Accessing the anisotropic non-thermal phonon populations in black phosphorus
我们结合飞秒电子漫散射实验和耦合的电子-声子动力学的第一性原理计算，提供了一个详细的动量分辨图像的超快晶格热化的薄膜的黑磷。测量结果表明，出现了高度各向异性的非热声子人口持续几皮秒以下的电子激发光脉冲。结合超快动力学模拟的基础上的时间相关的玻尔兹曼形式主义和计算的结构因子，我们重现的实验数据，并确定主要负责通过电子-声子耦合和随后的晶格热化通过声子-声子散射的载流子弛豫的振动模式。特别是，我们属性的非平衡晶格动力学的黑磷高度各向异性声子辅助散射过程，这主要是由高能量光学声子介导的。我们的方法为解开和控制二维材料和范德华异质结构中的微观能量流路径铺平了道路，也可以扩展到其他涉及耦合电子-声子动力学的非平衡现象，如超导，相变或极化子物理。
2021-04-27 cond-mat.mes-hall
Theoretical overview of black phosphorus
我们回顾了少层黑磷（BP）的基本光学，电子，光电，热电和机械性能，层状半导体，可以剥离从散装BP，最稳定的同素异形体磷。BP的显着特点是其高度各向异性的晶体结构，这导致了强的光学线性二向色性，椭圆等离子体能面，各向异性的电子和热传导性和弹性。我们提供这些现象及其理论模型的教程般的讨论。
2017-10-16 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
Anisotropic Pseudospin Tunneling in Two-Dimensional Black Phosphorus Junctions
研究了少层黑磷（BP）的赝自旋结构对横向BP结带间隧穿性质的影响。我们发现，带间隧穿是严重依赖于结的方向，因为各向异性的赝自旋结构的BP。当BP的扶手椅方向垂直于界面时，入射和透射载流子的赝自旋几乎对齐，使得带间隧穿非常有效，类似于石墨烯中的克莱因隧穿。然而，当Z字形方向是正常的接口，带间隧穿被抑制错位赝自旋。我们还研究了带隙反转BP的电子结构的特点是由两个狄拉克锥结。在这种情况下，谷间隧穿被禁止的动量守恒或赝自旋失配，而谷内隧穿是克莱因样的结方向无关。这些结果为利用BP和其他赝自旋材料开发高性能器件提供了基础。
2021-09-02 cond-mat.mes-hall
Anisotropic two-dimensional screening at the surface of black phosphorus
在降低的维度中的屏蔽对范德华半导体中的电子性质具有强烈的影响，影响准粒子带隙和激子结合能。这些材料中的屏蔽通常被各向同性地处理，然而黑磷在其有效质量、载流子迁移率、激子波函数和等离子体色散中表现出面内电子各向异性。在这里，我们使用黑磷表面上的单个钾原子的吸附在很宽的范围内改变近表面掺杂，同时通过吸附原子的排序探测介电屏蔽。使用扫描隧道显微镜，我们可视化的作用，强烈的各向异性筛选，导致形成具有明确的方向和间距的钾链。我们量化的平均相互作用势利用统计方法，并发现屏蔽的维度和各向异性是一致的带弯曲引起的限制电位附近的表面的存在。我们证实了所观察到的行为与电子结构的角度分辨光电子能谱的覆盖率相关的研究。
2019-07-01 cond-mat.mes-hall
Dynamical Evolution of Anisotropic Response in Black Phosphorus under Ultrafast Photoexcitation
黑磷具有高迁移率、可调中红外带隙和各向异性的电子特性，是制备高性能电子和光电子器件的理想材料。光激发载流子的动态演化及其引起的瞬态电子性质的变化对材料的高场性能至关重要，但对于黑磷材料仍有待探索。本文利用角分辨瞬态反射光谱研究了光激发下黑磷各向异性的动态演化。我们发现，在泵浦诱导准平衡态中，反射率的各向异性增强，这表明在热载流子主导的区域中，动态电导率的各向异性显著增强。这些结果提出了利用黑磷的动态电子各向异性来制造高场、角度敏感电子、光电子和遥感设备的巨大可能性。
2015-03-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Highly anisotropic spin transport in ultrathin black phosphorus
