Exciton-plasmaritons in graphene-semiconductor structures
我们研究了单层电荷掺杂石墨烯中的等离子体激元与由势垒与石墨烯隔开的窄禁带半导体量子阱中的激子之间的强耦合。我们表明，激子和等离子体激元之间的库仑相互作用的结果在混合状态描述的哈密顿量类似的激子极化激元，并推导出激子等离子体激元耦合常数依赖于系统参数。我们数值计算了几种半导体材料激子-等离子体激子色散支的拉比分裂，发现它可以达到50 - 100 meV的值。
2014-08-03 cond-mat.mes-hall
Thermal transport in semiconductor nanostructures, graphene and related two-dimensional materials
我们回顾了半导体纳米结构（多层薄膜，核/壳和分段纳米线），单层和少层石墨烯，六方氮化硼，二硫化钼和黑磷的热输运的实验和理论结果。声子工程优化的电和热传导的不同可能性进行了讨论。揭示了声子能谱修正对半导体纳米结构热导率的影响。分析了石墨烯及相关二维材料的热导率与温度、薄片尺寸、缺陷浓度、边缘粗糙度和应变的关系。
2018-03-14 cond-mat.mes-hall
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
Thermodynamic properties of a magnetically modulated graphene
本文报道了在恒定垂直磁场作用下，磁调制对石墨烯单分子层热力学性质的影响。一维空间电或磁调制使朗道能级简并度升高，转变为能带，其带宽随磁场振荡，导致热力学性质出现Weiss型振荡。研究了磁调制对石墨烯片热力学性质的影响，并与电调制石墨烯和磁调制常规二维电子气（2DEG）进行了比较。我们观察到Weiss型和de Haas-van Alphen（dHvA）振荡在低和高磁场，分别。磁调制石墨烯与电调制石墨烯相比，在热力学量的Weiss型振荡中存在确定的相位差。另一方面，当与磁调制2DEG相比时，相位保持相同并且振荡的幅度大。给出了态密度和Helmholtz自由能的显式渐近表达式，定性地理解了Weiss型振荡的相位和振幅。我们还研究了热力学性质时，电和磁调制。当调制为异相时，Weiss型振荡仍然存在。
2011-09-12 cond-mat.mes-hall quant-ph
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
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
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
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
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
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-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
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
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
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
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
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
Zitterbewegung (trembling motion) of electrons in semiconductors: a Review
本文综述了半导体中电子的颤动运动（ZB）的最新研究。简要介绍了这一课题的历史，讨论了半相对论和自旋系统中的抖动运动，并强调了它的主要特征。详细阐述了单层和双层石墨烯以及碳纳米管中载流子的Zitterbewegung。以单层石墨烯为例，描述了外加磁场对ZB的影响。解释了晶体中电子ZB的性质。我们还回顾了在真空和半导体中的抖动运动的各种模拟，并提到在声波和光子周期结构中的ZB波现象。本文试图引用关于这一主题的所有相关文献。
2011-01-03 cond-mat.mes-hall quant-ph
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
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
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
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
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
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
