Extraordinary Photoluminescence and Strong Temperature/Angle-Dependent Raman Responses in Few-Layer Phosphorene
磷烯是二维材料家族中的一个新成员。我们观察到强烈的和高度层依赖的光致发光在少层磷烯（2至5层）。实验结果证实了理论预言的少层磷烯具有直接的、层敏感的带隙。我们还证明了少层磷烯在拉曼散射中比石墨烯和MoS 2对温度调制更敏感。少层磷烯的各向异性拉曼响应使我们能够使用光学方法快速确定晶体取向，而无需隧道电子显微镜（TEM）或扫描隧道显微镜（STM）。我们的结果提供了有关少层磷烯的能带结构和激子性质的实验信息。
2014-09-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Effect of electron-irradiation on layered quantum materials
迈向量子时代的技术进步需要安全通信、量子计算和超灵敏传感能力。层状量子材料（LQM）具有显著的光电和量子特性，可以将我们带入量子时代。电子显微镜是在原子和纳米尺度上测量这些LQM的首选工具。另一方面，LQM的电子辐照可以改变各种材料特性，包括结构缺陷的产生。我们回顾不同类型的结构缺陷，以及电子弹性和非弹性散射诱导的过程。控制修改的光电和量子特性的LQM使用电子辐照，包括创建单光子发射器进行了讨论。鼓励通过其他层状材料封装来保护电子辐照引起的LQM损伤。我们最后给出了挑战和机遇的见解，包括使用电子束创建新的结构。
2021-03-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Layer breathing Raman mode in two-dimensional van der Waals material $\mathrm{Cr_2Ge_2Te_6}$
本研究利用拉曼光谱观测少层铁磁半导体$\mathrm{Cr_2Ge_2Te_6}$的层呼吸模式，结合群论分析与线性链模型拟合，定量提取层间力常数以表征其层间范德华耦合强度。
2025-11-14 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Experimentally Measured Field Effect Mobilities for Few Layer van der Waals Materials
2015年期间对二维材料MoS2、MoSe2、MoTe2、WS2、WSe2和黑磷的实验测量迁移率值进行了文献调查。
2018-10-17 cond-mat.mtrl-sci
One-dimensional electron gas in strained lateral heterostructures of single layer materials
电子气沿着其中一个空间方向的限制为沿着许多实际电子应用的侧面研究量子输运的基本原理开辟了一条途径，高电子迁移率晶体管就是一个突出的例子。具有不同电子极化的两种材料的异质结可用于导电通道的工程设计。将这个概念扩展到单层材料导致一维电子气（1DEG）。MoS 2/WS 2横向异质结构被用作实现1DEG的原型。电子极化的不连续性是通过应变的异质结，利用在MoS 2和WS 2之间的压电耦合的差异。提出了一个完整的理论，描述了二维材料的横向异质结中的诱导电场分布，并通过第一性原理计算进行了验证。
2017-03-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Growth and Properties of Dislocated Two-dimensional Layered Materials
二维层状位错材料近年来引起了人们的广泛关注。特别地，螺旋位错可以导致层状材料中的螺旋拓扑结构和层间扭曲，显著影响层的堆叠顺序和对称性。此外，具有大应变和严重畸变的原子配准的位错可以导致位错周围结构的局部修改。因此，位错提供了一个有用的途径，工程的光学，电学，热学，机械和催化性能的二维层状材料，这显示出巨大的潜力，带来新的功能。本文综述了位错二维层状材料的生长和性能的实验和理论研究进展。最后，对这一领域的未来工作进行了展望。
2020-08-25 cond-mat.mtrl-sci
Intrinsic magnetic topological insulators in van der Waals layered MnBi$_2$Te$_4$-family materials
磁性与拓扑学的相互作用是凝聚态物理和材料科学的重要研究课题，它为探索量子反常霍尔效应、轴子电动力学和马约拉纳费米子等新兴物理提供了巨大的机会。然而，由于缺乏合适的工作材料，这些奇异的物理效应在实验中很少实现。在这里，我们预测，范德华层状MnBi $_2$ Te $_4$ -家庭材料显示二维（2D）铁磁性在单层和三维（3D）$A$型反铁磁性在块体，这可以作为一个新一代的材料平台，为国家的最先进的研究。值得注意的是，我们预测非常丰富的拓扑量子效应与突出的功能，在实验可用的材料MnBi $_2$ Te $_4$，包括3D反铁磁拓扑绝缘体与长期寻求的拓扑轴子状态，II型磁性Weyl半金属（WSM）与简单的一对Weyl点，和高温本征QAH效应。这些惊人的预测，如果实验证明，可能会深刻地改变拓扑量子物理学的未来研究和技术。
2018-08-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
LayerOptics: Microscopic modeling of optical coefficients in layered materials
理论光谱学是描述和预测材料光学性质的有力工具。虽然现在常规地执行，第一性原理计算仅提供笛卡尔坐标中的体介电张量。这些输出很难与实验数据相比较，实验数据通常由宏观量给出，主要取决于实验室设置。对于各向异性材料，甚至可能出现更严重的差异，例如，有机晶体，其中介电张量的非对角元素可以显著地贡献于光谱特征。在这里，我们提出了LayerOptics，一个通用的和用户友好的实现，基于各向异性材料的麦克斯韦方程组的解决方案，计算各向异性层状材料的光学系数。我们将此工具用于后处理分子材料的全介电张量，包括激子效应，如使用激发代码从多体微扰理论计算的。对于典型的例子，范围从光学到X射线的频率，我们展示了准确的从头算方法相结合，以获得介电张量的重要性，与麦克斯韦方程组的解决方案，计算光学系数占光学各向异性的分层系统。良好的协议与实验数据支持我们的方法的潜力，在复杂材料的光谱特性实现微观理解。
2015-10-12 cond-mat.mtrl-sci
Rehabilitation of PBE-GGA for Layered Materials
层状材料的结构和能量性质对交换关联的半局域近似的密度泛函理论提出了挑战。通过结合最广泛使用的半局部广义梯度近似（GGA），Perdew-Burke-Ernzerhof（PBE），与修订的Vydrov-Van Voorhis非局部相关泛函（rVV 10），28层材料的优异的结构和能量特性都恢复了明智的参数选择。我们将所得泛函称为PBE+ rVV 10 L，其中“L”表示层状材料。这种组合并不新鲜，只涉及重新调整一个单一的整体参数，但由此产生的卓越建议，这种修正的PBE的层状材料的理论研究的许多方面。为了比较，我们还提出了PBE+ rVV 10的结果，其中参数是由22分子之间的相互作用能。
2016-12-12 cond-mat.mtrl-sci
Substrate pre-sputtering for layer-by-layer van der Waals epitaxy of 2D materials
SUPA, School of Physics and Astronomy, University of St Andrews（圣安德鲁斯大学物理与天文学学院）；STFC Central Laser Facility, Research Complex at Harwell（STFC哈韦尔研究综合体中央激光设施）
针对二维过渡金属硫族化合物 MBE 逐层生长难题，本文提出低能惰性气体等离子体衬底预溅射方法，以增强成核并实现可调的逐层范德华外延。
2025-06-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
A Density Functional Theory Calculations-Based Approach that Predicts Layered Materials with Emergent Structures
最近的工作表明，密度泛函理论计算准确地描述了表现出无公度组分层之间的乱层无序的材料。这些计算将其中一种组分近似为另一种组分的连续层之间的有限岛。这种岛近似允许对交错层之间的所有相对角度进行同等处理，并且它消除了与两个层相称的单位单元的要求。这里提出的工作使用这种近似来寻找新的层状材料，表现出乱层无序和磁结构。在第一应用中，该方法找到最近合成的SnSe $_2$ -VSe $_2$系统。该方法预测了一个稳定的Fe $_3$ Ge-VSe $_2$结构和多个稳定的结构，交错Mn $_x$ Se $_y$层与VSe $_2$层。这些Mn $_x$ Se $_y$层表现出涌现的结构和稳定性。
2016-11-22 cond-mat.mtrl-sci
Ionic vs. van der Waals Layered Materials: Identification and Comparison of Elastic Anisotropy
在这项工作中，我们扩展了已知的层状化合物，包括离子层状材料，这是众所周知的超导，热电和电池应用。我们专注于ICSD中已知的三元化合物，通过扩展我们之前开发的用于识别范德华（vdW）分层结构的算法来筛选离子分层结构，从而识别了1，500多种离子分层化合物。由于VDW层状结构可以化学突变，形成离子层状结构，我们已经开发出一种方法，在结构上连接二元VDW三元离子层状材料。我们进行了深入的分析，这两类分层系统之间的相似性和差异，并评估层的几何形状和粘结强度之间的相互作用与弹性各向异性的研究。我们观察到了丰富多样的各向异性行为，其中分层方向本身并不是弹性各向异性的简单预测因子。我们的研究结果使发现新的层状材料，通过插入或脱嵌的vdW或离子层状系统，分别，以及奠定了基础，各向异性传输现象的研究，如声音传播或晶格热导率。
2018-05-26 cond-mat.mtrl-sci
Discovery of Hidden Classes of Layered Electrides by Extensive High-throughput Materials Screening
尽管它们具有非凡的特性，但它们仍然是一种相对未开发的材料，只有少数化合物通过实验生长。特别是对于层状结构的Ca 2N，目前的研究主要集中在几种层间二维阴离子电子结构相似的Ca 2N的同构上。仍然缺少对不同层次的生物多样性的广泛筛选。在这里，通过筛选材料与负离子电子的结构在材料项目，我们发现12个现有的材料作为新的层状晶体。值得注意的是，这些层状晶体表现出与Ca 2N完全不同的性质。例如，不寻常的完全自旋极化的零维（0 D）阴离子电子显示在金属卤化物与MoS 2-like结构;独特的一维（1D）阴离子电子被限制在准一维结构的管;磁性和非磁性阴离子电子的共存被发现在ZrCl-like结构和一个新的三元Ba 2LiN与0 D和1D阴离子电子。这些材料不仅显着增加了实验合成的层状晶体的池，而且有希望被剥离成先进的2D材料。
2019-01-16 cond-mat.mtrl-sci
Mixed-Stacking Few-Layer Graphene as an Elemental Weak Ferroelectric Material
本文发现少层石墨烯可通过层间滑动实现可切换的面外电极化，并提出混合堆叠四层、含孪晶界的菱方石墨膜及小角度扭转少层石墨烯中的畴网络均可承载这种元素性弱铁电性。
2023-05-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Refractive uses of layered and two-dimensional materials for integrated photonics
科学界已经见证了对分层（即二维，2D）材料的研究的巨大扩展，最近越来越多地关注光子学的应用。层状材料对于在光子集成电路的受限几何结构中操纵光特别令人兴奋，其中关键材料特性包括强且可控的光-物质相互作用以及有限的光学损耗。层状材料具有可调的光学特性，相位是有前途的电光学，和一个多晶型物，建议一个丰富的设计空间的高度非微扰的光子集成器件的基础上相变功能。所有这些特征在带隙高于光子学相关的近红外（NIR）光谱带（$\sim$ 0.5 - 1 eV）的材料中是明显的，这意味着它们可以在折射（即非吸收）应用中被利用。
2020-10-30 cond-mat.mtrl-sci
In-situ scanning tunneling microscopy observation of thickness-dependent air-sensitive layered materials and heterodevices
准二维（Quasi-2D）范德华（vdW）材料由于其强的层内键合和弱的层间vdW相互作用而可以机械或化学剥离成单层。由于这种独特的性质，人们经常可以从这些准2D vdW材料中发现奇异的厚度依赖性电子性质，这可能导致带隙开放，出现超导性，或随着厚度的减小而增强的电荷密度波。表面敏感扫描隧道显微镜（STM）可以在真实空间中以原子级精度直接观察这种层状材料的结构和电子特性。然而，这是非常具有挑战性的，以保持空气敏感准二维材料的制备和测量之间的本征表面。此外，剥离后的vdW 2D晶体由于其小尺寸（< 10 μm）而极难用典型的STM装置进行探索。在这里，我们提出了一种与具有光学访问的任何STM设置兼容的简单方法：（1）在手套箱中剥离和/或堆叠分层材料，（2）使用手提箱将它们转移到超高真空STM室而不暴露于空气，以及（3）导航表面以定位具有不同厚度的剥离的vdW 2D薄片。我们成功地证明了空气敏感的Fe $_3$ GeTe $_2$的清洁表面可以有效地防止在转移过程中不必要的氧化。此外，我们的方法提供了一种简单但有用的方法来访问一个特定的微小堆叠的分层材料，而无需任何非原位制造过程的STM导航。我们的实验改进将开辟一个新的途径，通过表面敏感技术，包括STM研究空气敏感的层状VDW材料与不同的厚度。
2022-12-23 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Topology-Scaling Identification of Layered Solids and Stable Exfoliated 2D Materials
材料项目晶体结构数据库已被搜索的材料拥有分层图案在其晶体结构中使用拓扑缩放算法。该算法识别和测量结构的晶胞中键合的原子团簇的尺寸，并确定它们随晶胞尺寸的缩放。该搜索产生了826个稳定的层状材料，这些材料被认为是通过剥离形成二维单层的候选材料。密度泛函理论计算每种材料的剥离能和681单层被发现表现出低于那些已经存在的二维材料的剥离能，表明它们从体相剥离的可能性。这些二维材料的晶体结构为今后稳定二维材料的理论研究提供了模板。所有826个单层的优化结构和其他数据见https://materialsweb.org。
2017-06-06 cond-mat.mtrl-sci
Raman Forbidden Layer-Breathing Modes in Layered Semiconductor Materials Activated by Phonon and Optical Cavity Effects
本文报道层状半导体中拉曼禁阻层呼吸模式，提出空间干涉模型，揭示光学腔与声子腔通过一维周期电子态介导实现空间相干光子-声子耦合，并阐明强度对层数、波长和折射率失配的依赖。
2025-03-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Mexican Hat and Rashba Bands in Few-Layer van der Waals Materials
各种少层二维材料的价带由布里渊区中的状态环组成。能量-动量关系具有“墨西哥帽”或Rashba色散的形式。二维态密度在带边处或附近是奇异的，带边模密度以阶跃函数的形式突变。模的大的带边密度增强了塞贝克系数、功率因数和热电优值系数ZT。电子和热电性能确定从从头计算为几层III-VI材料的GaAs，GaSe，InS，InSe，为Bi $_{2}$ Se $_{3}$，单层Bi，和双层石墨烯作为垂直场的函数。描述了层间耦合对少层III-VI材料和Bi $_{2}$ Se $_{3}$中这些性能的影响。分析模型提供了对所有这些少层材料相对一致的层相关趋势的洞察。垂直偏置的双层石墨烯可以作为测量这些效应的实验测试平台。
2014-12-05 cond-mat.mtrl-sci
Nanoscale buckling deformation in layered copolymer materials
在层状材料中，常见的变形模式涉及在垂直于层的方向上的拉伸变形下的层的屈曲。在从地质到纳米尺度的弹性材料中起作用的不稳定机制涉及不同层之间的弹性对比。在“硬”层和“软”层的规则堆叠中，张应力首先通过软层的大变形来适应。受抑制的泊松收缩导致在横向于拉伸变形轴的方向上的压应力。硬层承受这种横向压缩，直到发生屈曲，并产生波状结构。使用分子模拟，我们证明了这种情况下的三嵌段共聚物制成的材料。屈曲变形被观察到发生在纳米级，在一个波长，取决于应变速率。与通常假设的相反，波动的波长不是由微结构中的缺陷决定的。相反，它是动力学效应的结果，应变速率和不稳定性增长速率之间存在竞争。http://www.pnas.org/content/early/2011/12/23/1111367109.abstract
2012-01-12 cond-mat.mtrl-sci
Intrinsic Layer-Dependent Surface Energy and Exfoliation Energy of van der Waals Materials
本研究通过密度泛函理论计算多种范德华材料的层依赖表面能与剥离能，发现单层表面能最低且随层内原子数增加而减小，从而解释不同材料剥离效果的差异。
2025-08-06 cond-mat.mtrl-sci
Stacking sequence determines Raman intensities of observed interlayer shear modes in 2D layered materials - A general bond polarizability model
二维层状材料由于其优异的性能和潜在的应用前景，近年来引起了人们极大的兴趣。层间相互作用比层内键弱得多，使得合成的材料表现出不同的堆叠顺序（例如ABAB、ABCABC），从而导致不同的物理性质。在这里，我们表明，无论空间群的二维材料，观察到的层间剪切模式的拉曼频率下的典型配置蓝移的AB堆叠材料，和红移的ABC堆叠材料，随着层数的增加。我们的预测是使用一个直观的键极化率模型，这表明堆叠顺序起着关键作用，在确定哪些层间剪切模式导致极化率（拉曼强度）的最大变化，最大的拉曼强度确定的频率趋势的模式。我们通过研究几层石墨烯、MoS 2、MoSe 2、WSe 2和Bi 2Se 3中的拉曼模式，使用第一性原理计算和拉曼光谱，为这些结论提供了直接证据。这项研究揭示了一般的二维层状材料中的堆叠顺序对本征层间模式的拉曼强度的影响，并导致识别这些材料中的堆叠顺序的实用方法。
2015-04-20 cond-mat.mtrl-sci
Optical microscope based universal parameter for identifying layer number in two-dimensional materials
光学对比度是识别二维材料层数最常用的初步方法，但很少用作验证技术。我们解释了成像系统之间的光学对比度的变化的原因。我们介绍了一种通用的方法来量化层的数量使用RGB（红-绿-蓝）和RAW光学图像。对于RGB图像，从具有变化的灯功率的光学图像提取2D薄片（MoS 2、WSe 2、石墨烯）强度相对于衬底强度的斜率。强度斜率标识层号并且与系统无关。对于RAW图像，强度斜率和强度比完全独立于系统和强度。强度斜率（对于RGB）和强度比率（对于RAW）因此是用于识别层号的通用参数。一个基于菲涅尔反射率的光学模型提供了一个很好的匹配实验。此外，我们已经创建了一个基于MATLAB的图形用户界面，可以快速识别层号。该技术有望加速异质结构的制备，并满足对通用光学对比度方法的长期需求。
2022-04-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Proper ab-initio dielectric function of 2D materials and their polarizable thickness
在本文中，我们推导出一种形式主义，使我们能够分离层间的贡献，从层内的二维材料的周期性阵列的极化率。为此，引入了有效的剖面函数。它们构成了一个紧密结合样层局部化的基础，涉及两个长度，有效厚度$d$特性的二维材料和层间分离$L$。该方法允许，在相同的形式主义，从从头算周期性计算（自上而下的策略）或堆叠几个二维材料，以产生一个有限厚度的范德华异质结构（自下而上的策略）计算单层介电函数。
2020-12-15 cond-mat.mtrl-sci
Prediction of Silicon-Based Layered Structures for Optoelectronic Applications
提出了一种基于粒子群优化（PSO）算法的准二维（Q2D）材料设计方法。随着这一发展，预测了C、Si、Ge、Sn和Pb的各种单层和双层材料。一种新的硅双层结构被发现有一个非常有利的能量比以前广泛接受的配置。单层和双层Si材料都具有小的带隙，限制了它们在光电应用中的使用。因此，氢化已被用于调整Si层的电子和光学性质。我们发现两个氢化材料的层状Si_8H_2和Si_6H_2具有准直接带隙分别为0.75 eV和1.59 eV。讨论了它们在发光二极管和光电子器件中的潜在应用。我们的研究开辟了氢化硅层状材料作为下一代光电子器件的可能性。
2015-01-18 cond-mat.mtrl-sci
Layer-dependent Band Alignment and Work Function of Few-Layer Phosphorene
利用第一性原理计算，我们研究了少层磷烯的电子性质，重点研究了带隙、功函数、能带排列和载流子有效质量随层的变化。结果表明，少层磷烯具有良好的直接带隙特性，其带隙随层数的增加呈幂律减小。功函数从单层（5.16 eV）到三层（4.56 eV）迅速减小，然后在进一步增加层数时缓慢减小。与单层磷烯相比，双层磷烯的空穴有效质量沿脊（锯齿形）方向急剧下降，表明了较强的层间耦合和屏蔽效应。我们的研究表明：1）。具有层相关带隙和鲁棒的直接带隙特性的少层磷烯有望用于高效的太阳能收获。2）。少层磷杂环烯比单层磷杂环烯具有更轻的载流子有效质量、更高的载流子密度和更弱的散射。3）。少层磷烯的层相关的带边和功函数允许肖特基势垒的修改与增强的载流子注入效率。预计少层磷烯将为大量新的电子应用提供丰富的机会。
2014-09-30 cond-mat.mtrl-sci
Interlayer bond polarizability model for stacking-dependent low-frequency Raman scattering in layered materials
二维（2D）层状材料由于其迷人的和技术相关的性质而被广泛研究。它们的功能通常可以通过层间堆叠图案来定制。低频（LF）拉曼光谱提供了一种快速，非破坏性和廉价的光学堆叠表征技术，因为LF层间振动模式的强度是敏感的堆叠的细节。一个简单的和广义的层间键极化率模型，提出了解释和预测LF拉曼强度如何依赖于复杂的堆叠序列的任何厚度在一个广泛的阵列的二维材料，包括石墨烯，MoS 2，MoSe 2，NbSe 2，Bi 2Se 3，GaSe，h-BN等。此外，提出了一个通用的策略来统一这些二维材料的堆叠命名。该模型揭示了低频拉曼响应对堆垛层的基本机制，为堆垛层识别提供了一般性的规律。
2017-08-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Engineering the Electronic Structure of Two-Dimensional Materials with Near-Field Electrostatic Effects of Self-Assembled Organic Layers
我们用密度泛函理论计算了二维自组装有机单分子膜修饰材料的电子结构。我们发现，2D材料受到强烈的影响，近场静电效应所造成的高多极的有机层电子密度。我们发现，这种效应可以导致显着（~0.5V）调制的平面内的电子在2D材料中经历的电位从分子层的~ 40 μ m，与近场和远场之间的过渡取决于分子的横向范围。我们开发了一个理论，这种效果，表明分子层的静电势可以近似由来自分子结构和多极的离散平面电荷密度。通过计算和分析解决这个模型，我们提出了这种效应的实现，以产生新的电子特性的电子在二维材料中，如带隙开放和各向异性群速度调制单层石墨烯从实验上可实现的分子组件。
2021-09-21 cond-mat.mtrl-sci
Temperature Dependent Layer Breathing Modes in Two Dimensional Materials
二维材料的组成层的相对平面外位移产生独特的低频呼吸模式。通过计算动量空间中的高度-高度关联函数，我们证明了层呼吸模（LBM）可以一致地映射到一个简单的线性链模型的振动。我们计算的多层（FL）石墨烯和二硫化钼（MoS $_{2}$）的LBM频率的厚度依赖性与可用的实验非常一致。我们的研究结果表明，随着温度的升高，LBM频率的红移，这是一个直接的结果，存在于层间相互作用的非谐性。我们还预测了FL六方氮化硼（hBN）的LBM频率的厚度和温度依赖性。我们的研究提供了一个简单而有效的方法来探测层状材料及其异质结构的层间相互作用，包括非谐效应。
2018-01-05 cond-mat.mtrl-sci
A Facile Method for Precise Layer Number Identification of Two-Dimensional Materials through Optical Images
光学显微镜被认为是识别二维材料层数的有效方法。然而，由于光源、相机及其参数因实验室而异，因此不可能仅通过将给定的光学图像与标准条件下的标准或计算图像进行比较来识别层号。本文提出了一种图像重建方法，将由任意光源和摄像机采集的原始光学图像转换为指定光源和摄像机下的重建图像。图像重建后，各层数的色差值与特定条件下的计算值基本一致。通过比较重建图像与特定条件下计算的色差，对实验室和已发表的文献中的二维材料（包括MoS2、WS2和WSe2）的层数进行了模糊识别。这项研究使得光学显微镜成为一种精确的方法，用于识别已知基底上二维材料的层数。
2019-01-14 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Electron spin dynamics of two-dimensional layered materials
不断增长的二维层状材料库为研究人员提供了丰富的机会来探索和调整纳米级的物理现象。本文综述了石墨烯、硅烯、磷烯、过渡金属硫属化合物、有机分子共价异质结构和拓扑材料中电子自旋动力学的实验和理论研究进展。自旋输运，化学和缺陷引起的磁矩，自旋轨道耦合和自旋弛豫的影响，也讨论了与自旋电子学领域。
2016-11-22 cond-mat.mtrl-sci
Relating chemical bonding to physical properties: The origin of unexpected isotropic properties in layered materials
层状材料跨越非常广泛的固体范围，从范德华材料到高度复杂的晶体结构，如粘土。它们通常被认为具有高度各向异性的性质，这基本上归因于弱的层间相互作用。层状Mg3Sb2结构由于其出色的热电性能而受到广泛关注。基于定量化学键分析，我们解开，Mg3Sb2具有近各向同性的三维（3D）键合网络与层间和层内键是惊人的相似，这些独特的化学键合功能的起源，近各向同性的结构和热性能。各向同性的三维键合网络被发现是广泛适用于许多含镁化合物的层状CaAl2Si2型结构。有趣的是，基于电子密度的参数可以用作测量层状结构中晶格热导率各向异性的指标。这项工作扩展了我们对基于化学键分析的结构和性能的理解，它将指导搜索和设计具有定制各向异性性能的层状材料。
2018-07-02 cond-mat.mtrl-sci
Aligned Stacking of Nanopatterned 2D materials -- Towards 3D printing at atomic resolution
二维材料可以通过将各个层放置在彼此的顶部来组合，使得它们仅通过它们的范德华相互作用来结合。可以任意选择层的顺序，从而实现对材料的基本原子级控制，从而沿着一维提供广泛的特性选择。然而，在平面方向上对结构的同时控制到目前为止仍然相当有限。在这里，我们结合空间控制的修改的二维材料，使用聚焦电子照射或电子束诱导蚀刻，与范德瓦尔斯异质结构的逐层组装。一种新颖的组装工艺使得在组装成异质结构之前可以用任意图案来构造每一层。此外，在电子显微镜中观察下，其使得能够以精确的横向对准（目前精确度为10 nm）堆叠层。总之，这使得能够制造具有最高空间分辨率的几乎任意的3D结构。
2021-10-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
A novel layered topology of auxetic materials based on the tetrachiral honeycomb microstructure
微结构蜂窝材料可以表现出奇异的、极端的和可定制的机械性能，适合于各种现代工程领域中的创新技术应用。本文通过理论分析、数值计算和实验研究的方法，对四手性材料的定向拉胀性进行了研究。通过对tetrichiral样品进行拉伸实验室测试，成功验证了关于整体弹性性能的理论预测，这些测试是通过高精度3D打印技术实现的。受四手性材料运动学行为的启发，一种新设计的双层拓扑结构（称为双四手性材料）已被理论构思和机械建模。新的拓扑结构利用了两个手性相反的四手性层之间的相互协作。双四手性材料已被证实在整体杨氏模量方面优于四手性材料，并且作为主要成就，表现出显着的拉胀行为。具体而言，实验结果，证实了参数分析和计算分析，突出了有效的可能性，以达到强烈的负泊松比，确定为一个独特的全球弹性性能的新型双层拓扑结构。
2019-03-26 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Terahertz Defect Detection in Multi-Layer Materials Using Echo Labeling
本文受声学房间几何估计启发，提出一种基于THz-TDS和欧氏距离矩阵的多层材料缺陷检测方法，可区分高阶反射并实现无伪影精确定位。
2025-02-07 cond-mat.mtrl-sci eess.SP
Ripplocations in Layered Materials: Sublinear Scaling and Basal Climb
涟波定位是层状材料特有的晶体学缺陷，结合了纳米级的分层和基底位错的晶体学滑移。在这里，我们研究了基底位错和ripplocations，在单一和多个范德华层，使用分析和计算技术。推导出了表面波纹的能量和结构标度因子的表达式，它们与经典地毯破裂的物理性质密切对应。我们的模拟表明，最低的能量结构的分层材料中的位错堆积是ripplocation，而大的位错堆积在块状石墨表现出多层分层，曲率和空隙。这可以为在辐照石墨中看到的大体积膨胀提供简明的解释。
2021-03-24 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Layer Response Theory: Energetics of layered materials from semi-analytic high-level theory
我们提出了一个易于计算的半解析层响应理论（LRT）的分析涉及二维层，如BN或石墨烯的内聚能量。该理论近似随机相位近似（RPA）相关能量。它的RPA特性确保了能量对于分离良好的层具有正确的范德华渐近性，与简单的成对原子-原子理论相反，该理论对于具有零电子能隙的层定性地失败。与此同时，我们的理论比完全RPA能量的计算密集度低得多。它也给出了准确的相关能量附近的结合最小值，相反，Lifshitz型理论。我们成功地将我们的LRT理论应用于石墨和BN，以及石墨烯-BN异质结构。
2016-04-10 cond-mat.mtrl-sci
Co-existence of size-dependent and size-independent thermal conductivities in single layer black phosphorus
采用密度泛函方法结合Peierls-Boltzmann输运方程研究了单层黑磷（BP）的热导率。与二维石墨烯和MoS $_2$的各向同性和发散性热导率不同，单层BP在Z字形（ZZ）和扶手椅（AM）方向上分别发现了尺寸相关和尺寸无关的热导率共存。此外，单层BP中的热导率被发现是高度各向异性的，因为取向依赖的群速度，例如，在300 K时，尺寸为10 $μm$的单层BP沿ZZ和AM方向的热导率分别为83.5和24.3 W/m-K。
2014-09-14 cond-mat.mtrl-sci
Lattice-mismatched and twisted multi-layered materials for efficient solar cells
本研究提出晶格失配或扭转的原子级薄层交替结构可提升太阳辐射吸收效率，通过拓展Shockley-Queisser方法计算其光伏效率，证实碰撞电离及聚光条件可带来显著效率提升，为高效太阳能电池设计提供新思路。
2024-10-29 cond-mat.mtrl-sci
Interferometric 4D-STEM for Lattice Distortion and Interlayer Spacing Measurements in Bilayer and Trilayer Two-dimensional Materials
由单个原子层的堆叠组成的范德华材料由于其奇异的电子性质而引起了相当大的关注，所述奇异的电子性质可以通过例如操纵双层材料的扭转角或三层材料的堆叠顺序来改变。为了充分理解和控制这些少层材料的独特性质，需要一种能够提供有关其局部面内结构变形、扭曲方向和面外结构的信息的技术。原则上，布拉格盘的重叠区域中的干涉源自材料的单独层，其编码了关于原子在相应层中的相对位置的三维信息。在这里，我们描述了一种干涉四维扫描透射电子显微镜技术，利用这种现象，从几层材料中提取精确的结构信息与纳米级分辨率。我们展示了这种技术如何能够测量双层和三层石墨烯中的局部pm尺度面内晶格畸变以及扭曲方向和平均层间间距，因此提供了一种更好地理解电子特性与少层2D材料的精确结构排列之间相互作用的方法。
2021-05-13 cond-mat.mtrl-sci
Origin of layer dependence in band structures of two-dimensional materials
我们研究了二维材料能带结构中的层依赖性的起源。我们发现，在密度泛函理论（DFT）水平上的层依赖性，是量子限制和交换相关泛函的非线性的结果。我们用它来开发一个有效的计划进行DFT和GW计算的多层系统。我们表明，DFT和准粒子能带结构的多层系统可以从一个单一的计算单层的材料。我们测试这个方案的多层的MoS $_2$，石墨烯和磷烯。这种新的计划产生的结果与标准方法在一小部分的计算成本非常一致。这有助于克服在2D材料的多层上执行完全收敛GW计算的挑战，特别是在涉及非常严格的收敛参数的过渡金属二硫属化物的情况下。
2017-03-01 cond-mat.mtrl-sci
Overall thermomechanical properties of layered materials for energy devices applications
本文对固体氧化物燃料电池（SOFC）和锂离子电池用多层材料的有效热机械性能进行了分析。最近发展的渐近均匀化程序，以表示的一阶等效连续的整体热弹性常数的微涨落函数，这些功能是通过相应的递归单元问题的解决方案获得的。假设周期性的体积力和热源，研究了热应力对再现固体氧化物燃料电池（类SOFC）特性的周期性多层热弹性复合材料的影响，并将渐近均匀化方法得到的解与相关非均质材料的有限元分析结果进行了比较。
2016-08-03 cond-mat.mtrl-sci
Simultaneous control of thermoelectric properties in p-type and n-type materials by electric double-layer gating : New design for thermoelectric device
报道了一种新型的热电器件设计，该器件可以通过双电层门控同时控制p型和n型材料的热电特性。这里，p型Cu 2 O和n型ZnO用作双电层电容器结构的正电极和负电极。当在两个电极之间施加栅极电压时，空穴和电子分别在Cu 2 O和ZnO表面积累。通过沿电极上的累积层施加热梯度来测量热电势。我们在这里证明，积累层作为热电器件的p-n对工作。
2015-03-20 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Black Arsenic-Phosphorus: Layered Anisotropic Infrared Semiconductors with Highly Tunable Compositions and Properties
在过去的十年中，具有不同性质的二维（2D）层状材料引起了人们极大的兴趣。到目前为止，发现的层状材料已经覆盖了从半金属石墨烯、绝缘氮化硼到带隙从中红外到可见光的半导体的广泛但不连续的电磁光谱范围。在这里，我们介绍新的层状半导体，黑砷磷（b-AsP），具有高度可调的化学成分和电子和光学特性。运输和红外吸收的研究表明，半导体性质的b-AsP与可调的带隙，范围从0.3至0.15 eV。这些带隙落入长波红外（LWIR）区域，并且不能被其他层状材料容易地达到。此外，偏振分辨红外吸收和拉曼光谱研究揭示了b-AsP的面内各向异性特性。这一系列层状b-AsP材料将2D层状材料覆盖的电磁光谱扩展到LWIR区域，并可能为未来基于所有2D层状材料的器件找到独特的应用。
2015-05-26 cond-mat.mtrl-sci
Material Development and Physical Properties of BiS2-Based Layered Compounds
在2012年，我们发现了Bi 4 O 4S 3和LaO 1-xFxBiS 2的超导电性，其晶体结构由BiS 2型导电层和阻挡层的交替堆叠组成。自发现以来，许多相关的超导体和功能材料被合成。此外，在最近的理论和实验研究中提出了非常规超导的可能性。此外，显着的局部结构和物理性能之间的相关性已被揭示在BiS 2为基础的系统。在这篇综述文章中，我们总结了过去六年中开发的BiS 2相关材料的材料开发（可能是所有化合物）和物理性能。在基于BiS 2的化合物中出现体超导电性的关键参数是母相（带绝缘体）的载流子掺杂、压力诱导的结构转变、面内化学压力和面内无序的抑制。我们系统地回顾了这些参数和设计新的超导体与BiS 2层的方法。此外，还对BiS 2基化合物作为热电材料的研究作了简要的综述。
2018-10-30 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
Size-dependent Elasticity in Materials
本文将Eringen的非局部理论与非线性运动学结合起来，研究了E-B梁的弯曲问题。我们简要介绍了这个非线性非局部梁理论的推导过程和关键方程，并研究了非线性和非局部性对简支纳米梁的作用。
2012-11-28 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Tunable bandgaps and symmetry breaking in magneto-mechanical metastructures inspired by multi-layer 2D materials
在这封信中，我们介绍了一个范例，以实现磁机械的元结构的启发，多层二维材料，如石墨烯双层。元结构旨在捕获其纳米级对应物的两个方面。一种是多层几何结构，它是通过堆叠六边形晶格片来实现的。另一个是弱层间力的景观，这是由位于相邻层上相应晶格位置的磁体对之间的相互作用模拟的。我们通过一个三层原型来说明这种模式的潜力。两个刚性的外晶格作为控制层，而薄的内层在与外晶格交换的磁力的约束作用下自由地经历弯曲运动，从而表现为弹性地基上的晶格。内层可以相对于其他层自由旋转，从而产生丰富的层间相互作用模式。我们的目标是确定如何通过改变层间的扭转角来调整动态响应。具体来说，我们通过实验证明，不同堆叠模式之间的切换对声子景观产生深远的影响，在不同频率范围内打开和关闭带隙。
2021-03-03 cond-mat.mtrl-sci
Hysteresis effects in the potential-dependent double layer capacitance of room temperature ionic liquids at a polycrystalline platinum interface
该论文已被作者撤回，因为它已提交给Journal of Physical Chemistry C。
2010-01-14 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci
Features in Energy Accumulation in Double Layer on the surface of Graphene Material
研究了量子尺寸碳结构--石墨烯作为超级电容器电极的应用。确定了由于狄拉克点附近石墨烯态密度的奇异性而引起的物体量子性质的能量和功率密度的基本极限，并考虑了部分抵消负面因素的技术解决方案。确定了纳米结构电极材料的最大可能比电容。
2015-12-27 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Mechanical and Tribological Properties of Layered Materials Under High Pressure: Assessing the Importance of Many-Body Dispersion Effects
评价了层状材料在高外载荷作用下多体色散效应的重要性。最先进的多体色散密度泛函理论计算石墨，六方氮化硼，和他们的异质结构被用来拟合一个经典的注册表相关的层间电位的参数。使用后者，我们进行了广泛的平衡分子动力学模拟，并研究了流体静压力下的均匀和非均匀体模型的力学响应高达30 GPa。与实验数据的比较表明，多体弥散模型的可靠性延伸到亚平衡区。摩擦模拟表明多体色散效应对于准确描述高压下层状材料界面的摩擦学特性的重要性。
2019-12-28 cond-mat.mtrl-sci
Toplayer-Dependent Crystallographic Orientation Imaging in the Bilayer Two-Dimensional Materials with Transverse Shear Microscopy
二维（2D）材料的纳米接触特性与其独特的纳米力学系统密切相关，例如原子层的数量和支撑基底。在这里，我们报告了一个直接观察的二维材料与横向剪切显微镜（TSM）的顶层依赖的晶体取向成像。对三种典型的纳米机械系统，MoS 2在非晶SiO2/Si上，石墨烯在非晶SiO2/Si上，MoS 2在晶化Al 2 O3上进行了详细的研究。该实验观察表明，起皱行为主要发生在2D材料的顶层，这归因于其与AFM针尖的直接接触粘附。此外，对MoS 2/SiO2/Si和MoS 2/Al 2 O3的晶体取向成像结果表明，底层晶体衬底对二维材料的褶皱效应几乎没有贡献。我们的工作直接揭示了二维材料的起皱特性，并展示了TSM在二维双层体系中的一般应用。
2021-05-07 cond-mat.mtrl-sci
A novel method to determine the layer number of 2D TMD materials based on Optical Microscopy and Image Processing
提出一种结合光学显微镜、CIE Luv色差特征与随机森林分类器的二维TMD层数识别方法，仅需单样本训练即可高精度确定MoS2等材料层数。
2025-02-17 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Optical modulators with two-dimensional layered materials
光调制是光子学和光电子学中的基本操作。随着现有和新兴技术对紧凑、高效、快速和宽带光调制器的需求日益增加，高性能光调制解决方案变得不可或缺。最近认识到，二维分层材料可以调制具有优越性能的光，这促使了深入的研究和重大进展，为实际应用铺平了道路。在这篇综述中，我们涵盖了最先进的光调制器的基础上的二维层状材料，包括石墨烯，过渡金属二硫属化物和黑磷。我们讨论了最近的进展，采用混合结构，如二维异质结构，等离子体结构，硅/光纤集成结构。我们还将展望未来的前景，并讨论尚未开发的机制，如磁光和声光调制的潜力。
2016-01-22 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Critical Temperature Tc and Charging Energy Ec between B-B layers of Superconducting diboride materials MgB2 in 3D JJA model
二硼化物材料MB 2（M = Mg、Be、Pb等）本文在Kawabata-Shenoy-Bishop的三维约瑟夫森结阵列（JJA）模型的基础上，讨论了B-B层在二硼化物中的分布与Cu-O层在铜氧化物中的分布的相似性。我们提出了一种可能的超导材料与MgB 2型结构，表现出更高的临界温度Tc超过39 K的MgB 2。我们指出了间隙离子原子的作用（例如，MgB 2中的Mg）作为B-B层之间的电容器，这降低了JJA中的充电耦合能量。
2001-08-03 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
