Comparative study of phonon spectrum and thermal expansion of graphene, silicene, germanene and blue phosphorene
基于密度泛函理论的第一性原理计算,研究了石墨烯、硅烯、锗烯和蓝磷烯等单原子二维蜂窝晶格的振动性质和热膨胀性质.我们着重讨论了它们性质的异同,并试图从它们的晶格结构来理解它们。我们说明,从石墨烯到蓝色磷烯,声子带隙的发展,由于大的屈曲诱导的混合的面内和面外的声子模式。这种混合也会影响它们的热性能。利用准谐波近似,我们发现它们在室温下都表现出负的热膨胀。
2016-10-14 cond-mat.mtrl-sci
Resonance Raman spectroscopy of silicene and germanene
我们在硅烯和锗烯的拉曼过程模型涉及散射的准粒子,无论是,两个声子,或,一个声子和一个点缺陷。我们计算的共振拉曼强度和寿命之间的激光激发1和3 $\,$ eV使用新开发的第三近邻紧束缚模型参数化的第一性原理密度泛函理论。我们在拉曼光谱中识别所研究的材料或其中的缺陷所特有的特征。我们发现,在硅烯,一个新的拉曼共振产生的$2.77\,\rm$ eV $π-σ$等离子体在M点,可测量高于拉曼共振起源于$2.12\,\rm$ eV $π$等离子体能量。我们表明,在锗烯,载流子的寿命,从而拉曼峰的线宽,受到电子结构内的自旋轨道分裂。我们用我们的模型来预测散射截面缺陷诱导拉曼散射涉及吸附原子,替代杂质,斯通-威尔士对,和空缺,并认为这些缺陷中的每一个的存在下,硅烯和锗烯可以定性地匹配的拉曼响应中的特定功能。
2019-01-03 cond-mat.mtrl-sci
Giant Spin Lifetime Anisotropy and Spin-Valley Locking in Silicene and Germanene from First-Principles Density-Matrix Dynamics
通过第一性原理实时密度矩阵(FPDM)动力学模拟,研究了有限温度和外场作用下二维Dirac材料硅烯和锗烯中电子-声子和电子-杂质散射引起的自旋-轨道耦合弛豫.我们讨论了Elliott-Yafet(EY)和D 'yakonov-Perel'(DP)的自旋弛豫机制的传统描述的适用性相比,我们的FPDM方法,这是由一个复杂的相互作用的内在的自旋轨道耦合,外场,和电子-声子耦合强度,超越晶体对称性。例如,室温下硅烯的自旋弛豫时间的电场依赖性接近DP机制,而锗烯的自旋弛豫时间的依赖性类似于EY机制。与石墨烯相比,锗烯具有更强的自旋轨道耦合强度和屈曲结构,在非零Ez和相对低温下,锗烯具有巨大的自旋寿命各向异性和自旋谷锁定效应。更重要的是,锗烯具有极长的自旋寿命(在50 K下约100 ns)和极高的载流子迁移率,这使得它有利于自旋谷电子应用。
2021-10-03 cond-mat.mtrl-sci
Germanene: a novel two-dimensional Germanium allotrope akin to Graphene and Silicene
以金(111)表面为衬底,用分子束外延法原位生长了原子厚度的二维有序多相薄膜。它的生长与银(111)模板上硅烯层的形成有很强的相似性。在扫描隧道显微镜中观察到的形成大域的相之一显示出清晰的、几乎平坦的蜂窝状结构。得益于全面的同步辐射核能级光谱测量和先进的密度泛函理论计算,我们可以将其识别为$\sqrt{3}$ x $\sqrt{3}$ R(30°)锗烯层,与$\sqrt{7}$ x $\sqrt{7}$ R(19.1°)Au(111)超晶胞重合,从而提出了石墨烯的新型合成锗基表亲诞生的第一个令人信服的证据。
2014-06-10 cond-mat.mtrl-sci
Ultralow lattice thermal conductivity of monolayer penta-silicene and penta-germanene
