Band engineering and elastic properties of strained armchair graphene nanoribbons: semiconductor vs metallic characteristics
扶手椅型石墨烯纳米带中的奇数个锯齿形边缘及其机械性能（例如，杨氏模量、泊松比和剪切模量）对于石墨烯基光电子器件中的带隙工程具有潜在的兴趣。在本文中，我们考虑在扶手椅型石墨烯纳米带的扶手椅型边缘处用氢钝化，然后施加应变来调节带隙。使用密度泛函理论计算，我们的研究发现，精确控制应变可以允许调整带隙从半导体到金属，然后再次切换回半导体。此外，我们还表明，氢分子钝化的应变石墨烯纳米晶可以具有大的面外变形，展示了松弛形状石墨烯的性质。我们用结合能来表示氢引起的应变。最后，我们研究了应变对石墨烯纳米带力学性能的影响，这些力学性能可用于制作基于石墨烯纳米带的应变电子器件。
2019-01-03 cond-mat.mes-hall
Gate-tunable and high responsivity graphene phototransistors on undoped semiconductor substrates
由于其高载流子迁移率、宽带光吸收和超快载流子动力学，石墨烯是用于开发高性能光电探测器的有前途的材料。石墨烯基光电探测器已被证明使用单层石墨烯与金属或半导体一起工作。大多数石墨烯器件在掺杂的Si衬底上制造，其中SiO2电介质用于背栅。在这里，我们展示了在未掺杂的半导体（SiC）衬底上制造的石墨烯场效应光电晶体管的光电探测。光电探测机制依赖于石墨烯导电性对电场的局部变化的高灵敏度，该电场的局部变化可以由背栅半导体衬底中产生的光激发的载流子引起。我们还建立了器件的模型，并利用有限元方法模拟了它的操作，以验证场致光响应机制的存在，并研究其特性。我们的石墨烯光电晶体管具有高达~ 7.4 A/W的室温光响应度，高于大多数实际应用中所需的光响应度（1 A/W）。光功率依赖的光电流和光响应度可以通过源漏偏置电压和背栅电压来调节。基于这种简单和通用架构的石墨烯光电晶体管可以通过在各种未掺杂的衬底上沉积石墨烯来制造，并且对于寻求光电检测或辐射检测的许多应用是有吸引力的。
2015-02-24 cond-mat.mes-hall
Wide bandgap semiconductor from a hidden 2D incommensurate graphene phase
生产可用的半导体形式的石墨烯已经困扰了石墨烯电子产品近二十年的发展。现在，新的制备方法已经可用，石墨烯的固有特性可以测量，半导体石墨烯的研究已经开始产生结果。这是本工作中提出的在SiC（0001）上生长的第一个石墨烯“缓冲”层的情况。我们发现，与过去四十年的假设相反，缓冲石墨烯层与SiC不相称。我们发现的新调制结构解决了一个长期存在的矛盾，即从头计算预期金属缓冲区，而实验发现它是半导体。使用新的无公度结构的模型计算表明，半导体$π$带特性的缓冲来自部分杂化的石墨烯无公度边界周围未扰动的石墨烯岛。
2016-10-10 cond-mat.mes-hall
Theory of thermionic emission from a two-dimensional conductor and its application to a graphene-semiconductor Schottky junction
为三维半导体开发的电子发射标准理论不适用于二维材料，即使是进行定性预测，因为平面外准粒子速度消失。由于准粒子寿命的有限性和离面动量的巨大不确定性，揭示了二维导体中载流子离面运动的根本原因。将该理论应用于石墨烯和体半导体之间的肖特基结，以推导出肖特基常数，与传统的理查森常数相比，该常数由石墨烯中的肖特基势垒高度和费米能级决定。
2018-05-02 cond-mat.mes-hall
Theory of the giant plasmon enhanced second harmonic generation in graphene and semiconductor two-dimensional electron systems
建立了二维电子系统在电场幅值下二阶非线性电磁响应的解析理论。二阶极化率和二次谐波信号的强度内的自洽场方法计算的半导体二维电子系统和石墨烯。在典型的实验参数下，石墨烯中的二次谐波产生比GaAs量子阱中强约两个数量级。在二维等离子体共振条件下，二次谐波辐射强度进一步增加了几个数量级。
2011-02-25 cond-mat.mes-hall
Ideal Graphene/Silicon Schottky Junction Diodes
对半导体器件的正确理解始于金属-半导体界面。金属/半导体界面本身也可以是一个重要的器件，因为肖特基结通常在半导体中的掺杂较低时形成。在这里，我们扩展了金属硅肖特基结的分析，通过使用石墨烯，一个原子级薄的半金属。我们表明，需要一个全新的传输模型来描述石墨烯-硅肖特基结。虽然电流-电压行为遵循著名的理想二极管行为，但二极管特性的细节最好由Landauer输运形式主义表征，这表明石墨烯的注入速率最终决定了这种新肖特基结的输运特性。
2014-05-15 cond-mat.mes-hall
Electromagnetic waves reflection, transmission and absorption by graphene - magnetic semiconductor - graphene sandwich-structure in magnetic field: Faraday geometry
从理论上研究了石墨烯-磁性半导体-石墨烯多层结构的电动力学性质。分析了石墨烯-半无限磁性半导体和石墨烯-磁性半导体-石墨烯多层结构中石墨烯层对电磁波传播的影响。计算了这种结构对电磁波的反射率、透射率和吸收率随频率和场的变化关系。分析了结构厚度的尺寸效应。已经显示了通过外部磁场有效控制石墨烯-磁性半导体-石墨烯三明治结构的电动力学性质的可能性。
