Optical third harmonic generation in black phosphorus
我们提出了一种计算三次谐波产生（THG）的两个波段系统使用的长度规范，避免了非物理的分歧，否则存在于三阶电流密度响应的评估。计算适用于散装和单层黑磷（bP）使用非正交紧束缚模型。结果表明，低能量的响应是由混合带内的过程和估计的三次谐波敏感性的大小相媲美的散装bP样品的最近的实验报告。
2017-08-22 cond-mat.mes-hall
Toward a realistic description of multilayer black phosphorus: from $GW$ approximation to large-scale tight-binding simulations
我们提供了一个紧束缚模型参数化黑磷（BP）与任意层数。该模型是从部分自洽的$GW_0$方法，其中屏蔽库仑相互作用$W_0$的计算在无规相位近似的基础上密度泛函理论。我们通过一系列基准计算彻底验证了该模型，并确定其适用性的限制。应用该模型计算多层膜BP的电子和光学性质，在较宽的能量范围内与\emph{ab initio}的计算结果吻合较好。我们还表明，所提出的模型可以很容易地扩展的情况下的外部字段，得到的结果与第一性原理。该模型预计将适用于各种现实问题的多层BP的电子性质，包括不同种类的障碍，外场，和多体效应。
2015-08-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Electronic and optical properties of bilayer blue phosphorus
在密度泛函理论和紧束缚近似下，研究了单层和双层蓝磷的电子和光学性质。利用密度泛函理论的计算结果，我们提取了单层和双层蓝磷的TB哈密顿量的跳跃参数。同时也给出了两种不同双层蓝磷膜的能带隙随外加电场的变化。我们研究了系统的线性响应，由于外部电磁辐射的介电函数的DFT理论。相对大的电子带隙和由于弱的层间耦合而形成体结构的剥离的可能性使得蓝磷成为未来电子器件的合适候选者。
2016-07-26 cond-mat.mes-hall
Coulomb interactions and screening effects in few-layer black phosphorus: a tight-binding consideration beyond the long-wavelength limit
库仑相互作用及其屏蔽在材料的许多物理现象中起着重要的作用，从光学性质到包括超导性在内的多体效应。在这里，我们报告了一个系统的研究介电屏蔽在几层黑磷（BP），一个二维的材料与有前途的电子和光学特性。我们使用紧束缚模型和严格确定的裸库仑相互作用的组合，这使我们能够考虑超出长波长限制的相关微观效应。我们在无规相位近似下计算了少层BP的介电函数，并表明它即使在静态极限下也表现出强烈的各向异性行为。我们还估计了有效的本地和非本地库仑相互作用的强度，并确定其掺杂依赖性。我们发现，$p_z$国家负责低能量激发BP提供了一个温和的贡献的筛选，削弱现场库仑相互作用的不到两个因素。最后，我们计算了少层BP的全等离子体激元谱，并讨论了长波长以外的影响。
2017-03-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
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
Phosphorus Nanotubes from Chemical Cleavage
该研究提出利用硫掺杂裂解紫磷和纤维状红磷双层管状结构制备线性一维磷纳米管的策略，其具18%拉伸应变耐受性、1.57 eV大激子结合能等特性，在多领域应用潜力大。
2024-11-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Electronic properties of Janus black arsenic-phosphorus (b-AsP) nanoribbons under transverse electric field
利用紧束缚方法研究了Janus单层黑砷磷（b-AsP）纳米带的电子输运性质。系统地研究了边缘结构对电子结构的影响。（1，3）nb和（3，1）nb b-AsP纳米带比锯齿形和扶手椅形纳米带具有更平坦的边缘带。扶手椅型的边缘带呈双简并。计算结果还表明，横向电场可以对不同边界形貌的锯齿带的带隙进行宽范围的调节。临界电场可以完全闭合间隙并诱导从半导体到导体的相变。我们的工作表明，动态可调带隙的Janus b-AsP纳米带，并揭示了潜在的Janus b-AsP的传输设备。
2022-12-04 cond-mat.mes-hall
Ab initio calculation of energy levels for phosphorus donors in silicon