我们研究了二维五角体系的晶格热导率,如五硅烯和五锗烯。五硅烯是最近才发现的,而稳定的五锗烯是首次通过我们的从头计算发现的。我们发现五硅烯和五锗烯在室温下都具有超低的晶格热导率$κ$,分别为1.29 W/mK和0.30 W/mK。据我们所知,在2D晶体材料中,五锗烯可能具有最低的$κ$。我们将超低$κ$归因于弱的声子谐相互作用和强的非谐散射。小的声子群速度,小的德拜频率,大的Gruneisen参数,以及大量的声子-声子相互作用模式一起导致五硅烯和五锗烯的超低$κ$。这些发现为在二维材料中操纵超低$κ$提供了新的见解,并突出了设计硅和锗基高热电材料的潜在应用。
2019-10-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Half-Metallic Silicene and Germanene Nanoribbons: towards High-Performance Spintronics Device
通过第一性原理计算,我们预测了面内均匀电场可以在氢封端的锯齿形硅烯和锗烯纳米带(ZSiNRs和ZGeNRs)中诱导半金属性.双栅有限ZSiNR器件显示出高达99%的近乎完美的自旋过滤器效率,而四栅有限ZSiNR器件作为有效的自旋场效应晶体管(FET),从从头算量子输运模拟的开/关电流比超过100。这一发现为硅烯和锗烯在自旋电子学中的应用开辟了新的前景。
2013-04-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Multimechanism quantum anomalous Hall and Chern number tunable states in germanene (silicene, stanene)/$M$Bi$_2$Te$_4$ heterostructures
该研究通过第一性原理计算设计锗烯(硅烯、锡烯)/$M$Bi$_2$Te$_4$异质结构,实现多机制共存且陈数可由磁构型精确调控的量子反常霍尔态。
2024-06-17 cond-mat.mtrl-sci
First-principles study of the stability of free-standing germanene in oxygen
本文采用第一性原理计算研究了氧原子在自由基锗烯上的吸附和解离。与空气中氧分子在自支撑硅烯上的自发解离相比,从动力学角度看锗烯比硅烯更稳定,能克服约0.55eV的能垒。特别地,与O2解离诱导的氧原子在硅烯上的独特化学吸附相反,氧分子在锗烯表面可以表现出相应的稳定吸附。此外,单氧原子在锗烯表面的吸附也不同于硅烯,导致锗烯表面存在两条相反的迁移路径。此外,氧分子在锗烯表面解离成氧原子后,由于锗烯表面存在较强的Ge-O键,在室温下氧原子的迁移和脱附相对困难,有利于锗氧化物的形成。结果表明,自支撑的锗烷烯在氧气中是相对稳定的,这与硅烯有本质的不同。
2014-12-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
First-principle calculations of plasmon excitations in graphene,silicene and germanene
采用线性响应时间依赖的密度泛函理论,在无规相位近似下研究了石墨烯、硅烯和锗烯中的等离子体激元激发。在这里,我们研究这三种材料的等离子体激元色散行为和外在和内在的等离子体激元的寿命。对于非本征等离子体激元,我们发现它们的性质与朗道阻尼密切相关。在非单粒子激发区(SPE),等离激元色散呈现\sqrt{q}行为,寿命在RPA水平为无穷大;而在单粒子激发区,等离激元色散呈现准线性行为,寿命为有限。此外,对于本征等离子体激元,与石墨烯不同,硅烯和锗烯的等离子体激元色散行为呈现双峰结构,这可以归因于这两种材料的复杂和杂化的能带结构。
2022-10-29 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Application of silicene, germanene and stanene for Na or Li ion storage: A theoretical investigation
