Four allotropes of semiconducting layered Arsenic which switch into a topological insulator via an electric field: A computational study
我们提出了四种不同的砷单分子膜的从头算密度泛函理论计算的基础上，所有这些都经历了一个垂直电场的应用拓扑相变的结构相。所有四种砷单层同素异形体具有宽的带隙，从1.21 eV到3.0 eV（基于GW计算）变化，并且通常它们在施加单轴层内应变时经历金属-绝缘体量子相变。此外，增加的横向电场在所有四个单层同素异形体中的Γ点处诱导带反转，导致非平凡拓扑相（对于三个同素异形体是绝缘的，对于一个同素异形体是金属的），其特征在于Z 2指数从0（带反转之前）切换到1（带反转之后）。由横向电场调谐的拓扑相位应该支持自旋分离的无带隙边缘态，这应该在量子自旋霍尔效应中表现出来。
2016-06-29 cond-mat.mtrl-sci
High-pressure melt growth and transport properties of SiP, SiAs, GeP, and GeAs 2D layered semiconductors
硅和锗的铌酸盐SiP、SiAs、GeP和GeAs形成2D层状半导体家族。我们已经成功地生长块体单晶体的这些化合物的熔体生长在高压（0.5-1 GPa）下，在立方砧热压机。获得GeP、GeAs和SiAs的大（mm尺寸）、有光泽的云母晶体，并且可以剥落成2D薄片。通过这种方法产生小而脆的SiP晶体。高压烧结的多晶SiP和GeAs也已成功地用作在I $_{2}$作为传输剂的存在下这些晶体的化学气相传输生长中的前体。所有的化合物被发现结晶在预期的层状结构，并没有经历任何结构转变，在低温下，如所示的拉曼光谱下降到T= 5 K。所有材料都表现出半导体特性。GeP，GeAs和SiAs的电阻率被发现依赖于温度以下的二维可变范围跳跃导电机制。这些化合物的块状晶体的可用性在用于器件应用的2D半导体材料领域中开辟了新的前景。
2016-03-07 cond-mat.mtrl-sci
Symmorphic intersecting nodal rings in semiconducting layers
拓扑半金属的独特性质极大地推动了人们寻找新的拓扑相和相关材料的努力。在这里，我们确定了一个临界条件的存在的连接节环（LNR）的对称晶体，并提出了三种类型的LNR，命名为α，β和γ型，可以通过堆叠半导体层。一些蜂窝结构被认为是拓扑LNR半金属，包括层状和“隐藏”层状结构。三种类型的LNR之间的转换可以由外部应变驱动。有趣的表面状态以外的鼓面状态被发现在这些拓扑材料。
2018-03-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Synthesis of layered gold tellurides AuSbTe and Au$_2$Te$_3$ and their semiconducting and metallic behavior
本研究探讨了层状金碲化物 AuSbTe 和 montbrayite 的合成、热稳定性及电子特性，发现前者为非同熔半导体，后者为同熔金属，并确定了二者的有效合成方法及单晶合成挑战。
2025-02-03 cond-mat.mtrl-sci
Native defects and impurities in talcum quasi-2D layers
本研究对纯净及含缺陷的滑石准二维层进行全面计算分析，揭示了空位缺陷与各类杂质的电子及光学性质，为识别色心、自旋量子比特和掺杂剂奠定基础，推动滑石在量子技术中的应用。
2025-07-01 cond-mat.mtrl-sci
A comparative study of the physical properties of layered transition metal nitride halides MNCl (M = Zr, Hf): DFT based insights
ZrNCl和HfNCl属于一类层状过渡金属氮化物卤化物MNCl（M= Zr，H）。它们的空间群为R-3 m（No-166），晶体结构为菱面体。这两种材料都显示出有前途的半导体行为。最近的研究表明，它们的多功能性作为半导体，也作为超导体时，插入碱金属。本文深入探讨了这两种半导体晶体的力学、光学和电学性质。在局域密度近似下，采用基于第一性原理密度泛函理论（DFT）的计算方法（在HfNCl的情况下，采用适当的U作为能隙计算），对两种材料的弹性常数、各向异性、电子态密度、能带结构、光学光谱进行了比较研究。HfNCl比ZrNCl更易加工，并且如较低的德拜温度所示相对较软。ZrNCl具有更强的分层性，因此它表现出脆性。HfNCl具有较大的带隙。ZrNCl是一种较好的紫外线反射剂。另一方面，HfNCl是良好的紫外线吸收剂。这两种材料在结构、电子能量色散和光学参数方面都是各向异性的。总体而言，各向异性的程度是更突出的ZrNCl相比，在HfNCl。讨论了ZrNCl和HfNCl半导体的可能应用领域。