2014-07-10 cond-mat.mes-hall physics.optics
Plasmon-phonon coupled modes in graphene tuned by the carrier concentration of the semiconductor substrates
研究了石墨烯等离子体激元与半导体衬底表面声子之间的相互作用，该相互作用可以通过衬底的载流子注入来有效地控制。衬底中表面声子的能量和寿命很大程度上依赖于载流子浓度，这为等离子体-声子耦合模（PPCM）的调谐提供了一种新的机制。更具体地，PPCM的分散和寿命可以通过基板的载流子浓度变化来控制。对于给定的动量，PPCM的能量随着衬底的载流子浓度的增加而增加。另一方面，当衬底的载流子浓度增加时，对于给定能量的PPCM的动量减小。PPCM的寿命总是大于没有等离子体-声子耦合的石墨烯等离子体的本征寿命。
2014-06-17 cond-mat.mes-hall
Plasmonics with two-dimensional semiconductors "beyond graphene": from basic research to technological applications
本文综述了二维半导体等离子体激元的主要特点和发展前景。每一类范德华半导体中的等离子体模式都有自己的特点，以及潜在的技术能力。过渡金属二硫属化物的等离子体由于其蜂窝结构而具有石墨烯的典型特征，但与石墨烯不同，其阻尼过程由带内跃迁而不是带间跃迁主导。自旋轨道耦合强烈影响屈曲蜂窝晶格（硅烯和锗烯）的等离子体激元谱，而磷烯的各向异性晶格决定了等离子体激元沿扶手椅和锯齿形方向的不同传播。我们还回顾了现有的应用与二维材料的等离子体激元在热等离子体激元，生物传感和等离子体波太赫兹检测领域。最后，我们考虑了创新的低损耗等离子体器件的范德华异质结的能力。
2019-04-01 cond-mat.mes-hall
Graphene-Semiconductor Contact
介绍了石墨烯-半导体结的系统处理。石墨烯费米能级的有限态密度导致石墨烯-半导体界面的奇异电子性质。通常，由于石墨烯的内部势，肖特基-莫特极限和势垒高度的总和规则被违反。通过合并半导体-半导体和金属-半导体结的主要特性，石墨烯-半导体接触可以被认为是前所未有的\emph{semimetal-semiconductor junction}的原型。广义界面方程揭示了石墨烯中载流子密度与结特性的耦合。它将被证明是众所周知的效果，可调势垒高度直接关系到结电容。此外，图像力效应的存在下的势垒可调谐性的相对影响进行了研究。详细讨论了获得结的内建电势、势垒高度和电容的实验方法。通过对实验数据的分析，揭示了石墨烯-硅样品界面处强反型层的形成。
2020-04-26 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Graphene-like quaternary compound SiBCN: a new wide direct band gap semiconductor predicted by a first-principles study
由于二维硅基半导体的缺乏，以及现代工业中大多数组件和器件都是在单晶硅或硅基衬底上产生的事实，因此设计二维硅基半导体是非常需要的。本文采用群结构搜索法和密度泛函理论相结合的方法，发现了一种具有类石墨烯结构的四元化合物SiBCN，该化合物具有较宽的直接带隙.带隙为~2.63 eV，刚好在突出显示的半导体SiC和GAN的~2.20 eV和~3.39 eV之间。值得注意的是，进一步的计算表明SiBCN具有高载流子迁移率，电子和空穴的迁移率分别为~ 5.14 × 10^3和~ 13.07 × 10^3 cm ^2 V ^-1 s ^-1。此外，从头算分子动力学模拟也表明，SiBCN的类石墨烯结构即使在2000 K的极高温度下也能很好地保持。本文的工作表明，设计多元硅化物是寻找与现有硅基衬底匹配良好的新型硅基低维半导体的一条可行途径。
2017-03-11 cond-mat.mes-hall
The role of the Fermi level pinning in gate tunable graphene-semiconductor junctions
依赖于常规结构的基于石墨烯的晶体管由于石墨烯中不存在能隙而不能适当地切换。为了克服该限制，提出了一种阻障器器件，其操作基于借助于顶栅对石墨烯-半导体（GS）肖特基势垒的调制，并且展示了高达$10^5$的开-关电流比。如此大的数量可能是由于实现了几乎没有界面捕获电荷的超清洁界面。然而，它确实是技术相关的，知道界面捕获的电荷可能对势垒电阻器的电性能的影响。我们已经开发了一个基于物理的模型的栅极可调GS异质结构中的非理想，如费米能级钉扎（FLP）和“偏压依赖的势垒降低效应”已被考虑。利用该模型，我们已经取得了全面的研究的barrister的预期数字性能。
2016-09-05 cond-mat.mes-hall
Zitterbewegung (trembling motion) of electrons in narrow gap semiconductors
本文综述了各种窄禁带材料中载流子的颤动理论。考虑了周期势中的近自由电子、InSb型半导体、双层石墨烯、单层石墨烯和碳纳米管。强调了ZB的一般特征。结果表明，当载流子以高斯波包形式存在时，ZB具有瞬态特性，其衰减时间在石墨烯中为飞秒，在纳米管中为皮秒.提到了在外部磁场存在下石墨烯中电子的Zitterbewegung。强调了半导体中的ZB与真空中的相对论电子的相似性。文中还提到了观察固体中颤动运动的可能方法。
2008-05-05 cond-mat.mes-hall