硅中磷供体的s流形能级是纳米级电子器件设计和建模的重要输入参数。在本文中，我们计算这些能级从第一性原理使用密度泛函理论。施主电子的基态的波函数被发现具有类似于原子s轨道的形式，具有1.8 nm的有效玻尔半径。这个状态的相应的结合能被发现是41 meV，这是在良好的协议与目前接受的值45.59 meV。我们还计算了激发态1s（T）和1s（E）的能量，发现它们分别为32和31 meV。这些结果构成了第一个ab initio确认的s歧管能级的磷施主在硅。
2016-12-02 cond-mat.mes-hall
Signatures of sub-band excitons in few-layer black phosphorus
最近对少层黑磷（BP）中光吸收的实验测量揭示了一系列高而尖锐的峰，其中散布着成对的较低和较宽的特征。在这里，我们提出了一个理论模型，这些激子态在几层黑磷（BP）内的连续方法的面内自由度和紧束缚近似，占层间耦合。这在由耦合的BP层产生的子带的不同组合之间产生激子跃迁，这导致一系列高和低振子强度激子状态，分别与实验观察到的亮和暗激子峰一致。这种子带激子态的主要特征，以及通过施加的电场和磁场控制它们的能量和振子强度的可能性，进行了讨论，走向少层BP的激子谱及其可调谐性的充分理解。
2021-04-27 cond-mat.mes-hall
Impurity scattering and Friedel oscillations in mono-layer black phosphorus
本文研究了杂质散射效应对黑磷脲（BP）的影响。对于单个杂质，我们基于紧束缚哈密顿量在动量空间中数值计算了杂质诱导的局域态密度。在实空间中，我们解析地计算了LDOS和Friedel振荡。BP的LDOS表现出很强的各向异性。当密度较低时，使用$T$ -矩阵近似法研究BP中的许多杂质。带隙中出现了中带隙态，峰位于DOS区。带隙中间态的峰值与杂质势有关。对于有限的正电势，杂质倾向于结合负电荷载流子，反之亦然。无限杂质势问题与BP中的手征对称性有关。
2016-03-17 cond-mat.mes-hall
Dirac spectrum in gated multilayer black phosphorus nanoribbons
我们研究了垂直电场对锯齿形和扶手椅形边缘的多层磷烯纳米带的影响。在紧束缚模型的背景下，我们探索这些系统的电子性质，强调Dirac-like光谱的出现，当与所施加的位移场相关的门密度大于临界值$n_c$时发生的过渡。我们发现，在这样的系统中的限制性能和屏蔽效应起着重要的作用，$n_c$的测定，提出了一个计划，以确定多层磷烯纳米带的厚度，宽度和边缘取向。我们还探讨了这种转变如何影响这些系统的电子输运性质。
2018-06-08 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
Atomistic tight-binding Hartree-Fock calculations of multielectron configurations in P-doped silicon devices: wavefunction reshaping
本文提出一种自洽的原子级紧束缚 Hartree-Fock 方法，计算并分析了硅中磷原子及二聚体的多电子态，发现该方法能准确估算电子排斥能且计算成本更低，并预测了双电子系统的反铁磁基态与三电子弱束缚态。
2025-03-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el quant-ph
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
Strain-induced gap modification in black phosphorus
利用密度泛函理论和紧束缚模型预测了单层黑磷的能带结构和应变效应。从第一性原理确定了各个能带的定域轨道组成后，我们利用系统对称性写下了在$Γ$点的有效低能哈密顿量。从数值计算和参数的基础上的材料的晶体结构，我们表明，在垂直于平面的方向上的变形可以用来改变间隙的大小，并诱导超导体-金属过渡。
2014-01-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
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
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
Topological Node-Line Semimetal in Compressed Black Phosphorus
基于第一性原理计算和紧束缚模型分析，提出了在不考虑自旋轨道耦合（SOC）的情况下，黑磷（BP）在高压下可以形成三维拓扑节点线半金属态.在费米能级附近的第一布里渊区（BZ）中存在一条闭合的拓扑节线，它受到时间反转和空间反转对称性以及压力驱动的能带反转共存的保护。在Bear（100）表面上获得了鼓面状的表面态。由于磷原子的本征SOC较弱，在SOC存在时，沿节线打开小于10 meV的带隙，并且表面态几乎不受SOC的影响。
