Spectroscopic studies of atomic defects and bandgap renormalization in semiconducting monolayer transition metal dichalcogenides
评估原子缺陷态及其对二维范德华半导体过渡金属二硫属化物（SC TMD）的电子性质的影响是促进利用这些低维材料的下一代电学和光学器件应用的多学科努力的主要任务。在这里，我们利用电子隧穿和光学光谱测量，利用密度泛函理论，在光谱上定位了四个代表性的单层SC TMD中的硫属原子空位的中间带隙态（MoS2，WS2，MoSe2，WSe2），仔细分析了四种不同材料中原子缺陷的相似性和不同性，以及缺失硫族元素原子的物理来源和对SC mTMD的影响特性.此外，我们解决了准粒子和光学能隙的SC mTMD薄膜，并发现许多机构的相互作用显着扩大准粒子的能隙和激子的结合能，当半导体单层封装由非相互作用的六方氮化硼层。
2019-10-31 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Unveiling the Structural Origin of the High Carrier Mobility of a Molecular Monolayer on Boron Nitride
最近，它被证明，在氮化硼上的分子单层二辛基苯并噻吩并苯并噻吩（C8-BTBT）的载流子迁移率可以达到10 cm 2/Vs，在以前报道的单层分子场效应晶体管中最高。在这里，我们表明，高品质的单晶C8-BTBT单层可能是创纪录的高载流子迁移率的关键来源。我们发现C8-BTBT分子更喜欢在六方氮化硼和石墨烯上逐层生长。这些基底的平坦度显著降低了C8-BTBT成核密度，并且使得能够重复生长C8-BTBT单层的大面积单晶。我们的实验结果表明，只有面外粗糙度大于0.6 nm的衬底可以诱导在晶体生长的干扰，从而影响电荷输运。这些信息对指导高质量外延分子膜的生长具有重要意义。
2014-12-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Observation of Topological Nodal-Ring Phonons in Monolayer Hexagonal Boron Nitride
本研究利用高分辨率电子能量损失谱在单层六方氮化硼中实验观测到两个受镜面对称性保护的拓扑节线声子，将二维拓扑声子从石墨烯拓展至宽带隙绝缘体，为声子器件应用奠定基础。
2025-02-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Comment on "Superhard Semiconducting Optically Transparent High Pressure Phase of Boron"
这篇评论指出了Zarechnaya，Dubrovinskaia，Dubrovinsky等人最近的论文中的一些错误。102，185501（2009））。Zarechnaya等人（2009）提出的结果和结论要么是不正确的，要么是以前提出过的。
2010-12-27 cond-mat.mtrl-sci
Simulated scanning tunneling microscopy images of few-layer-phosphorus capped by graphene and hexagonal boron nitride monolayers
元素磷被认为具有几种稳定的同素异形体，其在能量上接近简并，但具有化学反应性。为了防止在环境条件下的化学降解，这些结构可以被六方氮化硼（{ \em h}-BN）或石墨烯的单层覆盖。我们进行{ \em ab initio}密度泛函计算来模拟磷的不同层状同素异形体的扫描隧道显微镜（STM）图像，并研究覆盖层对这些图像的影响。我们发现，绝缘{ \em h}-BN的保护性单层允许区分下面的磷的不同结构相，即使图像仅通过看起来透明的氮原子过滤。对于被半金属石墨烯覆盖的磷膜来说，这种区别是不可能的。我们的研究结果表明，STM的真实空间成像能力不会受到所选择的保护磷表面的覆盖层的阻碍。
2015-03-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Elastic Properties of Hybrid Graphene/Boron Nitride Monolayer
最近已经合成了由石墨烯层内部的六方氮化硼（h-BN）相组成的杂化单层，并且显示出这是打开石墨烯单层中的带隙的有效方式[1]。在这封信中，我们报告了一个从头计算密度泛函理论（DFT）为基础的研究h-BN域的大小对石墨烯/氮化硼杂化单层（h-BNC）的弹性性能的影响。我们发现h-BNC的面内刚度和纵向声速均随h-BN浓度的增加而线性减小。
2012-04-26 cond-mat.mtrl-sci
Enhanced electronic and optical responses of Nitrogen- or Boron-doped BeO monolayer: First principle computation
本工作在密度泛函理论的框架下研究了氮（N）和硼（B）掺杂BeO单分子膜的电子和光学性质。众所周知，BeO单层的带隙很大，导致在宽能量范围内用于光电子器件的材料较差。我们发现，使用替代的N或B掺杂原子，可以调整带隙，并可以改善光学性能。在N（B）掺杂的BeO单分子层中，费米能略微穿过价带（导带），形成简并半导体结构。因此，N或B原子在费米能周围产生新的状态，从而增加了可见光区域中的光学电导率。此外，掺杂原子对电子结构的影响，稳定性，色散能，态密度，和光学性质，如等离子体频率，激发光谱，介电函数，静态介电常数，和电子能量损失函数进行了讨论，为不同方向的极化输入电场。
2021-08-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Stability of extended defects on boron nitride and graphene monolayers: the role of chemical environment