Gating monolayer and bilayer graphene with a two-dimensional semiconductor
本文研究用MoS2、MoSe2、WS2和WSe2等二维半导体作为石墨烯器件的栅极，验证其在低温下的有效性，并揭示单栅和双栅结构中的电压钳位、迟滞及缺陷态电荷俘获等限制。
2025-04-11 cond-mat.mes-hall
Observation of flat bands in gated semiconductor artificial graphene
布里渊区中M点附近的平坦带是人造石墨烯（AG）中蜂窝对称性的关键特征，其中电子可以凝聚成新的相关相。本文报道了在GaAs量子阱晶体管中观察到AG的范霍夫奇性偶极，这为半导体AG的平带提供了证据。在背栅电压调谐的光致发光光谱中出现的两个峰探测了AG平带的奇异双峰，并证明了它们对费米能级的可达性。当费米能级穿过双峰时，光谱显示出对电子密度的戏剧性的稳定性，表明电子-电子相互作用和蜂窝对称性之间的相互作用。我们的研究结果提供了一个新的灵活的平台，探索有趣的平带物理。
2021-03-26 cond-mat.mes-hall
Electronic and magnetic properties of graphene-fluorographene nanoribbons: Controllable semiconductor-metal transition
本文通过DFT和有效Hubbard模型研究了嵌入氟化石墨烯中的石墨烯纳米带，发现αα体系为反铁磁半导体，αβ体系为铁磁且随宽度发生半导体-金属转变，为氟化调控石墨烯性质及器件应用提供了理论基础。
2024-09-30 cond-mat.mes-hall
Metal-semiconductor behavior along the line of stacking order change in gated multilayer graphene
研究门控多层石墨烯沿扶手椅方向堆垛序变化时的电子行为，发现断裂层导致的缺陷使拓扑态分裂产生能隙，特定门压下恢复金属性并出现平带，电荷随门压在外层间振荡。
2024-03-17 cond-mat.mes-hall
Hybrid superlattices of graphene and hexagonal boron nitride: A ferromagnetic semiconductor at room temperature
碳（C）掺杂的六方氮化硼（hBN）在室温下具有铁磁性。还报道了在hBN中被C取代形成石墨烯岛。本文从第一性原理和平均场哈伯德模型出发，对hBN中石墨烯岛的铁磁性进行了机理上的理解。我们发现一个一般的属性，在二分晶格中的子晶格不同的现场能量，如在hBN，本地磁矩之间的顺序可以是实质性的，主要是反铁磁（AFM），如果它们被嵌入在相同的子晶格，除非由莫特像子晶格间的自旋分离，由于强本地化为主。主要的AFM顺序是植根于自旋分辨的空间分离的孤对氮（N）和背转移的电子在硼（B）由于库仑排斥，因此基本上意味着一个超交换路径。随后，我们提出了一类亚铁磁有序的互穿超晶格的磁性石墨烯岛在hBN中，它可以被选择为铁磁半导体或半金属，并保持在室温下的净非零磁矩。
2019-02-27 cond-mat.mes-hall
Reversible Fluorination of Graphene: towards a Two-Dimensional Wide Bandgap Semiconductor
我们报告了石墨烯氟化物的合成和证据，石墨烯是一种二维宽带隙半导体。氟化石墨烯表现出六方晶序和强绝缘行为，在室温下电阻超过10 G $Ω$。氟化石墨烯中的电子输运通过由于带隙中的局域态的存在而在二维中的可变范围跳跃来很好地描述。通过还原氟化石墨烯获得的石墨烯是高度导电的，在室温下表现出小于100 k $Ω$的电阻率。我们的方法提供了一种新的途径，可逆工程的能带结构和导电性的石墨烯的电子和光学应用。
2010-05-01 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Controllable Excitation of Surface Plasmon Polaritons in Graphene-Based Semiconductor Quantum Dot Waveguides
本文研究了外辐射激发下Ag $_2$ Se量子点阵列加载的两片石墨烯等离子体波导中的集体近场效应。本研究旨在发展一种理论方法，以实现可控的激发和平面石墨烯波导中的表面等离子体激元（SPP）的传输。该模型是基于半经典描述，这意味着色散方程的两个耦合的石墨烯片和嵌入的量子点的能谱分析激发的SPP的解决方案。采用时域有限差分法，数值研究了在不同的石墨烯片上外加外加电压和不同的量子点排列方式下，波导中近场分布的变化。研究表明，施加外部电压允许局部改变石墨烯化学势，从而导致电极之间空间中SPP的可控激发。在这些条件下，激发的SPP的传播方向由提供所需SPP路由的金电极的几何配置确定。该系统为近场能量传输和集中提供了新的机会，可用于开发超紧凑的光子器件。
2021-10-06 cond-mat.mes-hall
Breakdown electron-hole symmetry in graphene structure with a semiconductor gate
结构“石墨烯-绝缘衬底-半导体栅极”中的电子-空穴对称性由于在正偏压或负偏压下半导体栅极中的电势的不对称下降而被破坏。计算了SiO_2衬底置于低（中）掺杂p-Si上时，掺杂浓度和电导率与栅压的关系。对于高kappa衬底（AlN、Al_2O_3、HfO_2和ZrO_2）的情况，分析了光学电导率的类似依赖性。我们的结果与实验数据的比较表明，这两种情况下，一个很好的协议。