硅烯、锗烯和锡烯可能是石墨烯,是具有有趣性质的原子厚材料。我们采用第一性原理密度泛函理论(DFT)计算研究和比较的Na或Li离子对这些薄膜的相互作用。我们首先确定了最稳定的结合位点和相应的结合能为一个单一的钠或锂吸附原子上考虑的膜。然后我们逐渐增加离子浓度,直到达到表面的完全饱和。我们的Bader电荷分析证实了Li或Na离子与所研究的2D片材之间的完全电荷转移。然后,我们利用轻推弹性带方法来分析和比较的能量势垒的锂或钠离子沿表面和通过薄膜厚度的扩散。研究结果对硅烯、锗烯和锡烯在钠、锂离子电池中的潜在应用具有一定的参考价值。
2017-03-17 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Adsorption of Group-IV Elements on Graphene, Silicene, Germanene, Stanene: Dumbbell Formation
由周期性哑铃单元构成的硅烯和锗烯衍生物在这些蜂窝结构的多层膜中起着至关重要的作用。采用基于密度泛函理论的第一性原理计算,研究了IV族原子在石墨烯、硅烯、锗烯和锡烯单层蜂窝结构上的哑铃状吸附形成机制和能量学.的结合结构的稳定性进一步证实,通过在高温下进行从头计算分子动力学计算,除了锡烯,这是受吸附原子的吸附后的结构不稳定。根据吸附原子和基底的行数,我们发现了三种类型的结合结构,这些结构导致基底的电子、磁性和光学性质发生显着变化。特别地,Si、Ge和Sn吸附原子吸附在硅烯和锗烯上形成哑铃结构。此外,哑铃结构不仅出现在单层、单原子蜂窝结构上,而且出现在它们的化合物如SiC和SiGe上。我们表明,哑铃结构的迁移的能量势垒是低的,由于原子的协同作用。这使得哑铃在衬底上相当移动,以构建新的单层和多层Si和Ge相。
2014-12-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Monolayer Topological Insulators: Silicene, Germanene and Stanene
本文报道了单层拓扑绝缘体的理论研究进展,包括硅烯、锗烯和锡烯,它们分别是硅、锗和锡的单层蜂窝结构。由于自旋轨道相互作用,它们表现出自然界中的量子自旋霍尔效应。通过施加垂直电场可以调节带隙,从而引起拓扑相变。我们还分析了一般蜂窝系统的拓扑性质以及拓扑绝缘体的分类。明确地确定了蜂窝体系中拓扑绝缘体和超导体的相图。我们还研究了拓扑电子学,包括拓扑场效应晶体管,拓扑基尔霍夫定律和拓扑自旋谷电子学。
2015-03-31 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
Effects of charging and electric field on the properties of silicene and germanene
利用第一性原理密度泛函理论计算,我们表明,裸露的和钛吸附原子吸附单层硅烯和锗烯,这是充电或施加一个垂直的电场的电子和磁性被修改,以获得新的功能。特别地,当受到垂直电场作用时,屈曲原子平面之间的对称性被破坏,从而在狄拉克点处打开间隙。吸附态Ti原子的3d轨道占据随充电或外加电场的变化而变化,从而引起磁矩的显著变化。我们预测,中性硅烯均匀覆盖的Ti原子成为一个半金属在一个特定的覆盖率值,因此允许在一个自旋方向的电子传输,但阻止相反的方向。这些计算的属性,然而,表现出依赖于真空间隔之间的大小的周期性重复的硅烯和锗烯层,如果它们被处理使用平面波基组内的周期性边界条件。我们澄清了这种虚假的依赖性的原因,并表明,它可以通过使用本地轨道基组消除。
2013-06-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Thermally-driven phase transitions in freestanding low-buckled silicene, germanene, and stanene
本文通过研究硅烯、锗烯和锡烯的热驱动结构相变,揭示了其铁弹性、非晶化及三维晶化行为对自旋轨道耦合带隙和拓扑绝缘体应用前景的影响。
