The hot pick-up technique for batch assembly of van der Waals heterostructures
将单个二维材料组装成范德华异质结构使得能够构造具有期望的电子和光学性质的层状三维材料。制造这些结构的核心问题是在单个二维材料之间形成干净的界面，这将影响器件性能。我们在这里提出了一种快速批量制造范德华异质结构的技术，通过控制生产22个单层，双层和三层石墨烯堆叠封装在六方氮化硼中，产率接近100%。对于单层器件，我们发现半经典的平均自由程高达0.9微米，与crowest样品显示出明确的迹象，运输受到边界散射。所提出的方法很容易适用于在环境和受控气氛中制造范德华异质结构，而组装预图案化层的能力为复杂的三维结构铺平了道路。
2016-05-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Demonstration of a polariton step potential by local variation of light-matter coupling in a van-der-Waals heterostructure
过渡金属二硫属化物层中激子的大振子强度促进了嵌入光学微腔中的单层和范德华异质结构的激子-极化激元共振的形成。在这里，我们表明，局部改变嵌入在单片，高品质因数腔体中的WSe 2/hBN/WSe 2范德华异质结中的层数引起耦合强度的局部变化。这种效应产生极化激子阶梯势，我们证明在室温下。我们的结果铺平了道路工程局部极化激子势的长度尺度下降到原子尖锐的接口，纯粹的基础上修改其实部的贡献，通过相干光-物质耦合强度g。
2020-07-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
One-step synthesis of van der Waals heterostructures of graphene and 2D superconducting a-Mo2C
将不同的二维（2D）晶体组装成范德华（vdW）异质结构，涵盖了非常广泛的特性，使在一种目标材料中组合最佳的不同成分成为前所未有的可能性。到目前为止，金属，半导体和绝缘的二维晶体已成功地用于制造功能性的vdW异质结构的设计性能。在这里，我们扩展2D超导晶体的VDW herestructures的积木。报道了用化学气相沉积（CVD）方法一步生长大规模高质量的石墨烯和二维超导a-Mo 2C的vdW异质结构。超导电性及其异质结构的二维性质的特征在于我们的扫描隧道显微镜（STM）测量。这将二维超导性（凝聚态物理最吸引人的性质）添加到vdW异质结构。
2017-03-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
3D Hypersound Microscopy of Van der Waals Heterostructures
我们在这里采用皮秒超声波技术来研究范德瓦耳斯异质结构。采用具有空间分辨率的干涉测量技术，测量了蓝宝石衬底上覆盖Van der Waals hBN/WSe $_2$ /hBN异质结构的Al膜在飞秒激光脉冲激发后反射系数的时间变化。激光脉冲在铝膜中产生宽带声波包，声波包垂直于平面方向传播，部分从异质结界面反射。所证明的技术具有足够的灵敏度来分辨包埋在hBN中的WSe $_2$单层。我们应用多层模型的光学和声学响应，允许评估的机械参数，特别是，接口的刚度，从其他测量无法访问。响应的傅立叶频谱的映射清楚地可视化不同的组成区域，因此可以作为声学层析成像工具。我们的研究结果表明，在150 GHz以下的界面和层，使范德华异质结构的纳米声学应用前景声学声子耗散几乎为零。
2021-11-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Intrinsic quantum anomalous Hall phase induced by proximity in germanene/Cr$_2$Ge$_2$Te$_6$ van der Waals heterostructure
范德华异质结结合内禀磁性和拓扑有序性为实现量子反常霍尔效应开辟了一条新的途径。在这项工作中，我们使用第一性原理计算和有效的模型分析，提出了强大的量子反常霍尔态与相当大的带隙出现在范德华异质结的锗烯/Cr $_2$ Ge $_2$ Te $_6$。这种异质结构具有很高的热力学稳定性，从而有利于其实验制备。此外，我们发现，邻近效应增强了锗烯和Cr $_2$ Ge $_2$ Te $_6$层之间的耦合，诱导非平凡的带隙在很宽的范围从29 meV到72 meV。带隙内的手征边缘状态，导致霍尔电导量子化为$-e^2/h$，是清晰可见的。这一发现为探测量子反常霍尔态和实现高温下非平凡量子输运的进一步应用提供了理想的候选者。
2020-02-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Trapping Interlayer Excitons in van der Waals Heterostructures by Potential Arrays
过渡金属二硫属化物异质结构可以容纳层间激子（IX），其由在不同层中空间分离的电子和空穴组成。IX拥有永久偶极子，并已被证明提供了丰富的新颖物理学。我们开发了一个离散的，随机行走模型，其中包括湮灭和IX之间的排斥相互作用。利用这个模型，我们模拟了不同深度、密度和形状的陷阱中IX的捕获。我们的研究结果表明，偶极-偶极相互作用在调节IX捕获中起着重要的作用。偶极相互作用的影响可以用小而深的陷阱来减轻，这些陷阱可以用原子缺陷和莫尔势来实现。
2021-07-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Thermalization of photoexcited carriers in two-dimensional transition metal dichalcogenides and internal quantum efficiency of van der Waals heterostructures
范德华半导体异质结构可以成为下一代光电和光伏器件中利用热光激发载流子的平台。热载流子器件的内量子效率取决于光生载流子提取率和热化率之间的关系。利用\textit{ab-initio}方法，我们证明了单层过渡金属二硫属化物的光生载流子热化时间强烈地依赖于声子谱和电子自旋轨道耦合的特性。详细地说，在价带中提升的自旋简并抑制了声学声子上的空穴散射，与电子相比，将空穴的热化减慢了一个数量级。此外，在MoS $_2$和WSe $_2$中，空穴热化时间表现不同，因为在这些看似相似的材料中自旋轨道相互作用不同。我们预测隧穿范德华半导体异质结构的内部量子效率定性地取决于是否使用MoS $_2$或WSe $_2$。