2013-01-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Electromagnetic Waves Reflectance of Graphene -- Magnetic Semiconductor Superlattice in Magnetic Field
在考虑耗散过程的Faraday几何下，对置于磁场中的石墨烯-磁性半导体-石墨烯超晶格的电动力学性质进行了理论研究。采用传输矩阵法计算了不同周期数和不同周期尺寸的超晶格对电磁波的反射率、透射率和吸收率随频率和场的变化关系。石墨烯-磁性半导体-石墨烯超晶格的电动力学性质的有效控制的可能性已经被证明。
2014-05-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Semiconductor quantum dots enhanced graphene/CdTe heterostructure solar cells by photo-induced doping
我们报道了一种基于石墨烯/CdTe肖特基异质结的太阳能电池，由于石墨烯是一个原子薄，可以通过表面工程来改善。通过在石墨烯/CdTe异质结上涂覆一层量子点，将功率转换效率从2.08%提高到3.1%。光致掺杂主要是占这种增强，证明了运输，光致发光和量子效率的测量。这项工作展示了一种可行的方法，设计太阳能电池，结合一维和二维材料。
2015-07-18 cond-mat.mes-hall physics.optics
Effects of Coulomb screening and disorder on artificial graphene based on nanopatterned semiconductor
在基于二维电子气的人造石墨烯的制备过程中，门系统中的残余无序是主要的问题。由于多体效应，该疾病可以被显著地筛选/减少。为了分析屏蔽/无序问题，我们考虑AlGaAs/GaAs/AlGaAs异质结与两个金属栅极。我们证明，最不容易受到无序的设计对应于弱耦合制度（相对于紧密结合），这是通过量子反点系统实现的。最相关的无序类型是区域无序，其是量子反点区域的随机变化。区域无序导致形成水坑。其他类型的紊乱，位置紊乱和形状紊乱，实际上是无关紧要的。水坑的形成/重要性极大地取决于纳米图案化异质结构的参数。参数变化20- 30%，可使熔池的相对振幅发生几个数量级的变化。基于这种分析，我们制定了可接受的异质结构的设计标准，旨在创造人造石墨烯。
2014-11-27 cond-mat.mes-hall
Nanoporous graphene: a 2D semiconductor with anisotropic mechanical, optical and thermal conduction properties
纳米多孔石墨烯（NPG）由石墨烯纳米带分隔的纳米孔的有序阵列组成，最近使用自下而上的合成方法实现（Science 360（2018），199）。在本工作中，我们相应地探讨了单层NPG的力学响应，热导率和电子/光学性能的密度泛函理论和分子动力学模拟。沿着扶手椅方向，NPG被发现表现出更高的拉伸强度和热导率的1.6倍和2.3倍，分别与之字形方向相比。尽管显示出高刚性和拉伸强度，但NPG被预测显示出比石墨烯大约两个数量级的热导率抑制。基于GGA/PBE的结果突出了NPG单层呈现半导体电子特性，其直接带隙为0.68 eV。根据HSE 06估计，NPG单层显示出0.88 eV的带隙，非常有希望的应用在纳米电子学。光学结果表明，NPG纳米膜对可见光、红外光和近红外光均有吸收。这项工作突出了NPG作为一种新型多孔碳基二维材料的杰出物理特性，它可能成为设计先进纳米电子学，纳米光学和能量转换系统的有希望的候选者。
2019-03-10 cond-mat.mes-hall
Observation of suppressed terahertz absorption in photoexcited graphene
当光被半导体吸收时，由于带内跃迁，光激发的载流子增强了对远红外辐射的吸收。我们在单层石墨烯中观察到相反的行为，石墨烯是一种具有线性色散的零能隙半导体。通过使用时域太赫兹（THz）光谱结合光泵浦激发，我们观察到光激发石墨烯的太赫兹辐射的吸收减少。测得的微分电导率的光谱形状表现出非德鲁德行为。我们讨论了几种可能的机制，有助于观察到的低频非平衡光学响应的石墨烯。
2013-03-30 cond-mat.mes-hall
Introduction to Nonlinear Phenomena in Superfluid Liquids and Bose-Einstein Condensates: Helium, Semiconductors and Graphene
我们回顾了当前对集体量子系统的非平衡动力学的理解。我们描述了一种方法的基础上的哈密顿制定的超流流体动力学。结果表明，在恒定能量泵浦的存在下，密度和熵的涨落的非线性耦合强烈地影响系统的非平衡动力学。我们使用所获得的结果来分析的性质的非平衡超流体4He和激子极化玻色-爱因斯坦凝聚体，无论是在半导体量子阱和石墨烯层中的存在下，高磁场。
2011-02-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Kane-Like Electrons in Type II/III Heterostructures versus Dirac-Like Electrons in Graphene
载流子在石墨烯中的传播进行比较，在II/III型异质结构的两个带凯恩模型是适当的。特别是，这两种情况之间的定量类比的条件进行搜索，并发现是相当限制性的。本文的分析表明，石墨烯的本质属性不是其波函数的旋量特征，而是线性色散关系，而这在有限能隙双带Kane-type半导体中并不成立。因此，除了在零带隙半导体超晶格中之外，类凯恩和类狄拉克载流子的行为不同。