2023-03-14 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
First principles calculations of electric-field-driven topological phase transitions in silicene, germanene and stanene
Instituto Balseiro, Universidad Nacional de Cuyo(巴尔塞罗研究所,门多萨国立大学)
本文通过第一性原理计算,结合DFT和万尼尔函数,精确预测硅烯和锗烯的临界电场,显著改进拓扑相变边界的定量预测。
2026-09-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Hydrogen Compounds of Group-IV Nanosheets
用从头算方法研究了硅烯和锗烯的电子结构和电子性质。M-H(M=C,Si,Ge)键长和键能的变化趋势与原子尺寸的变化趋势一致,并与MH_4的键长和键能相当。还获得了硅烯和锗烯的稳定的屈曲构型的能带结构。氢化后,硅烷(间接间隙)和锗烷(直接间隙)都是半导体。
2010-07-13 cond-mat.mtrl-sci
Growth of germanium-silver surface alloys followed by in situ scanning tunneling microscopy: Absence of germanene formation
理论研究表明,新的物理性质,如可调间隙开口或量子自旋霍尔效应,可以预期从第四族石墨烯类似物(硅烯,锗烯,锡烯)。虽然已经有许多关于这种Si,Ge,Sn单层生长的研究,但它们的六方组织的证明通常基于生长后的表征,并且它们与石墨烯的类比一直存在争议。我们在380- 430 K温度范围内对Ge在Ag(111)衬底上沉积过程的实时扫描隧道显微镜(STM)观察表明,在第二层形成之前,Ag原子参与了所有观察到的结构,排除了在这些实验条件下在该衬底上形成锗烯的可能性。扫描隧道显微镜(STM)对Ge原子扩散过程的观察表明,在该温度下,Ag和Ge原子之间的易交换是Ge-Ag表面合金化的主要原因。
2020-11-25 cond-mat.mtrl-sci
Electrically switchable giant Berry curvature dipole in silicene, germanene and stanene
该研究结合紧束缚模型、第一性原理计算与对称性分析,证明横向电场和应变可在硅烯、锗烯、锡烯中诱导并电切换巨型 Berry 曲率偶极矩及非线性 Hall 效应。
2023-08-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Kagome silicene: a novel exotic form of two-dimensional epitaxial silicon
自从石墨烯被发现以来,人们一直在努力寻找新的二维(2D)材料。将材料的尺寸减小到其最终的薄度是揭示新物理现象并潜在地提高器件性能的有希望的途径。在最近的二维材料中,石墨烯的类似物,IV族元素因其意想不到的和可调的物理性质而引起了人们的广泛关注。根据生长条件和衬底,可以形成硅烯、锗烯和锡烯的几种结构。在这里,我们报告的可果美晶格硅烯铝(111)基板上的合成。我们通过扫描隧道显微镜(STM)的观察,高分辨率的核心水平(CL)和角度分辨光电子能谱学(ARPES)的测量,以及密度泛函理论计算提供了这样一个异国情调的2D硅同素异形体的证据。
2020-01-30 cond-mat.mtrl-sci
Topological Dirac states beyond $π$ orbitals for silicene on SiC(0001) surface
