2$衬底）的量子点的大小为10 nm。
2017-05-25 cond-mat.mes-hall
High-mobility transport anisotropy and linear dichroism in few-layer black phosphorus
二维晶体是纳米电子学的新兴材料。该领域的发展需要候选系统具有高载流子迁移率和与石墨烯相反的足够大的电子带隙。在这里，我们提出了一个详细的理论研究的原子和电子结构的少层黑磷（BP），以预测其电学和光学性质。该系统具有直接带隙，可调从1.51 eV的单层到0.59 eV的5层样品。我们预测的迁移率是空穴占主导地位，相当高，高度各向异性。该单层具有极高的空穴迁移率（约10000 cm $^{2}$ V $^{-1}$ s $^{-1}$）和反转各向异性的异常弹性性质。光吸收光谱表明垂直面内方向之间的线性二向色性，这允许光学测定的晶体取向和光学激活的各向异性传输特性。这些结果使少层BP成为未来电子学的一个有前途的候选者。
2014-06-25 cond-mat.mes-hall 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
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
Ultrathin films of black phosphorus as suitable platforms for unambiguous observation of the orbital Hall effect
本研究利用基于DFT的紧束缚模型和线性响应理论，证明黑磷单层具有显著且各向异性的轨道霍尔效应，可通过施加面内电场明确观察，并发现垂直电场能诱导面内轨道磁化。
2023-10-19 cond-mat.mes-hall
Tuning of the electronic and optical properties of single layer black phosphorus by strain
利用第一性原理计算，我们发现单层黑磷（BP）的电子和光学性质强烈地依赖于外加应变。由于BP的原子结构具有很强的各向异性，其电导率和光学响应对外加应变的大小和方向都很敏感。我们发现，包括许多机构的影响是必不可少的单层BP的电子性质的正确描述，例如，而无应变BP的电子间隙被发现是0.90 eV通过使用半局部泛函，它成为2.31 eV时，考虑到多体效应内的G 0 W 0计划。施加的拉伸应变被证明显着增强电子输运沿锯齿形方向的BP。此外，双轴应变能够将单层BP的光学带隙从0.38eV（在-8%应变下）调谐到2.07eV（在5.5%应变下）。激子结合能对施加的应变的大小也很敏感。发现对于-8%的压缩双轴应变，其为0.40 eV，并且对于4%的拉伸应变，其变为0.83 eV。我们的计算表明，BP的光学响应可以显着调整使用应变工程，这似乎是一个很有前途的方式来设计新的光伏器件，捕捉广泛的太阳光谱。
2014-11-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Electric Field Induced Topological Phase Transition in Two-Dimensional Few-layer Black Phosphorus
磷烯是一种新型的二维材料，可以通过机械剥离从层状黑磷中分离出来，但与石墨烯和硅烯不同，单层磷烯具有较大的带隙。因此，未怀疑其表现出能带反转和随后的拓扑绝缘体行为。它最近引起了人们的兴趣，因为它提出的场效应晶体管的应用。使用第一性原理计算与外加垂直电场F，我们预测一个连续的过渡，从正常的绝缘体到一个拓扑绝缘体，并最终到金属作为F的函数。利用电场连续调整拓扑行为将导致自旋分离的无间隙边缘状态，即，量子自旋霍尔效应。这一发现为利用电场将普通绝缘材料转化为拓扑材料，并制作同时操纵自旋和载流子的多功能场效应拓扑晶体管提供了可能。
2014-11-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Long-Term Environmental Stability of Nitrogen-Healed Black Phosphorus
黑磷（BP）独特的光电性能引发了人们对其在其他层状材料（LM）无法实现的领域中的应用的极大兴趣。然而，其在环境条件下的差的稳定性（快速降解，即对于单层<<1小时）限制了其实际应用。我们在这里证明，通过实验-理论方法，氮分子（N2）的结合到BP结构中的结果在其在空气中的稳定性的相关改善，长达8天，没有光学降解的迹象。我们的策略包括通过电子束照射产生缺陷（磷空位），然后用N2分子进行修复。作为一种附加的途径，N2等离子体处理作为一种替代大面积应用。我们的第一性原理计算阐明了氮掺入以及对改性BP的稳定性所涉及的机制，这与我们的实验观察相印证。这种稳定化方法可以应用于BP的加工，允许其用于环境稳定的范德华异质结构与其他LM以及光电和可穿戴设备。
2021-06-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Dirac-semimetal phase diagram of two-dimensional black phosphorus
黑磷（BP）是一种层状范德华材料，据报道具有对外部扰动敏感的带隙，并且当其带隙闭合时表现出Dirac半金属相。以前的研究集中在每个扰动的影响，缺乏一个统一的图片带隙关闭和狄拉克半金属相。在这里，使用赝自旋从滑移反射对称性，我们研究的电子结构的单层和双层BP和构建的Dirac半金属相的相图在有关的压力，应变，和电场的参数空间。我们发现BP层中的Dirac-半金属相在相图中是单连通的，表明无论间隙闭合机制如何，该相都是拓扑相同的。我们的研究结果可以推广到各向异性层状材料中的Dirac半金属相，并对寻找新的拓扑材料和器件具有指导作用。
