Tuning electronic and optical properties of free-standing Sn2Bi monolayer stabilized by hydrogenation
在这项研究中，我们系统地研究了Sn 2Bi单层的结构，机械，电子和光学特性，这是一种最近实验合成的薄片[PRL，121，126801（2018）]，它已被氢化（Sn 2BiH 2），以使用密度泛函理论（DFT）稳定自支撑形式。为了调节能带结构和电子性质，使用了机械应变和电场。我们的研究表明，在这个独立的样品中，有电子平带和自由空穴带，像最近在硅片上合成的样品，这提供了具有强局域化的电子和高迁移率的自由空穴的可能性。此外，Sn 2BiH 2单层的带隙经历了80%的增长相比，实验样品。应变的相关结果表明，带隙可以适当地操纵双轴应变（-13%至+21%）范围内从0.2至1.6 eV。应该提到的是，相应单分子层在拉伸和压缩应变下的稳定性和柔性是由于原子之间的强σ键。我们还认识到应变可以引起带隙的间接-直接转变。此外，我们的光学研究结果表明，Sn 2BiH 2单分子层在特定范围内的紫外光谱几乎具有金属性质，它是透明的，在红外和可见光谱的电磁辐射。所有这些可调特性和非平凡的功能预示着Sn 2BiH 2单分子膜在近红外探测器、热电器件、场效应晶体管、传感器、电子器件、能量收集和光电子学等方面具有巨大的应用潜力。
2019-08-11 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
The tunnelling spectra of quasi-free-standing graphene monolayer
考虑到在过去几年中石墨烯的扫描隧道显微镜（STM）研究的巨大成功，令人惊讶的是，仍然存在关于准独立石墨烯单层的隧道光谱的报道的基本矛盾。许多研究小组观察到在狄拉克点处状态密度（DOS）线性消失的V形光谱，而其他研究小组报告的光谱具有60 meV的间隙，固定在准独立石墨烯单层的费米能级上。本文系统地研究了几种不同基底上的准独立石墨烯单分子层的两个相互矛盾的隧穿谱，并对结果给出了一致的解释。光谱中的间隙来自石墨烯中的面外声子，其将布里渊区角落处的狄拉克电子与区中心处的近自由电子态混合。我们的实验表明，与衬底的相互作用可以有效地抑制石墨烯中的面外声子的影响，使我们能够检测到光谱中的狄拉克电子的DOS。我们还表明，有可能在纳米尺度上打开和关闭石墨烯的面外声子，即，隧穿光谱显示通过施加到STM尖端的电压脉冲在两个不同特征之间切换。
2017-09-01 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Stability and magnetization of free-standing and graphene-embedded iron membranes
最近的实验实现单层铁膜在石墨烯穿孔的启发，我们进行从头计算嵌入在石墨烯中的铁单层和膜，以评估其结构稳定性和磁化。我们表明，单层铁有一个更大的自旋磁化每原子比散装铁和嵌入在石墨烯中的铁膜表现出自旋磁化单层铁。我们发现，独立的单层铁是结构上更稳定的三角形晶格相比，无论是正方形和蜂窝晶格。这与嵌入的Fe膜形成正方形晶格的实验观察相矛盾。然而，我们发现，嵌入在石墨烯穿孔的铁膜可以更稳定的正方形晶格配置相比，三角形。此外，我们发现正方形晶格具有较低的边缘形成能，这意味着正方形Fe晶格在膜形成期间可能是有利的。
2014-11-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Probing the Intrinsic Properties of Exfoliated Graphene: Raman Spectroscopy of Free-Standing Monolayers
研究了通过机械剥离石墨制备的原始的、自支撑的石墨烯单层的性质。石墨烯单层，悬挂在开放的沟槽，检查通过空间分辨拉曼光谱的G-，D-和2D-声子模式。G-模式声子表现出降低的能量（1580 cm-1）和增加的宽度（14 cm-1）相比，支持在二氧化硅覆盖的基板上的石墨烯单层的响应。从G模式拉曼光谱的分析中，我们推断出独立的石墨烯单层基本上是未掺杂的，残余载流子浓度的上限为2x10^11 cm-2。在支撑区域上，观察到明显更高且空间不均匀的掺杂。基于非常弱的拉曼D模式响应，独立的石墨烯单层显示出很小的局部无序。与样品的支撑区域的频率相比，独立石墨烯单层的双声子2D模式在频率上下移，并且表现出变窄的正偏斜线形。
2009-01-06 cond-mat.mtrl-sci
Chemical instability of free-standing boron monolayers and properties of oxidized borophene sheets
在这项工作中，我们报告的结果，一步一步的建模独立的硼单层的氧化不同类型。计算结果表明，氧化过程始终是放热的，并导致形成泡沫状的氧化硼膜与合并的非氧化的小硼团簇。这些硼氧化物薄膜中的一些表现出化学稳定的磁性中心的存在。通过对氧化后的卟啉片（OBS）的物理性能的评价，表明它可能在太阳能中作为传感器和防氢泄漏涂层的应用。
2020-03-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Large area quasi-free standing monolayer graphene on 3C-SiC(111)
在立方碳化硅（即3C-SiC（111）表面）上获得大规模、均匀的准自立式单层石墨烯，这代表了用于石墨烯生长的吸引人且成本有效的平台。准自由单分子层是通过在界面（6 root 3x 6 root 3）R30重构碳层下插入氢而产生的。插层后，角度分辨光电子能谱（ARPES）揭示了尖锐的线性π带。通过X射线光电子能谱（XPS）和低能电子衍射（LEED）鉴定石墨烯与衬底的解耦。原子力显微镜（AFM）和低能电子显微镜（LEEM）表明，均匀的单层域延伸超过数百平方微米的面积。
2011-09-28 cond-mat.mtrl-sci
Curvature dependent surface energy for a free standing monolayer graphene: some closed form solutions of the nonlinear theory