2015-11-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
A tight-binding model for MoS$_2$ monolayers
我们提出了一个精确的紧束缚参数化的能带结构的MoS $_2$单分子膜附近的主要能隙。我们介绍了一个通用的和简单的推导带能量方程，可用于其他单层dichalcogenides。还提供了包括自旋轨道耦合的参数化。建议的一套模型参数再现正确的轨道组成和位置的价带和导带的从头计算比较。该模型给出了一个合适的起点，现实的大规模原子电子输运计算。
2015-07-01 cond-mat.mes-hall
Single-Layered Hittorf's Phosphorus: A Wide-Bandgap High Mobility 2D Material
我们在这里提出了一个二维材料的基础上的一个单一的紫色或希托夫的磷层。使用第一性原理密度泛函理论，我们发现它是非常稳定的，与其他以前提出的单层磷结构。它只需要一个小的能量成本约$0.04~\text{eV/atom}$从它的本体结构，希托夫的磷，或结合能$0.3-0.4~\text{J/m}^2$每层创建，这表明在实验中剥离的可能性。我们发现单层Hittorf磷是一种宽带隙半导体，其直接带隙约为$2.5$ ~eV，并且我们的计算表明，它预计具有高且高度各向异性的空穴迁移率，其上限介于$3000-7000$ ~cm $^2$ V $^{-1}$ s $^{-1}$之间。这些综合性能使得单层Hittorf磷成为未来应用于各种技术的非常好的候选者，特别是用于高频电子学和在低波长蓝色范围内操作的光电子器件。
2016-04-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Substrate effects on the exciton fine structure of black phosphorus quantum dots
采用紧束缚方法计算单粒子态，组态相互作用方法计算激子谱，研究了沉积在不同衬底（孤立衬底、Si衬底和SiO衬底$_2$）上的单层黑磷量子点（BPQD）的尺寸依赖激子精细结构.我们证明了衬底对量子点的激子能隙和激子光谱起着重要的作用。对于相当高的介电常数（$\varepsilon_{sub} \sim \varepsilon_{Si} = 11.7 \varepsilon_0$），激子带隙可以由单次幂律$E_X(R) = E_X^{(bulk)} + C/R^γ$描述。对于低介电常数$\varepsilon_{sub} \leq \varepsilon_{SiO_2} = 3.9 \varepsilon_0$，激子间隙的尺寸依赖性需要两个幂律$E_X(R) = E_g^{(bulk)} + A/ R^{n} - B/R^{m}$的和来描述强和弱量子限制机制，其中$A$、$B$、$C$、$γ$、$n$和$m$是衬底依赖性参数。我们还预测，激子寿命表现出很强的温度依赖性，范围在2-8 ns（Si衬底）和3-11 ns（SiO $_2$衬底）的量子点的大小为10 nm。
2017-05-25 cond-mat.mes-hall
Interband spectroscopy of Landau levels and magnetoexcitons in bulk black phosphorus
本研究对块体黑磷开展垂直二维层方向最高12T的磁光研究，观测到朗道能级峰与磁激子峰，测得电子-空穴约化质量、组合g因子及零场激子结合能，为黑磷电子特性研究提供关键数据。
2025-03-13 cond-mat.mes-hall
Transport and Optical Properties of Single- and Bilayer Black Phosphorus with Defects
利用紧束缚传播方法研究了具有短程和长程缺陷的单层和双层黑磷的电子和光学性质。这两种类型的缺陷状态是本地化的，并引起导电状态的强烈散射，显着降低了载流子迁移率。与原始样品的性质相反，由于缺陷的各向同性性质，缺陷引起的光激发的各向异性被抑制。我们还研究了朗道能级谱和磁光电导率，发现即使在低缺陷浓度下，离散朗道能级也是次线性地依赖于磁场和能级指数。
2015-03-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Ultrathin films of black phosphorus as suitable platforms for unambiguous observation of the orbital Hall effect
本研究利用基于DFT的紧束缚模型和线性响应理论，证明黑磷单层具有显著且各向异性的轨道霍尔效应，可通过施加面内电场明确观察，并发现垂直电场能诱导面内轨道磁化。
2023-10-19 cond-mat.mes-hall
Screening and plasmons in pure and disordered single- and bilayer black phosphorus