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
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
Thermodynamic Properties of electrically modulated monolayer Graphene
对垂直磁场B作用下的电调制单层石墨烯的热力学性质进行了理论研究，旨在确定调制诱导效应对电调制石墨烯热力学性质的影响，并将所得结果与传统的二维电子气的结果进行了比较.由于电调制而产生的一维周期势提升了朗道能级的简并度，并将它们转换成宽度随B振荡的能带。我们发现Weiss型振荡的小值的B和dHvA型振荡在较大值的值$B$。我们发现，与传统的2DEG系统相比，在石墨烯中，调制诱导的热力学性质的影响增强，阻尼较小。
2008-04-21 cond-mat.mes-hall
Thermodynamic properties of the electron gas in multilayer graphene in the presence of a perpendicular magnetic field
多层石墨烯中电子气的热力学性质强烈依赖于层数和堆叠类型。在这里，我们分析了当我们改变菱面体堆叠的多层石墨烯的层数时，这些属性是如何变化的，并将我们的结果与传统的二维电子气的结果进行了比较。我们表明，高度简并的零能朗道能级，其中部分充满电子，部分与空穴有很强的影响，不同的热力学量的值。
2014-01-06 cond-mat.mes-hall
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
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
A gate-tunable graphene Josephson parametric amplifier
超导量子线路具有大量的基本量子元件，为微波量子光学的巨大进步做出了贡献。在这些元件中，量子限制参量放大器已被证明对于能量范围固有地低（数十个$μ$ eV）的量子系统的低噪声读出是必不可少的。它们还用于产生光的非经典状态，这些状态可以成为量子增强探测的资源。超导参量放大器，如量子比特，通常利用约瑟夫森结作为磁可调谐和无耗散非线性的源。近年来，已经努力引入半导体弱连接作为电可调谐非线性元件，其中示范了使用半导体纳米线、二维电子气、碳纳米管和石墨烯的微波谐振器和量子比特。然而，考虑到平衡非线性、耗散、参与和能量尺度的挑战，参量放大器尚未采用半导体薄弱环节实现。在这里，我们展示了一个参数放大器利用石墨烯约瑟夫森结，并表明其工作频率是广泛的可调与栅极电压。我们报告增益超过20分贝和噪声性能接近标准量子极限。我们的研究结果完善了电调谐超导量子线路的工具集，并为量子计算，量子传感和基础科学等量子技术的发展提供了新的机会。
2022-04-05 cond-mat.mes-hall quant-ph
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
Thermodynamic Properties of Graphene in Magnetic Field and Rashba Coupling
研究了石墨烯中无质量狄拉克费米子在均匀磁场$B$和Rashba耦合参数$λ_R$作用下的热力学性质.采用基于zeta函数的方法得到了高温区的Helmholtz自由能、总能量、熵和热容等热力学函数。通过考虑与$λ_R$小于或大于$B$相关的两种情况，对这些函数进行数值检验。特别是，我们证明了杜隆-珀蒂定律在这两种情况下都得到了验证。
2019-03-16 cond-mat.mes-hall math-ph math.MP
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
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
Two-Dimensional Wide-Band-Gap II-V Semiconductors with a Dilated Graphene-like Structure
自从石墨烯出现以来，二维（2D）材料变得非常有吸引力，并且人们越来越有兴趣探索石墨烯之外的新2D。在这里，通过密度泛函理论（DFT）计算，我们预测的二维宽带隙II-V族半导体材料的M $_3$ X $_2$（M = Zn，Cd和X = N，P，As）具有膨胀的石墨烯样蜂窝结构。其结构特征是V族X原子形成两个X原子平面，对称地横跨中心IIB族M原子平面。2D Zn $_3$ N $_2$、Zn $_3$ P $_2$、和Zn $_3$ As $_2$显示分别具有2.87、3.81和3.55 eV的直接带隙，和2D Cd $_3$ N $_2$，Cd $_3$ P $_2$，和Cd $_3$ As $_2$表现出2.74，3.51，和3.29eV。六种二维材料中的每一种都显示出具有低至$0.03\sim 0.05$ $m_0$的有效载流子（空穴或电子）质量。这些二维材料的结构稳定性和实验实现的可行性已被显示在DFT声子谱和总能量与相关现有的块体材料的比较。在实验方面，在各种有机材料中已经有许多类似的Zn和其他过渡金属的二配位结构，这可以被认为支持我们的DFT预测。因此，这些2D半导体可以丰富2D电子材料家族，并且可能具有实现新型晶体管和光电子器件的有希望的潜力。