独立石墨烯单层的连续体建模被视为二维2晶格，需要指定作为辅助变量的移位向量的分量。场方程是支配位移矢量的方程，还有动量和动量矩方程。我们提出了一个简单的加载历史，如轴向，双轴拉伸/压缩和简单的剪切的一系列问题的难度越来越大的分析。我们首先列出一个简化模型的方程，该模型仍然可以捕获弯曲效应。最初，我们忽略平面外变形。在这种情况下，我们用位移矢量解析地求解控制辅助变量的方程;当载荷指定时，这些方程是代数方程。作为下一步，仍然在简化模型上工作，考虑平面外变形，并且方程急剧复杂化。我们描述了如何可以引入到模型中，并应用Cauchy-Kowalevski定理得到存在性和唯一性的移位向量的一些特征情况下。最后，对于最一般的问题的处理，我们分类的动量方程，并给出柯西-Kowalevski定理适用的条件。
2018-01-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Graphene on Insulating Oxide Substrates: Role of Surface Dangling States
采用第一性原理密度泛函电子结构方法和局域交换关联近似方法研究了绝缘氧化物衬底对单层和双层石墨烯能带结构的影响。我们考虑两个晶体衬底，SiO2（或α-石英）和Al 2 O3（α-氧化铝或蓝宝石），每个都有两个表面终端。我们专注于衬底表面的悬挂状态和他们的钝化扰动的线性能谱的石墨烯的作用。在未钝化的表面终端上，随着顶表面层的弛豫，由于与石墨烯层的相对大的平衡分离，只有Si-终端的石英保留石墨烯的线性能带结构，而其他三个表面终端显著地扭曲它。在电子光谱中出现线性带，但是狄拉克点从费米能级移开。有趣的是，在非钝化的氧终止的石英上具有第二碳层的情况下，在顶表面层弛豫的情况下，石墨烯特征出现在光谱中，但是具有两个表面终止的蓝宝石即使具有两个碳层也显示出扰动特征。通过用氢原子钝化表面悬挂态，并且没有顶层原子弛豫，电子-空穴对称性精确地发生在费米能级。这表明表面悬挂态在扭曲线性光谱方面的作用不如顶部表面层的原子弛豫那么重要。在所有情况下，我们发现第一层石墨烯形成波纹，就像悬浮的石墨烯一样，但是波纹的强度被发现可能由于衬底的存在而较弱。
2010-01-28 cond-mat.mtrl-sci
Determination of the Spacing Between Hydrogen-Intercalated Quasi-Free-Standing Monolayer Graphene and 6H-SiC(0001) Using Total-Reflection High-Energy Positron Diffraction
本文利用全反射高能正电子衍射结合动力学衍射理论摇摆曲线分析，精确测定了氢插层准自由站立单层石墨烯与6H-SiC(0001)衬底的间距为4.18(6)Å，结果与已有DFT计算高度吻合。
2023-06-29 cond-mat.mtrl-sci
On the Mechanical and Thermal Stability of Free-standing Monolayer Amorphous Carbon
最近（C. T. Toh等人，Nature 577，199（2020）），实现了自支撑单层无定形碳（MAC）的首次合成。MAC是由五个、六个、七个和八个随机分布的原子环组成的纯碳结构。MAC被证明是令人惊讶的稳定和高度抗断裂性。其电子性质与氮化硼相似。在这项工作中，我们采用全原子反应分子动力学模拟研究了MAC模型的力学性能和热稳定性。为了比较的目的，将结果与类似尺寸的原始石墨烯（PG）模型进行对比。我们的研究结果表明，MAC和PG表现出不同的力学行为和断裂动力学模式。而PG后的临界应变阈值直接从弹性到脆性政权，MAC这两个政权之间表现出不同的弹性阶段。值得注意的是，MAC是热稳定的高达3600 K，这是接近PG的熔点。这些特殊的物理性能使MAC基材料成为新技术的候选者，如柔性电子产品。
2020-02-11 cond-mat.mtrl-sci
Two-dimensional octagon-structure monolayer of nitrogen group elements and the related nano-structures
为了拓展二维材料的研究领域，我们基于密度泛函理论，采用第一性原理方法预测了氮族元素二维八元结构的存在，这些结构由正方形和八边形组成.计算结果表明，它们都是具有间接带隙（N，P，Bi）和直接带隙（As，Sb）（0.57-2.61eV）的半导体。研究了三种不同未钝化边缘的纳米带及其能带结构。由于边缘重构和悬挂键的存在，不同边缘的P，As，Sb纳米带中存在铁磁边缘态，在其中一个特定的N纳米带的能带结构中发现了π附近的Dirac点.这些结构在未来的应用中可能是有用的，例如半导体器件、自旋电子学、氢存储和量子计算。
2015-12-07 cond-mat.mtrl-sci
Quasi-free Standing Epitaxial Graphene on SiC by Hydrogen Intercalation
通过氢插层在SiC（0001）上获得了准独立外延石墨烯。氢在6root3重构的初始碳层和SiC衬底之间移动。对于外延石墨烯，最上面的Si原子共价结合到该缓冲层，现在通过氢键饱和。缓冲层变成具有其典型线性π带的准自立式石墨烯单层。类似地，外延单层石墨烯变成去耦双层。这种嵌入在空气中是稳定的，并且可以通过退火到900摄氏度左右来逆转。
2009-11-10 cond-mat.mtrl-sci
Curvature dependent surface energy for free standing monolayer graphene: geometrical and material linearization with closed form solutions
独立石墨烯单层的连续体建模被视为二维2晶格，需要指定作为辅助变量的移位向量的分量。场方程是支配位移矢量的方程，还有动量和动量矩方程。为了引入材料的线性能量，假设应变张量、曲率张量、位移矢量以及它们的组合具有二次依赖性。因此，六角对称将独立材料常数的总数减少到9个。我们对一系列几何和材料线性情况下难度越来越大的问题进行了简单载荷历史（例如轴向、双向拉/压和简单剪切）的分析。我们只从平面内运动的问题开始。通过规定位移，计算移位向量的分量。这样，场方程就很容易满足了。面外运动也被处理;我们假设导致屈曲/屈曲的面内拉伸/压缩，并求解位移矢量的分量以及屈曲建模中存在的函数。这里采用的线性假设简化了分析，有利于分析结果。