我们进行从头计算表明，反相界（APB）的相对稳定性与扶手椅和锯齿形手性在单层氮化硼（BN）的合成过程中的硼和氮物种的化学势决定。在富氮环境中，具有富氮核的锯齿形APB是最稳定的结构，而在富硼或本征生长条件下，具有化学计量核的扶手椅形APB是最稳定的结构。这种稳定性的转变是由APBs的核心中的同极键（B-B和N-N）和弹性能成本之间的竞争引起的。此外，在碳源的存在下，我们发现，碳掺杂的锯齿形APB成为最稳定的边界附近的富氮限制。BN中两种类型的APB的电子结构被示出为是特别不同的，与锯齿形APB描绘的带隙中的缺陷样深电子带，而扶手椅式APB显示批量样浅电子带。
2012-12-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Mechanical, optical, and thermoelectric properties of semiconducting ZnIn2X4 (X= S, Se, Te) monolayers
ZnIn 2X 4单层的机械稳定性。ZnIn 2S 4和ZnIn 2Se 4是直接带隙分别为3.94和2.77 eV的半导体，而ZnIn 2 Te 4在G 0 W 0能级处显示出1.84 eV的间接带隙。从Bethe-Salpeter方程的解决方案实现的光学性质预测的ZnIn 2S 4，ZnIn 2Se 4，和ZnIn 2 Te 4单层的激子结合能分别为0.51，0.41，和0.34 eV，这表明高稳定性的激子状态对热解离。使用机器学习原子间势加速的玻尔兹曼输运方程的迭代解，ZnIn 2S 4，ZnIn 2Se 4和ZnIn 2 Te 4单层的室温晶格热导率预测分别为5.8，2.0和0.4 W/mK。由于低的晶格热导率，高的热电势，和大的品质因数，我们提出的ZnIn 2Se 4和ZnIn 2 Te 4单层作为有前途的候选人的热电能量转换系统。这项研究提供了一个广泛的视野有关的内在物理性质的ZnIn 2X 4纳米片，并强调其特性的能量转换和光电子应用。
2022-02-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Direct Evidence of Metallic Bands in a Monolayer Boron Sheet
金属硼同素异形体的研究在过去的几十年里引起了人们的极大关注，最近的理论工作预测了单层硼中金属性的存在。在这里，我们在Ag（111）表面上合成了\b{eta} 12层单层硼，并使用角分辨光电发射光谱确认了金属硼衍生带的存在。第一性原理计算支持费米面由S点的一个电子袋和X点附近的一对空穴袋组成。\b{eta} 12片层中的金属硼同素异形体开辟了材料科学中新物理和化学的道路。
2016-07-22 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
Strain engineering of magnetic states of vacancy-decorated hexagonal boron nitride
具有可调磁态的新型材料在下一代自旋电子器件的发展中起着重要的作用。本文采用密度泛函理论计算研究了双轴应变对空位修饰六方氮化硼（h-BN）单分子膜电子性质的影响。我们发现，应变可以导致具有硼空位或双空位的h-BN单层的磁状态的切换。我们的发现为低维自旋电子器件的操作提供了一条新的途径。
2013-05-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Designing graphene/hexagonal boron nitride superlattice monolayer with high thermoelectric performance
我们设计了一种石墨烯/六方氮化硼超晶格杂化单层膜，并利用密度泛函理论和Boltzmann输运方程研究了其热电性能，其中弛豫时间通过电子-声子耦合计算得到精确处理.与原始石墨烯相比，超晶格结构的晶格热导率降低了两个数量级以上，这是由于混合键特性引起的增强的三声子散射过程。此外，费米能级附近轻重带的共存导致了Z字形方向上的高功率因数，在1100 K时n型系统的ZT值最高可达~2.5.此外，应注意，价带最小值附近的载流子输运几乎完全由超晶格的石墨烯部分贡献。结果表明，适当的磷取代氮原子可以使p型系统的热电性能提高到与n型系统相当，这可以抑制晶格热导率，但对空穴输运几乎没有影响。
2019-05-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Pentagonal Monolayer Crystals of Carbon, Boron Nitride, and Silver Azide
在这项研究中，我们提出了一个五角形单层的碳（p-石墨烯），氮化硼（p-B $_{2}$ N $_{4}$和p-B $_{4}$ N $_{2}$）和叠氮化银（p-AgN $_{3}$）的结构，电子和机械性能的理论研究，通过执行国家的最先进的第一性原理计算。我们的总能量计算表明完全由五边形组成的单层晶体结构的形成是可行的。此外，电子能带色散计算表明，虽然p-石墨烯和p-AgN $_{3}$是具有间接带隙的半导体，但p-BN结构显示出金属行为。我们还研究了单轴应变下四种不同五边形结构的力学性能（面内刚度和泊松比）。发现p-石墨烯具有最高的刚度值，并且发现相应的泊松比为负。类似地，p-B $_{2}$ N $_{4}$和p-B $_{4}$ N $_{2}$具有负泊松比值。另一方面，p-AgN $_{3}$具有大的正泊松比。在动力学稳定性测试的基础上计算的声子谱的这些五边形单层，我们发现，只有p-石墨烯和p-B $_{2}$ N $_{4}$是稳定的，但p-AgN $_{3}$和p-B $_{4}$ N $_{2}$是容易受到振动激发。
2015-09-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
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
Theoretical study of δ-5 boron monolayer as an anode material for Li and non-Li ion batteries