石墨烯中与狄拉克态相关的有趣性质的发现激发了人们对探索其二维IV族对应物(如硅烯、锗烯和锡烯)的巨大兴趣。然而,这些材料必须通过在具有强界面相互作用的基底上合成来获得,这通常会破坏其固有的$π$($p_z$)轨道狄拉克态。本文从理论上研究了在4 H-SiC(0001)表面的硅烯中,由$p_{x,y}$轨道而不是$p_z$轨道产生的狄拉克态的存在性,尽管界面相互作用很强,但这些狄拉克态仍然存在.我们还表明,交换场与自旋-轨道耦合一起产生可检测的带隙为1.3毫电子伏。Berry曲率计算表明,这种Dirac态具有非平凡的拓扑性质,其Chern数为$C = 2$,表明硅烯在SiC(0001)上可能实现量子反常霍尔效应.最后,我们构造了一个最小有效模型来捕捉这个系统的低能物理。这一发现也适用于锗烯和锡烯,并在纳米电子学中具有巨大的应用潜力。
2017-10-01 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Structural and Electronic Properties of Amorphous Silicon and Germanium Monolayers and Nanotubes: A DFT Investigation
本研究借助DFT分子动力学模拟,探究硅、锗的单层非晶碳类似物及对应纳米管的结构与电子特性,发现其能量排序与硅烯、锗烯一致,电子行为覆盖金属到小带隙半导体,且具备合成可行性。
2024-06-19 cond-mat.mtrl-sci
Structure of germanene/Al(111): a two-layers surface alloy
与硅烯不同,硅烯的存在已经通过许多独立的研究进行了证明,外延锗烯生长的可能性仍然存在很大争议。最近的扫描隧道显微镜研究表明,Ge沉积在Al(111)上形成的(3 × 3)表面重构呈现蜂窝状结构,并将其归属于纯锗烯单分子层。通过表面X射线衍射的定量测量与密度泛函理论的计算相比较,我们证明了这种Ge/Al(111)(3 × 3)重构实际上对应于合金界面层顶部的混合Ge-Al蜂窝层。在Al(111)表面上的锗烯单层模型可以完全排除。
2021-11-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Spin splitting and spin Hall conductivity in buckled monolayers of the group 14: First-principles calculations
已知具有屈曲蜂窝结构的第14族的元素单层,即硅烯、锗烯、锡烯和铅烯,由于平行于它们的高对称轴的电场而表现出自旋分裂,这能够在量子自旋霍尔绝缘体和普通能带绝缘体之间调节它们的拓扑相位。我们基于密度泛函理论进行了第一性原理计算,量化了自旋相关的带隙和自旋分裂随外加电场的变化,并提取了不变量哈密顿量的主要系数.利用线性响应理论和Wannier插值方法,计算了单分子膜的自旋霍尔电导率,并研究了它对外电场的敏感性。我们的研究结果表明,自旋霍尔电导率是不量子化的情况下,硅烯,锗烯,锡烯退化显着的电场反转的带隙,使单层到平凡的阶段。电场诱导的带隙在铅丹的情况下不闭合,铅丹显示出对外部电场稳健的自旋霍尔电导率。
2021-11-11 cond-mat.mtrl-sci
Unexpected phonon-transport properties of stanene among 2D group-IV materials from \textit{ab initio}
有人认为,锡烯具有最低的晶格热导率之间的2D第IV族材料,因为最大的原子质量,最弱的原子间键合,和增强的ZA声子散射由于打破了面外对称选择规则。然而,我们发现,虽然石墨烯,硅烯和锗烯的晶格热导率$κ$随着德拜温度的降低而单调降低,但在锡烯中观察到意外的较高的$κ$。通过在二维材料中实施所有的不变性条件,并且包括Ge $3d$和Sn $4d$电子分别作为锗烯和锡烯的价电子,这些材料中的晶格动力学被准确地描述。一个大的声光间隙和聚束的声学声子分支显着减少声子散射锡烯,导致更高的热导率比锗烯。声光带隙的振动起源可以归因于屈曲结构。有趣的是,一个屈曲的系统有两个竞争的影响声子输运:对称性选择规则的破坏导致降低热导率,并在增强的热导率的声光间隙的扩大的结果。研究了热导率的尺寸依赖性。在纳米带中,硅烯、锗烯和锡烯的$κ$对尺寸效应不太敏感,这是由于它们的本征声子平均自由程短。这项工作揭示了声子输运的性质在屈曲的二维材料。