2022-09-12 cond-mat.mtrl-sci
Hidden layered structures from carbon-analog metastability in metal dichalcogenides
Muroran Institute of Technology（室兰工业技术大学）
本研究揭示了金属硫化物中隐藏的层状结构，通过高压条件下的相变发现二维材料的基态特性，并连接了二维材料科学与高压科学。
2025-12-25 cond-mat.mtrl-sci
Semiconducting Black Phosphorus: Synthesis, Transport Properties and Electronic Applications
磷是地球中保存最丰富的元素之一，约占地壳的0.1%。一般来说，磷有几种同素异形体。白磷和赤磷是两种最常见的同素异形体，广泛用于炸药和安全火柴。此外，黑磷是一种层状半导体，虽然很少被提及，但在光学和电子应用方面具有很大的潜力。值得注意的是，由于范德华结构（称为磷烯），这种层状材料可以在垂直方向上减少到一个单一的原子层，其中物理性质可以与其大块对应物截然不同。本文从黑磷的合成到材料性质，追溯了近百年来黑磷的研究历史，并将黑磷的研究主题扩展到磷烯。着重介绍了其物理和输运性质，旨在进一步应用于电子和光电子器件。
2014-11-01 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Synthesis pathways to thin films of stable layered nitrides
本研究揭示了以元素气相前驱体制备热力学稳定有序层状三元氮化物薄膜的合成路径，阐明亚稳态中间相的形成机制，该方法可拓展至多类氮化物体系，为新型功能氮化物材料合成提供新思路。
2024-09-11 cond-mat.mtrl-sci
Black Arsenic-Phosphorus: Layered Anisotropic Infrared Semiconductors with Highly Tunable Compositions and Properties
在过去的十年中，具有不同性质的二维（2D）层状材料引起了人们极大的兴趣。到目前为止，发现的层状材料已经覆盖了从半金属石墨烯、绝缘氮化硼到带隙从中红外到可见光的半导体的广泛但不连续的电磁光谱范围。在这里，我们介绍新的层状半导体，黑砷磷（b-AsP），具有高度可调的化学成分和电子和光学特性。运输和红外吸收的研究表明，半导体性质的b-AsP与可调的带隙，范围从0.3至0.15 eV。这些带隙落入长波红外（LWIR）区域，并且不能被其他层状材料容易地达到。此外，偏振分辨红外吸收和拉曼光谱研究揭示了b-AsP的面内各向异性特性。这一系列层状b-AsP材料将2D层状材料覆盖的电磁光谱扩展到LWIR区域，并可能为未来基于所有2D层状材料的器件找到独特的应用。
2015-05-26 cond-mat.mtrl-sci
Co-operative Influence of O2 and H2O in the Degradation of Layered Black Arsenic
层状黑砷（b-As）是近年来出现的一种新型各向异性二维半导体材料，在电子器件中有着广泛的应用。了解影响这种材料环境稳定性的因素对其应用仍然至关重要。本文采用第一性原理密度泛函理论（DFT）计算研究了b-As（010）和（101）表面在氧（O2）和水（H2O）存在下的稳定性。我们发现，（101）面的b-As可以很容易地氧化在O2的存在。在空气中含有水分的情况下，氧化的b-As表面有利地与H2O分子反应，以As（OH）3和AsO（OH）的形式挥发As，这导致b-As表面的降解，主要是在（101）表面上。这些预测是在良好的协议与实验的电子显微镜观察，从而证明了O2和H2O在环境条件下的层状b-As的降解的合作反应。
2022-07-06 cond-mat.mtrl-sci
Doping nature of native defects in 1T-TiSe2
过渡金属二硫属化物1 T-TiSe 2是一种准二维层状材料，其电荷密度波（CDW）转变温度为200 K。在不同温度下生长的晶体的自掺杂效应引入结构缺陷，修改温度依赖的电阻率和强烈扰动的CDW相。在这里，我们研究这种原生缺陷的结构和掺杂性质相结合的扫描隧道显微镜/光谱和从头计算。在我们的单晶中，我们确定的主要原生单原子掺杂剂是插层Ti原子、Se空位和由残余碘和氧取代的Se。