本研究通过密度泛函理论模拟发现δ-5硼单层具有高电导率、低扩散势垒（0.46-1.72 eV）及高于石墨的锂钠钾容量，平均开路电压0.14-0.88 V，是锂及非锂离子电池的潜在负极材料。
2025-01-25 cond-mat.mtrl-sci
Effect of boron and phosphorus codoping on the electronic and optical properties of graphitic carbon nitride monolayers: First-principle simulations
采用密度泛函方法研究了硼（B）和磷（P）共掺杂对石墨碳氮化物（g-C $_3$ N $_4$或GCN）单层膜的电子和光学性质的影响。能带结构表明，将B和P掺入GCN的六方晶格中将能带隙从原始GCN的$3.1$降低到$1.9$ eV，从而将光吸收向可见光区域延伸。此外，在计算吸收光谱和介电函数的基础上，发现共掺杂体系在可见光区的吸收强度得到了提高，并出现了更多的电子跃迁，即$π^*$电子跃迁，这些电子跃迁在原始的GCN中发生并被禁止.这些转变可以归因于掺杂时的电荷再分布，这是由电子密度和Mulliken电荷分布证实的畸变的可配置B/P共掺杂GCN引起的。因此，B/P共掺杂的GCN有望成为一个吉祥的候选人，被用作光电化学水裂解反应，导致高效的太阳能H $_2$生产的一个有前途的光电极。
2018-06-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Interband absorption in single layer hexagonal boron nitride
单层六方氮化硼（h-BN），俗称“白色石墨烯”，是一种很有前途的深紫外光电子器件宽带隙半导体材料。本文采用紧束缚哈密顿量计算了单层六方氮化硼的光吸收。与石墨烯相比，发现吸收是光子能量的单调递减函数，其中吸收系数与光子能量无关，并且其特征在于有效精细结构常数。
2011-09-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Electron and hole doping of monolayer WSe2 induced by twisted ferroelectric hexagonal boron nitride
本研究发现折叠扭转 hBN 的铁电极化可在相邻单层 WSe2 中诱导局部 n/p 型掺杂，并以 WSe2 作为光学探针实现掺杂类型与密度的界面位置调控。
2023-12-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Structural and electronic properties of hybrid graphene and boron nitride nanostructures on Cu
最近，已经合成了由交替的石墨烯和氮化硼（BN）域组成的二维纳米结构。这些系统具有有趣的电子和机械性能，在电子和光学器件中具有潜在的应用。在这里，我们进行了第一性原理的研究模型的BN-C混合单层和纳米带沉积在Cu（111）表面上，基板用于他们的生长在所述实验中。为了比较，我们也考虑BN和BC 2N纳米结构。我们发现BN和BC 2N单层与Cu（111）的结合较弱，而具有交替畴的单层由于局域界面态的存在而与B-C界面处的衬底强烈相互作用。这种结合导致单层的变形和相当大的n-掺杂。纳米带表现出类似的行为。此外，即使在钝化边缘的情况下，它们也与边缘处的基底显著相互作用。这些研究结果提出了一种基于纳米结构和衬底诱导效应之间的相互作用来调整BN-C混合模型的带隙和掺杂水平的途径。
2013-08-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Band filling and cross quantum capacitance in ion gated semiconducting transition metal dichalcogenide monolayers
基于半导体过渡金属二硫属化物（TMD）的离子液体门控场效应晶体管（FET）被用于研究丰富多样的极其有趣的物理现象，但是载流子如何在这些系统中积累的重要方面尚不清楚。我们解决这些问题通过一个系统的实验研究的运输在单层的MoSe $_2$和WSe $_2$作为磁场和栅极电压的函数，探索范围从约10 $^{14}$ cm $^{-2}$空穴的价带中的4 × 10 $^{14}$ cm $^{-2}$电子的导带中的载流子的累积密度。我们确定的条件时，化学势进入不同的谷在单层能带结构（K和Q谷的导带和两个自旋分裂的K谷的价带），并发现一个独立的电子图片描述的占领状态。然而，出乎意料的是，当多个谷被占据时，实验显示出器件电容的非常大的变化，这与这些系统的通常预期的量子电容贡献完全不相容，$\textit{C}$ $_Q$ = $\textit{e}^2$ /（d $μ$ /d $\textit{n}$）。这种意想不到的行为归因于交叉量子电容的存在，交叉量子电容源于一个板上的电荷产生的电场与另一个板上的电荷的屏蔽。因此，我们的研究结果揭示了物理系统电容的重要贡献，而这一点到目前为止几乎完全被忽视。（由于篇幅限制，摘要较短-全文见手稿）
2019-12-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Role of vacancies and impurities in the ferromagnetism of semiconducting CaB6
采用全势从头计算能带结构方法研究了杂质和空位对CaB_6中磁矩形成的影响。发现CaB6是带隙约为0.2 eV的带绝缘体。计算结果表明，硼亚晶格中的碳和氧替代，通常被认为是低纯度硼中的杂质，对局域磁矩的形成没有显著的作用。另一方面，硼亚晶格中的硼空位导致在费米能级附近形成杂质带，其表现出有限的交换分裂和磁矩。所有这些结果提供了显着的代表性的实验结果。空位在子晶格中对电子传导的作用的这一发现是理解稀释电子系统中铁磁性的重要启示。
2008-04-01 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