2018-01-16 cond-mat.mtrl-sci
Conversion of self-assembled monolayers into nanocrystalline graphene: Structure and electric transport
石墨烯基材料已被建议用于从纳米电子学到纳米生物技术的应用。然而，石墨烯基技术的实现将需要大量具有可调物理和化学性质的独立二维（2D）碳材料。通过分子自组装的自下而上的方法具有满足这一需求的巨大潜力。在这里，我们报告的制造和表征的石墨烯由电子辐射诱导交联的芳香族自组装单分子层（SAMs）和随后的退火。在这个过程中，SAM被转化为具有良好定义的厚度和任意尺寸的纳米晶石墨烯片。电输运数据表明，这种转变伴随着绝缘体到金属的转变，其可用于控制所制造的石墨烯片的电性质，例如电导率、电子迁移率和双极电场效应。所建议的路线开辟了广阔的前景工程的自支撑的二维碳材料与可调性能的各种固体基板和多孔基板作为悬浮膜。
2011-05-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Intercalant-induced Kekule ordering and gap opening in quasi-free-standing graphene
Sn插入通过解耦缓冲层并引入局部晶格畸变，诱导石墨烯中凯克勒有序和能隙打开，揭示了插入剂均匀性和应变对石墨烯性质的调控作用。
2025-12-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Growth of monolayer graphene on 8deg off-axis 4H-SiC (000-1) substrates with application to quantum transport devices
使用高温退火条件，其中石墨帽覆盖8度离轴4 H-SiC样品的C面，已经生长了大且均匀的单个外延石墨烯层。拉曼光谱显示这些单层石墨烯片的几乎独立的特征的证据，这是由磁输运测量证实。我们发现一个温和的p型掺杂，高载流子迁移率和半整数量子霍尔效应典型的高品质石墨烯样品。这为石墨烯与构成当今SiC行业标准的晶圆上的SiC器件的完全兼容集成开辟了道路。
2010-07-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Quasiparticle $GW$ band structures and Fermi surfaces of bulk and monolayer NbS$_2$
在这项工作中，我们采用$GW$近似的框架下的SternheimerGW方法来研究的能带结构和费米面的散装和单层的NbS $_2$的多体校正的影响。对于体系统，我们发现，包括这些多体效应导致重要的变化，在能带结构，特别是在低能量区周围的费米能级，我们的计算是在最近的ARPES测量结果吻合得很好。在一个独立的单层NbS $_2$的情况下，我们观察到的屏蔽库仑相互作用和准粒子修正相比，散装的强烈增加。在这种情况下，我们还进行计算，以包括由基板屏蔽的效果。我们详细报告的结果，我们的收敛性测试和计算参数，作为一个坚实的基础，为今后的研究。
2018-08-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
A Table-Top Formation of Bilayer Quasi-Free-Standing Epitaxial-Graphene on SiC(0001) by Microwave Annealing in Air
我们提出了一种在SiC（0001）上制备双层准自支撑外延石墨烯（QFSEG）的方法。通过在空气中对在SiC（0001）上生长的单层外延石墨烯（EG）施加微波退火，缓冲层从SiC衬底解耦并且变成第二EG层，如通过低能电子衍射、高分辨率透射电子显微镜、拉曼散射光谱、X射线光电子能谱学和角度分辨光电子能谱学所确认的。去耦的最可能的机制是由SiC表面的氧化给出的，这与在空气中的常规退火方法中发生的情况非常相似，但是处理时间少一个数量级以上。
2017-05-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Dislocations as natural quantum wires in Diamond
从第一性原理出发，利用混合交换关联泛函研究了金刚石中位错滑移集的电子性质，发现原子尺度的位错芯态产生了一维能带结构，即天然量子线.芯态的位置和特征随局域结构而强烈变化，其中具有悬挂键的混合位错呈现出具有特征一维态密度（$1/\sqrt{E})$）的一维金属带。这种一维费米气体在空间上沿着位错核定位到单原子直径轨道链。当核心内的悬挂键被重建时，1D金属带消失。相比之下，在金刚石中的纯刃位错揭示了具有3.0 eV的直接带隙的1D半导体。这些计算为长期观测到的金刚石中与位错相关的蓝色发光带提供了一种可能的解释。这打开了使用位错作为1D量子相的大门，其功能（电子和光学）特性来自原子尺度的核心状态。
2022-10-21 cond-mat.mtrl-sci
Making ARPES Measurements on Corrugated Monolayer Crystals: Suspended Exfoliated Single-Crystal Graphene
自支撑剥离单层石墨烯是一种超薄柔性膜，其表现出平面外变形或扭曲。在本文中，描述了一种技术来测量的能带结构的这种独立的石墨烯的角分辨光电发射。结果表明，光电子相干性受晶体结构的限制。然而，通过将石墨烯粗糙度的表面形貌测量与角度分辨光电发射相结合，可以提取能量依赖的准粒子寿命和能带结构测量。我们的测量依赖于我们的发展有关的晶体的光电子谱线宽度的分析配方。我们的ARPES测量结果表明，尽管从晶体的平面性显着偏差，剥离的悬浮石墨烯的电子结构是接近理想的，未掺杂的石墨烯;我们测量的狄拉克点是在25毫电子伏的$E_F$。此外，我们表明，悬浮石墨烯的行为作为一个边缘费米液体，准粒子寿命的规模为$(E - E_F)^{-1}$ ;与其他石墨烯和石墨的数据进行了比较讨论。
2011-04-13 cond-mat.mtrl-sci
Electron-phonon coupling in quasi free-standing graphene