2014-05-02 cond-mat.mtrl-sci
Ultrahigh thermal conductivity and strength in direct-gap semiconducting graphene-like BC6N: A first-principles and classical investigation
近年来，石墨烯类碳化硼和氮化碳纳米片由于其半导体电子性质和优异的机械和热传输性能而引起了人们的广泛关注。类石墨烯BC6N是一种实验实现的层状材料，最近一直是许多理论研究的焦点。有趣的是，BC6N单层的最稳定形式仍未被探索，并且关于其固有物理性质的信息有限。在此，密度泛函理论（DFT）计算的基础上，我们确认，最稳定的形式的BC6N纳米片显示了一个矩形的unitcell，根据一个被忽视的实验发现。我们发现BC_6N单层膜是一种直接带隙为1.19 eV的半导体，具有各向异性和良好的可见光吸收。第一性原理的结果强调，BC6N纳米片表现出各向异性和可调的拉伸强度和晶格热导率，优于所有其他制造的2D半导体。此外，我们开发经典的分子动力学模型的热传输和力学性能的BC6N纳米膜的评价。这项工作中所呈现的结果不仅揭示了BC6N纳米片的最稳定构型，而且还证实了其出色的吸引人的电子，光学，热传导和机械性能，极大地激励了进一步的理论和实验努力。
2021-06-13 cond-mat.mtrl-sci
Semimetallic and semiconducting graphene-hBN multilayers with parallel or reverse stacking
该研究理论分析交替石墨烯-hBN三维层状晶体，揭示层间跃迁参数可导致半金属、有带隙或Weyl半金属相，证明二维材料堆叠能产生不同于组分的涌现特性。
2023-04-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Hydrogen-impurity induced unconventional magnetism in semiconducting molybdenum ditelluride
本研究结合多种光谱与理论计算，发现半导体2H-MoTe2处于磁性临界状态，可通过类氢杂质诱导产生非常规磁性，且该磁态能维持到自由表面，有望用于薄膜范德华异质结的磁性组分。
2022-06-07 cond-mat.mtrl-sci
Theoretical Study on Optoelectronic properties of Layered In2O3 and Ga2O3
该研究通过密度泛函理论计算，分析了层状In2O3和Ga2O3复合氧化物的电子结构与光学性质，证实其具有可见光区合适带隙和动力学稳定性，适用于LED和太阳能电池等光电器件。
2024-03-18 cond-mat.mtrl-sci
High mobility in a van der Waals layered antiferromagnetic metal
磁性范德华（vdW）材料已被大量追求的基础物理以及设备设计。尽管进展迅速，但到目前为止，磁性vdW材料主要是绝缘或半导体的，它们都不具有高电子迁移率-这在一般的层状vdW材料中是罕见的。磁性高迁移率vdW材料的实现将为新型磁性双电子或自旋电子器件开辟可能性。在这里，我们报告非常高的载流子迁移率在层状VDW反铁磁体GdTe 3。电子迁移率超过60，000 cm 2 V-1 s-1，据我们所知，这是所有已知的层状磁性材料中最高的。在所有已知的vdW材料中，大块GdTe 3的迁移率与黑磷相当，并且仅被石墨超越。通过机械剥离，我们进一步证明，GdTe 3可以剥离到三个单层的片状物，并且在大约20 nm薄的薄片中保留了磁性顺序和相对高的流动性。
2019-08-14 cond-mat.mtrl-sci
First principles investigation of nitrogenated holey graphene
氮化多孔石墨烯（NHG）因其半导体性质而备受关注。然而，堆叠顺序和缺陷的性质还没有被调查。在这封信中，NHG的结构和堆叠性能进行了研究。我们得到了最稳定的堆积结构。然后，研究了块体和多层NHG的能带结构。讨论了应变对带隙和键合特性的影响。此外，我们还研究了NHG中碳空位（VC）、碳间隙（Ci）、氮空位（VN）和氮间隙（Ni）等本征缺陷的形成机制。这些原生缺陷的形成能和过渡水平进行了评估。
2017-11-04 cond-mat.mtrl-sci
Remarkably low-energy one-dimensional fault line defects in single-layered phosphorene