在低能连续近似下，我们研究了无序单层和双层黑磷的集体等离子体激元激发和屏蔽。磷烯的动力学极化率计算使用紧束缚模型，适当占能带结构在较宽的能量范围内。电子-电子相互作用被认为是在随机相位近似。由于不同种类的障碍，如共振散射体和长程无序势的等离子体激元模式的阻尼进行了分析。我们进一步表明，施加垂直于双层磷烯的电场可以用来调整等离子体激元模式的色散。对于足够大的电场，双层BP进入一个拓扑相的特征等离子体光谱，这是在扶手椅方向的缺口。
2015-07-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Layer-dependent pressure effect on electronic structures of 2D black phosphorus
采用红外光谱法，系统研究了压力对层数为2 ~ 13层的少层黑磷（BP）电子结构的影响。我们发现，压力引起的光学跃迁的位移具有很强的层依赖性。与在~1.8 GPa下经历半导体到半金属转变的体对应物形成鲜明对比，2L的带隙随着压力的增加而增加，直到超过2 GPa。同时，对于具有给定层数的样品，对于具有不同指数的转变，压力引起的移位也不同。通过紧束缚模型结合Morse势的层间耦合，这种层和过渡指数依赖的压力效应可以充分考虑。我们的研究为二维BP的多功能范德瓦尔斯工程铺平了道路。
2021-10-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Even-odd dependent optical transitions of zigzag monolayer black phosphorus nanoribbons
利用紧束缚（TB）哈密顿量和Kubo公式，解析地研究了黑边磷烯纳米带（ZPNR）的电子结构和光学性质。通过直接求解离散的Schordinger方程，得到了具有$N$数的横向锯齿形原子链的$N$ -ZPNR的能谱和波函数，并根据晶格对称性对本征态进行了分类.在对称性分析和光学跃迁矩阵元解析表达式的基础上，我们得到了ZPNR的光学跃迁选择规则。重要的是，在入射光沿带状线偏振的情况下，我们发现$N$ -ZPNR与偶数或奇数- $N$的光学跃迁选择规则是定性不同的。在说明书中，对于偶$N$ ZPNR，带间（带内）选择规则是$Δn=$奇（偶），因为由于存在$C_{2x}$对称性，对应于导（价）带中的第$n$子带的波函数的奇偶性是$(-1)^{n}[(-1)^{(n+1)}]$.相反，由于不存在$C_{2x}$对称性，所有子带之间的所有光跃迁都是可能的。我们的研究结果对ZPNR的电子态和光学性质有了进一步的了解，这对于解释ZPNR样品的光学实验数据是有用的。
2019-03-10 cond-mat.mes-hall
Prediction of hyperbolic exciton-polaritons in monolayer black phosphorus
双曲极化激元具有很大的光子态密度，并且在一定的传播方向上可以被准直。大多数双曲极化激元在人造超材料中得以维持。然而，自然存在的双曲材料也存在。特别地，层状材料中的自然面内双曲极化激元已在MoO 3和WTe 2中得到证实，它们分别基于声子和等离子体共振。在这里，通过确定各向异性的光学电导率（介电函数），通过光学光谱，我们预测，单层黑磷自然主机双曲激子极化激元由于显着的面内各向异性和强激子共振。在反射光谱中，我们同时观察到高质量单层样品中强而尖锐的基态激子峰和较弱的激发态，这使我们能够确定激子结合能为~452 meV。我们的工作为平面内自然双曲极化激元提供了另一个有吸引力的平台，它是基于激子而不是声子或等离子体激元。
2021-09-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Electronic structure of few-layer black phosphorus from $μ$-ARPES
本文利用$μ$-ARPES系统实验测定了2至9层黑磷的电子结构，揭示了偏离传统量子阱标度规律的各向异性量子化子能带，并确定了普适的紧束缚参数。
2023-06-01 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Large-scale atomistic density functional theory calculations of phosphorus-doped silicon quantum bits
我们提出了密度泛函理论计算磷掺杂剂在体硅和几个属性有关的使用自旋量子比特的量子计算。而不是一个混合的赝势或海特勒-伦敦的方法，我们已经使用了明确的治疗的磷供体和检查详细的电子结构的系统作为各向同性掺杂分数的函数，包括晶格弛豫由于杂质的存在。掺杂电子密度和自旋密度进行检查，以研究作为各向同性掺杂分数的函数的掺杂剂电子的属性。掺杂电位也计算用于计算的散射截面的磷掺杂剂，这是重要的电检测的磁共振实验的理解。我们发现，掺杂剂周围的电子密度导致掺杂电位的非球形特征，例如在（001）平面中的三角叶，其能量标度为+12 eV靠近核和-700 meV延伸远离掺杂剂。这些特征在有效质量理论中通常被忽略，并且会影响施主电子与磷核之间的耦合。我们的密度泛函计算揭示了掺杂剂的密度和电势的细节，这些掺杂剂在不包括明确处理磷供体原子和晶格弛豫的计算中并不明显。这些细节也可以用于参数化的紧束缚模型的模拟大规模的设备。