2019-12-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Tunable mechanical properties of the graphene/MoS2 tubal van der Waals heterostructure
我们提出了一种管状的范德华异质结构，通过卷起的石墨烯和二硫化钼原子层成管状的形式。我们说明，层间空间的管状范德华异质结构可以在一个特定的范围内变化，这是由层间范德华力和原子层的机械性能之间的竞争。可以利用层间空间的可变性来有效地调节管状范德华异质结构的机械性能。更具体地说，我们证明了管范德华异质结构的泊松比可以通过改变层间距从1.44到4.44的两个因素来操纵。我们的工作促进了一个新的成员与可调泊松比的范德华异质结构家庭。
2018-04-28 cond-mat.mtrl-sci
Visualizing Van der Waals Epitaxial Growth of Two-Dimensional Heterostructures
了解二维范德华异质结的生长机制对于探索其功能和器件应用具有重要意义。采用物理气相沉积和光学显微镜/拉曼光谱相结合的方法，研究了二维vdW异质结构的动态生长过程。这使我们能够识别一种新的生长模式，其生长速率和形态与传统的线性生长模式明显不同。我们提出了一个模型，解释了形态的差异，并考虑到表面扩散的作用，量化的两种模式的增长率。我们系统地研究了一系列的材料组合，包括CdI 2/WS 2，CdI 2/MoS 2，CdI 2/WSe 2，PbI 2/WS 2，PbI 2/MoS 2，PbI 2/WSe 2和Bi 2Se 3/WS 2。这些发现可以推广到许多其他二维异质结构的合成与控制的形态和物理性能，有利于未来的设备应用。
2021-10-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
van der Waals heterostructure for photocatalysis: Graphitic carbon nitride and Janus transition-metal dichalcogenides
通过分解水将太阳能转化为化学能是产生可持续和可再生解决方案而不对环境造成有害影响的有前途的手段。在这方面，二维半导体作为潜在的催化剂，在这里，我们结合Janus过渡金属二硫属化物（MoXY，X/Y = S，Se，Te）和石墨碳氮化物的范德华异质结构。在第一性原理计算中，我们研究了决定光催化活性的电子，光学和激子性质。由于内部电场，光生电子和空穴在MoXY层中分离，并且还产生用于氧化还原反应的高过电位。在这些异质结构纳米复合材料中，高光学吸收跨越整个可见光和近紫外区。此外，较低的激子结合，计算在二维类氢模型，表明有效的电荷分离。在这种异质结构的光催化性能的巨大的可调谐性应吸引相当大的理论和实验的关注在未来。
2019-06-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Electronic, optical and transport properties of van der Waals Transition-metal Dichalcogenides Heterostructures: A First-principle Study
二维过渡金属二硫属化物（TMD）MX $_2$（M = Mo，W; X= S，Se，Te）具有独特的性质和新颖的应用。在这项工作中，我们进行第一性原理计算的范德华（vdW）堆叠MX $_2$异质结构，系统地研究其电子，光学和输运性质。我们执行所谓的安德森规则分类的异质结构，提供了两种半导体材料的异质结构的能带图的建设方案。对于大多数MX $_2$异质结构，导带最大值（CBM）和价带最小值（VBM）位于两个独立的半导体中，形成II型能带结构，因此电子-空穴对在空间上分离。我们还发现在形成MX $_2$异质结构后，在$Γ$点处有很强的层间耦合，甚至导致间接带隙。而在$K$点附近的能带结构保持为独立的单分子层。讨论了MX $_2$异质结的载流子迁移率与弹性模量、有效质量和形变势常数的关系，并与单层MX $_2$的载流子迁移率进行了对比。
2018-04-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Electronic structure of transferred graphene/h-BN van der Waals heterostructures with nonzero stacking angles by nano-ARPES
在范德华异质结构中，来自莫尔超晶格的周期性电势可以用作控制旋钮来调节组成材料的电子结构。在这里，我们提出了一个纳米角度分辨光电子能谱（Nano-ARPES）研究转移石墨烯/h-BN异质结构与两个不同的堆叠角分别为2.4°和4.3°。我们的测量揭示了超晶格布里渊区（SBZ）中心的石墨烯狄拉克锥的六个副本。SBZ的大小和它相对于石墨烯BZ的旋转角与从原子力显微镜（AFM）测量中提取的莫尔超晶格周期吻合得很好。与具有0°堆叠角的外延石墨烯/h-BN的比较表明，石墨烯和h-BN之间的相互作用随着堆叠角的增加而降低。
2017-01-31 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Direct band gap and strong Rashba effect in van der Waals heterostructures of InSe and Sb single layers
通过堆叠不同类型的二维材料形成的范德华异质结构由于诸如层间激子等新的物理性质而引起越来越多的关注。最近合成的原子薄硒化铟（InSe）和锑（Sb）分别表现出有趣的电子特性，如高电子迁移率在前者和高空穴迁移率在后者。在这项工作中，我们提出了第一性原理研究的稳定性和电子性质的双层异质结构组成的InSe和Sb单层。计算的电子能带结构揭示了InSe/Sb异质结构的直接带隙半导体性质，与堆叠模式无关。在考虑自旋轨道耦合的情况下，我们发现在导带底部存在一个较大的Rashba自旋劈裂，这是由于异质结中原子的自旋轨道耦合引起的对称性破缺。Rashba自旋分裂的强度可以通过施加面内双轴应变或面外电场来调节。由于InSe/Sb双层异质结构具有较大的Rashba自旋分裂和合适的禁带宽度，使其成为自旋场效应晶体管和光电子器件的理想材料。
2021-12-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Large Exchange Bias Effect and Coverage-Dependent Interfacial Coupling in CrI3/MnBi2Te4 van der Waals Heterostructures
通过构建范德华异质结构来实现磁性拓扑绝缘体的界面磁有序，有助于揭示新颖的量子态和设计功能器件。在这里，我们观察到一个有趣的交换偏置效应，表明成功的界面磁耦合，在CrI 3/MnBi 2 Te 4铁磁绝缘体/反铁磁拓扑绝缘体（FMI/AFM-TI）异质结器件。该器件最初表现出负交换偏置场，其随着温度的升高而衰减，并且不受背栅电压的影响。当我们改变设备配置被CrI 3半覆盖时，交换偏置变为正的，具有超过300 mT的非常大的交换偏置场。这种敏感的操纵解释之间的竞争的FM和AFM耦合CrI 3和MnBi 2 Te 4的界面，指向覆盖依赖的界面磁相互作用。我们的工作将促进拓扑和反铁磁器件的发展。
2022-12-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Ultrafast exciton transport in van der Waals heterostructures
本文针对范德华异质结中激子的超快非扩散传播现象，提出了一种基于波导模式形成及其辐射传输的替代激子传输模型。
2024-04-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Ultrawide Frequency Tuning of Atomic Layer van der Waals Heterostructure Electromechanical Resonators
我们报告的实验演示的原子薄二硫化钼（MoS 2）-石墨烯范德华（vdW）异质结纳米机电谐振器与超宽频率调谐。利用直接静电栅极调谐，这些vdW谐振器表现出优异的可调谐性，通常Δf/f0 > 200%，用于连续调谐相同的器件和相同的模式（例如，从~23到~ 107 MHz），高达Δf/f0 = 370%，这是迄今为止此类谐振器中最大的分数调谐范围。这种显着的机电谐振调谐研究了两种不同的分析模型和有限元模拟。此外，我们仔细地进行明确的控制实验和模拟，以阐明异质结构和单一材料谐振器之间的频率调谐的差异。在给定的初始应变水平下，调谐范围取决于本构晶体的二维（2D）杨氏模量;构建在具有较低2D模量的材料上的器件显示出更宽的调谐范围。这项研究证实，vdW异质结谐振器可以保持非常规的宽，连续调谐，这是有前途的电压控制，可调纳米系统。
2021-06-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Spontaneous curvature in two-dimensional van der Waals heterostructures
本文通过深度学习辅助的大规模分子动力学模拟，预测并验证了二维范德华异质结界面在两层靠近时会发生自发面外曲率，在石墨烯/BN体系中产生高达3.8埃的位移和稳定六方莫尔图案，揭示了曲率对异质结力学性能的影响。
2024-09-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Engineering Multiple Topological Phases in Nanoscale Van der Waals Heterostructures: Realisation of $α$-Antimonene
范德华异质结构最近被确定为提供了许多机会，创造新的二维材料，特别是生产材料的拓扑感兴趣的国家。在这里，我们表明，它是可能的，以创建这样的异质结构在一个单一的纳米级岛的多个拓扑相。我们讨论了它们的生长的扩散限制聚集的框架内，由于不同的晶体的材料，包括异质结构的莫尔图案的形成，以及潜在的工程师的电子结构以及局部变化的拓扑顺序。特别是，我们表明，它是可能的，以建立岛屿，其中包括六方$β$ -和矩形$α$ -锑的形式，顶部的拓扑绝缘体$α$ -铋。这是第一个实验实现的$α$ -锑烯，我们表明，它是一个拓扑非平凡的材料在量子自旋霍尔类。
2017-08-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Microscopic understanding of ultrafast charge transfer in van-der-Waals heterostructures
范德华异质结显示出许多有趣的现象，包括在可见光谱范围内强激子吸收后的超快电荷分离。然而，尽管在光电子领域的未来应用的巨大潜力，潜在的微观机制仍然存在争议。在这里，我们使用的时间和角度分辨的光电子能谱结合微观多粒子理论，揭示了相关的微观电荷转移通道的外延WS $_2$/石墨烯异质结构。我们发现，在材料中的有效的超快电荷分离的时间尺度是由直接隧穿在布里渊区中的WS $_2$和石墨烯带交叉的那些点，而电荷分离的瞬态的寿命是由缺陷辅助隧穿通过本地化的硫空位。本征和缺陷相关的电荷转移通道在本工作中揭示的微妙的相互作用，可用于设计高效的光捕获和检测设备。
2020-12-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
A non-invasive sub-surface electrical probe to encapsulated layers in van der Waals heterostructures
通过堆叠不同的原子级薄层状材料形成的范德华异质结构已经成为电子和光电子应用中广受欢迎的器件平台。确定这种垂直堆叠中所有封装组件的空间范围是优化制造方法和提高器件性能的关键。在这里，我们采用静电力显微镜作为一种快速和非侵入性的显微探针，提供令人信服的图像的二维层埋在30纳米以下的样品表面。我们通过研究包括石墨烯、六方氮化硼和过渡金属二硫属化物的异质结来展示该技术的多功能性。每个组成层的功函数在成像期间充当唯一指纹，从而提供对电荷环境、无序、结构缺陷和掺杂分布的重要见解。该技术具有很大的潜力，获得一个全面的了解的质量，平坦度以及在一个大类的纳米材料和垂直异质结构的埋层的局部电性能。
2019-06-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Chiral spin-textures in van der Waals heterostructures
Martin-Luther-University Halle-Wittenberg（哈勒-维滕贝格马丁路德大学）
研究手性自旋纹理的形成机制及实验进展，探讨其动态性质和传输特性，为实现室温稳定的手性自旋纹理提供方向。
2026-04-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Van der Waals Engineering of Ferromagnetic Semiconductor Heterostructures for Spin and Valleytronics
磁性材料与半导体的集成已经成为基础科学的肥沃土壤，并且对信息处理和存储的无缝集成具有极大的实际意义。在这里，我们创建一个铁磁半导体CrI3和WSe2的单层形成的范德华异质结构。我们观察到前所未有的控制自旋和谷赝自旋在WSe2，在那里我们检测到一个大的磁交换场的近13 T和快速切换的WSe2谷分裂和极化通过翻转的CrI3磁化。的WSe2的光致发光强度强烈地依赖于在WSe2和CrI3的磁化光激发自旋之间的相对对齐，由于超快自旋相关的电荷跳跃整个异质结界面。谷赝自旋的光致发光检测提供了一种简单而灵敏的方法来探测有趣的畴动力学在超导磁体，以及丰富的自旋相互作用的异质结构。
2017-04-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Franckeite: a naturally occurring van der Waals heterostructure
范德华异质结构是由原子级薄（2D）材料单独堆叠而成的人工材料，是2D材料研究中最有前途的方向之一。到目前为止，堆叠2D层的最广泛的方法依赖于确定性放置方法，这在制造多层堆叠时是麻烦的。此外，它们倾向于遭受对晶格取向的不良控制以及堆叠层之间不需要的吸附物的存在。在这里，我们提出了一种不同的方法来制造的块状franckeite，这是一种天然存在的和空气稳定的范德华异质结构（由交替的SnS 2-样和PbS-样层堆叠在彼此的顶部）的剥离的异质结构。提出了一个有吸引力的窄带隙（<0.7 eV）和p型掺杂，我们发现，该材料可以剥离的机械和化学的几层厚度。我们提出了广泛的理论和实验表征材料的电子性质和晶体结构，并探讨应用近红外光电探测器（利用其窄带隙）和pn结的基础上堆叠的二硫化钼（n掺杂）和franckeite（p掺杂）
2016-06-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Tuning electronic properties and contact type in van der Waals heterostructures of bilayer SnS and graphene
采用第一性原理计算，研究了SnS/graphene双层异质结、SnS/graphene双层异质结（AA-堆叠）、SnS/graphene双层异质结（AB-堆叠）和SnS/graphene单层异质结（vdW）的结构和电子性质. vdW异质结构的所有组分的电子性质都得到了很好的保留，这反映了vdW相互作用的弱点。在双层SnS/石墨烯和双层SnS/双层石墨烯（AA堆叠）的情况下，形成欧姆接触，其可以通过施加外部电场首先转变为p型，然后转变为n型肖特基接触。计算结果表明，在SnS/石墨烯（AB-堆叠）双层异质结构的界面处也形成了欧姆接触，但有趣的是，通过施加垂直电场，发生了从半金属/半导体接触到半导体/半导体接触的转变，这可以增强其光学特性。或者，在单层SnS/石墨烯/单层SnS vdW异质结构中，建立p型肖特基接触，其在施加的电场下变为欧姆接触。我们的研究结果清楚地表明，vdW异质结构的电子特性可以有效地调节由外部电场，这是重要的，在设计新的纳米电子器件。
2023-01-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Tunable Interfacial Thermal Conductance in Graphene/Germanene van der Waals Heterostructure using an Optimized Interlayer Potential
该研究为石墨烯/锗烯范德华异质结构开发了基于密度泛函理论的层间势，发现压缩应变可使界面热导提升至136%、拉伸应变降至70%，并揭示了温度与相互作用强度的正相关调控作用。
2025-08-11 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Towards Fast Multicolor Photodetectors based on Graphene Contacted Vertical p-GaSe/n-InSe van der Waals Heterostructure
研究了以石墨烯为透明电极，采用层状p型GaSe和n型InSe的垂直范德华异质结光电探测器的电学和光电特性。不仅观察到来自层状GaSe和InSe本身的光电流峰，还观察到层间光跃迁峰，这与第一性原理计算一致。p-n异质结之间的内建电场和石墨烯电极的优势可以有效地分离光生电子-空穴对，从而导致响应时间下降到160 μs。利用垂直层状p-n异质结和石墨烯电极的层间和层内光学跃迁，可以实现基于二维层状材料的高性能多色光电探测器，这对未来的光电子学具有重要意义。
2016-12-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Observation of Photoluminescence from a Natural van der Waals Heterostructure
本研究首次在天然范德华异质结Franckeite中观测到光致发光现象，明确其源于SnS₂层的自由激子，量子效率较单层MoS₂低一个数量级，为天然范德华异质结的光学研究及纳米光电器件开发奠定基础。
2022-06-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Impurity-induced excitations in a topological two-dimensional ferromagnet/superconductor van der Waals moiré heterostructure
范德华异质结中拓扑超导态的出现为探索控制拓扑超导体的新策略提供了一个新的平台。特别是，范德华异质结构中的杂质，一般具有莫尔图案，可能会导致原子和莫尔长度尺度之间的独特相互作用，这是一般拓扑超导体中不存在的特征。在这里，我们解决的拓扑莫尔超导体上的非磁性杂质的影响，无论是在弱和强制度，考虑周期性阵列和单一杂质，否则原始的无限莫尔系统。我们证明了一个很好的杂质诱导模式和莫尔长度之间的相互作用，导致从根本上不同的光谱和拓扑性质取决于相对杂质的位置和莫尔长度。我们的研究结果突出了杂质在范德瓦尔斯异质结构中的关键作用，其特征在于莫尔图案，揭示了人工莫尔系统中长度和能量尺度之间的关键相互作用。
2022-09-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
Zero Poisson' s Ratio and Suppressed Mechanical Anisotropy in BP/SnSe Van der Waals Heterostructure: A First-principles Study
黑磷烯及其类似物由于其独特的褶皱结构、各向异性和负泊松比等特性而引起人们的广泛关注。通过不同材料的堆叠而形成的范德华异质结构可以显示出母体材料所不具备的新的物理性质。本文采用第一性原理计算研究了BP/SnSe范德华异质结构的力学性质。有趣的是，在BP/SnSe异质结构中发现了接近于零的泊松比vzx。此外，与具有强面内各向异性力学性能的母体材料BP和SnSe相比，BP/SnSe异质结构显示出强烈抑制的各向异性。我们的研究结果表明，vdW异质结构可以显示出与母体材料相当不同的机械性能，并为异质结构的机械应用提供了新的机会。
2021-09-22 cond-mat.mtrl-sci
Tip-induced excitonic luminescence nanoscopy of an atomically-resolved van der Waals heterostructure
利用低温扫描隧道显微镜以原子级分辨率探测范德华异质结构的本征发光，揭示了激子发射随纳米环境变化的规律，为原子尺度理解与控制莫尔超晶格光电现象奠定基础。
2022-04-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
High Photovoltaic Quantum Efficiency in Ultrathin van der Waals Heterostructures
我们报告了对具有超过50%的外量子效率的双（< 15 nm）范德华异质结构的实验测量，并且表明这些结构可以实现> 90%的实验吸收。通过耦合电磁模拟和实验测量，我们表明，pn WSe 2/MoS 2异质结垂直载流子收集可以有超过70%的内部光生载流子收集效率。
2017-06-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Ferroelectrics and Photovoltaics in Endohedral Fullerenes-based van der Waals Heterostructures
采用密度泛函理论计算方法，研究了系列偏压可控内嵌富勒烯（TM@C28，TM= Ti-Ni）的铁电、电学和光学性质.重要的发现是，Cr@C28具有大的电偶极矩和适当的带隙（~1.2eV）作为铁电光伏材料的构建块。通过将Cr@C28分子夹在两个范德华层之间，例如，在石墨烯或过渡金属二硫属化物的情况下，异质结构可以具有具有高可调谐性和性能的奇异铁电和光伏性质。
2022-01-10 cond-mat.mtrl-sci
Enhanced interlayer neutral excitons and trions in trilayer van der Waals heterostructures
垂直堆叠的范德华异质结构构成了一个有前途的平台，提供定制的带对齐增强激子系统。在这里，我们报告的中性和带电的层间激子在三层WSe 2-MoSe 2-WSe 2范德华异质结及其动力学的观察。在三层中添加WSe 2层导致显着更高的光致发光量子产率和可调光谱共振相比，其双层异质结构在低温下。观察到的光致发光量子产率的增强是由于显着更大的电子-空穴重叠和更高的光吸收的三层异质结构，通过第一原理赝势计算的基础上自旋极化密度泛函理论的支持。我们进一步揭示了三层异质结层间中性激子和三重激子的温度和功率依赖性，以及时间分辨的光致发光。我们的研究阐明了利用第一性原理控制层间激子发光和设计原子异质结构的光电子学前景。
2018-09-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Misfit strain effect on the thermal expansion coefficient of graphene/MoS$_2$ van der Waals heterostructures
范德华异质结构，如石墨烯/MoS $_2$是有前途的候选人，为大量的光学或电子应用，由于先进的性能继承了从组成的原子层。热膨胀是范德华异质结构的热稳定性要考虑的重要现象，因为在纳米器件的操作期间温度通常升高。在目前的工作中，热膨胀系数的石墨烯/MoS $_2$异质结构的分子动力学模拟研究，从不可避免的失配应变上的热膨胀系数的影响被揭示。失配应变可以将热膨胀系数调节六倍，并且这种效应在对异质结构的尺寸或方向不敏感的意义上是相当稳健的。推导出了异质结的热膨胀系数与失配应变之间的关系式，该关系式虽然低估了失配应变的影响，但与数值计算结果定性一致。进一步的分析表明，失配应变可以有效地工程化热致波纹，这是失配应变影响热膨胀系数的关键机制。这些发现为研究范德华异质结的热稳定性提供了有价值的信息，并将有利于基于范德华异质结的纳米器件的实际应用。
2021-06-28 cond-mat.mtrl-sci
Antisymmetric magnetoresistance in van der Waals Fe3GeTe2/graphite/Fe3GeTe2 tri-layer heterostructures
范德华（vdW）铁磁材料正在迅速成为下一代自旋电子器件的有效构建模块。当用非磁性vdW材料（诸如石墨烯和/或拓扑绝缘体）分层时，vdW异质结构可以被组装（不需要晶格匹配）以提供否则无法获得的器件结构和功能。我们报道了范德华异质结构Fe 3GeTe 2/石墨/Fe 3GeTe 2器件中迄今为止罕见的反对称磁电阻（MR）效应。与传统的巨磁电阻（GMR）的特点是由两个电阻状态，在这些vdW异质结构的MR功能不同的高，中，低电阻状态。这种独特的特征暗示了与以前观察到的不同的潜在物理机制。理论计算表明，这三个电阻的产生是由于石墨/FGT界面上的自旋动量锁定引起的自旋极化电流。我们的工作表明，从VDW材料组装的铁磁异质结可以表现出实质上不同的性质，在真空中生长的类似异质结所表现出的。因此，它突出了新的物理和新的自旋电子应用的潜力被发现使用VDW异质结构。
2019-04-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Manipulating the wavelength of single photons in insulating van der Waals heterostructures: theory and application to bilayer hexagonal boron nitride
本文提出一种阐明绝缘范德华异质结影响单层单光子发射能量机制的通用方法，并以双层六方氮化硼中的碳取代情形开展具体研究。
2024-03-05 cond-mat.mtrl-sci
Distinct photoluminescence in multilayered van der Waals heterostructures of MoS2/WS2/ReS2 and BN
在慢动力学条件下，用脉冲激光沉积法在c面蓝宝石衬底上生长了（TMDL = 1/BNL =1-4/TMDL=1/BNL=1-4），[TMD = MoS 2，WS 2，和ReS 2]的范德华异质结构。异质结构系统在2.3 eV附近显示出强发射，在2.8，1.9，1.7和1.5 eV附近显示出辅助峰。BN和TMD形成I型异质结，观察到的发射峰解释在各种带带复合过程和考虑布里渊区的相对取向。在2.3eV附近的发射峰对于太阳能和光伏应用是有希望的。对于三种不同的异质结构系统，观察结果几乎相似。
2017-10-11 cond-mat.mtrl-sci
Recent progress in the assembly of nanodevices and van der Waals heterostructures by deterministic placement of 2D materials
由于最近开发的确定性放置方法可以转移二维（2D）材料，设计师异质结构现在可以以无与伦比的精度逐层组装。这种可能性构成了一个非常活跃的研究领域的诞生，所谓的范德华异质结构。此外，这些确定性的放置方法也打开了大门，以制造复杂的设备，这将是非常困难的，否则通过传统的自下而上的纳米制造方法，并制造具有精致的电子性能的完全封装的设备。二维材料与现有技术的集成，如光子和超导波导和纤维光学是另一个令人兴奋的可能性。在这里，我们回顾了最先进的确定性布局方法，描述和比较文献中提供的不同的替代方法，我们说明了它们的潜力，制造范德华异质结构，将二维材料集成到复杂的设备和制造人工双层结构，其中层呈现用户定义的旋转扭转角。
2017-11-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Atomically Thin Resonant Tunnel Diodes built from Synthetic van der Waals Heterostructures
二维范德华材料的垂直整合，预计会导致新的电子和光学性能没有发现在组成层。在此，我们将石墨烯与单层过渡金属二卤代化合物MoS 2，MoSe 2和WSe 2相结合，直接合成了两种独特的原子级薄的多结异质结构。MoS 2-WSe 2-Graphene和WSe 2-MoSe 2-Graphene异质结构的实现导致了原子级薄叠层中的共振隧穿，并具有光谱窄的室温负微分电阻特性。
2015-03-18 cond-mat.mtrl-sci
Bond Relaxation and Electronic Properties of Two-Dimensional Sb/MoSe2 and Sb/MoTe2 Van der Waals Heterostructures
范德瓦尔斯异质结构最近在高性能光伏材料中的应用引起了人们的兴趣。因此，了解这些异质结构的基本电子特性对于它们在光电子器件中的应用是很重要的。采用键-电荷关联和混合密度泛函理论，系统研究了Sb/过渡金属二硫化物（TMDs，MoSe 2，MoTe 2）二维van der Waals异质结的电子结构和键弛豫.我们发现，Sb/MoSe 2和Sb/MoTe 2异质结构的间接带隙分别为0.701和0.808 eV;此外，这些异质结构有效地调制MoSe 2（1.463 eV）和MoTe 2（1.173 eV）的带隙。BC相关性揭示了异质结构的四个键合和电子贡献（电子空穴，反键，非键合和键合状态）。我们的研究结果提供了一个深入的了解Sb/TMD范德华异质结，这应该被用来设计二维金属/超导器件。
2019-10-04 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Ferroelectric valley valves with graphene/MoTe$_2$ van der Waals heterostructures
铁电范德华异质结构提供了一个天然的平台，设计各种电控设备。在这项工作中，我们证明了AB双层石墨烯封装在MoTe $_2$作为一个谷阀，显示一个可切换的内置拓扑间隙，导致铁电驱动的拓扑通道。使用从头计算和低能量模型的组合，我们表明，铁电秩序的MoTe $_2$允许控制的间隙开放的双层石墨烯，并导致不同的铁电畴之间的拓扑通道。此外，我们分析了MoTe $_2$和石墨烯层之间的莫尔调制在拓扑模式中的效果，证明了边缘状态对铁电感应电势的莫尔调制是鲁棒的。我们的研究结果提出了铁电/石墨烯异质结构作为多功能平台，以设计可切换的内置拓扑通道，而无需外部电偏压。
2023-01-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Van der Waals Heterostructures Based on Allotropes of Phosphorene and MoSe2
在最先进的密度泛函理论框架下研究了磷烯（$α$ -和$β-P$）与MoSe 2（H-、T-、ZT-和SO-MoSe 2）的同素异形体的范德华异质结构。半导体异质结构$β$/H-MoSe 2和$α$ -P /H-MoSe 2分别形成具有I型和II型能带排列的反型结构，其能带可通过外部电场调谐。$α$ -P /ZT-MoSe 2和$α$ -P /SO-MoSe 2形成欧姆接触，而$β$ -P /T-MoSe 2中的肖特基势垒可以通过外加电场降为零，形成欧姆接触，有利于实现高性能器件。给定异质结构的模拟STM图像显示，$α$ -P可以用作帽层，以区分底层MoSe 2的各种同素异形体。所考虑的异质结构的介电响应是高度各向异性的横向和垂直极化。磷烯/MoSe_2异质结构的可调电子和介电响应在光电子器件的制备中具有潜在的应用前景。
2017-08-01 cond-mat.mtrl-sci
Buckling of graphene/MoS$_2$ van der Waals heterostructures: the misfit strain effect
范德华异质结构是由不同的原子层堆叠而成的，可以从构成原子层中继承许多新颖的电子和光学性质。机械稳定性对于基于范德华异质结构的纳米器件的高性能至关重要。特别是，屈曲不稳定性是一个关键的力学问题的异质结构，由于其二维性质。以石墨烯/MoS $_2$异质结构为例，通过分子动力学模拟，研究了异质结构中不可避免的错配应变与屈曲不稳定性之间的关系.错配应变对失稳现象的影响因错配应变的大小而异。(1)对于负的失配应变，异质结的屈曲稳定性降低的失配应变。这是因为在负失配应变的异质结构中引发屈曲过程的石墨烯层被加速石墨烯层屈曲的失配应变预压缩。(2)对于小的正失配应变，石墨烯/MoS $_2$异质结构的屈曲稳定性提高。潜在的机制是石墨烯层启动异质结构的屈曲过程，并且通过小的正失配应变被预拉伸，这减缓了石墨烯层的屈曲。(3)对于大的正失配应变，石墨烯层被预拉伸，而MoS $_2$层被显著地预压缩，因此异质结构的屈曲由MoS $_2$层引发。因此，石墨烯/MoS $_2$异质结构的屈曲稳定性由于大的正失配应变的增加而降低。这些结果对于理解范德华异质结构的力学性质具有重要意义。
2021-06-22 cond-mat.mtrl-sci
Inter-layer and Intra-layer Heat Transfer in Bilayer/Monolayer Graphene van der Waals Heterostructure: Is There a Kapitza Resistance Analogous?