准自支撑单层石墨烯可以通过在外延石墨烯和衬底晶体之间插入如氧或氢的物质来产生。如果石墨烯确实与衬底解耦，则可以预期观察到类似的电子色散和多体效应，而与用于实现解耦的衬底和材料无关。在这里，我们研究了两种不同类型的准独立单层石墨烯的电子-声子耦合：通过氢嵌入从SiC去耦和通过氧嵌入从Ir去耦。这两个系统显示出类似的整体行为的自能和弱重整化附近的费米能量的带。电子-声子耦合被发现是足够弱的耦合常数λ的精确测定通过重整化困难。两个系统的λ估计值均为0.05（3）。
2012-10-05 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Structural distortions in monolayers of binary semiconductors
我们在第一性原理密度泛函理论的计算范围内，研究了独立的II-VI族和III-V族半导体在单层极限下的结构特性。一个非极性的屈曲结构被发现是有利于极性屈曲结构。虽然一个明显的原因，这可能是追溯到贡献的偶极偶极相互作用存在于极性结构，这将使它不稳定的非极性结构，库仑之间的相互作用的阳离子和阴离子上的电子被发现是非极性结构的原因是有利的。调节阳离子和阴离子上的电子之间的库仑相互作用的途径是通过双轴拉伸应变。这允许CdS中的平面石墨相在仅2%的拉伸应变下稳定。应变还将价带最大值从$Γ$点移动到K点，从而为探索这些材料中的自旋谷物理提供了机会。
2017-12-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Restoring a free-standing character of graphene on Ru(0001)
实现独立的石墨烯一直是一项艰巨的任务。在这里，我们使用扫描探针显微镜和光谱学研究的晶体结构和电子性质的均匀的独立的石墨烯层通过插入的氧单层在“强”键合的石墨烯/Ru（0001）界面。光谱数据显示，这种石墨烯层是重p掺杂的，狄拉克点位于费米能级以上552 meV处。实验数据在DFT内理解，观察到的效果与理论数据吻合良好。
2015-10-25 cond-mat.mtrl-sci
Hydrogen dynamics on defective monolayer graphene
研究了碳空位存在时石墨烯片上的氢动力学。我们分析了分子动力学（MD）模拟的手段，使用紧束缚哈密顿量适合密度泛函计算的H原子的运动。氢钝化接近空位的C原子的悬挂键，与位于层平面一侧或另一侧的H形成C-H键。氢动力学已经从MD轨迹的统计分析，随着原子坐标的自相关函数进行了研究。在300 K时，单个H原子穿过石墨烯层的有效势垒为0.40 eV，跃迁速率为$ν= 2 \times 10^6$ ~s $^{-1}$.原子跃迁表现为随机事件，在给定的温度和时间间隔下，它们的数量服从泊松概率分布。当两个氢原子靠近空位时，发现原子动力学有很强的关联，室温下的跃迁频率$ν= 7 \times 10^2$ ~s $^{-1}$较低.这些结果提供了对氢在石墨烯上的扩散机制的深入了解，为完全理解其通过缺陷结晶膜的运动铺平了道路。
2022-09-27 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Van der Waals heteroepitaxy of air stable quasi-free standing silicene layers on CVD epitaxial graphene/6H-SiC
石墨烯由具有原子级平坦的无悬挂键表面的惰性热稳定材料组成，本质上是用于二维材料如硅烯的范德华异质外延的理想模板层。然而，取决于合成方法和生长参数，石墨烯（Gr）衬底可以在单个样品上表现出各种表面结构、厚度、缺陷和台阶高度。这些结构显著地影响外延层的生长模式，例如将逐层生长转变为缺陷辅助成核促进的Volmer-Weber生长。本文采用原子力显微镜（AFM）、扫描隧道显微镜（STM）、X射线光电子能谱学（XPS）、扫描电子显微镜（SEM）和拉曼光谱（Raman）研究了在6 H-SiC（0001）衬底上化学气相沉积外延Gr（1 ML Gr/1 ML Gr缓冲层）上硅的生长。它示出，全尺寸几乎无缺陷的1 ML Gr与单一表面结构和分子束外延（MBE）沉积硅的超清洁条件的完美控制代表确保外延石墨烯上的扩展硅烯片的生长的关键先决条件。
2022-03-15 cond-mat.mtrl-sci
Surface-Confined Two-Dimensional Crystal Growth on a Monolayer
本文提出一种无腔室片上方法，利用Pd在单层WTe2上的非菲克输运实现表面限域二维晶体生长，可控形成新型Pd7WTe2材料，为二维材料库拓展和器件集成提供新途径。
2023-07-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Raman Spectra and Excitonic Effects of the novel Ta$_2$Ni$_3$Te$_5$ Monolayer
本文研究了新型二维Ta$_2$Ni$_3$Te$_5$单层的拉曼光谱与激子效应，发现其为稳定的间接带隙半导体，具有特定的拉曼/红外活性模式及显著的线性光学各向异性与高激子束缚能。
2024-09-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
First-principles investigation of electron-induced cross-linking of aromatic self-assembled monolayers on Au(111)
我们用密度泛函理论研究了吸附在Au（111）表面上的联苯硫醇分子（BPT）的自组装单分子层（SAM）脱氢后可能出现的层状几何结构，正如实验上观察到的吸附在Au（111）表面上的4 '-硝基-1，1'-联苯硫醇的低能电子辐照自组装单分子层。[Eck、W.例如，Advanced Materials 2000，12，805]已经使用具有不同复杂程度的不同模型分析了BPT分子之间的交联形成。我们首先分析线性二聚体中联苯（BP）分子之间的键合及其特征振动频率。接下来，我们考虑在完全脱氢的BP分子的扩展的独立单层中形成的最稳定的交联结构。最后，我们分析了一个更现实的模型，其中的Au（111）衬底和硫头基团的作用被明确考虑在内。在这个更复杂的模型中，发现脱氢的BPT分子共价相互作用，自发形成“石墨烯样”纳米片。我们建议，这些纳米石墨烯提供合理的积木的结构所形成的碳层的电子辐照的BPT-SAMs。特别是，将这些结构可视化为这种石墨烯纳米片的交联和缠结的结果是非常诱人的。