针对黑磷各向异性晶体结构，制备了四端构型高迁移率超薄BP基自旋阀，发现其面内自旋寿命超1纳秒且栅极可调，沿三正交轴呈现强烈自旋寿命各向异性，为实现方向可调自旋输运提供可能。
2025-06-25 cond-mat.mes-hall
Black Phosphorus Plasmonics: Anisotropic Elliptical Propagation and Nonlocality-Induced Canalization
我们研究了不寻常的表面等离子体激元（SPP）的传播和光-物质的相互作用在黑磷（BP）薄膜，一种二维材料，由于其极其各向异性的晶体结构，具有异国情调的电气和物理特性。最近，有人推测，超限制表面等离子体支持的BP可能会提出各种拓扑结构的波传播带，从各向异性椭圆到双曲线，在中红外和近红外区域的电磁波谱。通过仔细分析BP的自然非局部各向异性光学电导率，使用Kubo形式主义和一个有效的低能量哈密顿量，我们在这里证明了非局部性所施加的SPP波数截止禁止他们获得任意的双曲拓扑结构，迫使在渠化制度的操作。由此产生的非局域性诱导的渠化呈现出有趣的特性，因为它本身就是宽带的，能够在非常近的场中实现大的光-物质相互作用，并允许极端的设备小型化。我们还确定了BP等离子体激元的约束的基本边界，其明显弱于石墨烯，从而允许更大的局部态密度。我们的研究结果证实了BP作为一个有前途的可重构等离子体平台的潜力，具有令人兴奋的应用，如平面超透镜，光电元件，成像和通信系统。
2016-08-04 cond-mat.mes-hall
Anisotropic in-plane thermal conductivity observed in few-layer black phosphorus
黑磷作为一种新型的二维材料，在电子学和光电子学领域有着潜在的应用前景。在这里，我们报告的各向异性面内导热系数的悬浮少层黑磷测量的显微拉曼光谱。对于厚度大于15 nm的黑磷膜，扶手椅型和锯齿型热导率分别为~20和~40 W m $^{-1}$ K $^{-1}$，并且随着膜厚度减小，热导率降低至~10和~20 W m $^{-1}$ K $^{-1}$，表现出显著的各向异性。发现对于厚的黑磷膜，热导率各向异性比为~2，对于最薄的9.5 nm厚的膜，热导率各向异性比下降到~1.5。理论模型表明，所观察到的各向异性主要与各向异性声子色散有关，而本征声子散射率被发现是类似的扶手椅和锯齿形方向。黑磷薄膜中的表面散射强烈抑制长平均自由程声学声子的贡献。
2015-08-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Observation of tunable bandgap and anisotropic Dirac semimetal state in black phosphorus
黑磷由磷烯的堆叠层组成，磷烯是一种具有前景的器件特性的二维半导体。我们报道了利用原位表面掺杂技术在少层掺钾黑磷中实现宽可调带隙。通过能带结构的测量和计算，我们证明了一个垂直的电场从掺杂剂调制的带隙由于巨大的斯塔克效应和调谐的材料从一个中等的间隙半导体带反转半金属。在这个带反转的临界场，材料变成具有各向异性色散的狄拉克半金属，在扶手椅上线性，在Z字形方向上二次。黑磷的可调谐能带结构可以允许在电子和光电子器件的设计和优化中具有很大的灵活性。
2015-08-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Semiclassical Boltzmann transport theory of few-layer black phosphorus in various phases
黑磷（BP）是一种由磷原子组成的二维范德华层状材料，由于其可调的能带隙（甚至可调到负值）和高度各向异性的电子结构，近年来成为研究最活跃的二维材料之一。根据带隙调谐参数的符号，少层BP可以处于带隙绝缘体相、无带隙狄拉克半金属相或两相之间的无带隙半狄拉克转变点。利用完全各向异性的多带玻尔兹曼输运理论，通过改变带隙调谐参数，系统地研究了少层BP的直流电导率随载流子密度和温度的变化规律，确定了各相对应的特征密度和温度依赖关系.