2013-07-23 cond-mat.mes-hall quant-ph
Remarkable effect of stacking on the electronic and optical properties of few layer black phosphorus
采用密度泛函理论的第一性原理计算方法，研究了双层和三层黑磷的堆积层数和堆积类型对其电子和光学性质的影响.我们发现，包括许多身体效应（即，电子-电子和电子-空穴相互作用）强烈地改变了黑磷的电子和光学性质。虽然三层黑磷具有特定的堆叠类型被发现是一种金属，通过使用半局域泛函，它被预测为具有0.82 eV的电子带隙时，多体效应被考虑在内的G 0 W 0计划。虽然不同的堆叠类型导致类似的能量，带隙的大小和双层和三层磷烯的光学响应是非常敏感的层数和堆叠类型。无论层数和堆叠类型如何，双层和三层黑磷都是直接带隙半导体，其带隙在0.3 eV的范围内变化。双层和三层黑磷中不同于基态结构的堆积效应显著地改变了锯齿形方向上的价带，导致更大的空穴有效质量。双层（三层）黑磷的光学带隙在改变堆叠类型时变化0.4（0.6）eV。由于强的层间相互作用，一些堆叠阻碍了观察准粒子带隙内束缚激子的光激发。在其他堆叠中，束缚激子的结合能几乎不随堆叠类型而变化，并且发现双层（三层）磷的结合能为0.44（0.30）eV。
2015-06-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Isolation and characterization of few-layer black phosphorus
分离和表征的机械剥离的黑磷薄片的厚度下降到两个单层。已经开发了机械剥离方法的修改，其提供比常规机械剥离更高的原子级薄片的产率。我们提出了一般的指导方针，以确定使用光学显微镜，拉曼光谱和透射电子显微镜的层数在一个快速和可靠的方式。此外，我们证明，剥离的薄片是高度结晶的，它们是稳定的，即使在独立的形式，通过拉曼光谱和透射电子显微镜测量。通过密度泛函理论计算发现，能带结构具有很强的厚度依赖性。激子结合能，在有效质量近似下，也计算了不同层数。我们的计算结果的光学间隙是一致的初步的光致发光的薄片上的结果。最后，我们研究了黑磷薄片的环境稳定性，发现该薄片是非常亲水的，并且长期暴露于空气水分中会将黑磷蚀刻掉。尽管如此，我们证明了薄片的老化是足够慢的，以允许制造具有强双极行为的场效应晶体管。密度泛函理论的计算也使我们对水引起的黑磷的结构和电子性质的变化有了更深入的了解。
2014-07-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Scaling laws for band gaps of phosphorene nanoribbons: A tight-binding calculation
在这项研究中，我们分析了能带结构，状态表征，和电子输运的单层黑磷（磷烯）锯齿形纳米带（zPNR）和扶手椅纳米带（aPNR），使用五参数紧束缚（TB）近似。在zPNR中，两个主要的跳跃参数的比率指示相对论色散关系的可能性和在费米能级处存在一对分离的准平坦带。此外，如果它们的能带与价带和导带很好地分离，则相应的态是边缘局域的。我们还研究了扶手椅和锯齿形磷烯纳米带的带隙与带宽的标度律。在aPNR中，沿着带宽度的横向电场通过移动价带和导带边缘状态的能量来增强带隙闭合。对于zPNR，在相对简并的准平坦带的中间出现间隙;因此，这些带是未来场效应晶体管的有希望的候选者。
2015-08-14 cond-mat.mes-hall
Excitons in bulk black phosphorus evidenced by photoluminescence at low temperature
黑磷（BP）的原子层在从可见光到中红外的宽光谱范围内呈现出独特的光电特性，主要由直接可调带隙控制。在本工作中，我们研究了BP单晶在极低温下的红外光致发光。近带边重组观察到在2 K，包括占主导地位的激子跃迁在0.276 eV和较弱的一个在0.278 eV。自由激子结合能计算与各向异性Wannier-Mott模型，发现等于9.1毫电子伏。与此相反，PL强度猝灭的0.276 eV峰在高温下被发现与一个小得多的激活能，归因于本地化的浅杂质上的自由激子。这种分析导致我们属性分别为0.276 eV和0.278 eV的PL线绑定激子和自由激子在BP。结果，体BP带隙的值在2K下被细化到0.287 eV。
2020-10-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Tuning of the electronic and optical properties of single layer black phosphorus by strain