2010-09-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Towards Topological Quasi-Freestanding Stanene via Substrate Engineering
为了寻找新一代的自旋电子学硬件，室温量子自旋霍尔效应（QSHE）的候选材料已成为当代研究的热点。受石墨烯中QSHE的原始提议的启发，已经合成了几种异质结构，目的是为了通过增加自旋-轨道耦合来促进QSHE体带隙的较重IV族元素的六边形单层。然而，到目前为止，单层/基板耦合，这可以体现在应变，变形和杂交，已被证明是有害的所期望的QSHE条件的单层。具体集中在锡烯，锡类似物的石墨烯，我们研究如何插入缓冲层介导之间的单层和基板，以优化QSHE设置。从一个详细的密度泛函理论研究，我们突出了这样的缓冲层诱导的主要机制，以完成准自由站立的锡烯在其QSHE阶段。我们补充我们的理论预测，提出了第一个真正的尝试，生长在SiC（0001）上的锡烯可以沉积的缓冲层。
2018-11-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Novel 2D Silica Monolayers with Tetrahedral and Octahedral Configurations
通过第一性原理计算发现，具有四面体（T-二氧化硅）和八面体（O-二氧化硅）结构单元的独立有序二维二氧化硅单层是稳定的; T-二氧化硅由矩形网络中的共角SiO 4四面体形成，O-二氧化硅由共边SiO 6八面体组成.此外，绝缘O-二氧化硅是最强的二氧化硅单层，因此可以作为传感和催化应用中的纳米结构的支撑基底。T-二氧化硅的纳米带是金属的，而O-二氧化硅的纳米带具有带隙，而不管手性如何。我们发现O-二氧化硅与石墨烯的相互作用是弱的，这表明其用作石墨烯基器件的单层介电材料的可能性。考虑到六重配位的二氧化硅在高压下存在于体相中，O-二氧化硅与合成的二氧化硅双层的小能量差的预测以及在1000 K下的热稳定性表明O-二氧化硅的合成可以在实验中实现。
2015-01-07 cond-mat.mtrl-sci
Imaging of van der Waals Materials via Standing-Wave Photoemission Microscopy: Depth-Resolved Electronic Structure of WS2
Temple University（天普大学）；Lawrence Berkeley National Laboratory（劳伦斯伯克利国家实验室）；Carnegie Mellon University（卡内基梅隆大学）；Northeastern University（东北大学）；Quantum Materials and Sensing Institute, Northeastern University（东北大学量子材料与传感研究所）；Center for X-ray Optics, Lawrence Berkeley National Laboratory（劳伦斯伯克利国家实验室X射线光学中心）；U.S. Naval Research Laboratory（美国海军研究实验室）；Tampere University（坦佩雷大学）；Forschungszentrum Jülich GmbH（于利希研究中心有限公司）；Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie（柏林赫尔霍兹材料能源中心）
研究二维范德华材料深度分辨表征难题，利用驻波光电子发射显微镜对单层WS2进行埃级光谱显微镜研究，通过调整X射线驻波获取化学深度剖面等，测量出硫衍生价带光谱权重偏移，确立该方法为非破坏性深度分辨探针。
2026-07-28 cond-mat.mtrl-sci
Site-specific surface atom valence band structure via X-ray standing wave excited photoemission
利用X射线驻波（XSW）激发的光电子发射（XPS）测量了生长在SrTiO 3（001）表面上的1/2单层（ML）Pt的位特异性价带（VB）。XSW引起的调制的核心水平（CL）和VB的表面和衬底原子的光电发射监测为三个hkl衬底布拉格反射。XSW CL分析显示Pt与衬底具有fcc状立方体上立方体外延。的XSW VB信息比较以及密度泛函理论计算的投影态密度从表面和衬底原子。总的来说，这项工作代表了一种新的方法，用于确定从特定的原子表面位置的价电子的状态密度的贡献。
2022-01-11 cond-mat.mtrl-sci
Flat AgTe Honeycomb Monolayer with Topologically Nontrivial States
石墨烯有趣的性质，特别是Dirac物理，激发了人们对蜂窝结构二维材料的追求。在这里，我们实现了单层过渡金属单硫族化合物AgTe在Ag（111）通过碲化的衬底。高分辨率扫描隧道显微镜，结合低能电子衍射，角分辨光电子能谱，和密度泛函理论计算，证明了平面蜂窝结构的碲化银。第一性原理计算进一步揭示了在面内镜反射对称性的保护下，当自旋轨道耦合（SOC）被忽略时，自支撑AgTe的电子结构中存在两个Dirac节点线费米子.而实际上SOC导致了能隙的打开，并导致了拓扑非平凡的量子自旋Hall边态的出现。重要的是，我们的实验证明了单层碲化银在环境条件下的化学稳定性。这为进一步研究碲化银提供了可能，并有望将其应用于新型电子器件。
2019-01-18 cond-mat.mtrl-sci
Direct evidence of electronic interaction at the atomic-layer-deposited MoS2 monolayer/SiO2 interface
利用X射线吸收谱（XAS）和同步辐射X射线光电子能谱学（XPS）研究了在SiO2上原子层沉积的MoS 2单层膜的电子结构。采用从头算电子结构模拟方法详细分析了XAS谱随角度的演化和XPS谱随光子能量的演化。虽然类似的理论光谱的一个理想的独立的MoS 2 ML，实验光谱表现出的功能，是从一个理想的ML，这可以解释为S-O范德华（vdW）相互作用的结果不同。实验和理论光谱之间的强烈共识表明，MoS 2和相邻的SiO2层之间的vdW相互作用可以影响系统的电子结构，表现出大量的电子相互作用在MoS 2-SiO2界面。