2016-12-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Topological Insulator and Helical Zero Mode in Silicene under Inhomogeneous Electric Field
硅烯是形成二维蜂窝晶格的硅原子单层,其与石墨烯几乎具有所有显着的性质。硅烯的低能结构由具有相对大的自旋轨道相互作用的狄拉克电子描述,这是由于其屈曲结构。关键的观察结果是,通过将电场施加到硅烯片上,能带结构是可控的。特别地,间隙在某一临界电场处闭合。通过对硅烯纳米晶体能带结构的研究,我们发现随着电场的增加,硅烯纳米晶体发生了从拓扑绝缘体到能带绝缘体的拓扑相变。我们还表明,它是可能的,以产生螺旋零模式的任何地方在硅烯片通过调整局部的电场到这个临界值。该区域可以充当由拓扑绝缘体和/或带绝缘体包围的量子线或量子点。基于低能有效狄拉克理论,我们明确地构造了一些简单几何的波函数。这些结果也适用于锗烯,这是一个二维的蜂窝结构的锗。
2012-03-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
First-principles study of two-dimensional van der Waals heterojunctions
石墨烯和其他二维材料,如硅烯、锗烯、磷烯、六方氮化硼(h-BN)、石墨碳氮化物(g-C3 N4)、石墨氧化锌(g-ZnO)和二硫化钼(MoS 2)等,由于其优异的性能和广泛的应用,近年来引起了人们极大的兴趣。展望这一领域之外,将二维材料的电子结构结合在范德华异质结中也出现了广泛的理论和实验研究,以探索其单一组分之外的一些新特性和潜在应用。本文综述了我们近年来利用密度泛函理论对石墨烯/硅、石墨烯/磷、石墨烯/g-ZnO、石墨烯/MoS 2和g-C3 N4/MoS 2等二维范德华异质结的结构、电子、电学和光学性质的理论研究。我们的理论模拟,设计和计算表明,新的二维范德华异质结提供了一个充满希望的未来的电子,电化学,光伏,光响应和存储器件的实验。
2015-05-11 cond-mat.mtrl-sci
Composition and Stacking Dependent Topology in Bilayers from the Graphene Family
我们提出了硅烯,锗烯,锡烯双层的第一性原理的组成和结构的调查。由于各个层的交错,几种堆叠模式是可能的,其中大多数对于双层石墨烯是不可用的。这种结构的多样性,结合自旋轨道耦合的存在,揭示了多样性的电子性质,与不同的频带功能,包括轨道杂化和带反转的外观。我们表明,对于特定的情况下,固有的自旋霍尔响应表现出签名的非平凡的电子能带拓扑结构,使这些结构有希望的候选人探测Dirac类物理。
2018-11-19 cond-mat.mtrl-sci
Optical Signatures of the Tunable Band Gap and Valley-Spin Coupling in Silicene
我们调查的硅烯和类似的材料,如锗烯,在可变掺杂的电可调带隙的存在下的光学响应。自旋轨道耦合的相互作用,由于这些材料的屈曲结构,和一个垂直的电场产生了丰富的各种相:拓扑或量子自旋霍尔绝缘体,谷自旋极化金属和带绝缘体。我们发现,动态电导率应该揭示这些不同的阶段,这将允许他们的识别,如自旋轨道能隙的参数的确定签名。我们发现一个有趣的功能,其中的电场调谐的带隙可能会被用来打开和关闭的Drude带内响应。此外,在自旋谷耦合的存在下,作为频率和带隙的电场调谐的函数的圆偏振光的响应被检查。使用右手和左手圆偏振,可以选择自旋和谷指数的特定组合。这种效应的频率可以通过调整带隙来改变。
2012-11-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Formation of a Te-Ag Honeycomb Alloy: A New Type of Two-Dimensional Material