利用第一性原理计算，我们发现单层黑磷（BP）的电子和光学性质强烈地依赖于外加应变。由于BP的原子结构具有很强的各向异性，其电导率和光学响应对外加应变的大小和方向都很敏感。我们发现，包括许多机构的影响是必不可少的单层BP的电子性质的正确描述，例如，而无应变BP的电子间隙被发现是0.90 eV通过使用半局部泛函，它成为2.31 eV时，考虑到多体效应内的G 0 W 0计划。施加的拉伸应变被证明显着增强电子输运沿锯齿形方向的BP。此外，双轴应变能够将单层BP的光学带隙从0.38eV（在-8%应变下）调谐到2.07eV（在5.5%应变下）。激子结合能对施加的应变的大小也很敏感。发现对于-8%的压缩双轴应变，其为0.40 eV，并且对于4%的拉伸应变，其变为0.83 eV。我们的计算表明，BP的光学响应可以显着调整使用应变工程，这似乎是一个很有前途的方式来设计新的光伏器件，捕捉广泛的太阳光谱。
2014-11-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Full Slonczewski-Weiss-McClure parametrization of few-layer twistronic graphene
我们使用混合k点p理论-紧束缚（HkpTB）模型来描述层间耦合同时在Bernal和扭曲的石墨烯结构。对于Bernal对齐的界面，HkpTB使用石墨的完整Slonczewski-Weiss-McClure（SWMcC）哈密顿量进行参数化，然后通过导出反映石墨的完整SWMcC模型的所有细节的附加项，将其用于细化扭曲界面的常用极小模型。我们发现，这些条款引入了一些电子空穴的不对称性的能带结构的扭曲双层，但在双电子多层石墨烯，他们只产生一个微妙的变化的莫尔迷你带光谱，确认广泛适用的极小模型实现扭曲的界面耦合在这样的系统。
2021-04-30 cond-mat.mes-hall
Measurements and atomistic theory of electron $g$ factor anisotropy for phosphorus donors in strained silicon
本文报道了应变硅（sSi = Si/Si $_{1-x}$ Ge $_x$）环境中磷施主量子位的电子$g$因子各向异性（$| Δg |$ = $| g_{001} - g_{1 \bar 1 0} |$）的测量。进行了数百万原子紧束缚模拟，以了解作为$x$的函数的$| Δg |$的测量减少，这是由于界面相关的各向异性的减少。对于$x <$ 7\%，$| Δg |$的变化呈线性，可用$η_x x$描述，其中$η_x \approx$ 1.62 $\times$ 10 $^{-3}$。在$x$ = 20%时，测得的$| Δg |$为1.2 $\pm$ 0.04 $\times$ 10 $^{-3}$，与计算值1 $\times 10^{-3}$吻合较好。当应变和电场同时施加时，应变效应被预测对$| Δg |$起主导作用。我们的研究结果提供了有用的见解sSi：P自旋量子比特的自旋特性，更一般的自旋电子学和谷电子学研究领域的设备。
2018-07-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Microscopic mechanism of tunable band gap in potassium doped few-layer black phosphorus
二维材料的带隙调谐是当代材料科学的基础和实践方面的一个重要课题。最近，实验观察到由磷烯的堆叠层组成的黑磷（BP）通过在表面上沉积钾（K）原子而显示出宽可调的带隙，从而在电子和光电子器件的设计和优化中允许极大的灵活性。在这里，基于密度泛函理论的计算，我们证明了捐赠的电子从K掺杂剂主要是本地化在最顶层的BP层和这样的表面充电有效地屏蔽K离子电位。研究发现，随着K掺杂的增加，极端的表面充电及其对K原子的屏蔽使导带的能量降低，即，由于它们在表面附近具有更多的电荷，因此它们的结合能向更高的方向移动，而对在更深的层中具有更多电荷的价带的影响很小。与先前提出的巨斯塔克效应相比，该结果为观察到的可调带隙提供了不同的解释，其中从正离子化的K覆盖层到带负电的BP层的垂直电场使导带最小值$Γ_{\rm 1c}$（价带最小值$Γ_{\rm 8v}$）向下（向上）移动。本预测的$Γ_{\rm 1c}$和$Γ_{\rm 8v}$作为K掺杂的函数再现了宽可调的带隙，各向异性狄拉克半金属态，带反转半金属态，如角分辨光电子能谱实验所观察到的。我们的研究结果揭示了一种通过碱金属表面掺杂实现二维材料可调带隙工程的新途径。
2017-08-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Strained graphene: tight-binding and density functional calculations
我们使用密度泛函计算确定应变下石墨烯的能带结构。从头算能带结构，然后用于提取最适合的紧束缚跳跃参数中使用的应变石墨烯最近的微观模型。据发现，跳跃参数可能会增加或减少时，增加应变，这取决于所施加的应力的取向。拟合的值进行比较，与一个可用的参数化的依赖的轨道重叠分离的两个碳原子的距离。还发现，应变不会在石墨烯中引起间隙，至少对于高达10%的变形。
2009-05-11 cond-mat.mes-hall cond-mat.other
Electronic structure and conductivity in functionalized multilayer black phosphorene
本文采用单轨道紧束缚模型，以原子空位和Anderson无序分别模拟共价与非共价功能化，揭示其对单层、少层及体相黑磷电子结构、量子扩散和迁移率隙的不同影响。
2024-08-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Semianalytical study of excitons and quasiparticle band gap in two-dimensional insulators
在紧束缚近似下，对二维六方氮化硼单层膜中激子的束缚能进行了理论研究。导出了带间电子-空穴传播子的自洽方程，并在长波长范围内近似为标准氢原子的薛定谔方程。结果表明，在阶梯项中加入动态屏蔽库仑相互作用对正确描述激子结合能是至关重要的。这导致了自洽的本征值问题与动态屏蔽。研究了激子能量与轨道量子数的关系。我们预言，对于固定的主量子数，具有高轨道动量的态比具有低轨道动量的态具有低能量。利用导出的公式和实验光学带隙估算了准粒子带隙。在高极化率的限制下，采用半经典方法计算了激子的结合能。的TBA参数化支持从头计算。
2018-03-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Theory for electron and hole fine structure and Landé g-factors in lead chalcogenide nanowires
该研究推导了[111]取向PbX纳米线基态电子与空穴精细结构的唯象模型，通过能谷混合哈密顿量参数化实现g因子张量谷内分量到塞曼分裂的转换，并计算了相关关键参数。
2024-05-30 cond-mat.mes-hall
Superfluidity of Dipolar Excitons in a Black Phosphorene Double Layer
研究了黑色磷烯双电层中偶极激子的形成及其超流性。得到了单偶极激子能谱和波函数的解析表达式。预测了黑磷双层膜中偶极激子的弱相互作用气体由于偶极-偶极排斥而呈现超流性。计算中采用了载流子相互作用的Keldysh势和Coulomb势，分析了屏蔽效应对所研究现象的影响。结果表明，超流的临界速度、集体激发谱、超流和正常分量的浓度以及超流的平均场临界温度都是各向异性的，并表现出对偶极激子运动方向的依赖性.随着激子浓度和层间距离的增加，超流性的临界温度增加。结果表明，偶极激子结合能和平均场临界温度对电子和空穴的有效质量敏感。提出的实验观察激子的定向超流性解决。
2017-04-24 cond-mat.mes-hall
Multiband effective bond-orbital model for nitride semiconductors with wurtzite structure
一个多带经验紧束缚模型与纤锌矿结构的III族氮化物半导体已被开发和应用到体系统和嵌入式量子点。作为一个最小基组，我们假设一个s轨道和三个p轨道，定位在六角Bravais晶格的单位晶胞，从其中形成一个导带和三个价带。非零矩阵元素的第二个最近的邻居考虑。确定这些矩阵元素，使得得到的紧束缚能带结构再现已知的伽玛点参数，其也用于最近的kp处理。此外，紧束缚能带结构也可以拟合到从实验或从第一原理计算已知的布里渊区边界的其他特殊对称点处的能带能量。在本文中，我们描述了参数化的细节，并提出了由此产生的紧束缚能带结构的块状GAN，AlN，和InN与纤锌矿结构。作为纳米结构的第一个应用程序，我们目前的结果嵌入在GAN矩阵的透镜形InN量子点的单粒子电子特性。
2010-04-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Multivalley effective mass theory simulation of donors in silicon
去年，Salfi等人首次对供体波函数进行了直接测量，并发现与原子紧束缚非常好的理论一致性[Salfi等人，Nat.板牙. 13，605（2014）]。在这里，我们表明，多谷有效质量理论，适当地应用，并实现紧密结合的协议，从而提供可靠的预测。为了证明这一点，我们变分求解耦合六谷Shindo-Nara方程，包括硅的完整Bloch函数。令人惊讶的是，我们发现，包括完整的布洛赫函数需要一个四面体，而不是球形，施主中心电池校正，以准确地再现实验的能谱的磷杂质在硅中。我们交叉验证这种方法对原子紧束缚计算，表明这两种理论吻合良好的施主-施主隧道耦合的计算。此外，我们基准我们的结果进行统计不确定性分析，确认导出量，如波函数配置文件和隧道耦合是强大的相对于变化的能量波动。最后，我们采用这种方法来穷举隧道耦合的所有捐助者-捐助者配置在一个大的搜索量，最终证明隧道耦合没有空间稳定区域。虽然这种不稳定性对于可靠地耦合两个量子位操作的供体对是有问题的，但我们确定了可以使用扫描隧道显微镜技术放置供体量子位的特定目标位置，以实现可靠的大隧道耦合。