2021-04-27 cond-mat.mtrl-sci
Influence of the degree of decoupling of graphene on the properties of transition metal adatoms
我们利用低温扫描隧道显微镜和光谱研究了$3d$过渡金属（TM）吸附原子的吸附位置。在SiC（0001）表面制备了两种石墨烯，即单层外延石墨烯（MLG）和单层准自支撑石墨烯（QFMLG），并对其吸附性能进行了研究。在QFMLG的情况下，确定了两个稳定的吸附位点，而在MLG的情况下，只观察到一个吸附位点。我们的实验结果揭示了退耦效率作为一个决定的吸附网站，以及$3d$过渡金属原子在石墨烯上的电子性质的关键参数。此外，我们表明，钴原子吸附在QFMLG的狄拉克费米子的强散射势，并在其附近引起谷间散射。
2013-11-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Atomically clean free-standing two-dimensional materials through heating in ultra-high vacuum
本文通过超高真空加热与真空传输扫描透射电镜联用，系统研究自支撑石墨烯和六方氮化硼的退火清洁效果，发现400 °C以上可使超过90%的单层区域达到原子级清洁，为后续纳米工程和器件加工提供洁净材料基础。
2025-08-27 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Strong electrostatic control of excitonic features in MoS$_2$ by a free-standing ultrahigh-$κ$ ferroelectric perovskite
该研究利用独立式BTO铁电层在室温下实现单层MoS$_2$激子与三激子发射的低功耗、可调及非易失静电控制。
2024-05-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Revealing the nature of defects in quasi free standing mono-layer graphene on SiC(0001) by means of Density Functional Theory
通过从富Si SiC（0001）面选择性Si蒸发和H嵌入在SiC上生长的准独立单层石墨烯（QFMLG）在STM和AFM分析中显示出不规则性，表现为局部特征，我们先前将其识别为H层覆盖中的空位[Y Murata等人，Nano Res，出版中，DOI：10.1007/s12274-017-1697-x]。然而，这些特征的大小、形状、亮度、位置和浓度是可变的，这取决于氢化条件。为了阐明这些功能的性质，在这项工作中，我们进行了系统的密度泛函理论研究QFMLG的结构和电子性质的缺陷，在H覆盖安排在不同的配置，包括多达13个空缺的H原子，并表明这些产生本地化的电子态与特定的电子结构。基于模拟和测量的STM图像的比较，我们能够关联不同的空缺的大尺寸（7-13缺失H）的不同观察到的功能。的存在下，大的空缺是在协议的趋势，单H空位聚集，这里所证明的DFT结果。这给氢化过程提供了一些线索。我们的工作揭示了QFMLG中H覆盖缺陷的结构多样性，并为解释STM图像中的多样性提供了可操作的方法。这些空位产生的局域态的能量是可调的，通过它们的大小和形状，这表明在纳米和光电子学的应用。
2017-10-11 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Convergent and divergent beam electron holography and reconstruction of adsorbates on free-standing two-dimensional crystals
范德华异质结构最近得到了深入的研究，因为它们提供了各种各样的属性，可以通过选择二维材料及其在堆栈中的顺序来控制。层的精确排列以及层内原子的精确排列对于所得器件的性质都是重要的。最近，它已被证明，会聚束电子衍射（CBED）允许从一个单一的CBED图案的三维材料中的原子位置的定量三维映射。在这项研究中，我们研究CBED更详细地模拟和执行各种CBED制度，收敛和发散波前，在一个有点简化的系统：二维单层晶体。在CBED中，每个CBED光斑实际上是样品的同轴全息图，其中已知同轴全息术在检测在常规聚焦成像模式中不可检测的弱相位物体时表现出高强度对比度。吸附物在零阶和高阶CBED斑点中表现出强的强度对比度，而晶格变形如应变或波纹仅在一阶和高阶CBED斑点中引起明显的强度对比度。单个CBED光斑可以重建为典型的同轴全息图，并且在重建中原则上可以实现2.13 A的分辨率。我们提供了二维单层晶体的CBED的模拟和实验的例子。模拟结果表明，单个CBED光斑可以被视为同轴全息图，并且可以重建吸附物等样品分布。单个原子可以从一个单一的CBED模式重建提供后者表现出高阶CBED点。从实验CBED图案，在2.7 A的分辨率，获得重建的例子。
2018-10-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.ins-det
Structural characterization of as-grown and quasi-free standing graphene layers on SiC
我们报告了通过CVD在4 H-SiC（0001）上生长的两种类型的高质量外延石墨烯层的比较结构表征。所研究的层是在缓冲层顶部的单层石墨烯和通过在缓冲层下方嵌入氢而获得的准独立石墨烯。我们通过不同的互补原位和异位表面技术来确定这两层的形态和结构。我们发现在两个样品中都存在大岛，但具有不同的尺寸分布。进行光电子发射电子显微镜（PEEM）测量以获得关于不同区域的化学环境的信息。研究表明，单层石墨烯占主导地位，在大多数的表面梯田，而双层和三层石墨烯的存在下，观察到的步骤，条纹沿步骤和岛屿。
2019-04-10 cond-mat.mtrl-sci
Electric-field control of the exchange interactions