2010-10-23 cond-mat.mes-hall
High Photocurrent in Gated Graphene-Silicon Hybrid Photodiodes
基于石墨烯/硅（G/Si）异质结的器件已经被证明是潜在地与半导体技术兼容的高响应度光电探测器。这样的G/Si肖特基结二极管通常与栅控G/二氧化硅（SiO $_2$）/Si区域并联，其中石墨烯接触。在这里，我们利用扫描光电流测量调查的空间分布，并解释在这些设备中的光电流产生的物理起源。我们观察到明显更高的光电流下的隔离区的石墨烯的SiO $_2$相邻的G/Si的肖特基结。在此之前需要一定的阈值电压（V $_T$），并且其起源类似于金属氧化物半导体场效应晶体管中的阈值电压。一个物理模型用来解释大的光电流下的SiO $_2$的反型层在Si中的形成。我们的研究结果有助于对石墨烯/半导体混合器件的基本理解，这反过来又有助于设计基于这种2D/3D异质结的高效光电子器件和系统。
2017-05-30 cond-mat.mes-hall
Effect of Edge Roughness on Electronic Transport in Graphene Nanoribbon Channel Metal Oxide Semiconductor Field-Effect Transistors
报道了量子力学模拟结果，研究了石墨烯纳米晶金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）中边缘无序对输运的影响。边缘无序的添加显著降低了导通状态电流并增加了截止状态电流，并且在器件之间引入了广泛的可变性。这些效果会随着色带宽度的增加和边缘的平滑而减小。然而，带隙随着宽度的增加而减小，从而增加了带间隧穿介导的亚阈值漏电流，即使是完美的纳米带。这些结果表明，如果在制造过程中没有原子级精确的边缘控制，通过使用石墨烯来实现MOSFET性能增益将是困难的。
2007-12-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Fluorination-Enriched Electronic and Magnetic Properties in Graphene Nanoribbons
采用第一性原理计算研究了氟掺杂石墨烯纳米带的丰富的电子和磁性。它们源于重要化学键、有限尺寸量子限制和边缘结构之间的合作或竞争关系。分子中存在C-C、C-F、F-F键，并具有多轨道杂化。氟吸附原子可以产生p型金属或浓度和分布依赖的半导体，这取决于$π$键合是否被顶位化学键合严重抑制。此外，五种自旋相关的电子和磁性涵盖了非磁性和铁磁金属，非磁性半导体和反铁磁半导体有/没有自旋分裂。在空间电荷分布、自旋密度和轨道投影态密度中清楚地揭示了不同的基本性质。
2017-02-28 cond-mat.mes-hall
A new type of optical biosensor from DNA wrapped semiconductor graphene ribbons
基于在单壁碳纳米管（SWCNT）表面包裹一段双链DNA的光学生物传感器模型（Science 311，508（2006）），我们提出了一种新的传感器设计模型，其中SWCNT被半导体石墨烯带（SGR）取代。利用一个简单的SGRs激子理论，我们研究了DNA二级结构从天然的右手B型到交替的左手Z型的转变。DNA的这种结构相变是这种光学生物传感器在亚细胞水平上从DNA和半导体石墨烯带的工作原理。
2012-08-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Optical properties of graphene antidot lattices
未掺杂的石墨烯是半金属的，因此不适用于许多需要带隙半导体材料的电子和光电应用。然而，孔的周期性阵列（反点晶格）使得石墨烯具有可控带隙的半导体性。使用原子模型，我们证明了这种人工纳米材料是一个偶极允许的直接带隙半导体具有非常明显的光学吸收边。因此，光学红外光谱应该是一个理想的探针的电子结构。为了解决现实的实验情况下，我们包括由于无序和基板的存在下，在分析的影响。
2008-06-02 cond-mat.mes-hall
Detection of High Energy Ionizing Radiation using Deeply Depleted Graphene-Oxide-Semiconductor Junctions
石墨烯的线性能带结构和二维态密度为感测电荷提供了隐含的优势。这里，这些优点在深度耗尽的石墨烯-氧化物-半导体（D2 GOS）结检测器架构中被利用，以感测由电离辐射产生的载流子。具体而言，硅基D2 GOS结的室温响应进行了分析，在用20 MeV的Si 4+离子辐照期间。证明了12-1200离子剂量范围内的检测，器械功能保持不变，没有实质性退化。为了理解器件响应，D2 GOS像素在辐照后通过电表征、拉曼光谱和光电流映射的组合来表征。这种组合的表征方法强调了辐照对石墨烯造成的可辨别的损伤的缺乏，同时突出了入射离子和硅吸收剂之间的相互作用的性质。
2022-08-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Dissipation in finite systems: Semiconductor NEMS, graphene NEMS, and metallic nanoparticles
本论文研究了三种介观系统及其集体自由度如何受到耗散环境的影响：a）基于半导体材料的纳米机电系统，以及表面摩擦过程如何在低温下限制其振动本征模的品质因数，并引起频率偏移; b）基于石墨烯的纳米谐振器，以及限制其基本弯曲的品质因数的几种阻尼机制（弯曲）本征模，以及c）由激光脉冲在金属纳米团簇中产生的表面等离子体激元的耗散动力学，讨论了一个非常常见的理论模型的有效性和局限性，用于其描述。
2007-12-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Graphene-on-silicon near-field thermophotovoltaic cell
电介质顶部的石墨烯层可以显著影响材料的辐射传热能力。石墨烯的这一特性被用于改善近场热光伏电池的性能并降低成本。代替低带隙半导体，提出使用硅上石墨烯肖特基光伏电池。一层石墨烯吸收了大约90%的入射辐射，并增加了传热。这是由于石墨烯中的等离子体激元的激发，其与中红外范围内的发射光共振自动调谐。吸收的辐射激发石墨烯中的电子-空穴对，它们被肖特基势垒诱导的表面场分开。对于准单色源，所产生的功率大一个数量级，并且效率与半导体光伏电池处于相同水平。
2014-08-26 cond-mat.mes-hall
Multicolor Graphene Nanoribbon/Semiconductor Nanowire Heterojunction Light-Emitting Diodes
本文首次报道了一种新型的石墨烯纳米管（GNR）/半导体纳米线（SNW）异质结发光二极管。GNR和SNW具有面对面的接触结构，具有较大的有源区的优点。在我们的情况下，采用ZnO，CdS和CdSe纳米线。在正向偏压下，GNR/SNW异质结LED可以发射波长从紫外（380 nm）到绿光（513 nm）再到红光（705 nm）的光，这取决于所涉及的SNW的带隙。讨论了GNR/SNW异质结LED的发光机理。我们的方法可以很容易地扩展到其他半导体纳米材料。此外，我们的成就打开了下一代显示技术的大门，包括便携式，“透视”和舒适的产品。
2011-03-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Monochromatic Electron Emission from Graphene-Insulator-Semiconductor-Structured Electron Source Utilizing Interference Efficets
本研究通过数值计算电子波包运动，探讨了单层和多层石墨烯中衍射电子波的能量分布，发现层间多次反射会加宽13.4 eV入射能量下的能量分布，而利用小孔径衍射电子波可实现高度单色电子发射。
2025-11-04 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Carrier transport in reverse-biased graphene/semiconductor Schottky junctions
反向偏置的石墨烯（Gr）/半导体肖特基二极管表现出更高的气体传感灵敏度。然而，跨结的载流子输运尚未完全理解。在这里，Gr/SiC，Gr/GaAs和Gr/Si肖特基结在反向偏压下的温度依赖的电流-电压测量进行了研究。随着反向偏压的增加，势垒高度的减少，观察到所有的结，这表明电场增强的电子发射。对反向电流的场依赖性的进一步分析表明，虽然Gr/SiC肖特基结中的载流子输运遵循Poole-Frenkel机制，但Gr/Si和Gr/GaAs结中的载流子输运偏离了Poole-Frankel机制和肖特基机制，特别是在低温和低场下。
2015-03-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Electron mobility in graphene without invoking the Dirac equation
石墨烯中的狄拉克点和线性能带结构赋予其显着的电子和光学性质，这是一个正在进行的激烈研究的主题。石墨烯中高电子迁移率的解释，通常基于有效的相对论性狄拉克方程行为来调用电子的无质量，这对大多数本科生来说是难以理解的，对于不熟悉相对论的非物理学研究人员来说也不是直观的。在这里，我们将展示如何仅使用半导体理论的基本概念和石墨烯的线性能带结构来解释其不寻常的有效质量和迁移率，并将其与传统的金属和半导体进行比较。我们讨论了更直观的横向有效质量的概念，自然出现从这些基本的推导，这在低温下未掺杂的石墨烯的极限接近零，是负责其极高的流动性。
2019-01-19 cond-mat.mes-hall
Effective Hamiltonian for electron waves in artificial graphene: A first principles derivation
本文提出了一种第一性原理有效介质理论来研究电子波在具有零带隙的半导体异质结构中的传播。我们的理论证实了在K点附近，由具有蜂窝对称性的外部静电势调制的二维电子气的动力学由与石墨烯单层相同的赝旋量形式和狄拉克无质量方程描述。此外，我们强调，即使其他超晶格的基础上的半导体与zincblende型结构可以有一个零带隙和线性的能量-动量色散，相应的有效介质哈密顿量是相当不同的石墨烯，并可以基于一个单一的组件波函数。
2014-10-13 cond-mat.mes-hall
Terahertz radiation generation by laser-resonant excitation of terahertz surface magnetoplasmons on a graphene-n-InSb semiconductor interface
本研究提出一种在平行外磁场下，利用斜入射p偏振激光与石墨烯-n-InSb界面作用，通过线性模式转换共振激发太赫兹表面磁等离激元的方法，其振幅可通过磁场、费米能等参数调谐，为主动可调等离激元器件开发提供新途径。
2025-03-17 cond-mat.mes-hall physics.optics physics.plasm-ph