2015-11-02 cond-mat.mes-hall quant-ph
Million Atom Electronic Structure and Device Calculations on Peta-Scale Computers
半导体器件被缩小到组成材料不再被认为是连续的水平。为了解释原子随机性、表面效应和量子力学效应，需要追求原子建模方法。纳电子建模工具NEMO 3-D包含了经验的$sp^{3}s^{*}$和$sp^{3}d^{5}s^{*}$紧束缚模型，并考虑了应变，成功地模拟了各种半导体材料体系，满足了这一要求。然而，在计算上，NEMO 3-D需要显著的改进来利用不断增加的处理器供应。本文介绍了新的建模工具OMEN 3-D，并讨论了其主要的计算改进，3-D区域分解和多级并行。作为一个特色的应用程序，一个全三维并行薛定谔-泊松求解器和它的应用程序来计算硅中的$δ$掺杂磷（P）层的能带结构。杂质带由于施主离子电位计算。
2010-03-25 cond-mat.mes-hall physics.comp-ph
Quantum Geometry Driven Optical Responses in 1T-MX$_2$ Monolayers: A Symmetry-Constrained Slater-Koster Tight-Binding Approach
National Institute of Technology Silchar（锡尔哈尔国立技术学院）
本文开发了适用于1T-MX₂单层的11带Slater-Koster紧束缚方法，建立了该材料体系微观电子结构、量子几何与光学响应的联系，确立光学谱重可作为量子几何的实验探针。
2026-08-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Striped Spin Density Wave in a Graphene/Black Phosphorous Heterostructure
本研究针对石墨烯-黑磷异质结构的复杂能带特性，构建有效紧束缚模型并通过平均场分析发现其基态存在栅压可调的条纹自旋密度波序，且该有序态经中间金属相实现金属-绝缘体转变，同时指出了相关实验特征。
2025-01-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Determination of the valence band offset at cubic CdSe/ZnTe type II heterojunctions: A combined experimental and theoretical approach
我们提出了一个实验和理论相结合的方法来确定的低温价带偏移（VBO）在CdSe/ZnTe异质结与底层的锌晶体结构。在实验方面，II型界面的光学跃迁允许精确测量II型带隙。我们展示了如何依赖于激发功率的光致发光（PL）信号的移位可以用于任何II型系统的VBO的精确测定。在理论方面，我们使用一个精炼的经验紧束缚参数化，以准确地再现的能带结构和周围的带隙区域的立方CdSe和ZnTe的态密度，然后计算的分支点能量（也被称为电荷中性水平）为两种材料。由于立方晶体结构和小的晶格失配在整个界面上，所考虑的材料系统的VBO然后可以从电荷中性条件下获得，在良好的协议与PL测量。
2012-10-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
The Sub-band Structure of Atomically Sharp Dopant Profiles in Silicon
硅基结构和原型器件的缩小尺度现已达到单原子尺度，这是硅基量子计算机发展的重要里程碑。用于原子级器件制造的一个特别值得注意的平台是所谓的SiP δ层，其由半导体主体内的超致密和尖锐的掺杂剂层组成。虽然存在几种替代方案，但硅中的磷掺杂剂引起了最大的兴趣，正是在这个平台上，许多量子原型设备已经成功地得到了展示。受此启发，计算和实验都致力于了解SiP δ层平台的电子结构。在这项工作中，我们使用高分辨率的角度分辨光电子能谱（ARPES），以揭示存在的电子态的结构，因为高掺杂密度的SiP δ层。与已发表的理论工作相比，我们解决了三个不同的频带，其中最占用显示出大的各向异性和显着偏离简单的抛物线行为。我们研究了这种精细结构的可能起源，并得出结论，这主要是介电常数大的结果（约。是体硅的两倍）。在紧束缚计算中考虑这个因素会导致对能带结构的重大修正;具体地说，第三个能带的存在、能带的分离以及对纯粹抛物线行为的偏离。这种对能带结构的新理解对于构建在SiP delta层平台上的量子原型器件具有重要意义。
2019-04-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