The formation of boron sheet at the Ag(111) surface: From clusters, ribbons, to monolayers
理论研究表明，硼（B）片具有多种空位，包括在金属表面可能的生长。然而，最近的实验（Science 350，1513，2015）报道了在Ag（111）表面上形成的片是没有空位的屈曲三角形晶格。我们的计算结合高密度筛选和第一性原理方法证明了一种新的生长机制的硼片从团簇，带，单层，其中B-Ag相互作用是占主导地位的硼纳米结构的成核。我们已经发现，模拟的STM图像的1/6空位在一个条纹图案的片材是更好地符合实验观察，这是积极有利于在成核和生长。
2016-01-07 cond-mat.mtrl-sci
Diffusion quantum Monte Carlo and GW study of the electronic properties of monolayer and bulk hexagonal boron nitride
采用扩散量子蒙特卡罗（DMC）和多体$GW$方法计算了单层和块状六方氮化硼（hBN）的电子带隙。我们发现单层带隙是间接的。$GW$在单激发$G_0W_0$和部分自洽的$GW_0$水平上预测了小得多的准粒子能隙。相比之下，在$GW_0$计算之上求解Bethe-Salpeter方程会产生与DMC值非常一致的直接激子在$K$点处的激子结合能。振动重整化的电子带隙被发现是显着的单层和散装。考虑到振动效应，DMC高估了体相hBN的带隙，而$GW$理论低估了它。
2020-04-22 cond-mat.mtrl-sci
Outstandingly high thermal conductivity, elastic modulus, carrier mobility and piezoelectricity in two-dimensional semiconducting CrC2N4: A first-principles study
单层MoSi 2N 4的实验实现是二维（2D）材料领域的最新突破性进展之一。受此启发，本文采用第一性原理计算研究了MC_2N_4（M= Cr，Mo，W，V，Nb，Ta，Ti，Zr，Hf）单分子膜的稳定性.所获得的结果证实了MC 2N 4（M= Cr，Mo，W，V）纳米片的理想的热，动力学和机械稳定性。有趣的是，CrC 2N 4，MoC 2N 4和WC 2N 4单层被发现是半导体，带隙分别为2.32，2.76和2.86 eV，使用HSE 06功能，而VC 2N 4晶格显示金属性质。CrC 2N 4单层的直接带隙半导体性质导致可见光的优异吸收。CrC 2N 4纳米片的弹性模量和拉伸强度被预测为非常高，分别为676和54.8 GPa。基于Boltzmann输运方程的迭代解，预测CrC 2N 4单层的室温晶格热导率为350 W/mK，是二维半导体中最高的。CrC_2N_4和WC_2N_4晶格也表现出非常高的压电系数。这项研究介绍了CrC 2N 4纳米片作为一种新型的2D半导体，具有非常高的机械强度，热导率，载流子迁移率和压电系数。
2021-08-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
On the Electronic Structure of a Recently Synthesized Graphene-like BCN Monolayer from bis-BN Cyclohexane: A DFT Study
自石墨烯兴起以来，氮化硼单分子膜由于与石墨烯结构相似而得到了深入的研究。以bis-BN环己烷（B2 N2 C2 H12）为前体分子，合成了六方结构的类石墨烯硼-碳-氮（h-BCN）单层膜。在此，我们研究了这种新型的BCN材料的电子和结构特性，在存在单原子（硼，碳，氮）的空缺，通过采用密度泛函理论计算。这些空位赋予的结构的稳定性进行了验证，从内聚能计算。结果表明，碳原子空位的存在会使晶格发生强烈的畸变，导致晶格平面性的破坏和键的重构。单原子空位诱导了平坦的带隙中间态的出现。一个显着程度的电荷本地化发生在这些缺陷附近。观察到仅在硼空位情况下的自发磁化，其磁偶极矩约为0.87 μ B。我们的计算预测的直接电子带隙值约为1.14 eV，这是在很好的协议与实验。重要的是，该带隙值介于无带隙石墨烯和绝缘h-BN之间。
2020-11-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Spin-resolved Visible Optical Spectra and Electronic Characteristics of Defect-mediated Hexagonal Boron Nitride Monolayer
缺陷介导的六方氮化硼（hBN）超晶胞具有可见光谱和电子特性。hBN超晶胞中的缺陷包括原子空位、反位、反位空位以及外来原子对硼或氮的取代。具有VB、CB和NB-VN的hBN超晶胞具有跨费米能级的高电子态密度，这表明高导电电子特性。含原子空位、反位空位、杂质原子取代硼或氮等缺陷的hBN具有明显的自旋分辨光学和电子学特性，而含硼和氮反位缺陷的hBN不具有自旋分辨光学特性。带正电荷缺陷的hBN在较长的光谱区域具有主导的光学和电子特性。
2019-12-12 cond-mat.mtrl-sci
Two-dimensional Boron Monosulfides: Semiconducting and Metallic Polymorphs
典型的二维半导体材料\uppercase \expandafter{\romannumeral3A}族硫属化合物由于其优异的电学、力学和化学性能而引起了人们的极大兴趣。然而，到目前为止，几乎没有关于一硫化硼（BS）二元材料的报道。在这里，四个二维BS片，即$α$ -，$β$ -，$γ$ -，和$δ$片，提出并讨论了从$\emph{ab initio}$计算。最先进的第一性原理计算表明，所有这些结构都是热稳定和动态稳定的，表明成功的实验合成的潜力。特别是对于$α$ -BS，计算出的剥离能为0.96 J m $^{-2}$，表明通过剥离块状菱面体-BS制备$α$ -BS是可行的。结果表明，$α$ -，$β$ -，$γ$ -BS是半导体体系，而$δ$ -BS是金属体系.值得注意的是，我们的计算表明，$δ$是一个超导体，具有大的电子-声子耦合（$λ$ = 1.51）导致高的超导临界温度（$T_c$ $\approx $ 21.56 K），这是所有二维群\uppercase \expandafter{\romannumeral3A}硫属化物中第一个本征超导性质的报告。所需的机械和电子性能使BS片材作为有前途的二维材料在纳米电子学中的未来应用。