2016-07-06 cond-mat.mes-hall
Production of Spin-Semiconducting Zigzag Graphene Nanoribbons by Constructing Asymmetric Notch on Graphene Edges
采用第一性原理密度泛函理论研究了锯齿形石墨烯纳米带的电子和磁性.研究发现，非对称缺口石墨烯纳米带的电磁性质与缺口深度密切相关，而与缺口长度的关系不大.随着凹口相对深度的增加，自旋上升和自旋下降的能级发生了很大的位移，伴随着磁动量的逐渐增加。不对称带移允许不对称切口的石墨烯纳米带成为自旋电子半导体，通过该自旋电子半导体，可以通过掺杂B或N原子来获得N型或P型自旋半导体。
2015-08-13 cond-mat.mes-hall
A Two-Dimensional Carbon Semiconductor
我们发现，图案化的缺陷可以用来破坏石墨烯的亚晶格对称性，从而打开带隙。这种修饰石墨烯电子结构的方式不依赖于外部机构、新元素的添加或特殊边界。该方法是用来预测一个平面，低能量，石墨烯同素异形体的带隙为1.2 eV。这种缺陷工程也允许在石墨烯内制造碳的半导体带。缺陷的线性排列导致石墨烯中半导体材料的自然嵌入带，提供了完全由碳组成的二维电路逻辑的前景。
2010-09-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
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
Filtering the photoluminescence spectra of atomically thin semiconductors with graphene
由过渡金属二硫属化合物（TMD）制成的原子薄半导体是研究强光-物质相互作用的模型系统，并在纳米光子学、光电子学和谷电子学中应用。然而，TMD单分子层的光致发光光谱显示出大量的特征，这些特征特别具有挑战性。在实践层面上，基于单色TMD的发射器将有利于低维器件，但这一挑战尚未得到解决。在这里，我们表明，石墨烯，直接堆叠到TMD单层，使单一和窄线光致发光所产生的TMD中性激子。这种过滤效应源于TMD被石墨烯完全中和，并结合长寿命激子物质到石墨烯的选择性非辐射转移。我们的方法被应用到四个钨和钕基TMD，并建立TMD/石墨烯异质结构作为一组独特的光电构建块，适合于电致发光系统发射可见光和近红外光子在近太赫兹率与线宽接近寿命极限。
2020-11-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci 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
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
Parallel transport and layer-resolved thermodynamic measurements in twisted bilayer graphene
我们采用双栅30°扭曲的双层石墨烯来展示同时超高的迁移率和电导率（在室温下高达40 mS），这在单层石墨烯中是无法实现的。我们发现定量协议与两个原始石墨烯片之间的平行传导的一个简单的现象学，与栅极控制的载流子分布。基于平行输运机制，我们介绍了一种原位测量两层化学势的方法。这种扭曲使能的方法既不需要介电间隔物，也不需要单独的接触，具有极大地简化高电流感兴趣的石墨烯基系统中的热力学量的测量的潜力。
2022-01-11 cond-mat.mes-hall
A thermodynamic probe of the topological phase transition in epitaxial graphene based Floquet topological insulator
人们可以使用光来调整某些材料，从平凡到拓扑相。被分类为Floquet拓扑绝缘体（FTI）的这种材料的主要示例是外延石墨烯。本文通过量子Otto热机和量子Stirling热机的效率和功输出来探讨FTI的拓扑相变。效率或功输出的最大值/最小值总是表示相变点。此外，这两种引擎的工作输出和效率对于光的偏振方向是显著鲁棒的。
2021-11-05 cond-mat.mes-hall physics.app-ph quant-ph
Thermodynamic properties of tunneling quasiparticles in graphene-based structures
研究了石墨烯基结构中准粒子的热力学性质。两个石墨烯超导层（一个超导组件放置在顶层石墨烯结构上，另一个组件放置在底部）由氧化物介电层隔开，中间是一个正常的石墨烯层。由于外栅电压的作用，产生了准粒子流，我们把它看作是不同层的电子-空穴对组成的气体。这是一个惊人的结果，鉴于这些系统的复杂性：我们已经建立了比热表现出普遍的（-T3）行为在低T，独立于栅极电压和超导能隙。对这一理论预测的实验观察将是我们理解临界无质量物质的重要一步。
2011-06-30 cond-mat.mes-hall