Epitaxial Growth of a Single-Crystal Hybridized Boron Nitride and Graphene layer on a Wide-Band Gap Semiconductor
二维（2D）材料的垂直和横向异质结构为2D材料的物理和应用的开创性研究铺平了道路。通过化学气相沉积（CVD）在单晶金属或金属箔上制备了混杂的六方氮化硼（h-BN）和石墨烯横向结构（异质2D结构）。然而，一旦在金属上制造，h-BN/石墨烯横向结构就需要用于器件应用的附加转移过程，如对于在金属箔上生长的CVD石墨烯所报道的。在这里，我们证明了单晶h-BN/石墨烯横向结构可以在宽禁带半导体SiC（0001）上外延生长。首先，在850 oC下，使用环硼氮烷分子在Si封端的SiC衬底上生长了具有与块状SiC相同取向的单晶h-BN层。其次，当在真空中加热到1150 ℃以上时，h-BN层被部分去除，随后被石墨烯域取代。有趣的是，这些石墨烯域具有与h-BN层相同的取向，从而在整个样品区域上产生单晶h-BN/石墨烯横向结构。对于高于1600 ℃的温度，单晶h-BN层完全被单晶石墨烯层取代。利用低能电子衍射、角分辨光电子能谱和扫描隧道显微镜分别研究了h-BN/石墨烯横向结构的晶体结构、电子能带结构和原子结构。在宽禁带半导体衬底上制造的h-BN/石墨烯横向结构可以直接应用于器件，而无需进一步的转移过程，如对于SiC衬底上的外延石墨烯所报道的。
2015-06-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Nagaoka ferromagnetism in semiconductor artificial graphene
本研究利用高精度Monte Carlo方法与精确对角化计算，证明了在半导体人工石墨烯中由单个电子缺失或添加驱动的Nagaoka铁磁性相变，并揭示了Coulomb散射项在稳定该相变中的关键作用。
2025-11-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Realization of room-temperature ferromagnetic semiconducting state in graphene monolayer
室温铁磁半导体在非易失性数字电路中具有重要的应用价值，它可以提供一个理想的系统，使我们可以同时利用电子的电荷和自旋。然而，寻找室温铁磁半导体至今仍只是一个诱人的想法，从未在实践中实现。在这里，我们证明了石墨烯单层，与下面的Ni（111）衬底杂交，是室温铁磁半导体，已经持续了几十年的研究。我们的自旋极化扫描隧道显微镜（STM）的实验，辅以第一性原理计算，明确表明，石墨烯和镍衬底之间的相互作用产生了一个大的间隙在石墨烯，同时导致相对移动之间的多数和少数自旋带。因此，Ni衬底上的石墨烯片即使在室温下也表现出具有几十meV能量的自旋极化带隙。这一结果使室温铁磁半导体的科学和应用成为可能，并为基于石墨烯的新型信息技术带来了希望。
2017-11-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Electronic transport across quantum dots in graphene nanoribbons: Toward built-in gap-tunable metal-semiconductor-metal heterojunctions
全石墨烯电子器件的成功受到半导体沟道和金属接触的挑战性实现和后续集成的严重阻碍。在这里，我们全面调查的宽度调制异质结的电子输运组成的石墨烯量子点的不同长度和宽度嵌入在一对扶手椅边缘的金属纳米带，最近通过表面合成制造的那种。我们表明，量子点的存在下，使宽度依赖的传输带隙的开放，从而产生内置的一维金属-半导体-金属结。此外，我们发现，在附近的带边，电导是受一个平滑的过渡，从反共振到共振输运制度时，增加沟道长度。这些结果是合理的量子限制效应和量子点之间的竞争方面的铅耦合。总的来说，我们的工作建立了石墨烯量子点纳米架构作为吸引人的平台，无缝集成间隙可调半导体通道和金属接触到一个单独的纳米管，从而实现自包含的碳基电子器件。
2020-11-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Opening and reversible control of a wide energy gap in uniform monolayer graphene
对于用于半导体应用的石墨烯，必须在狄拉克能量下打开至少0.5eV的宽能隙而不引入原子缺陷。然而，这种宽的能隙还没有在石墨烯中实现，除了在具有不可避免的边缘缺陷的窄的、化学终止的石墨烯纳米结构的情况下。在这里，我们证明了0.74 eV的宽能隙，其大于锗的能隙，可以在均匀的单层石墨烯中打开，而不向石墨烯中引入原子缺陷。通过自组装扭曲钠纳米带的吸附，打开了较宽的能隙。此外，能隙通过钠和氧的交替吸附是可逆可控的。以最小的迁移率退化打开这样宽的能隙可以提高石墨烯在半导体器件中的适用性，这将导致石墨烯技术的重大进步。
2014-06-12 cond-mat.mes-hall
Distance Dependence of the Energy Transfer Rate From a Single Semiconductor Nanostructure to Graphene
纳米发射体和石墨烯单层之间的近场库仑相互作用导致强烈的Förster型共振能量转移和随后的荧光猝灭。在这里，我们调查的距离依赖性的能量转移率从个人，i）零维的CdSe/CdS纳米晶体和ii）二维的CdSe/CdS/ZnS纳米片的石墨烯单层。对于增加的距离$d$，从单个纳米晶体到石墨烯的能量传递速率衰减为$1/d^4$。相比之下，从二维纳米片到石墨烯的能量传递速率的距离依赖性偏离简单的幂律，但通过理论模型很好地描述，该模型考虑了二维量子阱中自由激子的热分布。我们的研究结果表明，精确的距离测量可以在单粒子水平上使用石墨烯为基础的分子统治者和能量转移允许探测在纳米尺度的维度效应。