基于第一性原理电子结构计算方法，采用KKR格林函数方法研究了外加电场对交换耦合参数的影响。已经进行了计算的Fe膜，独立的和沉积在两个不同的基板上，具有1单层（ML）的厚度，以尽量减少屏蔽的电场典型的金属系统的影响。通过比较自支撑铁ML与不同衬底上的铁ML的结果，我们可以分析场诱导的交换相互作用的变化的起源。与自支撑的Fe ML相比，Fe/Pt（111）系统中由于Fe/Pt界面上的局域电子态而发生了显著的变化，这些局域电子态受电场的强烈影响，对Fe-Fe交换作用起着重要作用。
2021-08-02 cond-mat.mtrl-sci
Distortion and electric field control of band structure of silicene
采用密度泛函理论，结合交换和关联泛函的局域密度近似，对硅烯单分子膜的电子能带结构进行了研究。自支撑单分子层的结合能随着外电场（畸变）而增加（减少）。当硅原子间的键角大于$\sim 102^{0}$时，硅烯中的电子表现得像狄拉克费米子。大的畸变破坏了硅烯的电子结构，硅烯不再是半金属材料，并且畸变的硅烯表现得像$n$掺杂的系统。电场在布里渊区中的$K$点周围打开带隙，带隙随着电场而增加。硅原子之间的键角是决定硅烯中是否存在狄拉克锥的关键因素。
2014-01-24 cond-mat.mtrl-sci
Anomalous thickness dependence of the Hall effect in ultrathin Pb layers on Si(111)
测量了沉积在Si（111）上的Pb（111）薄膜的导磁性能，并与二维、独立的、1 ~ 8个单层厚的Pb（111）平板的密度泛函电子能带结构计算结果进行了比较。一个描述与独立的平板是可能的，因为它原来的霍尔系数是独立的基板和晶体的顺序在膜。我们表明，观察到的霍尔系数作为膜厚度的函数的符号的振荡可以直接从费米能量的电子能带结构的厚度依赖性的变化来解释。
2002-09-24 cond-mat.mtrl-sci
Thickness-Dependent Interfacial Coulomb Scattering in Atomically Thin Field-Effect Transistors
二维半导体是后硅时代终极原子电子学的理想结构沟道材料。一个长期存在的难题是与相应的体结构相比，它们中的载流子迁移率（μ）较低，这构成了实现高性能器件的主要障碍。为了解决这个问题，我们进行了实验和理论研究相结合的原子薄二硫化钼场效应晶体管与不同的二硫化钼层（NL）的数量。在实验上，观察到一个密切的关系与10倍的退化μ非常薄的单层通道。为了准确描述载流子散射过程并揭示薄化引起的迁移率退化的根源，在严格考虑器件配置条件的情况下，不对称的介电环境和不平衡的载流子分布。我们发现，从界面库仑杂质（例如，化学残留物、气体吸附物和表面悬挂键）在极薄的沟道中大大增强，这是由于杂质和载流子之间的相互作用距离缩短。这样一个明显的因素可能超过晶格声子，并作为主要的散射。这种理解提供了新的见解的厚度引起的散射强度，突出了表面质量在电输运中的关键作用，并会导致合理的性能改进策略，为未来的原子电子学。
2013-08-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Domain (Grain) Boundaries and Evidence of Twin Like Structures in CVD Grown Graphene
理解和设计化学气相沉积（CVD）单层石墨烯中的畴边界对于改善其性能至关重要。在这项研究中，结合透射电子显微镜（TEM）技术，包括选区电子衍射（SAED），高分辨率透射电子显微镜（HRTEM），和暗场（DF）TEM被用来研究的边界取向角分布和性质的碳键在域边界。这份报告提供了一个重要的第一步，从根本上了解这些领域的边界。结果表明，对于本研究中生长的石墨烯，测量的46个取向差角均在11-30度之间（7度的一个除外）。HRTEM图像显示在几乎所有的边界区域中存在吸附物。当边界成像时，在边界处看到缺陷（悬挂键），这可能有助于吸附物在这些边界处结合。DFTEM图像还显示了“孪生”边界的存在。
2010-10-19 cond-mat.mtrl-sci
Experimental Realization of the Topologically Nontrivial Phase in Monolayer Si$_2$Te$_2$
Universität Würzburg（维尔茨堡大学）；Quantum Science Center of Guangdong-Hong Kong-Macao Greater Bay Area (Guangdong)（粤港澳大湾区量子科学中心（广东））；Fuzhou University（福州大学）；The University of Tokyo（东京大学）；Institute of High Energy Physics, Chinese Academy of Sciences（中国科学院高能物理研究所）；Spallation Neutron Source Science Center（散裂中子源科学中心）
本研究针对单层Si$_2$Te$_2$因无三维母体难以实验实现的问题，以HfTe$_2$为衬底外延生长出该材料，通过表征与计算证实其无应变晶格、可观带隙及拓扑边缘态，实验实现了其拓扑非平庸相。
2025-08-10 cond-mat.mtrl-sci
Atomic Engineering of Triangular Nanopores in Monolayer hBN: A Decoupled Seeding and Growth Approach
本研究针对二维纳米孔难以兼顾高精度与高产量的制备难题，提出解耦成核与生长法，可在单层hBN上可控制备尺寸均匀的三角形纳米孔，还提供热退火生长路线以适配大面积制备，助力下一代膜器件发展。
2024-08-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Doping of epitaxial graphene on SiC intercalated with hydrogen and its magneto-oscillations
我们研究了由氢嵌入产生的准自由单层石墨烯与表面受体态之间的电荷转移。我们考虑了两种受主态密度模型来解释石墨烯中观察到的高空穴密度，并发现了对栅极电压的密度响应。通过研究载流子密度的磁振荡，我们提供了一种实验方法来确定相关的模型。
2011-07-24 cond-mat.mtrl-sci