2018-03-09 cond-mat.mtrl-sci
Interaction between U-shaped amyloid beta fibril and semiconducting silicon nitride monolayer
本研究通过经典与量子分子动力学模拟，发现半导体Si$_3$N$_4$单层能通过强相互作用解构U型淀粉样β纤维，使其β-折叠含量降低并转变为其他二级结构，证实了其破坏纤维稳定性的潜力。
2024-07-28 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Experimental evidence of monolayer arsenene: An exotic two-dimensional semiconducting material
石墨烯的V族元素类似物由于其半导体能带结构而引起了人们的广泛关注，这使得它们在基于二维材料的下一代电子和光电子器件中具有很大的应用前景。理论研究预测了高电子迁移率、大带隙、通过应变调节带隙、拓扑相的形成、室温下的量子自旋霍尔效应以及超导性等。本文报道了在Ag（111）表面成功地形成了独立的单层砷烯。这是从我们的实验原子和电子结构数据通过比较我们的理论计算结果得出的结论。砷烯在Ag（111）上形成了一个弯曲的蜂窝层，晶格常数为3.6 eV，从费米能级钉扎的位置推断，间接带隙约为1.4 eV。
2018-12-14 cond-mat.mtrl-sci
Superhigh moduli and tension-induced phase transition of monolayer gamma-boron at finite temperatures
在最近的研究中，通过化学气相沉积实验首次报道了二维（2D）γ-硼（γ-B28）薄膜[Tai等人，Angew.国际版54，1-6（2015）]。然而，它们的机械性能仍然不清楚。本文利用分子动力学（MD）模拟方法预测了γ-B28单层膜在有限温度下的超高模量（1460 GPa，300 K，744 GPa）和大变形下的Z字形拉伸诱导相变.在此温度下卸载后，新相可以保持稳定。预测的力学性能与我们的密度泛函理论的结果是合理的。本研究为单层γ-B28在有限温度下新的相变的起源提供了物理解释。
2016-01-04 cond-mat.mtrl-sci
Excitonic properties of semiconducting monolayer and bilayer MoTe2
MoTe 2属于半导体过渡金属二硫族化物家族，具有与其他研究充分的成员（Mo，W）（S，Se）2不同的一些性质。光学带隙在近红外区域中，并且单层和双层都可以具有直接光学带隙。我们首先用DFT-GW方法模拟了单层和双层MoTe 2的能带结构。我们发现一个直接（间接）的单（双）层电子带隙。通过求解Bethe-Salpeter方程，我们计算了单层和双层中直接激子态的相似能量。然后，我们研究了光致发光（PL）激发，时间分辨PL和功率依赖PL光谱的光学性质。我们确定了单层和双层中的B激子态具有相同的能量。在圆极化激发后，我们在大范围的激发能下没有发现任何激子极化。在低温下（T=10 K），我们测量类似的PL衰减时间的顺序为4 ps的单层和双层激子与一个稍长的双层。最后，我们观察到减少激子-激子湮灭的贡献的非辐射复合双层。
2016-06-10 cond-mat.mtrl-sci
Theoretical proposal of a revolutionary water-splitting photocatalyst: The monolayer of boron phosphide
近年来，水分解光催化制氢作为一种可持续的清洁能源正引起人们的关注。光催化制氢系统比电解和太阳能电池、风力发电等耦合系统更简单、更便宜、更容易扩大规模。本文提出磷化硼单层膜作为一种稳定高效的水分解光催化剂，通过高精度的密度泛函理论计算，使用HSE 06功能与溶剂效应。磷化硼的单层具有约1.4 eV的直接允许能隙，并且用作一步激发光催化剂。它吸收波长低于约890 nm的太阳光（紫外线、可见光和近红外线），并在合适的pH条件下从水中产生氢气和氧气。通过计算析氢和析氧反应的过电位，证实了其光催化效果。磷化硼单分子膜将实现绿色氢革命。
2022-06-26 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Optoelectronic Properties and Excitons in Hybridized Boron Nitride and Graphene Hexagonal Monolayers
本文用密度泛函理论、GW和Bethe-Salpeter方程计算解释了碳-硼氮化物（CBN）杂化单分子膜的电子带隙和光吸收谱的性质。CBN的光电性能的结果从整体单层能带结构，其准粒子状态的控制由C域的大小和谎言在单独的能量为C和BN没有显着的混合在带边，证实了存在强烈的约束明亮的激子状态本地化的C域。由此产生的吸收光谱显示出两个显着的峰，其能量和相对强度随组合物在协议的实验，与大的补偿准粒子和激子修正相比，DFT计算。带隙和光吸收不受单层组合物调节，通常用于大块半导体合金，并且不能被理解为块状C和BN域的性质的叠加，如最近的实验所建议的。
2012-04-06 cond-mat.mtrl-sci
Fabrication and characterization of boron-terminated tetravacancies in monolayer hBN using STEM, EELS and electron ptychography
本研究利用高剂量率STEM电子辐照在单层hBN中精确制造硼终止的四空位，并结合像差校正STEM、EELS和电子叠层衍射对其边缘终止、结构弛豫及键合效应进行了原子级表征。
2025-05-28 cond-mat.mtrl-sci
