Band engineering of phosphorene/graphene van der Waals nanoribbons toward high-efficiency thermoelectric devices
本文研究了由AGNR和APNR堆叠的磷烯/石墨烯范德华纳米带的热电电流，发现外加电场可诱导能带排列和带隙转变，从而大幅增加热致电流并控制其流向，对柔性电子和热电器件应用具有重要意义。
2024-02-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
The potential applications of phosphorene as anode materials in Li-ion batteries
组成电极的容量和稳定性决定了锂离子电池的性能。本研究利用密度泛函理论探讨了新近合成的二维磷烯作为电极材料的潜在应用。结果表明，锂原子可以与磷烯单分子层和双分子层形成强的键合，并发生明显的电子转移。锂化对磷烯的结构影响不大，体积变化仅为0.2%。锂化后观察到半导体到金属的转变。单层和双层磷烯上的扩散势垒计算为0.76和0.72 eV。磷烯单分子膜的理论比容量为432.79mAh/g，比其它商用负极材料的理论比容量大。研究结果表明，磷烯具有高容量、低开路电压、小体积变化和导电性，是一种很好的电极材料。
2014-08-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Monolayer phosphorene under time-dependent magnetic field
利用动力学不变量方法，我们得到了低强度含时磁场作用下单层磷烯的精确波函数。计算了恒定磁场和振荡磁场下的量子机械能期望值和跃迁几率。对于前者，我们观察到朗道能级能量与量子数n和m以及磁场强度B_0成线性关系。没有过渡发生。对于后者，我们观察到的能量振荡的时间，线性增加的朗道水平n和m和非线性的磁场。（k，l）到（n，m）的跃迁仅在l=m时发生。我们研究了（0，0）到（n，0）和（1，l）与（2，l）的概率转移。
2017-09-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Effective Doping of Monolayer Phosphorene by Surface Adsorption of Atoms for Electronic and Spintronic Applications
利用密度泛函理论研究了27种不同吸附原子的表面吸附对单层黑磷电子和磁性的影响。从每组中选择几个有代表性的元素，从碱金属（组I）卤素（组VII），我们计算的能带结构，态密度，磁矩和有效质量的能量最稳定的位置的吸附原子单层磷烯。我们预测，第I族金属（Li，Na，K），和第III族吸附原子（Al，Ga，In）是有效的，在提高n型移动载流子密度，与第III族吸附原子导致较低的有效质量的电子，从而更高的迁移率。此外，我们发现，过渡金属Ti和Fe的吸附原子，产生一个有限的磁矩（1.87和2.31 $μ_B$）在单层磷烯，具有不同的带隙和电子有效质量（从而迁移率），这大约相差10倍的自旋和自旋向下的电子开辟了探索自旋电子学应用的可能性。
2015-08-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Direct Band Gaps in Group IV-VI Monolayer Materials: Binary Counterparts of Phosphorene
本文采用基于密度泛函理论的电子结构计算方法，对磷烯的对应物Ⅳ-Ⅵ族二元单分子膜（XY）的几何、能量和电子性质进行了系统的研究。为此，我们选择了由相同数量的第IV族元素（X = C，Si，Ge，Sn）和第VI族元素（Y = O，S，Se，Te）组成的二元系统XY，它们具有三种几何构型，即褶皱结构、屈曲结构和平面结构。结合能的计算结果表明，所研究的所有二元体系都是能量稳定的。结果表明，与磷烯类似的褶皱结构是能量最稳定的几何构型。我们的电子能带结构的结果预测，起皱的SiO和CSe是直接带半导体的间隙为1.449和0.905 eV，分别。CSe的能带结构与磷烯非常相似。其余的IV-VI族二元单分子膜在起皱的配置和所有的屈曲单分子膜也是半导体，但间接带隙。重要的是，我们发现，间接和直接带隙之间的差异是非常小的许多起皱的单分子膜。因此，有可能通过适当的外部影响使这些系统经历从间接带隙半导体状态到直接带隙半导体状态的转变。实际上，我们在本工作中表明，七个二元单层，即SnS，SiSe，GeSe，SnSe，SiTe，GeTe和SnTe，当它们受到小的机械应变（<= 3%）时，成为直接带隙半导体。这使得本工作中研究的16个二元单层中有9个是直接带隙半导体。因此，有可能在未来的发光二极管和太阳能电池中利用磷烯的这些二元对应物。
2016-03-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Thermoelectric properties of armchair phosphorene nanoribbons in the presence of vacancy-induced impurity band
扶手椅型磷烯纳米带（APNR）是一种具有间接带隙的半导体。在这里，我们建议通过创建一个周期性的空位结构（antidot）在APNR的间隙中引入新的状态。紧束缚模型的基础上，我们表明，一个周期性阵列的空位或纳米孔导致形成的杂质带内的间隙区域。我们首先给出了一个解析表达式的杂质带的色散关系所诱导的束缚态杂化与每个单空位缺陷。然后，我们增加空位缺陷的大小，包括一堆原子和理论研究纳米孔的大小和它们的间距对电子能带结构，载流子传输函数，和热电性能的影响。我们对这些结构的发电率和热电效率的分析表明，ANPR可以用作极好的热电发电模块。