二维纳米材料中原子尺度低维缺陷的系统工程是一种很有前途的方法来调节这些纳米材料的电子性质。界面缺陷，如晶界和线缺陷，往往是有害的技术重要的纳米器件的操作，因此，如何这样的一维缺陷可能有一个基本的理解影响其物理化学性质是至关重要的，以优化其器件性能。近年来，二维磷杂环烯由于其高的载流子迁移率和良好的机械柔性而引起了人们的广泛关注。在本研究中，我们利用密度泛函理论，研究了具有不同缺陷的单层磷烯的热力学和电子结构随温度的变化。我们已经产生了不同的线缺陷模型的基础上的故障方法，而不是传统的旋转方法。这使我们能够研究和识别新的低能线缺陷，我们展示了这些低能线缺陷如何很好地调制单层二维磷烯的电子带隙能量-在这些新提出的低能线缺陷中提供一系列金属到半导体性质。
2015-10-07 cond-mat.mtrl-sci
Bipolar Conduction is the Origin of the Electronic Transition in Pentatellurides: Metallic vs. Semiconducting Behavior
五碲化物，ZrTe 5和HfTe 5是具有一维过渡金属链的层状化合物，其在输运性质中显示出从未理解的温度依赖性转变以及最近发现的表明拓扑半金属行为的性质。在这里，我们表明，这些材料是半导体和电子跃迁是由于双极效应和不同的各向异性的电子和空穴的组合。本文报道了分别用化学气相输运法（S1）和助熔剂法（S2）生长的两种ZrTe_5单晶的磁输运性质。它们在零场下具有不同的输运性质：S1在约130 K时显示出金属行为，具有明显的电阻峰和突然的热电势符号反转，与以前观察到的电子跃迁一致;与此形成鲜明对比的是，S2在低温下表现出类似于热电势的行为，并且在整个温度范围内具有正的热电势。对单晶X射线衍射和能量色散谱分析的改进揭示了在样品S1中存在明显的Te空位，证实了在五碲化物中广泛观察到的异常输运行为实际上发生在Te缺乏的样品中。电子结构计算表明，窄隙半导体行为，与不同的传输各向异性的空穴和电子。对于简并掺杂的n-型样品，我们的运输计算可以导致在接近实验观察到的温度下，在热电势从负到正的电阻率峰值和交叉。我们目前的工作解决了关于五碲化物的异常输运行为的长期困惑，也解决了有利于半导体状态的电子结构。
2016-11-19 cond-mat.mtrl-sci
Strain engineering in semiconducting two-dimensional crystals
二维晶体的新家族的迷人特性之一是它们的高拉伸性和使用外部应变以受控方式操纵其光学和电子特性的可能性。应变工程，被理解为研究如何通过控制施加到材料上的弹性应变场来调节材料的物理特性的领域，具有在原子级薄半导体材料中实施的完美平台。本文综述了近年来利用应变工程控制二维晶体光学和电学性质的研究进展。我们将专注于半导体层状材料，特别强调过渡金属二硫属化物（MoS $_2$、WS $_2$、MoSe $_2$和WSe $_2$）。在其他原子级薄材料如黑磷、硅烯等中的应变效应，也被考虑。应变工程在纳米电子学和光电子学的应用在2D晶体的好处将被修改，并在该领域的开放问题将被讨论。
2015-07-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Crystal structure, properties and pressure-induced insulator-metal transition in layered kagome chalcogenides
本文系统研究了层状 kagome 硫族化合物 $A_{2}M_{3}X_{4}$ 的晶体结构与性质，发现其呈非磁性 p 型半导体行为，并揭示 Cs$_{2}$Ni$_{3}$Se$_{4}$ 在 87.10 GPa 压力下发生无结构相变的绝缘体-金属转变。
2024-06-11 cond-mat.mtrl-sci
Thermally Induced Structural Evolution and Nanoscale Interfacial Dynamics in Layered Metal Chalcogenides
层状硫族化合物（包括Bi 2 Te 3、Sb 2 Te 3、Bi-Sb-Te三元合金和异质结构）被认为是良好的热电、拓扑绝缘体，并且最近被强调为贵金属之外的等离子体构建块。在这里，我们进行了联合原位透射电子显微镜（原位TEM）和密度泛函理论（DFT）计算，研究温度依赖的纳米级动力学，界面性质，并进一步确定本征缺陷和边缘配置的作用，在各向异性升华的Bi 2 Te 3-Sb 2 Te 3面内异质结构和Sb 2-xBixTe 3合金。结构动力学，包括边缘演变，形成，膨胀，和聚结的热诱导多边形纳米孔的报告。纳米孔似乎是由硫族化物物种（Te）从异质结构中的中心、异质界面和边缘以及仅从合金对应物中的外边缘的优先解离引发的。这导致异质结构的热稳定性降低和显著不同的升华途径。此外，三角形和准六边形的配置被观察到的异质结构中的主要纳米孔配置。此外，我们的DFT计算提供了一个机制上的理解的作用，本机缺陷和边缘形成能量，揭示反位缺陷TeBi是占主导地位的本机缺陷在富Te条件下，并发挥关键作用的缺陷辅助升华。这些发现显著影响了我们对控制纳米级升华动力学的理解，并最终帮助我们设计可调低维硫属化物。