Boron-Doping Effects on Local Structures of Semiconducting Ultrananocrystalline Diamond/Hydrogenated Amorphous Carbon Composite Thin Films Fabricated via Coaxial Arc Plasma: an X-ray Absorption Spectroscopic Study
利用同轴电弧等离子体技术制备的超纳米金刚石/氢化非晶碳复合薄膜具有金刚石颗粒嵌入非晶碳和氢化非晶碳基体中的显著结构特征。由于非晶性质产生更大的光吸收系数，以及与紫外线的光致载流子的产生源，这些薄膜可以是深紫外光电探测器应用的潜在候选人。从一些以前的研究中，p型导电的薄膜已实现通过掺杂硼在实验条件下。此外，他们的光学和电学特性进行了研究以前。然而，在很大程度上影响器件的物理性能的键合结构还没有被研究。本文对近边X射线吸收精细结构光谱进行了表征。结果表明，在掺硼初期，金刚石表面优先形成σ* C-B键态，导致结构畸变。进一步掺杂到膜中减少了不饱和键如π* C=-C的量，这可能是器件性能劣化的原因。我们的工作提出了一个基本的情况下模型的局部结构的薄膜上的硼掺杂的影响。
2021-08-22 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Coherent imaging and dynamics of excitons in MoSe$_2$ monolayers epitaxially grown on hexagonal boron nitride
利用四波混频显微镜测量了分子束外延生长在六方氮化硼薄膜上的MoSe $_2$单分子膜中激子和激子的相干响应和超快动力学。我们评估不均匀和均匀加宽的过渡光谱线型。声子对均匀退相的影响通过退相的温度依赖性来推断。四波混频映射，结合原子力显微镜，揭示了激子振子强度，非均匀加宽和样品形态之间的空间相关性。外延生长的过渡金属二硫属化物的相干光学响应的质量现在变得与通过机械剥离产生的样品相当，从而实现创新材料（如磁性层或Janus半导体）的相干非线性光谱。
2023-03-19 cond-mat.mtrl-sci
Magnetic ground state of semiconducting transition metal trichalcogenide monolayers
具有化学式$ABX_3$的层状过渡金属三硫属化物作为二维磁体的潜在候选物最近引起了人们的兴趣。利用密度泛函理论中的第一性原理计算，我们研究了Mn和Cr基半导体三硫族化合物单层的磁基态。我们发现，磁性离子之间的第二和第三近邻交换相互作用（$J_2$和$J_3$），这在很大程度上被忽视在以前的理论研究中，是至关重要的，在确定磁性基态。具体地说，我们发现，单层$\text{CrSiTe}_3$是一个反铁磁体的锯齿形自旋织构由于$J_3$的显着贡献，而$\text{CrGeTe}_3$是一个铁磁体的居里温度为106 K。Mn化合物的单分子膜（$\text{MnPS}_3$和$\text{MnPSe}_3$）总是表现出反铁磁Neel序。我们确定了各种交换相互作用的物理起源，并证明了应变可以是一个有效的旋钮，用于调整磁性。可能的磁有序的散装进行了讨论。我们的研究表明，$\text{ABX}_3$可以成为一个有前途的平台，探索二维磁现象。
2015-08-10 cond-mat.mtrl-sci
Controlling electronic, magnetic, thermal, and optical properties of boron-nitrogen codoped strontium oxide monolayer: Activation of optical transitions in the VL region
本文通过调控BN共掺杂SrO单层中的B-N吸引相互作用，实现带隙、磁性、热容及深紫外至可见光光学响应的协同调控，并验证其热力学稳定性与器件应用潜力。
2023-07-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
New Superconducting and Semiconducting Fe-B Compounds Predicted with an Ab Initio Evolutionary Search
通过从头算高通量和进化搜索相结合的方法，在已知的Fe-B体系中确定了1：4、1：2和1：1组成的新的候选基态。我们发现，建议oP 12-FeB 2稳定的2D硼层分解成1D链，而oP 10-FeB 4稳定的3D硼网络的失真。这些结构的独特性产生了一系列显著的性质：oP 12-FeB 2有望成为第一个半导体金属二硼化物，oP 10-FeB 4具有声子介导的超导性，Tc为15-20 K。
2011-04-12 cond-mat.mtrl-sci
Reversible modifications of linear dispersion - graphene between boron nitride monolayers
采用第一性原理计算和最小紧束缚模型研究了夹在两个六方氮化硼片之间的石墨烯层的电子性质.结果表明，在没有外场的情况下，对于ABC堆叠结构，带在狄拉克点附近是线性的，就像单层石墨烯的情况一样。对于某些原子配置，电场效应允许打开超过230 meV的带隙。我们相信这种能隙调节机制可以显著改善石墨烯基场效应晶体管的特性，并为未来的电子应用铺平道路。
2010-11-09 cond-mat.mtrl-sci
High thermal conductivity of high-quality monolayer boron nitride and its thermal expansion
热管理变得越来越重要，特别是在小型化的现代设备中，因此探索具有电绝缘和良好机械性能的高导热材料具有重要意义。在这里，我们报告说，高品质的单层氮化硼（BN）在室温下的热导率（\k{appa}）为751 W/mK。虽然小于石墨烯，但该值大于立方氮化硼（cBN），仅次于金刚石和最近发现的立方硼砷化物（BAs）。如果考虑密度，单层BN在所有半导体和绝缘体中具有第二大的每单位重量的\k{appa}，仅次于金刚石。原子级薄BN的\k{appa}随厚度增加而减小。我们的大规模分子动力学模拟使用Green-Kubo形式准确地再现了这一趋势，和密度泛函理论（DFT）计算揭示了主要的散射机制。在300-400 K的单层到三层BN的热膨胀系数（TEC）也进行了实验测量，结果是原子从头算DFT计算在更宽的温度范围内。由于其宽带隙、高导热性、出色的强度、良好的柔性以及优异的热稳定性和化学稳定性，原子级薄BN是散热应用的强有力候选者，特别是在下一代柔性电子器件中。
2019-03-26 cond-mat.mtrl-sci
The structure of amorphous two-dimensional materials: Elemental monolayer amorphous carbon versus binary monolayer amorphous boron nitride
自20世纪30年代以来，非晶材料的结构一直被争论为二元问题：非晶材料是Zachariasen连续随机网络（Z-CRN）或含有微晶的Z-CRN。然而，最近证明，无定形金刚石可以以任何一种形式合成。在这里，我们解决的问题，单原子厚的非晶单分子膜的结构。我们重新分析先前的模拟结果为无定形石墨烯和报告动力学蒙特卡罗模拟的基础上替代算法。我们发现，含有微晶的Z-CRN是最近制造的元素无定形石墨烯的有利结构，而二元单层无定形BN的最可能结构与两种长期争论的选择中的任一种完全不同：它是一种组成上无序的“假CRN”，包括B-N和非正则B-B和N-N键的混合物并含有“假微晶”，即由非正则六边形构成的蜂窝区域。其他非元素的二维和散装非晶材料的影响进行了讨论。
2022-08-12 cond-mat.mtrl-sci
Wafer-scale CVD Growth of Monolayer Hexagonal Boron Nitride with Large Domain Size by Cu Foil Enclosure Approach
在铜箔上化学气相沉积制备厚度均匀的大畴六方氮化硼（h-BN）具有很大的挑战性，这源于极高的成核密度和反向氢蚀刻竞争反应。我们在此报告的晶片规模的高品质的h-BN单层膜的最大的单晶域尺寸高达72微米的边长使用折叠的铜外壳的方法的成功生长。这种简单而独特的方法高度限制了生长空间，使成核中心急剧减少，并有效抑制了氢蚀刻反应。首次揭示了h-BN单层膜的取向与生长衬底的晶面密切相关，Cu（111）是生长高质量h-BN单层膜的最佳衬底，这与密度泛函理论的计算结果一致。本研究为生长高质量的h-BN薄膜提供了一条切实可行的途径，加深了对h-BN生长过程的基本认识。
2015-01-08 cond-mat.mtrl-sci
Adsorption of water on the pristine and defective semiconducting 2D CrPX$_3$ monolayers (X: S, Se)
采用最新的密度泛函理论（DFT）方法研究了空位和水吸附对二维三硫族化合物半导体材料CrPX $_3$（X：S，Se）电子结构的影响.据发现，硫族元素空位发挥次要作用的电子结构的CrPX $_3$在附近的费米能级导致略微降低这些材料的带隙，然而，诱导强烈的局部缺陷状态被放置在由价带状态形成的能隙。我们的DFT计算表明，水分子与CrPX $_3$，原始和有缺陷的相互作用，可以被描述为物理吸附和H $_2$ O的吸附能是不敏感的原始和硫属元素缺陷表面的trichalcogenide材料之间的差异。这些结果是理论描述环境分子与二维半导体CrPX $_3$材料相互作用的第一步，这对于其未来的实验研究和可能的应用具有重要意义。
2021-12-23 cond-mat.mtrl-sci
Electronic structure of folded hexagonal boron nitride
折叠区域通常在许多基于六方氮化硼（h-BN）的块体和纳米结构材料中遇到。折叠h-BN层中发生两种类型的结构修改：折叠边缘处的局部曲率和改变重叠平坦区域的堆叠的层间剪切。在这项工作中，我们讨论，通过密度泛函理论模拟，这些结构的修改上的原始单层的基态电子结构的影响。我们表明，根据折叠方向，重叠区域可能会呈现不同的堆叠配置与随后的基本带隙的变化，进一步的间隙变化发生在折叠区域。BN折叠单层的整体电子结构最终可以被描述为位于弯曲和平坦重叠区的两个宽禁带半导体之间的II型结。
2022-11-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Energetics and kinetics of vacancies in monolayer graphene boron nitride heterostructures
石墨烯和氮化硼（GPBN）异质结构提供了一种可行的方法来实现可调的带隙，在石墨烯基纳米电子和光电子器件中有着新的机会。在本研究中，我们研究了单层GPBN异质结构中空位与石墨烯/h-BN界面之间的相互作用。利用第一性原理计算研究了单层GPBN异质结构中单空位和双空位的能量学和动力学。界面被证明是空位偏析的优先位置。同时，空位的动力学被发现在界面处被显著地修改，证明了最小能量路径（MEP）和相关的迁移势垒计算。讨论了界面键合构型、能态和极化对空位形成和扩散的影响。此外，我们还证明了识别不同空位的扩散前因子的差异对于准确确定空位扩散系数是重要的。我们的研究结果为GPBN异质结构中空位的建模提供了必要的数据，并为基于GPBN的器件设计中的缺陷，界面和量子域的精确工程提供了重要的见解。
2015-03-09 cond-mat.mtrl-sci
Excitons in van der Waals materials: from monolayer to bulk hexagonal boron nitride
我们提出了一个一般的图片的激子性质的层状材料的单层积木的激发。为此，我们推导出一个模型激子哈密顿绘制一个类比与分子晶体，这是其他原型范德华材料。我们采用这个简化模型详细分析了六方氮化硼（hBN）的激发光谱，我们已经从多体Bethe-Salpeter方程的{ \it ab initio}解作为动量的函数得到。通过这种方法，我们确定了hBN中最低能量激子的性质，讨论了层间跳跃和电子-空穴交换相互作用对激子色散的影响，阐明了层状材料中激子与等离子体激元之间的关系。