2021-02-03 cond-mat.mes-hall
Modeling of Anisotropic Two-Dimensional Materials Monolayer HfS2 and Phosphorene MOSFETs
通过量子输运模拟研究了基于二维各向异性材料单层HfS2和磷烯的金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）的弹道输运特性。我们重点研究了沟道晶体取向和沟道长度缩放对器件性能的影响。特别是，简并导带（CB）谷在单层HfS2的作用进行了全面的分析。基准单层HfS2与磷烯MOSFET，我们预测，沟道取向对器件性能的影响是弱得多，在单层HfS2比磷烯由于单层HfS2的退化CB谷。我们的模拟还表明，在10 nm的沟道长度尺度，磷烯MOSFET优于单层HfS2 MOSFET的导通电流。然而，据观察，单层HfS2 MOSFET可以提供可比的，但有点退化，与磷烯MOSFET相比，在5 nm沟道长度的器件性能。
2015-05-17 cond-mat.mes-hall
Electronic and interfacial properties of 2D mxene/blue phosphorene heterostructures: impact of external strain for thermoelectric applications
本文通过第一性原理研究氧官能化MXene/蓝磷烯异质结构在应变下的电子与热电性质，发现应变可调控带隙和能带排列类型并显著提升热电功率因子与品质因数，为其在光电子和高温热电器件中的应用提供依据。
2024-10-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Phosphorene nanoribbon as a promising candidate for thermoelectric applications
本工作利用密度泛函理论研究了不同宽度和边缘构型的磷烯纳米带的电子性质。结果表明，扶手椅型磷烯纳米带是半导体的，而锯齿型磷烯纳米带是金属的。扶手椅型纳米带的带隙随带宽的增加而单调减小。通过用氢钝化边缘的磷原子，锯齿系列也变成半导体，而扶手椅系列表现出比原始系列更大的带隙。利用玻尔兹曼理论和弛豫时间近似研究了磷烯纳米带的电子输运性质。我们发现，所有的半导体纳米带表现出非常大的塞贝克系数值，并可以进一步增强氢钝化在边缘。以N=7的扶手椅型纳米结构为例，利用声子玻尔兹曼输运方程计算了晶格热导率。由于显著增强的Seebeck系数和降低的热导率，磷烯纳米陶瓷在室温下表现出非常高的品质因数（ZT值），为4.0，这表明其有吸引力的热电应用。
2014-06-16 cond-mat.mes-hall
Enhanced thermoelectric properties in phosphorene nanorings
本文利用紧束缚方法研究磷烯纳米环的热电性质，发现对称耦合锯齿型磷烯纳米带可抑制边缘态、增大带隙并显著提高热电势，且磁通量和几何构型可调控热电响应，从而提升热电优值。
2022-12-20 cond-mat.mes-hall
The effect of vacancy induced localized states on thermoelectric properties of armchair bilayer phosphorene nanoribbons
本文研究两端连接冷热引线、中部沿扶手椅方向含周期性空位的双层磷烯纳米带，揭示空位诱导局域态及新能带形成，并表明空位间距可调控透射通道、电功率与热电效率。
2023-12-18 cond-mat.mes-hall quant-ph
Monolayer Phosphorene-Metal Interfaces
最近，磷烯电子和光电原型器件已经制造了各种金属电极。首次系统地探讨了单层磷烯与一系列常用金属（Al、Ag）的接触性能。Cu、Au、Cr、Ni、Ti和Pd）的电子结构计算和更可靠的量子输运模拟。所有被检金属之间均存在强相互作用，ML磷烯的能带能带结构被破坏。在量子输运模拟方面，ML磷烯与Au、Cu、Cr、Al和Ag电极形成n型肖特基接触，电子肖特基势垒高度（SBH）分别为0.30、0.34、0.37、0.51和0.52 eV，并且与Ti、Ni和Pd电极形成p型肖特基接触，空穴SBH分别为0.30、0.26、0.34和0.52 eV。和0.16eV。这些结果与现有的实验数据吻合得很好。我们的研究结果不仅提供了一个洞察ML磷烯-金属界面，但也有助于ML磷烯为基础的器件设计。
2015-07-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Electron-doped phosphorene: A potential monolayer superconductor
通过第一性原理计算，我们预测电子掺杂磷烯是一种潜在的类BCS超导体。电子掺杂使布里渊区中心的伸缩模明显软化，产生较强的电子-声子耦合。超导性可以由高于$1.3 \times10^{14}$ cm $^{-2}$的掺杂电子密度（$n_{2D}$）引入，并且当$n_{2D}>2.6 \times10^{14}$ cm $^{-2}$时可以在液氦温度之上存在。最高临界温度高于10 K。磷烯的超导电性将极大地拓宽这种新型材料的应用。
2014-12-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
High temperature electron-hole superfluidity with strong anisotropic gaps in double phosphorene monolayers
利用BCS平均场方程研究了磷烯双层膜中激子超流性。高度各向异性的超流性的预测，我们发现，最大的超流间隙是在BEC制度沿扶手椅方向和BCS-BEC交叉制度沿锯齿形方向。我们估计的最高Kosterlitz无相变温度的最大值高达$\sim 90$ K的起始载流子密度高达$4 \times 10^{12}$ cm $^{-2}$。该转变温度显著大于在石墨烯的双电子-空穴少层中发现的转变温度。我们的结果可以指导实验研究实现各向异性凝聚态的电子空穴磷烯单分子膜。
2018-04-18 cond-mat.mes-hall
Line Edge Roughness Effects on the Thermoelectric Properties of Armchair Black Phosphorene Nanoribbons
本研究利用紧束缚方法与非平衡格林函数技术，探究线边缘粗糙度对扶手椅型黑磷烯纳米带热电性能的影响，发现功率因子和优值系数随尺寸变化，且短窄与长宽纳米带优值更高。
2025-01-23 cond-mat.mes-hall
Proximity-enabled control of spin-orbit coupling in phosphorene symmetrically and asymmetrically encapsulated by WSe$_2$ monolayers
本研究结合第一性原理计算与不变量方法，揭示WSe$_2$对称/非对称封装及扭转角可调控磷烯空穴能带的自旋-轨道场方向与面内/面外织构。
2024-02-28 cond-mat.mes-hall
Magnetothermoelectric transport properties in phosphorene
我们数值研究了磷烯在磁场和无序两种情况下的电输运和热电输运性质。量子化的霍尔电导率类似于传统的二维电子气，但所有的霍尔平台的位置向左移动，由于光谱的不对称性，与实验观察一致。热电电导率和能斯特信号表现出明显的各向异性，热电势接近各向同性。当在磷烯的顶层和底层之间施加偏压时，热电势和能斯特信号都增强，并且它们的峰值变大。
2018-02-02 cond-mat.mes-hall
Magnetoexcitons in phosphorene monolayers, bilayers, and van der Waals heterostructures
在有效质量近似下，研究了磷烯单层、双层和范德华（vdW）异质结构中的直接和间接激子在垂直于单层或异质结构的外磁场中的里德堡态.磁激子的结合能计算的数值积分的薛定谔方程使用Rytova-Keldysh势的直接磁激子和Rytova-Keldysh和库仑势的间接之一。后者允许了解磷烯筛选的作用。我们报道了磁场能量对磁激子的结合能和抗磁系数的贡献，磁激子的结合能和抗磁系数强烈依赖于电子和空穴的有效质量以及它们的各向异性，并且可以通过外部磁场来调节.我们从理论上证明了vdW磷烯异质结构是一种新型的二维半导体，它通过外加磁场调节磁激子的结合能，并通过hBN层的数目来控制结合能和DMC。这种可调谐性对于器件设计是潜在有用的。
2021-08-09 cond-mat.mes-hall
Fabrication and Imaging of Monolayer Phosphorene with Preferred Edge Configurations via Graphene-Assisted Layer-by-Layer Thinning
磷烯（Phosphorene）是黑磷（BP）的单层膜，是一种具有高载流子迁移率和面内各向异性等物理性质的二维单质材料。为了从根本上理解这些不同的物理性质，对磷烯进行原子尺度的结构研究是至关重要的，特别是关于各种缺陷和优选的边缘配置。然而，它一直是具有挑战性的调查单层和少层磷烯，因为在制备高品质的样品和损伤过程中引起的表征过程中出现的技术困难。在这里，我们成功地制造高品质的单层磷烯使用受控的减薄过程与透射电子显微镜，并随后进行原子分辨率成像。石墨烯保护抑制了电子束对多层BP的损伤，并且一侧石墨烯保护促进了样品的逐层减薄，从而呈现高质量的单层和双层区域。我们还观察到原子尺度的晶体边缘的形成，主要沿锯齿形和（101）终端，这是源于边缘动力学下的电子束诱导溅射过程。我们的研究展示了一种新的方法来成像和精确地操纵空气敏感的二维材料的厚度和边缘配置。
2019-12-03 cond-mat.mes-hall
Thermal conductivities of phosphorene allotropes from first-principle calculations: a comparative study
近年来，磷烯因其独特的电子性质而引起了人们的极大兴趣。然而，磷烯的热输运性质，特别是其同素异形体，仍然没有得到很好的理解。本文采用声子玻尔兹曼输运理论结合第一性原理计算，计算了五种磷烯同素异形体（α-，\b{eta} -，γ-，δ-和α-相）的热导率。结果表明，α-磷烯具有明显的各向异性热输运，而其它四种磷烯的各向异性热输运不明显。发现在\b{eta} -磷烯中热导率最高，其次是δ-、γ-和α-相。α相的低得多的热导率可以归因于其相对复杂的原子构型。磷烯同素异形体丰富的热输运性质在热电和热管理方面具有潜在的应用前景。
2016-04-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Direction dependent thermal conductivity of monolayer phosphorene: parameterization of Stillinger-Weber potential and molecular dynamics study