范德华异质结构显示出有趣的物理性质。采用非平衡分子动力学（MD）模拟方法，研究了共面双层/单层石墨烯（BL-ML）多层范德华异质结构的传热特性。BL-ML石墨烯的温度分布和层间和层内热通量表明，层之间没有充分发展的热平衡，并且台阶状BL-ML界面处的平均温度分布的下降不是由于Kapitza电阻的影响。在所研究的MD模拟中，通过将系统的长度增加到1 $μ$ m，热非平衡区域被减少到台阶状界面附近的一个小区域。所有的MD结果进行了比较，一个连续模型和一个很好的匹配，观察到两种方法之间。我们的研究结果提供了一个有用的理解纳米和微米尺度的层状二维材料和范德华异质结构的热传递。
2017-11-24 cond-mat.mtrl-sci
Thermal transport in van der Waals graphene/boron-nitride structure: a molecular dynamics study
在范德瓦尔斯异质结构中，石墨烯/h-BN异质结构是二维纳米电子器件的合适候选者。本文采用非平衡分子动力学模拟方法，研究了石墨烯/h-BN双层结构和石墨烯/h-BN范德华异质结构（即h-BN薄片周期性地插入石墨烯层的顶部和底部）中的热传输。结果表明，随着体系长度的增加，石墨烯/h-BN双层材料的热导率增加。此外，石墨烯/h-BN异质结构中的热传输比单层石墨烯或单层h-BN中的热传输增强。尺寸效应分析表明，当体系尺寸大于100 nm时，通过石墨烯/h-BN双层结构各层的热通量趋于收敛。研究结果有助于理解范德华异质结中的热传导现象，并有助于改进异质结的设计，以获得更好的热管理和散热效果。
2021-08-31 cond-mat.mtrl-sci
Control of the exciton valley dynamics in van der Waals heterostructures
在具有过渡金属二硫属化合物单层的范德华异质结中，激子谷动力学是由激子中电子和空穴之间的长程交换相互作用驱动的。它耦合在相反的圆极化导致在单层平面中传播的激子的纵向-横向分裂的活跃状态。在这里，我们从理论上研究的电介质环境的影响上的远程交换相互作用，并演示如何在六方氮化硼的封装修改激子横向分裂。我们计算激子自旋/谷极化弛豫由于长程交换相互作用，并表明单层环境的变化导致显着的，高达五倍，增强激子谷极化寿命。
2020-10-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Gate-tunable Spin-Galvanic Effect in Graphene Topological insulator van der Waals Heterostructures at Room Temperature
物质拓扑态中独特的电子自旋织构对于新兴的自旋轨道驱动存储器和逻辑技术是有希望的。然而，有几个挑战与增强其性能，电栅极可调谐性，从平凡的体状态的干扰，和异质结构接口。我们通过将二维石墨烯与三维拓扑绝缘体（TI）集成在范德华异质结构中来解决这些挑战，以利用其显着的自旋电子学特性和工程师邻近诱导的自旋电荷转换现象。在这些异质结中，我们实验证明了在室温下的栅极可调自旋电流效应（SGE），允许有效地转换成横向电荷电流的非平衡自旋极化。通过自旋开关、自旋进动和磁化旋转实验对各种器件几何结构中的SGE进行系统测量，建立了Gr-TI异质结构中自旋-电荷转换的鲁棒性。重要的是，使用栅极电压，我们揭示了一个强大的电场可调性的幅度和符号的自旋电流信号。这些发现为利用TI和石墨烯异质结构实现全电和栅极可调自旋轨道技术提供了一条有效的途径，可以提高自旋电子电路的性能并降低功耗。
2020-08-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Temperature-dependent electronic ground state charge transfer in van der Waals heterostructures
异质结构中各组分之间的电荷重排是达到电子基态的基本原理。人们承认，状态分布的组件的密度支配的电荷转移量，但尚未考虑到一个显着的依赖于温度，特别是弱相互作用的系统。在这里，我们通过实验观察到，由单层二硫化钼夹在石墨和分子电子受体层之间形成的范德华异质结构中的基态电荷转移量从7 K到室温时增加了三倍。国家的最先进的电子结构计算的全部异质结，占核热波动揭示组件内的电子-声子耦合和组件间的电子耦合的关键因素，确定的电荷转移量。这一结论是合理的模型适用于多组分范德华异质结构。
2021-03-14 cond-mat.mtrl-sci
Scalable heterostructures produced through mechanical abrasion of van der Waals powders
为了充分利用范德华材料和异质结构，需要新的大规模生产路线，这些路线成本低，但保留了单晶的高电子和光学质量。在这里，我们展示了一种方法来实现各种功能的异质结构的基础上，通过散装粉末的机械磨损产生的范德华力薄膜。显着的性能改进，实现了在我们的设备相比，通过喷墨印刷的分散体制造。为了突出该技术的简单性和可扩展性，示出了多种不同的功能异质结构器件，例如电阻器、电容器、光电器件以及能量器件，例如用于析氢反应的大面积催化剂涂层和用于摩擦电纳米发电机的多层异质结构。器件制造的简单性、可扩展性以及与柔性衬底的兼容性使得这成为用于可升级的范德华异质结构的有前途的技术路线。
2019-11-28 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