Novel behaviors of monolayer quantum gases on Graphene, Graphane and Fluorographene
本文讨论了亚单层量子膜（He和H2）在石墨烯和新发现的石墨烯衍生表面上的行为。在这些基底中有石墨烷（缩写为GH），其具有键合到每个C原子的H原子，以及氟代石墨烯（GF）。对于石墨的情况下，广泛的实验和理论研究表明，玻色气体4 He和para-H2的相图是定性相似的，不同的主要是在一个更高的特征温度范围为H2比他。这些膜在原始石墨烯的一侧或自支撑石墨烯的两侧上的相行为预计与石墨上的相行为类似。我们指出了在石墨烯上吸附的新现象的可能性，与石墨烯片的大的柔性有关，与吸附在片的相对侧上的原子之间的不可忽略的相互作用以及与吸附层对狄拉克电子的扰动效应有关。相比之下，在GF和GH表面上预测的行为与在石墨上的行为非常不同，这是由于不同的取向，即，这些气体所经历的电势的横向变化。由于这种新颖的几何形状和潜力，观察到独特的属性。例如，4 He薄膜在石墨上的基态是与衬底相当的二维（2D）晶体;而在GF和GH上，它被预测为各向异性超流体。在GF上，各向异性是如此极端，以至于旋转子激发是非常各向异性的，就好像玻色子沿着蜂窝晶格的键在多连通空间中移动。这种新相以前在任何基底上都没有被预测或观察到。此外，在3 He的情况下，薄膜的基态是流体，从而提供了研究具有可调密度的各向异性费米流体的可能性。
2013-09-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
High Van Hove singularity extension and Fermi velocity increase in epitaxial graphene functionalized by gold clusters intercalation
在缓冲层和SiC（0001）上的外延石墨烯的石墨烯单层之间的金嵌入导致簇的准独立小聚集体的形成。角分辨光电子能谱测量表明，这些簇保留了石墨烯准粒子的线性分散，并令人惊讶地增加了它们的费米速度。它们还通过没有电荷转移的强延伸强烈地修改了范霍夫奇点（VH）周围的石墨烯的能带结构。这一结果提供了一个新的洞察的作用，嵌入剂在重整化的裸电子能带结构的石墨烯通常观察到的石墨和石墨烯层间化合物。
2012-01-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Dynamics and Structure of Monolayer Polymer Crystallites on Graphene
基于石墨烯的纳米结构系统和范德华异质结构包括具有日益增长的技术和科学重要性的材料类别。聚合物-石墨烯异质系统结合了具有截然不同特性的材料，有望在表面和纳米技术中实现多种应用，包括光化学或纳米摩擦学。从根本上说，分子吸附物是研究受限诱导相变的典型体系，表现出复杂的动力学，这需要全面了解分子时间和长度尺度上的动态和静态性质。在这里，我们研究的动力学和结构的一个独立的石墨烯上的聚乙烯链的分子动力学模拟。在平衡时，吸附的聚合物作为二维折叠链微晶或在升高的温度下作为漂浮固体定向地连接到石墨烯。相关联的超结构可以在准瞬时衬底加热时在皮秒时间尺度上可逆地熔化，涉及通过瞬态浮相的超快异质熔化。我们的研究结果阐明了与固体相互作用的单个聚合物中的时间分辨分子尺度有序和无序现象，产生了集体摩擦和粘度的补充信息，并与超快电子衍射的最新实验观测结果相关联。我们预计，该方法将有助于解决在广泛的时间和长度尺度的混合聚合物系统的非平衡现象。
2020-08-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Delineating the role of ripples on thermal expansion of honeycomb materials:graphene, 2D-h-BN and monolayer(ML)-MoS2
通过明确进行三维（3D）和二维（2D）分子动力学模拟，我们描绘了热激发波纹对2D蜂窝材料（独立石墨烯、2D h-BN和ML-MoS 2）的热膨胀性质的作用。在3D模拟中，石墨烯和2D h-BN的面内晶格参数（a-晶格）在宽范围的温度下显示出热收缩，并表现出强烈的系统尺寸依赖性。同一系统的2D模拟显示出相反的趋势，其中a-晶格在整个计算的温度范围内膨胀。与石墨烯和2D h-BN相反，ML-MoS 2的a-晶格在2D和3D模拟中都显示出热膨胀，并且它们的系统尺寸依赖性是微不足道的。通过分析300 K下的声子色散，我们发现石墨烯和2D h-BN的2D和3D模拟之间的差异是由于在2D模拟中没有面外弯曲模式（ZA），这是导致a-晶格在低温下热收缩的原因。同时，所有的声子模都存在于ML-MoS 2的二维声子色散中，这表明ZA模的起源不纯粹是由于原子的离面运动，并且其对热膨胀的影响不像在石墨烯和二维h-BN中发现的那样显著
2016-10-25 cond-mat.mtrl-sci
Approaching ideal graphene: The structure of hydrogen-intercalated graphene on 6H-SiC(0001)
采用正入射X射线驻波技术测量了氢嵌入的准自由单层石墨烯在6 H碳化硅（0001）面上的吸附高度。基于范德华校正的交换相关泛函，对全（$6 \sqrt{3} \times 6 \sqrt{3}$）-R30 $^\circ$晶胞的密度泛函计算发现与实验非常一致的纯物理吸附高度、石墨烯层的非常低的屈曲、界面处的非常均匀的电子密度以及石墨烯在任何衬底上的最低已知的每原子吸附能。与其他石墨烯的结构比较表明，6 H-SiC（0001）上的氢插层石墨烯接近理想石墨烯。
2014-11-18 cond-mat.mtrl-sci
Computational study of geometry, electronic structure and low-lying excited states of linear T-graphene quantum dots
本研究基于第一性原理DFT和TDDFT方法，结合参数化的有效π电子哈密顿量与组态相互作用方法，计算了线性T-graphene量子点(TQDs)的几何结构、光吸收光谱和单重态-三重态能隙，发现其HOMO-LUMO跃迁禁戒且光学能隙较大，揭示了单重态激子裂变为三重态激子的可能性。
2025-06-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