受石墨烯独特性质的启发,现在文献中的重点是研究各种二维(2D)材料,旨在探索其未来应用的性质。石墨烯的IV族类似物,即,硅烯、锗烯和锡烯近年来已被广泛研究。然而,它们的半金属能带结构阻碍了它们在电子应用中的使用。因此,具有各种尺寸的带隙的二维材料的合成已经吸引了很大的兴趣。在这里,我们报告了一个成功的制备二维Te-Ag二元合金与蜂窝结构。角分辨光电子能谱学(ARPES)结合密度泛函理论(DFT)的第一性原理计算证实了这种二元合金的形成。半导体性质的ARPES数据进行了验证和直接的间隙约0.7 eV的DFT计算预测。
2019-09-19 cond-mat.mtrl-sci
Epitaxial Growth of Two-Dimensional Stanene
超薄半导体呈现出各种新颖的电子特性。第一个实验实现的二维(2D)材料是石墨烯。寻找具有重元素的二维材料引起了人们对Si、Ge和Sn的关注。通过分子束外延(MBE)生长实现了2D屈曲Si基硅烯1,2。锗基锗烯是通过机械剥离实现的3。锡基锡烯具有独特的性质。锡烯及其衍生物可以是2D拓扑绝缘体(TI),具有由第一原理计算提出的非常大的带隙4,或者可以支持增强的热电性能5,拓扑超导性6和近室温量子反常霍尔(QAH)效应7。在这项工作中,我们第一次报告了一个成功的制造二维锡烯分子束外延。通过扫描隧道显微镜(STM)和角度分辨光电子能谱(ARPES)结合第一性原理计算确定了原子和电子结构。本工作将促进锡烯的实验研究和应用前景的探索。
2015-06-04 cond-mat.mtrl-sci
Group theory for structural analysis and lattice vibrations in phosphorene systems
对与磷烯相关的二维元素体系进行群论分析,包括(i)石墨烯、硅烯、锗烯和锡烯,(ii)对层数的依赖性,(iii)两种堆积排列.从最对称的$D_{6h}^{1}$石墨烯空间群出发,发现结构具有群-子群关系,并且分析其晶格振动的不可约表示使得可以区分不同的同素异形体。该分析可用于研究应变的影响,理解结构相变,表征层数,晶体学取向和非线性现象。
2015-02-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
A new structure of two-dimensional allotropes of group V elements
石墨烯、硅烯、锗烯、黑磷等二维材料因其独特的物理性质而引起了人们的广泛关注。在结构上,它们具有由六原子环组成的蜂窝或扭曲蜂窝晶格。在这里,我们发现了一个新的结构的二维同素异形体的V族元素组成的八个原子环,我们命名为八边形平铺(OT)结构。第一性原理计算表明,这些同素异形体是动态稳定的,并且在高达600 K的温度下也是热稳定的。这些同素异形体是带隙范围为0.3至2.0 eV的半导体,因此它们在近红外和中红外光电子器件中具有潜在的用途。OT-Bi也是具有0.33 eV的带隙的2D拓扑绝缘体(TI),这是所报道的元素2D TI中最大的,并且该带隙可以通过施加压缩应变来进一步增加。
2015-11-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
An Existence Criterion for Low-Dimensional Materials
石墨烯和其他二维(2-D)材料的发现激发了对低维(low-D)材料的普遍兴趣。而很久以前,Peierls和Landau的理论工作证明了任何一维和二维材料都不能在任何有限温度环境中存在。然后,两个基本问题成为许多研究人员关注的焦点:稳定的低维材料如何存在?什么样的低维材料是稳定的?在这里,我们建立了一个低维材料的能量稳定性准则,试图为这些问题提供一个明确的答案。对于某种元素,其特定低维结构的稳定性取决于其原子间作用势的几个导数。这种基于原子的方法,然后应用于研究任何直/平面,低D,等键长的元素材料。我们发现,一维单原子链,二维蜂窝晶格,正方形晶格,三角形晶格是唯一的四个允许的结构,这些结构的稳定性只能通过假设多体原子间势来理解。使用这种方法,可以解释石墨烯,硅烯和锗烯的稳定存在。