First-principles prediction of lattice coherency in van der Waals heterostructures
轻微错位的石墨烯双层[1]和MoSe $_2$ -WSe $_2$范德华（vdW）异质结构[2]中莫尔激子中超导电性的出现与这些系统中2D超晶格的形成密切相关。不同的是，在一些vdw异质结构中也报道了组成层的完美原始晶格匹配[3-5]，突出了2D世界中界面的丰富性。在这项工作中，这种接口的性质的确定，从第一原则，证明。为此，提出了Frenkel-Kontorova（FK）模型[6]的扩展，与第一性原理计算相关联，并用于预测一组56个vdw异质结构的晶格相干性。计算预测与实验一致时，可用。新的超晶格以及完美匹配的接口进行了预测。
2019-11-15 cond-mat.mtrl-sci
Measuring the Local Twist Angle and Layer Arrangement in Van der Waals Heterostructures
范德华异质结构的性质取决于相邻层之间的扭曲角和界面以及它们的多型和堆叠。在这里，我们描述了使用光谱低能电子显微镜（LEEM）和微型低能电子衍射（μLEED）方法来测量这些属性的本地。我们目前的结果上的MoS $_{2}$ /hBN异质结构，但该方法是适用于其他材料。使用衍射点分析来评估使用hBN作为基底的益处。此外，利用晶格的旋转对称破缺，我们确定了MoS $_{2}$薄片的劈裂历史，即，这一层源于块体中的何处。
2018-06-13 cond-mat.mtrl-sci
Multiferroic van der Waals heterostructure FeCl$_2$/Sc$_2$CO$_2$: Nonvolatile electrically switchable electronic and spintronic properties
多铁性范德华（vdW）异质结构提供了一个令人兴奋的路线，对新的纳米电子学和自旋电子学器件技术。本文采用第一性原理密度泛函理论和量子输运模拟方法研究了由铁磁FeCl $_2$单层和铁电Sc $_2$ CO $_2$单层组成的多铁性VDW异质结构的电子和输运性质.研究表明，通过电调制Sc $_2$ CO $_2$的铁电极化状态，FeCl $_2$ /Sc $_2$ CO $_2$异质结构可以从半导体可逆地转变为半金属。有趣的是，半金属相表现出III型断裂带对准，这对于隧道场效应晶体管应用是有益的。我们进行了量子输运模拟，基于\emph{proof-of-concept}两端纳米器件，以证明全电控阀效应独特的非易失性铁电开关的异质结构。这些发现揭示了FeCl $_2$ /Sc $_2$ CO $_2$ vdW异质结构作为设计下一代最终紧凑的信息处理、数据存储和自旋电子器件的构建块的潜力。
2022-03-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Interlayer Exciton-Phonon Bound State in Bi2Se3/monolayer WS2 van der Waals Heterostructures
组装二维（2D）材料层以形成范德华异质结构排列的能力为材料设计和合成提供了重要的机会。层间的相互作用提供了一条通往新属性和功能的道路，理解这种相互作用对于实现这一目标至关重要。在这里，我们报告形成层间激子-声子束缚态的Bi 2Se 3/WS 2异质结构，其中Bi 2Se 3 A1（3）表面声子，一种模式，特别容易受到电子-声子耦合，是印记到激子发射的WS 2。激子-声子束缚态（或激子-声子准粒子）呈现为叠加在WS 2激子光致发光光谱上的均匀分离的峰，其周期性间距对应于A1（3）表面声子能量。Bi 2Se 3的低温偏振拉曼光谱揭示了强烈的表面声子和局部对称性破缺，这使得A1（3）表面声子以其他禁止的散射几何形状出现。我们的工作推进了复杂的层间范德华相互作用的知识，并促进了将不同材料的独特传输和光学特性结合到一个设备中的技术，用于可能的自旋电子学，谷电子学和量子计算应用。
2023-01-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Room Temperature Valley Polarization and Coherence in Transition Metal Dichalcogenide-Graphene van der Waals Heterostructures
由石墨烯和过渡金属二硫属化物（TMD）制成的范德华异质结构是用于光电、自旋电子和谷电子器件的新兴平台，其可以受益于（i）TMD中的强的光-物质相互作用和自旋谷锁定以及（ii）石墨烯中的特殊的电子和自旋输运。这种器件的操作需要显著的谷极化和谷相干性，理想地高达室温。在这里，使用一个全面的穆勒偏振分析，我们报告\textit{artifact-free}室温度的谷极化高达$40~\%$，值得注意的是，谷相干高达$20~\%$在单层二硫化钨（WS $_2$）/石墨烯异质结构。即使在低温下，二硒化钼（MoSe $_2$）中的谷反差也特别难以实现。在将单层MoSe $_2$与石墨烯接合时，谷极化和相干性的室温程度分别与$14~\%$和$20~\%$一样高。我们的研究结果进行了讨论，根据最近的报道，高效的层间耦合和激子转移的TMD/石墨烯异质结构和室温手性轻物质相互作用和相干光谷电子器件的承诺。
2018-04-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