2015-01-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Semiconductor Meta-Graphene and Valleytronics
University of Texas at Dallas（德克萨斯大学达拉斯分校）；Catalan Institute of Nanoscience and Nanotechnology (ICN2), CSIC and BIST（加泰罗尼亚纳米科学和纳米技术研究所（ICN2，CSIC和BIST））；Center for Integrated Nanotechnologies, Sandia National Laboratories（桑迪亚国家实验室集成纳米技术中心）；Sandia National Laboratories（桑迪亚国家实验室）
本文通过人工石墨烯研究了半导体元-graphene的谷电子特性，展示了AhBN的拓扑谷Hall态及其对 Disorder 的鲁棒性，为低能耗微电子应用提供了新思路。
2025-10-06 cond-mat.mes-hall
Nonlinear broadening of the plasmon linewidth in a graphene stripe
与半导体结构相反，实验观察到的石墨烯中的等离子体共振显示出不对称且相当宽的线宽。我们表明，这可以解释在这种材料中的线性电子能量色散，并与广义科恩定理在石墨烯的违反。
2012-10-08 cond-mat.mes-hall
Quenching the band gap of 2D semiconductors with a perpendicular electric field
原子级薄半导体的电子能带结构可以通过施加垂直电场来调节。在发现石墨烯后不久，通过打开石墨烯双层中的有限带隙（自然是零隙半导体），实验证明了这一原理。然而，到目前为止，同样的原理还不能用于控制更广泛的材料类别，因为所需的电场在当前设备中是无法达到的。为了克服这个限制，我们已经实现了双离子门控晶体管，使非常大的电场的应用。使用这些设备，我们表明，几层半导体过渡金属dichalcogenides的带隙可以连续抑制从1.5 eV到零。我们的结果说明了一个前所未有的水平控制的能带结构的二维半导体，这是重要的未来的研究和应用。
2021-08-13 cond-mat.mes-hall
A wide band gap metal-semiconductor-metal nanostructure made entirely from graphene
生产可扩展的数字石墨烯电子产品的蓝图仍然难以捉摸。目前生产金属化石墨烯网络的方法都受到严格的光刻要求的影响，这些要求阻止了石墨烯的再现性、工艺诱导的无序或可扩展性问题。使用角分辨光电发射，我们已经发现了完全由石墨烯制成的独特的一维金属-半导体-金属结，并且在没有化学功能化或有限尺寸图案化的情况下产生。当石墨烯在SiC上生长时，在这种情况下，当石墨烯被迫在图案化的SiC台阶上生长时，通过利用固有的原子有序的衬底-石墨烯相互作用来产生结。这种可扩展的自下而上的方法使我们能够生产半导体石墨烯带，其宽度精确地定义在几个石墨烯晶格常数内，完全超出现代光刻限制的精度水平。在这项工作中展示的架构是如此强大，在平均电子能带结构的数千个这些图案化的带的变化有几十微米长的长度尺度上几乎没有变化。半导体石墨烯具有拓扑定义的几纳米宽的区域，其能隙在另外连续的金属石墨烯片中大于0.5 eV。这项工作展示了石墨烯-基底相互作用如何可以作为一种强有力的工具来可扩展地修饰石墨烯的电子结构，并开辟了石墨烯电子学研究的新方向。
2012-10-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Materials design from non-equilibrium steady states: driven graphene as a tunable semiconductor with topological properties
通过使材料脱离平衡来控制材料的性质是一个令人兴奋的前景，直到最近才开始探索。在本文中，我们给出了这样的材料设计的一个引人注目的理论例子：在单层石墨烯中的可调间隙是通过激发一个特定的光学声子产生的。我们表明，该系统达到一个稳定的状态，其输运性质是相同的，如果系统有一个静态的电子间隙，可控的驱动幅度。此外，稳定状态显示拓扑现象：有手性边缘电流，它循环的分数电荷e/2每个旋转周期，频率设置的光学声子频率。
2013-04-26 cond-mat.mes-hall hep-th
Ground State thermodynamic and response properties of electron gas in a strong magnetic and electric field: Exact analytical solutions for a conventional semiconductor and for Graphene
研究了极强电场（E场）对垂直磁场中二维无自旋电子气（量子霍尔效应（QHE）组态）的基态能量和输运性质的影响.对于传统的半导体，我们发现霍尔电导率的分数值和一些磁电系数的某些值的E和B场，不产生的相互作用或杂质，但一个足够强的平面内E场的纯粹后果。我们还确定解析的基态能量，和响应特性，如磁化强度和极化作为电磁场的函数在强E场限制。在石墨烯的情况下，我们获得了更复杂的行为，导致不合理的霍尔值的可能性。结果也定性地讨论了各种机制的QHE击穿。
2016-08-30 cond-mat.mes-hall quant-ph