2017-07-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
All-Metallic Vertical Transistors Based on Stacked Dirac Materials
在场效应晶体管中使用金属作为沟道材料是一个持续的追求。全金属晶体管可以由原始的半金属狄拉克材料(例如石墨烯、硅烯和锗烯)制造,但是开/关电流比非常低。基于密度泛函理论,在由两种Dirac材料组成的垂直异质结构中,两种材料的Dirac锥在层间的弱范德华相互作用下仍然存在,由于动量失配,在没有声子的帮助下,从一种材料的Dirac锥到另一种材料的电子输运将被禁止.第一性原理量子输运模拟的全金属垂直狄拉克材料异质结器件证实存在的传输间隙超过0.4 eV,伴随着超过104的开关比。这种引人注目的行为对于两种狄拉克材料之间的相对旋转是鲁棒的,并且可以扩展到扭曲的双层石墨烯。因此,全金属结可以是半导体,为Dirac材料垂直结构在高性能器件中的应用开辟了一条新的途径,而不会打开它们的带隙。
2015-01-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Effects of parallel electric and magnetic fields on Rydberg excitons in buckled two-dimensional materials
我们研究直接和间接磁激子里德堡态的单层和双层异质结构的Xenes(硅烯,锗烯,锡烯)在外部平行的电场和磁场,施加垂直于单层和异质结构。通过对薛定谔方程的数值积分,计算了里德堡态1 $s$、2 $s$、3 $s$和4 $s$的磁激子结合能,其中直接磁激子采用Rytova-Keldysh势,间接磁激子采用Rytova-Keldysh势和库仑势.后者允许理解在Xenes中筛选的作用。在外部垂直电场中,Xene单层的屈曲结构导致子晶格之间出现电势差,允许调节电子和空穴质量,从而调节磁激子的结合能和抗磁系数(DMC)。我们报道了电场和磁场对结合能和DMC的能量贡献。直接和间接磁激子的能量贡献的可调谐性的电场和磁场的证明。直接磁激子的直接磁激子效应可以通过电场来调节,间接磁激子的直接磁激子效应可以通过电场来调节,并通过h-BN层数来调控。因此,这些允许可以通过外部电场和磁场以及h-BN层的数量来控制的电子器件设计的可能性。对单分子膜和异质结构中磁激子的结合能和DMC的计算是新颖的,当它们可用时,可以与实验结果进行比较。
2021-07-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
First-principles calculations of charge carrier mobility and conductivity in bulk semiconductors and two-dimensional materials
半导体的基本性质之一是它们在存在电场或载流子浓度梯度的情况下支持高度可调谐的电流的能力。这些性质通过传输系数如电子和空穴迁移率来描述。最近,在实际材料的电子结构方法的进步,使人们有可能研究这些性质的预测精度和不诉诸经验参数。本文综述了半导体载流子迁移率从头计算的最新进展。在第一部分中,我们提供了一个简短的历史概述的方法来计算载流子迁移率,我们建立了现代从头算方法的概念框架。我们总结了载流子输运的玻尔兹曼理论,并讨论了它的适用范围,优点和局限性,在更广泛的背景下,多体格林函数的方法。我们讨论了最近实现的玻尔兹曼形式主义的背景下,密度泛函理论和多体微扰理论计算,重点放在关键的计算挑战和建议的解决方案。在第二部分中,我们讨论了经典材料,如硅,金刚石,GaAs,GAN,Ga2O3和卤化铅钙钛矿以及低维半导体,如石墨烯,硅烯,磷烯,MoS2和InSe的最新研究。我们还回顾了最近的努力,对高通量计算的载体运输。在最后一部分中,我们讨论了扩展的方法来研究自旋电子学和拓扑材料,我们评论的可能性,将贝里相位效应和多体关联超出标准玻尔兹曼形式主义。
2019-08-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci