Injection current in ferroelectric group-IV monochalcogenide monolayers
研究了GeS、GeSe、SnS和SnSe铁电单层膜中的注入电流响应张量（也称为圆形光电流效应或弹道电流）。我们发现注入电流垂直于自发的面内极化，在可见光谱中可以达到$10^{10}$ A/V $^{2}$ s量级的峰值。注入电流的大小是迄今为止文献中报道的二维材料的最大值。为了合理化的大注入电流，我们相关的注入电流谱与联合态密度，电极化的强度，应变等，我们发现，各种因素，如各向异性，面内极化和波函数离域是重要的，在确定这些材料中的注入电流张量。我们还发现，沿极轴的压缩可以增加注入电流（或改变其符号），因此应变可以是一个有效的非线性光学响应的控制旋钮。相反，注入电流可以是晶体结构的灵敏探针。
2019-11-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Colloquium: Physical properties of group-IV monochalcogenide monolayers
我们调查的国家的最先进的铁电和铁弹IV族单硫属化合物单层的知识。这些半导体具有显着的结构和机械性能，如可切换的面内自发极化，软弹性常数，结构简并性和热驱动的二维结构转变。此外，这些2D材料还显示出选择性谷激发、谷霍尔效应和持久的自旋螺旋行为。在描述了它们的拉曼光谱之后，还讨论了它们缺乏中心对称性所引起的光学性质-例如异常强的二次谐波强度、大体积光伏效应、光致伸缩和可调谐激子结合能-。在这些材料中观察到的物理性质源于（相关）其固有的和可切换电极化的强度，并且在此审查的物理行为可以用于非易失性存储器，valleytronic，自旋电子和光电子器件：这些2D多铁性丰富和多样化的2D材料工具箱。
2020-09-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Intrinsic persistent spin helix in two-dimensional group-IV monochalcogenide MX (M : Sn, Ge; X: S, Se, Te) monolayer
节能自旋电子学被认为是可实现的系统托管持久自旋螺旋（PSH），因为它们支持一个非常长的自旋寿命的载流子。然而，实现PSH需要在动量空间中的单向自旋配置，由于微调Rashba和Dresselhaus自旋轨道耦合的严格条件，这实际上是不平凡的。在这里，我们预测PSH可以内在地实现在二维（2D）IV族单硫族化合物MX单层，一类新的非中心对称的2D材料具有面内铁电性。由于MX单层中的C2 v点群对称性，在面外方向上保持单向自旋配置，从而在[110]取向的量子阱中保持类似于[110] Dresselhaus模型的PSH。我们对不同MX（M：Sn，Ge; X：S，Se，Te）单分子膜的第一性原理计算证实，在价带最大值附近观察到了这种典型的自旋组态，在那里实现了相当大的自旋分裂和相当小的自旋极化波长。重要的是，我们观察到相反的面内铁电极化下的可逆的面外自旋取向，表明电可控PSH自旋电子应用是合理的。
2019-08-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Experimental formation of monolayer group-IV monochalcogenides
单层IV族单硫族化合物（MX，M = Ge，Sn，Pb; X = S，Se，Te）是一类新型的二维（2D）材料，其原子结构与黑磷的交错晶格结构密切相关。大多数单层MX材料的结构表现出破缺的反转对称性，并且它们中的许多表现出具有可逆的面内电极化的强度的铁电性。非中心对称结构的另一个结果是，当与强自旋-轨道耦合耦合时，许多MX材料在非线性光学、光电子学、自旋电子学和谷电子学中具有未来的应用前景。然而，由于相对较大的剥离能量，单层MX材料的产生并不容易，这阻碍了这些材料融入快速发展的2D材料异质结构领域。在这方面，我们回顾了最近的发展，在实验路线，以创建单层MX，包括分子束外延和两步蚀刻方法。本文还讨论了其它制备单分子层MX的方法，如液相剥离法和液相合成法。这些不同的方法之间的定量比较。
2020-06-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Coulomb drag in metal monochalcogenides double-layer structures with Mexican-hat band dispersions
利用玻尔兹曼输运理论，研究了两个平行的p型掺杂GaAs单层膜组成的系统的库仑阻力和等离子体激元模式行为.我们调查的影响，温度，$\ T$，载流子密度，$\ p$，和层分离，$\ d$，对等离子体激元模式和拖曳电阻率内的能量无关的散射时间近似。我们的结果表明，等离子体激元模式的密度依赖性可以近似为$\ p^{0.5}$。此外，计算表明，一个$\ d^{0.2}$和$\ d^{0.1}$的声学和光学等离子体激元能量的依赖性，分别。有趣的是，我们得到的双层金属单硫族化合物的拖曳电阻率的行为之间的行为与抛物型色散的双量子阱系统和具有大的载流子态密度的双量子线结构的摆动。特别地，跨阻率值随着层之间的距离的增加而指数地减小。此外，拖曳电阻率在低（中）温下以$\ T^{2}/p^{4}$（$\ T^{2.8}/p^{4.5}$）形式变化。最后，我们比较了作为温度的函数的GaAs与其他墨西哥帽材料，包括GaSe和InSe的拖曳电阻率，并发现它采用较高的值时，金属单硫族化物具有较小的墨西哥帽高度。
2022-01-06 cond-mat.mes-hall
Dialkali-Metal Monochalcogenide Semiconductors with High Mobility and Tunable Magnetism
原型二维（2D）材料的发现为基础突破和器件应用提供了巨大的机会，正如过去十年中石墨烯，原子薄过渡金属硫属化物和少层黑磷的研究蓬勃发展所证明的那样。在这里，我们报告了一个新的，大家庭的半导体二碱金属单硫族化物（DMMCs）与固有的A $_{2}$ X单层结构，其中两个碱金属亚单层形成六方密堆积和三明治的三角形硫族元素原子平面。这种独特的晶格结构导致了非凡的物理性质，例如良好的动态和热稳定性、可见的近红外线能隙、高电子迁移率（例如K $_{2}$ O中的$1.87\times10^{4}$ cm $^{2}$ V $^{-1}$ S $^{-1}$）.最引人注目的是，DMMC单层（ML）在价带（VB）边缘附近具有扩展的范霍夫奇点，这可以通过$\sim1.0\times10^{13}$ cm $^{-2}$的适度空穴掺杂容易地获得。一旦达到临界点，DMMC ML经历自发的铁磁转变时，顶部VB成为完全自旋极化的强交换相互作用。这种门可调磁性在DMMC ML是有前途的探索新的器件概念在自旋电子学，电子学和光电子学。
2018-08-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Structural phase transition and material properties of few-layer monochalcogenides
GeSe和SnSe单硫属化物单层和双层在远低于熔点的温度$T_c$下经历从矩形晶胞到正方形晶胞的二维相变。在Car-Parrinello分子动力学和密度泛函理论的框架内研究了其对材料性质的影响。当结构转变发生时，没有间隙状态发展，使得这些相变材料在$T_c$之下和之上保持半导体。当面内晶格在$T_c$处从矩形转变为正方形时，电子、自旋、光学和压电性质与早期的预测显著不同。实际上，布里渊区中的$Y-$和$X-$点在$T_c$处变得有效等效，从而导致对称的电子结构。在传导谷边缘的自旋极化消失，并且空穴电导率必须在$T_c$处显示异常的热增加。线性光学吸收带边也必须改变其偏振，使这种结构和电子演化可通过光学手段验证。在这些材料中的巨压电性和铁电性的理论预测已经引起了很大的兴奋，我们在这里估计约为$3\times 10^{-12}$ $C/K m$的热释电响应。这些结果揭示了温度作为少层IV族单硫族化合物的物理性质的控制旋钮的基本作用
2016-12-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Prediction of ferroelectricity-driven Berry curvature enabling charge- and spin-controllable photocurrent in tin telluride monolayers
在晶体破碎的固体中，可以出现Berry曲率（BC）的极结构，并且它们已被用作控制输运性质的通用工具。例如，BC的非线性分量是由时间反演对称性破缺引起的，而BC偶极子是由缺乏反演对称性引起的，分别导致反常霍尔效应和非线性霍尔效应。基于第一性原理计算，我们表明，在碲化锡单层的铁电性产生一个独特的BC分布，这提供了电荷和自旋可控的光电流。即使具有相当大的带隙，铁电驱动的BC偶极也可与小带隙拓扑材料的偶极相媲美。通过控制光子旋向和铁电极化，以可控的方式产生电荷和自旋圆形光电流。IV族单硫族化合物单分子膜的铁电性是控制BC偶极和非线性光电响应的有用工具。
2019-09-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Electrically tunable polarizer based on two-dimensional orthorhombic ferrovalley materials
铁谷材料的概念是最近提出的。在这种六方二维材料中，由于铁磁性引起的自发谷极化的存在使得非易失性谷电子应用成为可能。本文介绍了一种具有正交晶格的铁谷族新成员，即单层IV族单硫族化合物（GIVMs），它的谷极化源于铁电性，而不是铁磁性。结合群论分析和第一性原理计算，我们证明了与六方晶格中谷选择性圆二色性不同，新型铁谷材料中存在对谷的线偏振光学选择性。基于这种独特的特性，实现了电调谐偏振器的原型。在基于铁谷的偏振器中，激光束可以可选地在x方向或y方向上偏振，这取决于由外部电场控制的铁谷状态。这种器件可以进一步优化，以发射具有特定手性的圆偏振辐射，并实现工作波长的可调谐性。因此，我们表明，二维正交铁谷材料是一个有前途的候选人，提供了一个有利的平台，实现偏振器的电驱动手段，这是非常重要的，在扩大谷电子学的实际应用。
2017-06-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Strain Engineering of Spin and Rashba properties in Group-III Monochalcogenide MX (M=Ga, In and X=S, Se, Te) Monolayer