2019-04-03 cond-mat.mes-hall
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
Exploring the Optical States for Black Phosphorus: Anisotropy and Bandgap Tuning
研究了最近制备的带隙各向异性黑磷中电子与空穴相互作用和非共振电磁辐射引起的修饰态。我们的计算是针对$Γ$点附近的低能电子子带进行的。计算了入射辐射的线偏振和圆偏振态。然而，我们的主要重点是对任意偏振的线性偏振光，因为这种情况下还没有得到太多的关注施加在各向异性结构上的修整场。我们已经考虑了各种情况下的一层和几层磷，包括无质量狄拉克费米子与可调面内各向异性。初始哈密顿参数重整化在很大程度上不同的方式相比，以前报道的间隙狄拉克结构，最重要的是，现有的各向异性，可以在各个方向上进行修改。
2017-02-26 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
Anisotropic buckling of few-layer black phosphorus
当二维材料，粘附到一个顺应性基板，受到压缩，它可以承担屈曲不稳定性屈服于周期性波纹。有趣的是，当黑磷薄片沿之字形晶体方向压缩时，薄片弯曲形成波纹，其周期比沿扶手椅方向压缩时长40%。这种各向异性屈曲源于黑磷的褶皱蜂窝状晶体结构，对波纹周期的定量分析使我们能够确定少层黑磷沿扶手椅方向（EbP_AC = 35.1 ± 6.3GPa）和Z字形方向（EbP_ZZ = 93.3 ± 21.8GPa）的杨氏模量。
2019-07-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Tunable quantum interference effect on magnetoconductivity in few-layer black phosphorus
在这项研究中，我们发展了一个系统的弱局域化/反局域化理论，充分考虑到系统的各向异性和Berry相，并将其应用到各相的少层黑磷（BP），它具有高度各向异性的电子结构，电子间隙的大小可调甚至为负值。推导了一般各向异性系统中Bethe-Salpeter方程的Cooperon近似，揭示了在少层BP的不同阶段存在各种量子干涉效应，包括从弱局域化到反局域化的交叉.我们还预测，在半狄拉克转变点的磁导率将表现出一个非平凡的幂律依赖于磁场，而按照传统的对数场依赖的二维系统在绝缘体和狄拉克半金属相。值得注意的是，即使在强各向异性系统中，磁导率和玻尔兹曼电导率之间的比率也与方向无关。最后，我们根据系统的对称性讨论了少层BP量子修正的可调性。
2020-05-31 cond-mat.mes-hall
Tunable Band Gap and Anisotropic Optical Response in Few-layer Black Phosphorus
我们报告了准粒子带隙，激子，和高度各向异性的光学响应的几层黑磷（磷烯）。结果表明，这些新材料表现出独特的多电子效应，电子结构基本上是沿一维分散，导致特别增强的自能校正和激子效应。此外，在宽的能量范围内，包括红外线和部分可见光，少层黑磷吸收沿结构的扶手椅方向偏振的光，并且对沿Z字形方向偏振的光是透明的，使它们成为用于应用的可行的线偏振器。最后，堆叠中包含的磷烯层的数量控制材料的带隙、光吸收光谱和宽范围内的各向异性偏振能量窗口。
2014-04-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
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
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
Anisotropic Stark Effect and Electric-Field Noise Suppression for Phosphorus Donor Qubits in Silicon
我们报道了使用新型的电容终止共面波导（CPW）谐振器来测量硅中磷施主量子比特的二次斯塔克位移。我们确认，谷重新布居导致各向异性自旋轨道斯塔克位移取决于相对于Si晶体的电场和磁场取向。通过测量线性斯塔克效应，我们估计了有效的电场由于应变在我们的样品。我们表明，在这种应变的存在下，电场源的退相干可以是不可忽略的。使用我们的斯塔克位移的测量值，我们预测磁场的自旋轨道斯塔克效应取消超精细斯塔克效应，抑制退相干电场噪声。我们讨论了这些噪声抑制点的限制，由于随机分布的应变，并提出了一种方法来克服它们。
2015-03-08 cond-mat.mes-hall physics.ins-det quant-ph