2016-11-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Phonon-limited carrier mobility in monolayer Black Phosphorous
采用紧束缚和玻尔兹曼方法计算了黑磷单分子膜的电子-声子散射和本征输运性质随温度、载流子密度和电场的变化关系。低场迁移率对密度的依赖性较弱，室温下，扶手椅方向的迁移率在300 ~ 1000 cm ^2/Vs之间，锯齿方向的迁移率在50 ~ 120 cm ^2/Vs之间，由于有效质量差而具有各向异性。在高场条件下，漂移速度与电场呈线性关系，最高可达1 - 2 V/μ m，在扶手椅方向上可达10^7 cm/s，除非考虑自热效应。
2017-04-04 cond-mat.mes-hall
Non-Classical Longitudinal Magneto-Resistance in Anisotropic Black Phosphorus
本文报道了在45 T平行磁场中，几层黑磷（bP）晶体的电阻率随面内场与器件源漏轴夹角的变化。通过拉曼光谱确定了bP晶体的晶向，其中锯齿轴位于S-D轴的5°范围内，扶手椅轴位于正交平面方向。观察到横向磁电阻（TMR）以及经典禁止的纵向磁电阻（LMR）。两者都被发现是强各向异性和非单调增加面内场。令人惊讶的是，在$\sim$ 32 T以上，正LMR的相对幅度（%）大于TMR。考虑到已知的各向异性的bP的锯齿形和扶手椅的有效质量相差约7倍，我们的实验强烈表明，这种LMR是一个后果的各向异性费米面的bP。
2018-12-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Degradation of Black Phosphorus (BP): The Role of Oxygen and Water
黑磷（BP）作为一种单层或少层材料，具有非凡的电学和光电性能，引起了人们的极大兴趣。然而，在空气和其他环境中的降解是一个未解决的问题，可能会限制未来的应用。特别是不同环境物种的作用仍然存在争议。在这里，我们报告系统的实验结合从头计算，解决的影响，氧气和水的降解BP。我们的研究结果表明，只要有氧气存在，BP就会迅速降解，但不受脱气的影响（即，O2耗尽）水。这种行为是合理的氧化涉及一个容易的解离化学吸附的O2，而H2O分子是弱物理吸附，不解离的BP表面。氧化（通过O2）使疏水的原始BP表面逐渐亲水。我们的研究结果对BP的封装策略的发展产生了影响，并为探索水溶液中的现象开辟了新的途径，包括溶液门控，电化学和溶液相方法，用于剥离，分散和递送BP。
2016-08-11 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Effective Passivation of Exfoliated Black Phosphorus Transistors against Ambient Degradation
发现未包封的剥离的黑磷（BP）薄片在暴露于环境条件时发生化学降解。原子力显微镜，静电力显微镜，透射电子显微镜，X-射线光电子能谱学，和傅里叶变换红外光谱表征的结构和化学的降解过程中，表明O2饱和H2O不可逆地与BP反应，形成氧化磷物种。这一解释得到了以下观察结果的进一步支持：与亲水性SiO2相比，疏水性十八烷基三氯硅烷自组装单层和H-Si（111）上的BP降解发生得更快。对于未封装的BP场效应晶体管，环境退化导致在环境中6小时后阈值电压大幅增加，随后在48小时后FET电流开/关比和迁移率降低约10^3。原子层沉积的AlOx覆盖层有效地抑制了环境退化，允许封装的BP FET在环境中保持约10^3的高开/关比和约100 cm 2/（V*s）的迁移率超过两周。这项工作表明，BP的环境降解，可以有效地管理时，薄片充分钝化。反过来，我们提高BP环境稳定性的战略将加速BP在电子和光电应用中的实施。
2014-11-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Anisotropic Acoustic Plasmons in Black Phosphorus
最近，已经证明石墨烯/电介质/金属配置可以支持声学等离子体激元，其表现出比常规石墨烯等离子体激元高一个数量级的极端等离子体激元约束。在这里，我们调查声等离子体支持在一个单层和多层的黑磷（BP）放置在几个纳米以上的导电板。在存在导电板的情况下，扶手椅方向的声学等离子体激元色散被发现在中红外和远红外区域表现出特征线性标度，而在长波长极限和近红外区域则大大偏离。对于Z字形方向，由于相对较紧的等离子体激元约束，这种缩放行为不明显。此外，我们展示了一种新的设计的声学等离子体共振器，表现出更高的等离子体限制和共振效率比BP带状谐振器在中红外和更长的波长制度。理论框架和新的谐振器设计研究提供了一个实用的路线，对BP中的声学等离子体激元的实验验证，并开辟了可能性，开发新的等离子体激元和光电子器件，可以利用其强大的面内各向异性和厚度依赖的带隙。
2017-12-29 cond-mat.mes-hall physics.optics
Edge State and Intrinsic Hole Doping in Bilayer Phosphorene
本文用Harrison提出的简单LCAO模型，定性地研究了黑磷层状晶体的单元结构--双层磷烯的边缘态。该模型成功地再现了单层磷烯体隙中的孤立边缘态。而在双层磷烯中，边缘态几乎被埋在价带中，在锯齿形边缘没有孤立的中隙边缘态。由于埋置的边缘态作为受体，空穴从边缘态掺杂到体中。这给出了未掺杂黑磷中p型导电的可能解释。在垂直电场作用下，由于部分边缘态进入带隙，降低了本征空穴掺杂。双层磷烯的这些特征可能更适合于器件应用。
2014-10-29 cond-mat.mes-hall