本文研究了应变作用下单层MX（M=Ga，In，X=S，Se，Te）的自旋性质。密度泛函理论被用来研究自旋性质。自旋-轨道耦合作用导致应变改变对带隙的修正，结果表明自旋-轨道耦合作用在压缩区对带隙的修正作用更强。此外，自旋分裂的导带和价带相对于应变进行了比较，六种材料。导带底的位置决定了自旋的性质。当M谷位于煤层气中时，这些具有镜像对称性的材料可以显示Rashba效应。应变调谐三个谷（K、M和$Γ$谷）中的导带最小值，并确定在每种材料的每种应变中发生了哪种自旋效应（自旋分裂、Rashba分裂或无自旋分裂）。最后，探讨了Rashba参数与原子质量之间的关系，发现原子质量与Rashba系数之间存在线性关系。
2020-02-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Two-Dimensional Multiferroics: Ferroelasticity, Ferroelectricity, Domain Wall, and Potential Mechano-Opto-Electronic Applications
低维多铁性材料在诸如纳米级换能器、致动器、传感器、光电子器件和非易失性存储器的小型化器件应用中具有很大的前景。在这里，使用第一性原理理论，我们预测，二维（2D）单层IV族单硫族化合物，包括GeS，GeSe，SnS，和SnSe是一类2D半导体多铁性材料，具有强耦合的巨大的面内自发铁电极化和自发铁弹晶格应变，在室温及更高温度下是电稳定的，并且可以通过弹性应变工程有效地调制。它们的光学吸收光谱表现出强的面内各向异性，具有可见光谱激子带隙和相当大的激子结合能，呈现出低维半导体的独特特征。更重要的是，预测的低畴壁能量和小的迁移势垒以及耦合的多铁性有序和各向异性电子结构表明它们具有通过操纵外部电场、机械场和光场来控制内部响应的可调谐多铁性功能器件的巨大潜力，并且使得包括2D铁电存储器、2D铁弹存储器、和2D铁电弹性电非易失性光子存储器以及2D铁电激子光子存储器。
2016-06-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Beyond Graphene: Low-Symmetry and Anisotropic 2D Materials
低对称性二维材料--如ReS $_2$和ReSe $_2$单层、黑磷单层、IV族单硫属化物单层、硼化物等--具有比石墨烯、六方氮化硼和过渡金属二硫属化物的蜂窝晶格更复杂的原子结构。这些新兴材料的对称性降低，产生了不均匀的电子，光学，谷和自旋响应，以及全新的性质，如铁弹性，铁电性，磁性，自旋波现象，大非线性光学性质，光电效应和超导性。新的电子拓扑性质，非线性弹性性质和结构相变也可以发生由于低对称性。“超越石墨烯：“低对称性和各向异性二维材料”专题旨在突出这些新兴材料的最新实验和理论研究。
2020-09-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Quantum phase transition in ferroelectric-paraelectric heterostructures
铁电性和量子顺电性之间的相变通过非热调谐参数可以导致量子临界行为和相关的涌现现象。铁电量子临界系统，然而，罕见的，尽管丰富的铁电材料。在这里，我们从理论上表明，在铁电-顺电异质结构中，在量子温度（即，铁电性开始时的温度被量子涨落抑制）可以通过厚度比来调节。这反过来又可以影响有效铁电态和量子顺电态之间的量子相变，使用厚度比作为调谐参数。相关的量子临界区在铁电量子临界领域提供了意想不到的前景。
2022-03-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Size-dependent ferroelectric-to-paraelectric sliding transformations and antipolar-to-ferroelectric topological phase transitions in binary homobilayers
本研究揭示二元同质双层中尺寸依赖的滑动行为及热诱导超润滑滑动，可作为区分反极性至铁电拓扑相变的信号，并发现AA节点钉扎阻止反极性-顺电转变。
2024-03-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Surface nucleation of the paraelectric phase in ferroelectric BaTiO3: Atomic scale mapping
在铁电性中，原子尺度的偶极矩共同相互作用，产生强的机电耦合和可切换的宏观极化。因此，铁电体的功能出现在一个固-固相变，这是伴随着一个突然消失的反转对称。人们一直致力于在极化长度尺度上理解铁电相变。然而，铁电性的偶极矩起源仍然难以捉摸。在这里，我们使用变温高分辨率透射电子显微镜，以揭示在铁电到顺电过渡的偶极距动力学。我们表明，过渡时发生的顺电核的大小的一对夫妇的单位细胞出现在表面附近。在加热时，立方相侧壁朝向本体生长。我们量化的成核障碍，并显示占主导地位的机械相互作用，帮助我们证明相似的预测域成核过程中的电场切换。我们的工作激发了其他材料中固-固转变的动态原子尺度表征。
2019-08-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