Layer Tunable Third-Harmonic Generation in Multilayer Black Phosphorus
黑磷由于其独特的能带结构（既依赖于层又各向异性）而成为人们日益关注的主题。虽然许多人已经研究了黑磷的线性光学响应，但非线性响应仍然相对未被探索。本文报道了用超快近红外激光在黑磷中观察到三次谐波，并首次在实验上测量了Chi（3）。结果发现，三次谐波发射是高度各向异性的，依赖于入射偏振，并强烈变化的层数存在由于信号耗尽和相位匹配条件。
2016-11-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Weak Localization and Electron-electron Interactions in Few Layer Black Phosphorus Devices
少层磷烯（FLP）器件由于其独特的电学性质和在纳米电子学方面的潜在应用而得到广泛的研究。在这里，我们提出的磁输运研究揭示了电子-电子相互作用的主要散射机制在六方氮化硼封装FLP设备。从弱的本地化测量，我们估计的电子退相长度为30至100 nm，在低温下，表现出强烈的依赖于载流子密度n和幂律依赖于温度（~T-0.4）。这些结果表明，在FLP的主要散射机制是电子-电子相互作用。
2016-08-01 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
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
Rediscovering Black Phosphorus: A Unique Anisotropic 2D Material for Optoelectronics and Electronics
各向异性是指材料表现出方向相关特征的性质。在本文中，我们介绍了黑磷（BP），最稳定的同素异形体的磷在层状正交结构的带隙为0.3 eV的散装，作为一种独特的二维材料，其中电子，声子和它们与光子的相互作用表现在一个高度各向异性的方式内的层的平面。BP薄膜独特的各向异性性质揭示了使用角分辨拉曼光谱和红外光谱，以及角分辨输运研究。对于15 nm厚的BP，我们在120 K下测量了空穴沿轻（x）和重（y）有效质量方向的霍尔迁移率分别为1000和600 cm ^2/Vs。这些BP薄膜还表现出从2至5微米波长的大的和各向异性的面内光学电导率。采用4 ~ 30层BP（2 ~ 15 nm）作为沟道材料的场效应晶体管在室温下的开关电流比超过10^5，场效应迁移率为205 cm^2/Vs，饱和特性良好，表明其在高性能薄膜电子学中具有广阔的应用前景。通过在二维材料家族中引入窄带隙BP，我们填补了半金属石墨烯和大禁带TMDCs之间的空白，在红外光电子学方面具有巨大的潜力。最重要的是，这种有趣的材料的独特的各向异性性质为实现概念上新的光电和电子器件创造了前所未有的可能性，在这些器件中，依赖于角度的物理特性是非常理想的。
2014-02-11 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Anisotropic thermo-mechanical response of layered hexagonal boron nitride and black phosphorus: application as a simultaneous pressure and temperature sensor
本研究利用原位高温高压同步辐射X射线衍射精确测量hBN与bP沿晶轴的热膨胀和压缩率，并基于bP的各向异性提出其可作为0–5 GPa、298–1700 K范围内的温压同测传感器。
2023-07-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Anisotropic Black Phosphorus Synaptic Device for Neuromorphic Applications
突触是神经元之间的功能联系，“信息”通过它在神经网络中流动。这些连接的强度差异很大，通常是由于其化学和生物学特性的内在异质性。这种异质性是神经活动多样性的基础，神经活动与大脑的其他特征一起使从感知和识别到记忆和推理的功能成为可能。在突触电子学中实现这种异质性对于构建具有实现生物系统复杂性水平的潜力的人工神经网络至关重要。然而，这种内在的异质性在当前的突触装置中实现是非常具有挑战性的。在这里，我们展示了第一个黑磷（BP）突触装置，它提供了内在的各向异性，其突触特性直接导致其低晶体对称性。利用BP的2-nm天然氧化物和BP通道之间的电荷转移来实现突触行为。生物突触的关键特征，如具有异质性的长时程可塑性，包括长时程增强/抑制和尖峰时间依赖性可塑性，被模仿。利用各向异性BP神经元突触器件，我们还实现了一个简单紧凑的异质性轴突-多突触网络。这一演示代表了向人工神经形态系统引入内在异质性的重要一步。
2016-03-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Straightforward Method to Orient Black Phosphorus from Bulk to Thin Layers using a Standard Green Laser
本研究提出一种利用标准绿色激光和角度分辨偏振拉曼光谱简便确定黑磷从块体到薄层晶体取向的方法，并经TEM和EBSD验证，适用于不同厚度样品。
2025-08-06 cond-mat.mes-hall
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
Broadband Linear-Dichroic Photodetector in a Black Phosphorus Vertical p-n Junction
在宽光谱范围内检测光的能力是实际光电应用的核心，并且已经成功地用二维层状晶体（例如石墨烯和MoS2）的光电探测器进行了证明。然而，这种光电探测器内的偏振灵敏度仍然是难以捉摸的。在这里，我们展示了一个线性二向色性宽带光电探测器与分层黑磷晶体管，使用强大的内在线性二向色性所产生的平面内光学各向异性相对于原子的屈曲方向，这是偏振敏感的宽带宽从400 nm到3750 nm。特别是，在黑磷晶体管中，由门控引入的垂直内建电场可以在空间上分离沟道中的光生电子和空穴，有效地降低它们的复合率，从而提高线性二向色性光电探测的效率和性能。这提供了使用各向异性层状黑磷的新功能，从而能够实现新颖的光学和光电子器件应用。
2015-06-03 cond-mat.mes-hall
Nonlocal Response and Anamorphosis: the Case of Few-Layer Black Phosphorus
近年来，少层黑磷作为一种窄带隙原子级薄半导体被重新发现，并因其有趣的性质而引起了前所未有的关注。这种材料的一个特征是它的结构面内各向异性，这表现在强烈的各向异性传输特性，使它有别于其他原子级薄晶体。然而，传统的角度分辨电导测量提出了一个挑战，纳米系统，如黑磷，需要新的方法在精确的研究输运各向异性。在这里，我们表明，非局部响应，是指数敏感的各向异性值，提供了一个强大的工具，用于确定各向异性。这是建立在变形关系的基础上的分析相结合的测量的取向相关的非局部电阻响应。我们表明，非局部响应可以不同的数量级为不同的结晶方向，即使各向异性是在最多的顺序，使我们能够提取准确的各向异性值。
2015-09-22 cond-mat.mes-hall
Electron spin dephasing in two-dimensional systems with anisotropic scattering
本文发展了具有各向异性电子散射的量子阱中二维电子气自旋弛豫的微观理论。旋进和碰撞为主的自旋动力学制度进行了研究。结果表明，在量子阱与非中心对称散射体，在平面和平面外的自旋分量耦合：自旋移相的载流子最初沿量子阱法线极化导致出现的平面内自旋分量，即使在各向同性自旋轨道分裂的情况下。在碰撞为主的制度，自旋弛豫率张量表示的电导率张量。我们还研究了面内和面外外部磁场对自旋退相的影响，并表明电子自旋的场依赖性可能非常复杂。
2011-07-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Anisotropic conductivity of disordered 2DEGs due to spin-orbit interactions
我们发现，在Rashba和Dresselhaus自旋轨道相互作用（SOI）的存在下，无序二维电子气的电导率张量变得各向异性。这种各向异性是一种介观效应，并随着电荷退相时间的消失而消失。使用图解方法，包括零，一，和两个循环图，我们表明，一个一致的计算需要超越玻尔兹曼方程的方法。在没有电荷退相和零频率的情况下，即使对于无限小的SOI，也会出现有限的各向异性σ_{xy} e^2/lhpf。
2008-03-31 cond-mat.mes-hall
The diverse magneto-optical selection rules in bilayer black phosphorus
采用广义紧束缚模型和梯度近似研究了双层磷烯的磁光性质。垂直的朗道能级间跃迁对极化方向敏感，主要由不同子晶格上子包络函数的空间对称性决定。各向异性激发强烈地依赖于电场和磁场。垂直均匀电场可使对称吸收峰的选择规则、频率、强度、数目和形式发生很大变化。特别是，不寻常的磁光特性出现在临界场之外，这是由于朗道能级的两个子组与主模和侧模。这些丰富而独特的磁吸收谱是由于几何结构、多层内和层间跳跃积分以及复合外场之间的密切关系而产生的。
2018-01-07 cond-mat.mes-hall
Mobility anisotropy of two-dimensional semiconductors
利用形变势理论研究了各向异性二维半导体在纵向声声子散射作用下的载流子迁移率。基于弛豫时间近似下的Boltzmann方程，推导了本征各向异性迁移率的解析表达式，表明有效质量对迁移率各向异性的影响大于形变势常数和弹性模量的影响。收集各种各向异性2D材料（黑磷、希托夫磷、BC $_2$ N、MXene、TiS $_3$、GeCH $_3$）的参数以计算它们的迁移率各向异性。结果表明，各向异性比在过去被高估。
2016-09-21 cond-mat.mes-hall physics.comp-ph
Nonlocal electrodynamics of two-dimensional anisotropic magneto-plasmons
Aeronautics Institute of Technology（航空技术学院）；University of Southern Denmark（南丹麦大学）；Universidade Federal do Ceará（塞阿拉联邦大学）；University of Antwerp（安特卫普大学）；Danish Institute for Advanced Study, University of Southern Denmark（南丹麦大学丹麦高等研究院）；Universidade do Minho（米尼奥大学）
本文提出基于Madelung形式的非局部流体动力学模型，用于研究各向异性材料中磁等离子体的色散关系和非局部光学电导，揭示了非局部和量子效应在抑制双曲表面等离子体极化子中的关键作用。
2025-05-13 cond-mat.mes-hall
Resolving and Tuning Mechanical Anisotropy in Black Phosphorus via Nanomechanical Multimode Resonance Spectromicroscopy
黑磷（P）是一种层状半导体，具有独特的晶体结构，其物理性质具有波纹原子层和强的面内各向异性。在这里，我们证明了独立的黑色P薄层的晶体取向和机械各向异性可以精确地确定由空间分辨的多模纳米机械共振。这提供了一种新的手段，解决了重要的晶体取向和各向异性的黑色P器件平台在原位超越传统的光学和电学校准技术。此外，我们表明，静电门引起的应变可以连续调谐的机械各向异性效应的多模谐振在黑P机电设备。结合有限元模型（FEM），我们还确定了多层黑色P的杨氏模量为116.1和46.5 GPa的锯齿形和扶手椅方向，分别。
2016-09-25 cond-mat.mes-hall
Design of Black Phosphorus 2D Nanomechanical Resonators by Exploiting the Intrinsic Mechanical Anisotropy
黑磷（P）是一种可以被隔离为单个2D晶体片的层状材料，由于其在每个原子层中的波纹晶体结构，其表现出高度各向异性的机械性能，这对于2D纳米机械设备是有趣的。在这里，我们奠定了框架，描述独立的黑色P结构的机械共振响应，通过使用分析建模和数值模拟相结合。我们发现，较厚的设备（> 100纳米）在弹性板制度的工作表现出明显的机械各向异性的签名，并可以导致新的多模谐振特性的模式序列，形状和取向的偏好，是不可用的纳米机械谐振器的各向同性材料。此外，通过研究具有不同几何形状的器件，我们确定了非对称器件中谐振响应对晶体取向的依赖性，并评估了各向异性程度的影响。这些结果表明，利用黑P中的机械各向异性来构建具有可工程化多模功能的新型2D纳米机械设备和谐振换能器是一条途径。
2015-04-04 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
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
Landau levels of single layer and bilayer phosphorene
在这项工作中，我们介绍了一个低能量的哈密顿单层和双层黑磷，描述了在附近的伽马点的电子状态。该模型是基于最近提出的紧束缚描述的电子和空穴带接近费米能级。我们计算的朗道能级谱作为磁场的函数的表达式，并在双层黑磷的情况下，我们调查的电子带隙上的外部偏压的效果。结果表明，黑磷的高度各向异性的字符，特别是双层BP，偏置的存在下允许场诱导的超导体-金属过渡。
2015-04-09 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
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
Tuning 2D hyperbolic plasmons in black phosphorus
黑磷呈现出非常各向异性的晶体结构，使其成为双曲等离子体的潜在候选者，其特征在于介电常数张量，其中一个主要成分是金属，另一个是电介质。在这里，我们证明，原子级薄的黑磷可以被设计成一个双曲线材料的电磁波谱从整个可见光谱到紫外光谱的广泛范围内工作。随着光学增益的引入，在红外波段出现了一个新的双曲区。这种双曲等离子体激元的特性取决于沿两个结晶方向的增益和损耗之间的相互作用。
2018-12-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Tunable optical properties of multilayers black phosphorus thin films
黑磷薄膜可能提供有吸引力的替代窄间隙化合物半导体的光电子学跨越中到近红外频率。在这项工作中，我们使用有效低能汉密尔顿内的久保公式计算多层黑磷薄膜的电导率张量。多层黑磷的光吸收光谱随厚度、掺杂和光偏振态的变化而敏感。结合从红外吸收光谱获得的实验光谱，我们还讨论了所观察到的各向异性吸收光谱的带间耦合和无序的作用。
2014-07-11 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
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
Mid-Infrared Ultrafast Carrier Dynamics in Thin Film Black Phosphorus
黑磷作为一种有前途的半导体出现在电子和光电应用中。为了研究基本的载流子性质，我们对机械剥离在玻璃衬底上的薄膜黑磷进行了超快飞秒泵浦-探测光谱研究。载流子（电子和空穴）被激发到高能级，并通过声子发射和复合的载流子弛豫过程进行了探测。我们使用了宽范围的探测波长和整个带隙，研究在不同的能级的弛豫动力学的演变。我们的实验揭示了大量重要的物理现象。的快速弛豫时间常数，与载流子-声子散射，稳步增加的探测光束的能量接近的带隙能量，这被确定为0.31 eV，和载流子复合率时，得到的探测波长被调谐到匹配的带隙能量。研究发现，沿扶手椅方向和Z字形方向的载流子-声子散射速率基本相同，因此，文献中所报道的载流子迁移率各向异性主要是由于沿不同方向载流子有效质量的差异造成的.超快光谱数据进一步揭示了氧化诱导的表面电荷。我们的结果强调了使用光谱技术（在这种情况下，在中红外范围内）来揭示有用的物理过程的重要性。
2017-03-10 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
Rectifying properties in 90° rotated bilayer black phosphorus nanojunction: A first principle study
我们探讨了使用范德华键合异质结构堆叠在一起的二维双层黑磷（BP）的纳米器件应用的可能性。用密度泛函理论研究了BP在AA堆积和90°扭曲时的电子性质。此外，我们研究了BP的均匀纳米结结构，以利用其各向异性特性。使用第一原理模拟与NEGF方法，我们计算的纳米结设置的量子输运性质。在不同的设置层间方向依赖的电流特性进行了解释。我们的结果表明，90°扭曲纳米结器件将是一个潜在的整流器，尽管没有pn结特性，只是由于材料的本征各向异性，使隧道扶手椅和扶手椅方向的BP片之间的不对称。
2018-11-08 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Quantum Oscillations in Black Phosphorus Two-dimensional Electron Gas
二维电子气（2DEG）是凝聚态物理实验发现和概念发展的重要来源。当与二维（2D）晶体的独特电子性质相结合时，可以在量子水平上探索丰富的新物理现象。在这里，我们创建一个新的2DEG在黑磷，最近的成员的二维原子晶体家庭，使用门电场。我们通过将黑磷2DEG放置在六方氮化硼衬底（h-BN）上来实现黑磷2DEG中的高载流子迁移率。这使我们能够首次观察到这种材料中的量子振荡。振荡的温度和磁场依赖性产生关于系统的关键信息，例如回旋质量和其载流子的寿命。我们的研究结果，再加上黑磷具有可调的，直接带隙的各向异性能带的事实，区分黑磷2DEG作为一种新的系统，具有独特的电子和光电性能。
2014-11-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Magneto-electronic properties of multilayer black phosphorus
我们研究了在垂直磁场的存在下，黑磷多层膜中的二维电子气的电子性质，突出了平面各向异性对各种实验量，如交流磁导率，屏蔽，磁等离子体的作用。我们发现，在交流电导率的谐振结构表现出红移与掺杂的增加，由于带间耦合，$γ$。这是由于朗道能谱中与$n^2γ^2$（$n$是朗道指数）成比例的额外校正项，直到$γ$中的二阶。我们还发现，库仑相互作用导致高度各向异性的磁激子。
2015-05-01 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Exchange effect and magneto-plasmon mode dispersion in an anisotropic two-dimensional electronic system
从理论上研究了均匀垂直磁场作用下各向异性二维电子系统的交换效应和磁等离激元模色散。采用一个有效的低能量模型与各向异性的有效质量，这是相关的单层磷，由于电子-电子相互作用的交换效应内的自洽Hartree-Fock近似处理。在梯形图近似下，通过求解电子密度-密度关联函数的Bethe-Salpeter方程得到磁等离子体模色散。结果表明，与各向同性系统相比，各向异性系统的交换效应减小。磁等离子体激元模式色散表现出明显的依赖于波矢的方向。
2016-07-18 cond-mat.mes-hall
Carrier Dynamics and Transient Photobleaching in Thin Layers of Black Phosphorus
我们提出了偏振分辨瞬态透射测量多层黑磷。无背景双色泵浦-探测光谱测量进行机械剥离的黑磷薄片，已转移到一个大的带隙，碳化硅衬底。蓝移的泵浦脉冲（780 nm）在与测量分辨率（数百fs）相称的时间尺度上引起探测脉冲（1560 nm）的增加的透射。在初始泵浦诱导透明之后，观察到瞬态翻转和较慢增强吸收的迹象。这种扩展吸收的特征在于两个弛豫时间尺度为180 ps和1.3 ns。饱和峰归因于泡利阻塞，而扩展吸收归因于泵浦诱导载流子的Drude响应。黑磷中的各向异性载流子迁移率导致Drude吸收的不同权重，这取决于探测偏振，这在泵浦-探测信号的振幅中很容易观察到。
2015-05-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Intrinsic Charge Carrier Mobility in Single-Layer Black Phosphorus
本文提出了一种适用于单层黑磷（BP）的各向异性二维半导体中的单声子和双声子载流子散射理论。我们表明，在对比石墨烯，其中双声子过程中，由于弯曲声子的散射占主导地位，在任何实际相关的温度和独立的载流子浓度$n$，双声子散射BP是不太重要的，可以被认为是可以忽略不计的$n\gtrsim10^{13}$厘米$^{-2}$。然而，在较小的$n$，声子进入基本上是非谐的制度。与在BP的主方向之间不表现出强各向异性的空穴迁移率（$μ_{xx}/μ_{yy}\sim1.4$ at $n=10^{13}$ cm $^{-2}$ and $T=300$ K）相比，发现电子迁移率显著更各向异性（$μ_{xx}/μ_{yy}\sim6.2$）。对于空穴（电子），$μ_{xx}$的绝对值不超过250（700）cm $^2$ V $^{-1}$ s $^{-1}$，这可以被认为是室温下BP中迁移率的上限。
2016-06-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Quantum Hall Effect in Electron-Doped Black Phosphorus Field-Effect Transistors
黑磷场效应晶体管的出现为二维电子系统的研究带来了新的可能性。在黑磷FET中，栅极诱导高度各向异性的2D电子和空穴气体。尽管黑磷中的2D空穴气已经达到导致观察到整数量子霍尔效应的高载流子迁移率，但是2D电子气（2DEG）的样品质量的改善仅是适度的;量子霍尔效应仍然难以捉摸。在这里，我们获得高品质的黑磷2DEG通过定义的2DEG区域与预图案化的石墨局部栅极。石墨局域栅屏蔽了2DEG中的杂质势。更重要的是，它静电地定义了2DEG的边缘，这有助于在量子霍尔机制中形成定义良好的边缘通道。这些改进使我们能够在掺电子的黑磷FET中精确地观察到量子化的霍尔平台。在高磁场下的磁输运测量进一步揭示了大的有效质量和增强的Landé g因子，这表明黑磷2DEG中存在强的电子-电子相互作用。这种强相互作用可能导致分数量子霍尔机制中的奇异多体量子态。
2018-09-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