一个Stillinger-Weber原子间相互作用势参数化磷烯。它很好地再现了晶体结构，结合能和声子色散的第一性原理计算预测。磷烯的热导率进一步探讨了平衡分子动力学模拟采用的潜在参数的最佳设置。在室温下，沿锯齿形和扶手椅方向的本征热导率分别为约152.7和33.0 W/mK，具有大的各向异性比为5。磷烯的热导率具有显着的方向依赖性，与以前的报道一致，主要是由于晶格动力学计算揭示的声子群速度的强各向异性和声子寿命的弱各向异性。此外，Z字形和扶手椅方向的有效声子平均自由程分别为141.4和43.4nm。
2015-05-26 cond-mat.mes-hall
Comparative Study of Strain-Engineered Thermoelectric Performance of 2D-Xene Nanoribbons
本文系统比较了五种二维Xene材料扶手椅型纳米带在应变和宽度调控下的热电势，发现磷烯因大带隙和各向异性电子结构表现出最高热电势，并揭示了3p+2族在应变下由金属态向半导体态转变激活热电性能的设计规律。
2025-07-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Highly anisotropic electronic transport properties of monolayer and bilayer phosphorene from first principles
从理论上研究了磷烯的本征载流子输运动力学。利用密度泛函理论的处理，低场迁移率和饱和速度的特点是在单层和双层结构中的电子和空穴。分析清楚地阐明了通过各向异性能带结构和载流子-声子散射率表现出的晶体取向依赖性。在单层中，在室温下，扶手椅方向上的空穴迁移率估计为Z字形方向上的大约5倍（460 cm $^2$ /Vs对90 cm $^2$ /Vs）。另一方面，双层输运表现出更适度的各向异性，具有显著更高的迁移率（分别为1610 cm $^2$ /Vs和760 cm $^2$ /Vs）。对导带电子的计算表明了相当的依赖性，而特征值通常较小约2倍。饱和速度的变化被认为是不太明显。凭借预期的优异性能和减小的各向异性，少层磷烯提供了一个有希望的机会，特别是在p型应用中。
2016-05-14 cond-mat.mes-hall
Proximity-induced spin-orbit coupling in phosphorene on a WSe$_2$ monolayer
本文通过第一性原理与有效模型研究磷烯/WSe$_2$异质结构中的邻近自旋轨道耦合，揭示Γ点空穴耦合显著增强的机制，并提出基于C₁ᵥ对称性的模型，证明扭转角度可有效调控自旋轨道场。
2023-09-25 cond-mat.mes-hall
Electronic and magneto-optical properties of monolayer phosphorene quantum dots
本文利用紧束缚方法研究了矩形、六边形和三角形单层磷烯量子点的电子和磁光性质。数值计算了电子态、态密度、电子密度分布、Laudau能级以及光吸收谱。我们的计算表明：（1）由于单分子层磷烯（MLP）中的各向异性电子跳跃，无论其形状和边缘构型如何，在各种MPQD的带隙中都出现边缘态。处于任意边缘态的电子只出现在量子点边界的扶手椅方向，这与石墨烯量子点中的电子只出现在扶手椅方向不同;（2）MPQD的磁能级呈现出Hofstadter-butterfly谱，随着磁场的增加，磁能级逐渐接近MLP的朗道能级.在磁能谱中出现了与MLP完全不同的“平带”;（3）量子点的尺寸、边界边缘的类型和外加磁场可以调节量子点的电学和光学性质。
2015-07-14 cond-mat.mes-hall
Anisotropic plasmons, excitons and electron energy loss spectroscopy of phosphorene
本文基于从头算含时密度泛函理论研究了磷分子单层膜的各向异性电子能量损失谱。与黑磷类似，未掺杂的单层磷烯的EELS的特征在于在带隙附近的能量的各向异性激子峰，以及更高能量的带间等离子体峰。在掺杂时，对于带隙内的能量，也出现额外的带内等离子体激元峰。与其他二维系统类似，带内等离子体激元峰在长波极限下以$ω_{\rm pl} \propto \sqrt{q}$的形式在Z字形和扶手椅方向上分散，并且随着波矢的增大而偏离。长波长等离子体激元带内色散的各向异性被发现是成反比的有效质量比的平方根：$ω_{\rm pl}(q \hat{y})/ω_{\rm pl}(q \hat{x}) = \sqrt{m_x/m_y}$。
2017-03-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Bloch dynamics in inversion symmetry broken monolayer phosphorene
本研究探讨了反演对称性破缺的单层磷烯中布洛赫电子的振荡动力学，揭示了自旋轨道耦合及外场对运动轨迹和状态转变的关键影响。
2023-06-17 cond-mat.mes-hall
Anisotropic hybrid excitation modes in monolayer and double-layer phosphorene on polar substrates
研究了位于SiO2、h-BN和Al 2 O3等极性基底上的单层和双层磷烯体系中各向异性杂化等离子体激元-SO声子色散关系。我们利用RPA中的动态介电函数，考虑电子-电子相互作用和基底SO声子通过Frohlich相互作用产生的长程电场，计算了这些混合模。在长波长范围内，我们得到了混合等离子体激元-SO声子色散关系的解析表达式，它代表了这些模式的行为，类似于从损耗函数得到的模式。我们的结果表明，在等离子体SO声子模式的各向异性很强，而他们更强的沿轻质量方向在我们的异质结构。此外，我们还发现衬底的类型对耦合模的色散关系有很大的影响。此外，通过调节极性衬底上双层磷烯中层间的错位和分离，我们可以设计混合模式。
2017-05-01 cond-mat.mes-hall
Magneto-optical transport properties of monolayer phosphorene
单层磷烯的电子性质是奇异的，这是由于它的褶皱结构和大的本征直接带隙。我们推导并讨论了在垂直磁场存在下的能带结构。此外，我们评估的磁光霍尔和纵向光学电导率，作为温度，磁场，和费米能量的函数，并表明，它们强烈地受磁场。前者的虚部和后者的实部表现出规则的{ \it带间}振荡，作为频率$ω$在$\hslashω\sim 1.5-2$ eV范围内的函数。后者的强{ \it带内}响应和前者的弱响应发生在低得多的频率。与传统的二维电子气或石墨烯相比，磁光响应可以在微波到太赫兹和可见光频率范围内进行调谐，其中响应限于太赫兹范围。这种在各向异性结构中隔离载流子的能力可能使磷烯成为新光学器件的有希望的候选者。
2015-07-22 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
Anisotropic charged impurity-limited carrier mobility in monolayer phosphorene
原子级薄的2D材料中的室温载流子迁移率通常远低于由声子散射施加的本征极限，声子散射是由其环境中的远程带电杂质散射的结果。我们模拟了带电杂质限制的载流子迁移率$μ$在裸和封装的单层磷烯。我们发现一个显着的温度依赖性的载流子迁移率（$μ\propto T^{-γ}$），结果从温度变化的电荷屏蔽和随晶体取向。有效质量的各向异性导致各向异性载流子迁移率，扶手椅方向上的迁移率比Z字形方向上的迁移率大约大一个数量级。特别地，这种迁移率各向异性在低温和高载流子密度下增强。在用高- $κ$覆盖层封装的情况下，迁移率增加高达一个数量级，尽管其温度依赖性和各向异性降低。
2014-12-10 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
Band Tuning of Phosphorene Semiconductor via Floquet Theory
石墨烯和磷烯分别是石墨和磷的单层。石墨烯是完全相对论性（狄拉克）费米子系统，而磷烯是伪相对论性费米子系统。在磷烯中，磷烯的电子光谱在一个方向上具有狄拉克（线性）带，在另一个方向上具有薛定谔（抛物线）带。在共振情况下，利用旋转波近似研究了常规拉比振荡. Floquet理论是研究非共振情形下Rabi振荡的一种可供选择的方法，在低能物理中占主导地位。本文利用Floquet理论研究了石墨烯和磷烯在强量子化电磁场作用下的非线性光学响应。观察到石墨烯和磷烯的布洛赫-西格特位移。一个数值模型是用于证明磷烯的各向异性的作用。因此，Floquet理论可以用来描述不同的费米子系统。
2019-04-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Anisotropic transport of normal metal-barrier-normal metal junctions in monolayer phosphorene
本文采用连续晶格模型和微观晶格模型研究了磷烯单分子膜在高度为$U_0$和宽度为$d$的单个和多个势垒存在下的输运性质。并显示了沿扶手椅边缘的电子输运性质（$x$方向）与传统的二维电子气中的对应物在性质上不同，如准粒子和石墨烯或承载无质量狄拉克准粒子的拓扑绝缘体表面。我们表明，运输，介导的大量狄拉克电子，允许一个实现准直准粒子运动沿$x$，从而使单层磷烯一个理想的实验平台，研究克莱因悖论。我们研究了隧穿电导$G \equiv G_{xx}$作为$d$和$U_0$的函数的依赖关系，并证明了对于给定的外加电压$V$，其行为从振荡变化到$d$的衰减函数，对于$U_0$的范围具有有限的非零上、下界，并提供了$G$随$d$衰减的这些界的解析表达式.我们将$G$的这种行为与石墨烯中的无质量狄拉克电子的行为进行了对比，并与磷烯中的锯齿形边缘（$y$方向）的行为进行了对比，其中准粒子在低能量下服从有效的薛定谔方程。我们还研究了沿$x$通过多个势垒的输运，并证明了这些性质也适用于通过多个势垒的输运。最后，我们提出了具体的实验，可以验证我们的理论预测。
2016-10-07 cond-mat.mes-hall
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
Strain and the optoelectronic properties of non-planar phosphorene monolayers
晶格{ \em Kirigami}、超轻超材料、多分散聚集体、陶瓷纳米晶格和二维（2-D）原子材料共享固有的结构离散性，并且它们的材料性质随着它们的形状而演变。为了证明材料性质和局部几何形状之间的密切关系，我们探索了磷烯-一种新的2-D原子材料-在圆锥形结构中的性质，并记录了与其非平面形状直接相关的半导体间隙的减小。无论考虑磷烯同素异形体如何，这种几何效应都会发生，并且它提供了一种独特的光学工具来挑出这种2-D材料上的局部结构缺陷。我们还对其他2-D原子材料的晶体晶胞进行了分类，并提出了直接从其不同的二维结构中获得局部几何形状的方法，同时绕过了基于参数连续体的常见形状描述。
2015-04-27 cond-mat.mes-hall
Theoretical Study of Phosphorene Tunneling Field Effect Transistors
本工作通过自洽原子量子输运模拟研究了基于磷烯的隧穿场效应晶体管的器件性能。Phosphorene是一种超薄的二维（2-D）材料，具有直接带隙，适用于TFT应用。我们的模拟结果表明，磷烯TFTs表现出低于60 mV/dec的亚阈值斜率（SS）和宽范围的导通电流取决于输运方向，由于磷烯的高度各向异性能带结构。通过与单层MoTe 2 TFR 4的基准测试，我们预测磷烯TFR 4在小有效质量方向上取向可以在相同的导通电流/截止电流比下产生比单层MoTe 2 TFR 4大得多的导通电流。还观察到，需要栅极下重叠结构来在小有效质量方向上按比例缩小磷烯TFm，以抑制源极到漏极的直接隧穿漏电流。
2015-02-14 cond-mat.mes-hall
Anisotropic charge density wave in electron-hole double monolayers: Applied to phosphorene
本文研究了在由六方氮化硼绝缘层隔开的两个电子空穴耦合单层膜系统中出现不均匀电荷密度波相位的可能性。电荷密度波状态是通过假设电子/空穴气体在电子和空穴层之间的库仑拖曳配置的负压缩性诱导的。在平衡条件下，我们推导出沿锯齿形和扶手椅方向的密度振荡的解析表达式。我们发现，密度调制不仅依赖于压缩性的符号，而且还依赖于低能带的各向异性。我们的结果适用于任何具有各向异性抛物带的二维系统，其特征在于不同的有效质量。对于相等的有效质量，即，各向同性能带，我们的结果同意Hrolak等人。[1]的文件。我们的数值结果适用于磷烯。
2018-11-29 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Electronic, transport and optical properties of monolayer $α$ and $β-$GeSe: A first-principles study
黑色磷烯的特殊性质和新颖的应用引起了人们对IV族单硫族化合物的研究兴趣。在这里，使用第一性原理计算，我们系统地研究单层$α-$和$β-$ GeSe的电子，传输和光学性质，后者是最近实验实现的。结果表明，单层$α-$ GeSe是直接带隙为1.6 eV的半导体，单层$β-$ GeSe是间接带隙为2.47 eV的半导体.对于单层$β-$ GeSe，电子/空穴传输是各向异性的，具有沿Z字形方向的7.84 $\times10^4$ $cm^2/V\cdot {s}$的极高电子迁移率，与黑色磷烯相当。此外，对于$β-$ GeSe，观察到几乎与沿Z字形方向施加的拉伸应变无关的鲁棒带隙。单层$α-$和$β-$ GeSe在可见光谱中都表现出各向异性的光吸收。
2017-04-11 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Thermoelectricity of Tin Selenide Monolayers Across a Structural Phase Transition
SnSe单分子膜经历由振动模式软化沉淀的温度诱导的二维Pnm 2 $_1 \to$ P4/nmm结构转变。热电的标准理论处理依赖于零温度声子色散和零温度电子结构，不能描述由结构转变引起的热电现象。依赖于从{ \em ab initio}分子动力学计算得到的结构数据，该计算以非标准的方式用于通知电子和振动输运系数，本工作建立了一个通用的路线来理解跨相变的热电性。类似于最近的实验观察，指出高估热电优值$ZT$过去的转变温度，我们的工作表明一个较小的$ZT$相比，其值预测的标准范例。它的降低与结构转变过程中电导率和晶格热导率的急剧变化有关。虽然以SnSe单层为例，但该方法没有任何关于维度的内置假设，因此适用于一维，二维和三维的任意热电材料。
2020-10-12 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
Spin-orbit coupling effects in single-layer phosphorene
本文利用多轨道紧束缚模型推导有效 k.p 哈密顿量，系统研究了单层磷烯在 Γ 点和 S 点的 Rashba 与内禀自旋轨道耦合效应，并给出相关参数解析表达式，为后续电子与自旋输运研究提供基础。
2024-08-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Landau levels and magneto-transport property of monolayer phosphorene
在有效的\textbf{\emph{k$\cdot$p}}哈密顿量和紧束缚模型的框架下，对磷烯在垂直磁场下的朗道能级和磁输运性质进行了理论研究.在低场区，我们发现LL指数$n$和磁场$B$都与LL指数线性相关，这与传统的半导体二维电子气的情况类似。导带和价带的朗道劈裂不同，由于各向异性的有效质量不同，对应于各向异性层的波函数也不同。通过求解解耦的哈密顿量，得到了低能区激光限幅的解析表达式，与数值计算结果吻合较好。在高磁区，利用TB模型得到了自相似的Hofstadter蝶形谱。在宽的磁场范围内，HB谱与用有效\textbf{\emph{k$\cdot$p}}理论计算的朗道能级扇一致。我们发现，由于各向异性的跳跃参数的磷烯纳米取向的LL强烈依赖于带状取向。霍尔和纵向电导（电阻）清楚地揭示了LL的结构。
2015-04-24 cond-mat.mes-hall
The overlooked role of band-gap parameter in characterization of Landau levels in a gapped phase semi-Dirac system: the monolayer phosphorene case
二维带隙半狄拉克（GSD）材料是指具有有限带隙的系统，其载流子在一个方向上表现出相对论行为，而在另一个方向上表现出薛定谔行为。在目前的工作中，我们表明，除了两个众所周知的能带功能（曲率和手征），带隙参数也发挥了至关重要的作用，在指数和磁场依赖的朗道能级（LLS）在GSD系统。我们以单层磷烯作为GSD的代表性例子，明确地提供物理的见解，这个参数在确定的指数和磁场依赖性的LLS的作用。我们推导出一个有效的一维薛定谔方程的载流子在一个垂直的磁场的存在下，并认为，其有效电位的形式显然是敏感的无量纲的带隙，是可调的结构参数。这个有效间隙的理论大小及其与椭圆形$k$ -空间回旋加速器轨道的相互作用解决了在确定原始单层磷烯中的量子霍尔效应的类型时似乎存在的矛盾。我们的研究结果有力地证实了在这种GSD材料中，LLS对磁场的依赖性与传统的二维半导体电子气一样，直到非常高的场域。利用应变诱导能隙修正方案，我们证明了LLS的场依赖性不断演化为$B^{2/3}$行为，这对无带隙的半狄拉克系统是成立的。带隙参数的突出作用可能会影响GSD材料的物理性质中的带各向异性的后果，包括磁输运、光学电导率、介电函数和热电性能。
2022-11-09 cond-mat.mes-hall
High thermoelectric efficiency in monolayer PbI$_2$ from 300 K to 900 K
利用第一性原理方法，发现单层PbI $_2$在热电应用中具有很大的潜力。应用线性玻尔兹曼输运方程得到了不同散射机制对电子分布的扰动。在低载流子浓度下，迁移率主要受与长波长声振动的变形势相互作用的限制。在高浓度下，电离杂质散射变得更强。在不同的温度和载流子浓度范围内的电导率和塞贝克系数的准确计算。PbI $_2$的晶格热导率在300 K时为0.065 W/mK，是其他二维热电材料中最低的。这种超低的热导率归因于大的原子质量、弱的原子间键合、强的非谐性和其中绝大多数热量被捕获的局部振动。这些电学和声子输运性质使得p型和n型掺杂在300 K至900 K之间的热电优值都超过1。在900 K时，当电子浓度为1.9 $\times$ × 10 $^{12}$ cm $^{-2}$时，$zT$达到最大值4.9。我们的工作表明，在单层PbI $_2$，它可以集成到现有的光伏器件的热电能量转换效率非常好。
2019-03-01 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Cross-plane enhanced thermoelectricity and phonon suppression in graphene/MoS2 van der Waals heterostructures
原始的二维材料的热电优值被预测为显着小于单位，使它们作为热电材料没有竞争力。在这里，我们阐明了一种新的策略，通过创建两种不同材料的多层纳米带，并允许热和电流垂直于它们的平面流动，克服了这一限制。为了证明热电效率ZT的这种增强，我们分析了夹在两个石墨烯单层之间的单层二硫化钼（MoS 2）的热电性能，并证明了与原始母体材料相比，交叉平面（CP）ZT显著增强。对于MoS 2的母体单层，我们发现ZT可以高达约0.3，而单层石墨烯具有可忽略不计的小ZT。相比之下，对于石墨烯/MoS 2/石墨烯异质结构，我们发现CP ZT可以大到2.8。对这种增强的一个贡献是与母体材料相比，范德华异质结构的热导率降低，这是由MoS 2/石墨烯界面处的边界散射的组合引起的，该边界散射抑制了声子传输和单层MoS 2的较低德拜频率，该德拜频率从单层石墨烯过滤声子。第二个贡献是在纳米带的边缘处与钼原子相关联的电导和塞贝克系数的增加。
2016-11-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Mechanical, optical, and thermoelectric properties of semiconducting ZnIn2X4 (X= S, Se, Te) monolayers
ZnIn 2X 4单层的机械稳定性。ZnIn 2S 4和ZnIn 2Se 4是直接带隙分别为3.94和2.77 eV的半导体，而ZnIn 2 Te 4在G 0 W 0能级处显示出1.84 eV的间接带隙。从Bethe-Salpeter方程的解决方案实现的光学性质预测的ZnIn 2S 4，ZnIn 2Se 4，和ZnIn 2 Te 4单层的激子结合能分别为0.51，0.41，和0.34 eV，这表明高稳定性的激子状态对热解离。使用机器学习原子间势加速的玻尔兹曼输运方程的迭代解，ZnIn 2S 4，ZnIn 2Se 4和ZnIn 2 Te 4单层的室温晶格热导率预测分别为5.8，2.0和0.4 W/mK。由于低的晶格热导率，高的热电势，和大的品质因数，我们提出的ZnIn 2Se 4和ZnIn 2 Te 4单层作为有前途的候选人的热电能量转换系统。这项研究提供了一个广泛的视野有关的内在物理性质的ZnIn 2X 4纳米片，并强调其特性的能量转换和光电子应用。
2022-02-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Designing graphene/hexagonal boron nitride superlattice monolayer with high thermoelectric performance
我们设计了一种石墨烯/六方氮化硼超晶格杂化单层膜，并利用密度泛函理论和Boltzmann输运方程研究了其热电性能，其中弛豫时间通过电子-声子耦合计算得到精确处理.与原始石墨烯相比，超晶格结构的晶格热导率降低了两个数量级以上，这是由于混合键特性引起的增强的三声子散射过程。此外，费米能级附近轻重带的共存导致了Z字形方向上的高功率因数，在1100 K时n型系统的ZT值最高可达~2.5.此外，应注意，价带最小值附近的载流子输运几乎完全由超晶格的石墨烯部分贡献。结果表明，适当的磷取代氮原子可以使p型系统的热电性能提高到与n型系统相当，这可以抑制晶格热导率，但对空穴输运几乎没有影响。
2019-05-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
New ground states of fluorinated and oxidized phosphorene: structural and electronic properties
我们系统地探讨了单层黑色磷烯通过氧和氟原子的化学吸附的化学功能化。利用团簇展开技术，随着吸附质浓度的变化，我们确定了具有新颖的化学和电子性质的基态，同时考虑了单面和双面化学吸附。带隙的性质取决于吸附物的浓度：对于氧化，直接带隙首先减小，然后随着氧化的增加而增加，同时变得间接，而对于氧化，带隙首先增加，然后减小，同时大部分保持其直接性质。此外，我们发现电子和空穴的独特各向异性自由载流子有效质量可以通过受控的化学吸附而改变甚至旋转90度，这对于探索不寻常的量子霍尔效应和新型电子器件非常有用基于磷烯的器件。
2016-03-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Bilayer Phosphorene: Effect of Stacking Order on Bandgap and its Potential Applications in Thin-Film Solar Cells
Phosphorene是一种单层的黑磷，它不仅是一种天然的p型半导体，而且具有与层数相关的直接带隙（0.3 eV~1.5 eV），因此在纳米电子领域具有广阔的应用前景。基于密度泛函理论计算，我们研究了具有不同堆积级的双层磷烯的电子性质。我们发现，直接带隙的双层可以从0.78 - 1.04 eV的三个不同的堆叠顺序。此外，垂直电场可以进一步将带隙减小到0.56 eV（在场强0.5 V/V）。更重要的是，我们发现当MoS_2单层与p型AA-或AB-堆叠的双层磷烯叠加时，组合的三层可以是具有II型异质结取向的有效太阳能电池材料。预测AA-或AB-堆叠的双层磷烯的功率转换效率为~18%或16%，高于现有技术的三层石墨烯/过渡金属二硫属化物太阳能电池的报道效率。
2014-03-24 cond-mat.mes-hall
Thermal Transport and Application Reassessment of ThSi$_2$N$_4$ Monolayer: From FET Channel to Thermoelectric Material
本研究通过非平衡蒙特卡罗模拟发现ThSi$_2$N$_4$单层因高最高温度不适合作为FET沟道，但能产生显著温度梯度，适合用作热电材料。
2025-07-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Group-IV monochalcogenide monolayers: two-dimensional ferroelectrics with weak intra-layer bonds and a phosphorene-like monolayer dissociation energy
我们进行了密度泛函理论计算与自洽范德华校正的交换相关（XC）泛函捕获的结构的黑磷和12个单硫族化合物单层，并发现以下结果：（a）在平面内的单位电池改变其面积从散装到单层。面内距离的变化意味着比共价键或离子键弱的键在单分子膜本身内起作用。这一观察结果与临界温度$T_c$的预测有关。(b)存在唯一地定义基态铁电晶胞（以及正方形和矩形顺电晶胞）的独立参数的层级：仅需要5个可优化参数来建立铁电基态晶胞的晶胞矢量和四个基矢量，而正方形和矩形顺电结构分别仅由3个或2个独立可优化变量定义。(c)当与正方形顺电结构的弹性能垒相比时，独立结构变量的数量减少与矩形顺电晶胞上的较大弹性能垒相关。这意味着在保持晶格参数固定（例如，使用NVT系综）的结构上获得的$T_c$应该大于在允许改变面内晶格矢量（例如，使用NPT系综）的结构上的转变温度。(d)这些材料的离解能（体裂解能）类似于剥离石墨和MoS $_2$所需的能量。(e)正方顺电晶胞的晶格参数与矩形铁电基态晶胞的晶格参数之间存在线性关系。这些结果突出了这些新颖的二维铁电体的微妙的原子结构。
2019-11-25 cond-mat.mes-hall
Strain-Induced Tuning of Third-Harmonic Generation in Monolayer Black Phosphorene
University of Science and Technology Beijing（北京科技大学）；Changchun Institute of Optics, Fine Mechanics and Physics, Chinese Academy of Sciences（中国科学院长春光学精密机械与物理研究所）；Zhengzhou University（郑州大学）
基于紧束缚模型和半导体布洛赫方程，揭示了应变工程调控单层黑磷烯三次谐波产生的微观机制，发现面内压缩和面外拉伸应变增强THG并导致红移，而面内拉伸和面外压缩则抑制THG并导致蓝移，调谐效率遵循z>y>x顺序。
2026-06-08 cond-mat.mes-hall
Tunable thermoelectricity in monolayers of MoS$_{2}$ and other group-VI dichalcogenides
本文研究了MoS $_{2}$和其他VI族二硫属化合物单分子膜在圆偏振非共振光下的热电性质。解析表达式推导的Berry相位介导的磁矩，轨道磁化，以及热和能斯特电导率。通过{ \it非共振}光调谐带隙增强了价带和导带中的自旋分裂，因此导致自旋和谷热电性质的显著改善。
2015-04-18 cond-mat.mes-hall