2016-12-20 cond-mat.mtrl-sci
A comparative study of the thermoelectric performance of graphene-like BX (X= P, As, Sb) monolayers
采用第一性原理计算和玻尔兹曼理论研究了类石墨烯磷化硼（BP）、砷化硼（BAs）和锑化硼（BSb）单层的电子和声子输运性质.通过考虑声子-声子散射和电子-声子散射，我们证明了BAs和BSb单分子膜中强的键非谐性可以显著地抑制声子的弛豫时间，但几乎不影响电子的弛豫时间.因此，这两个系统表现出可比的功率因数与BP单层，但低得多的晶格热导率。因此，在优化的载流子浓度下，在BAs和BSb单层中可以实现高于3.0的最大ZT值。有趣的是，在BSb单层中沿着扶手椅方向观察到非常相似的p型和n型热电性能，这在具有可比效率的热电模块的制造中至关重要。
2019-02-28 cond-mat.mtrl-sci
Substitutional Si impurities in monolayer hexagonal boron nitride
我们报告的第一个观察替代硅原子在单层六方氮化硼（h-BN）使用像差校正扫描透射电子显微镜（STEM）。中角环形暗场（MAADF）图像显示硅原子专门填充硼空位。这种结构在电子束下足够稳定，可以重复成像。密度泛函理论（DFT）被用来研究实验观察到的结构的能量，结构和性能。计算了Si $_\mathrm{B}$、Si $_\mathrm{N}$和Si $_\mathrm{BN}$的所有可能电荷态的形成能。结果表明Si $_\mathrm{B}^{+1}$是最稳定的取代构型。在这种情况下，硅原子从晶格中升高了0.66欧姆，在费米能级以上的电子带隙中具有未被占据的缺陷能级。生成能呈轻微放热过程。我们的研究结果明确表明，杂原子可以纳入h-BN晶格的应用范围从单原子催化原子精确的磁性结构的开放方式。
2019-07-17 cond-mat.mtrl-sci
Piezoelectricity in monolayer hexagonal boron nitride
本研究通过静电力显微镜实验证实了单层六方氮化硼的压电性，并发现双层及块体材料中无此效应，为新型机电和可拉伸光电器件提供了候选材料。
2019-11-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Spin-orbital coupling effect on power factor in semiconducting transition-metal dichalcogenide monolayers
利用第一性原理和Boltzmann输运理论，包括自旋轨道耦合（SOC），研究了过渡金属二硫属化物半导体单层$\mathrm{MX_2}$（M=Zr，Hf，Mo，W，Pt; X=S，Se，Te）的电子结构和热电性质.发现当SOC打开时，在每个阳离子基团中，从S到Te，能隙减小增加。自旋-轨道劈裂随能隙的减小有相同的变化趋势。计算结果表明，SOC对p型功率因数有显著的不利影响，而对除W阳离子基团外的n型掺杂的影响可以忽略不计，这可以通过考虑SOC对价带和导带的影响来理解。对于$\mathrm{WX_2}$（X=S、Se和Te），SOC导致n型掺杂的功率因数显著增强，这可以通过SOC诱导的能带简并（即能带收敛）来解释。在所有阳离子基团中，Pt阳离子基团显示出最高的Seebeck系数，这导致最好的功率因数，如果我们假设散射时间是固定的。计算结果表明，$\mathrm{MS_2}$（M=Zr，Hf，Mo，W，Pt）对所有阳离子基团都具有最好的p型功率因子，而$\mathrm{MSe_2}$（M=Zr，Hf）、$\mathrm{WS_2}$和$\mathrm{MTe_2}$（M=Mo，Pt）对各自阳离子基团都具有较好的n型功率因子。因此，这些结果可能是有用的，进一步的理论预测或实验探索优良的热电材料从半导体过渡金属二硫属化物单层。
2016-04-20 cond-mat.mtrl-sci
Origin of the monolayer Raman signature in hexagonal boron nitride: a first-principles analysis
单层的六方氮化硼（h-BN）原则上可以通过拉曼信号来识别，包括相对于体值的E2 g振动模式的频率的上移，但这种移位的起源（固有的或支持诱导的）仍有争议。在这里，我们使用密度泛函理论计算研究是否有一个内在的拉曼位移的h-BN单层相比，散装。有普遍的协议，所有测试的泛函预测的幅度的频率偏移后，在平面内的细胞参数的变化。很明显，一个小的面内收缩可以解释拉曼峰从体到单层上移。然而，我们发现，较大的面内参数在散装（单层相比）的结果从非局部相关效应，这不能占当地的泛函或经验色散修正。使用非本地相关功能，然后，我们调查的拉曼签名上的有限温度的影响。我们表明，散装h-BN在垂直于层的方向上热膨胀，而层内距离略有收缩，与观察到的实验行为一致。有趣的是，体膜和单层膜的面内晶胞参数的差异随着温度的升高而减小，在室温下变得很小。我们得出结论，不同的热膨胀的散装和单层部分“擦除”的固有拉曼签名，占其在最近的实验中的小幅度悬浮样品。
2018-03-22 cond-mat.mtrl-sci
Role of Strain on Electronic and Mechanical Response of Semiconducting Transition-Metal Dichalcogenide Monolayers: an ab-initio study
采用基于密度泛函理论的完全相对论第一性原理计算，研究了单层过渡金属二硫属化合物MX 2（M=Mo，W，Sn，Hf，X=S，Se，Te）的电子结构和弹性性质.我们专注于应变的能带结构的作用和跨系列的二维材料的能带排列。我们发现，应变对带隙有显着的影响;双轴应变为1%的2 H结构中的带隙降低，由尽可能多的0.2 eV的MoS 2和WS 2，而增加它的1 T材料。这些结果表明，应变是一个强大的途径，以调节其性能，例如，应变能够形成，否则不可能，打破间隙异质结构内的2 H类。这些计算提供了洞察力和定量信息的异质结的合理发展的基础上，这些类的材料占应变的影响。
2013-12-04 cond-mat.mtrl-sci