2022-11-12 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Coexistence of interacting charge density waves in a layered semiconductor
本研究通过时间分辨光电子能谱发现EuTe4中Te单层与双层分别承载两种相互作用的电荷密度波，其能隙演化不同且存在层间耦合，揭示了该材料半导体性的微观起源。
2024-04-14 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Synthesis, crystal structure, and properties of novel perovskite oxychalcogenides, Ca2CuFeO3Ch (Ch = S, Se)
在真空石英管中合成了两种新的钙钛矿型硫氧化合物Ca_2CuFeO_3S和Ca_2CuFeO_3Se。Ca_2CuFeO_3S和Ca_2CuFeO_3Se的晶胞参数分别为a = 3.8271（1），c = 14.9485（2）nm和a = 3.8605（1），c = 15.3030（2）nm，属P_4/nmm空间群。它们似乎是涉及钙的第一层硫属钙钛矿，并且是相应的Sr和Ba化合物的结构类似物。新化合物表现出半导体性质，能隙从硫氧化物到硒氧化物逐渐减小。讨论了在已知的层状氧硫族化合物和氧磷族化合物结构中引入Ca ~（2+）的可能性。
2011-10-10 cond-mat.mtrl-sci
Vibrational Properties of a Naturally Occurring Semiconducting van der Waals heterostructure
我们目前的振动特性的方硅钙石，这是一个自然发生的范德瓦尔斯异质结构组成的两个不同的半导体层。钙钛矿是一种复杂的层状晶体，由相互堆叠的SnS $_2$状假六方和PbS状假四方层组成，为研究具有质量密度和声子失配的层间振动性质和热输运提供了独特的平台。通过显微拉曼光谱和第一性原理拉曼模拟，我们发现PbS类赝四配位结构主要由Pb $_3$ SbS $_4$组成。我们还发现了几个低频拉曼模式，起源于pseudotetraquinone层的层内振动。利用密度泛函理论，我们确定了所有的振动模式，其签名中观察到的拉曼光谱。通过研究温度相关的拉曼光谱（300 K - 500 K），我们发现不同的温度系数的pseudotetraxide和pseudohexagonal层。我们相信，我们的研究将有助于了解其复杂的异质结构的振动模式和纳米尺度下的热性能。
2021-07-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
2D layered transport properties from topological insulator Bi$_2$Se$_3$ single crystals and micro flakes
拓扑绝缘体如Bi $_2$ Se $_3$的低场磁输运测量对于通过对电导率的量子修正（如弱反局域化）来揭示拓扑表面态的性质是重要的。最近，各种各样的高场磁输运性能的制度，高电子密度（$\sim10^{19}$ cm $^{-3}$）的报道，这可能与额外的二维层状导电性，阻碍了识别的拓扑表面状态。在这里，我们报告的量子校正的电子传导占主导地位的表面状态的半导体的情况下，这可以分析的Hikami-Larkin-Nagaoka模型的两个耦合表面的情况下，强自旋轨道相互作用。然而，在类金属的情况下，这种分析失败，需要考虑额外的二维贡献。Shubnikov-de Haas振荡和量子化霍尔电阻证明是二维层状金属行为的强有力的迹象。高品质的Bi $_2$ Se $_3$单晶剥离的宏观和微观薄片的温度依赖性的磁输运性质相结合的高分辨率透射电子显微镜和能量色散X射线光谱，确认的结构和化学计量。角分辨光电子能谱证明了在拓扑绝缘态下，晶体具有单狄拉克锥表面态和定义明确的体带隙。空间分辨的核心水平的光电子显微镜证明了表面的稳定性。
2016-06-06 cond-mat.mtrl-sci
Donor and Acceptor Characteristics of Native Point Defects in GaN
氮化镓的半导体行为和光电响应由点缺陷过程控制，尽管经过多年的研究，但仍然知之甚少。描述主要带电缺陷的关键困难是确定相应缺陷能级的一致位置，这很难使用标准超级晶胞计算得出。在一个互补的方法，我们利用嵌入式集群的方法，提供了一个共同的零的静电势在所有的电荷状态的所有点缺陷的直接访问。带电缺陷极化的主机电介质材料与长程力，强烈影响的结果缺陷模拟;占的极化，我们耦合嵌入与混合量子力学/分子力学（QM/MM）的方法和调查的结构，形成和电离能，和平衡浓度的原生点缺陷在纤锌矿GaN在化学精确的混合密度泛函理论水平。N空位是GaN中最有利的原生缺陷，其有助于生长GaN的n型特征，但不是主要来源，这一结果与实验一致。我们的计算表明，没有本征点缺陷可以形成晶体稳定的受主态。GaN可以很容易地掺杂为n型，但是，在中等温度下的平衡条件下，受主掺杂剂将被N空位补偿，并且不会观察到显著的空穴浓度，这表明非平衡过程必须在p型GaN中占主导地位。我们确定在红外，可见光和紫外发光范围和互补光谱的原生缺陷的光谱签名。至关重要的是，我们计算了与电子和空穴束缚在扩散轨道相关的有效质量类态能级。
2019-05-03 cond-mat.mtrl-sci
Photocurrent generation with two-dimensional van der Waals semiconductors
近年来，二维（2D）材料引起了人们极大的兴趣。这一系列材料允许实现多功能电子设备，并有望成为下一代（光）电子产品。它们的电子性质强烈地依赖于层数，从基本的角度来看，它们很有趣。对于电子应用，半导体2D材料受益于相当大的迁移率和大的开/关比，这是由于通过栅极场效应可实现的大调制。此外，由于机械强度和柔性，这些材料在断裂之前可以承受大的应变（> 10%），使得它们对于应变工程和柔性装置是有意义的。即使在单层形式下，半导体2D材料也表现出有效的光吸收，从而使光电探测器具有较大的响应度。因此，半导体层状2D材料是光电应用，特别是光电探测的强有力的候选者。在这里，我们回顾了基于半导体二维材料的光电探测器的最新技术，重点是过渡金属二硫属化物，新型范德华材料，黑磷和异质结构。
2015-06-01 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Can structure influence hydrovoltaic energy generation? Insights from the metallic 1T' and semiconducting 2H phases of MoS$_2$
本文通过对比MoS₂金属1T'相和半导体2H相层压膜，揭示亲水性、层间通道和结构对水伏性能的关键影响，发现1T'相凭借6埃通道实现2.0 mW m⁻²峰值功率密度，远超2H相，为二维材料水伏技术提供新见解。
2025-01-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Gate-tunable diode and photovoltaic effect in an organic-2D layered material p-n junction
半导体pn结是一种简单的器件结构，与电子和光电子应用密切相关。低维材料在电子电路中的成功集成为制造栅极可调谐pn结开辟了前进的道路。在这种背景下，我们提出了一种有机（铜酞菁）-2D层状材料（二硫化钼）混合pn结的栅极可调二极管特性和光伏效应。我们的原理验证器件显示出多功能特性，二极管整流因子高达10^4，而在光照下，它们表现出光响应，测得的外部量子效率约为11%。至于它们的光伏特性，我们发现开路电压高达0.6 V，光电功率转换效率为0.7%。已知有机半导体和二维材料的扩展目录提供了定制所得到的器件的性质和性能的前景，使得有机2D pn结成为未来技术应用的有希望的候选者。
2015-12-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Influence of native defects on magneto-optoelectronic properties of $α$-MoO$_{3}$
本研究通过第一性原理DFT计算探究本征缺陷对$α$-MoO$_{3}$磁光电性质的影响，明确了不同空位的形成难易、对带隙与磁矩的作用及室温稳定性，为相关器件设计提供了理论依据。
2023-06-08 cond-mat.mtrl-sci
NaInX2 (X = S, Se) layered materials for energy harvesting applications: First-principles insights into optoelectronic and thermoelectric properties
本文采用第一性原理方法研究了六角对称（R-3 m）的两种硫系同构材料NaInS 2和NaInSe 2的结构、电子、光学和热电性质。一个非常好的协议已被发现我们的结果与现有的实验和理论。电子能带结构和光学性质表明，所研究的材料具有半导体性质，Na、In和Se原子的s轨道间的强烈杂化使导带底部向下移动，导致NaInSe 2的带隙比NaInS 2的带隙窄。首次详细研究了NaInX_2（X = S，Se）的不同光学性质（介电函数、光电导、吸收系数、反射率、折射率和损耗函数）和热电性质（塞贝克系数、电导率、功率因数和热导率）。结果表明，由于NaInX_2（X = S，Se）具有强烈的层状结构，所有这些性质都具有明显的各向异性。两种化合物在远可见光至中紫外（UV）区域具有强的光学吸收，具有尖锐的峰，而在UV区域反射率较低。计算得到NaInS 2和NaInSe 2在1000 K时沿a轴方向的热电功率因子分别为151.5 μ W/cmK ~ 2和154 μ W/cmK ~ 2，相应的ZT值约为0.70。两种化合物沿a轴的热导率都很高（~22 W/mK），这表明降低这种高热导率对于获得NaInX 2（X = S，Se）化合物的较高ZT值是重要的。
2020-10-05 cond-mat.mtrl-sci
Intrinsic defects, fluctuations of the local shape, and the photo-oxidation of black phosphorus
黑磷是一种单原子半导体层状材料，在光和环境污染物的存在下会发生化学降解。其降解动力学基本上仍不清楚。即使在退化之前，局部探测研究表明，由于不可避免地存在固有缺陷，通过非恒定的高度分布，存在不可忽略的局部曲率。我们确定这些固有缺陷是光氧化位点，因为它们将理想黑磷的化学吸附势垒（> 10 eV并且在可见光范围外的光激发）降低到可见光和紫外线范围（1.6至6.8 eV），从而使得能够光诱导氧化和氧二聚体的解离。的材料的形状和其电子性质在氧化过程的早期阶段的一个完整的表征。因此，这项研究提供了这种新型层状材料的降解动力学的基本见解。
2015-07-31 cond-mat.mtrl-sci
Surface-Dominated Quantum Metric-Induced Nonlinear Transport in the Layered Antiferromagnet CrSBr
本研究揭示 CrSBr 中量子度量偶极子诱导的非线性输运，其由狄拉克节线产生且表面层主导，为设计非线性量子材料和表面敏感器件提供新思路。
2025-05-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Visualizing Orbital Content of Electronic Bands in Anisotropic 2D Semiconducting ReSe$_{2}$
层状材料的许多性质随着它们从其块体形式减薄到单层而改变，其中实例包括2H半导体过渡金属二硫属化物中的间接到直接带隙转变以及后过渡金属单硫属化物和黑磷中的价带结构的厚度依赖性变化。在这里，我们使用角分辨光电子能谱研究单层ReSe $_{2}$的电子能带结构，一个扭曲的1T结构和面内各向异性的半导体。通过改变入射光子的偏振，我们表明，ReSe $_{2}$，在对比的2H材料，面外过渡金属$d_{z^{2}}$和硫属元素$p_{z}$轨道不显着贡献的顶部的价带，这解释了报告的弱变化，在这种化合物的电子结构作为层数的函数。我们估计的带隙为1.7 eV的原始ReSe $_{2}$使用扫描隧道光谱和探索的间隙后，表面掺杂钾的影响。估计在完全掺杂的情况下的间隙的下限为1.4 eV，这表明掺杂依赖的多体效应显着影响ReSe $_{2}$的电子性质。我们的研究结果，支持密度泛函理论计算，提供深入了解背后的偏振相关的光学性质的机制，并突出它们之间的二维晶体。
2020-05-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Raman Study of Layered Breathing Kagome Lattice Semiconductor Nb3Cl8
本研究针对层状呼吸型笼目晶格半导体Nb3Cl8声子特性认知不足的问题，结合偏振拉曼光谱与DFT分析其声子动力学，明确了振动模式、层数/温度/磁场对拉曼特性的影响，推进了该材料的基础研究。
2023-10-25 cond-mat.mtrl-sci
The electrical conductivity of cubic (In$_{1-x}$Ga$_x$)$_2$O$_3$ films ($x\le0.18$): Native point defects, Sn-doping, and the surface electron accumulation layer
本文研究 Ga 合金化对 In$_2$O$_3$-Ga$_2$O$_3$ 薄膜电导的影响，发现本征缺陷使电子密度意外增加且表面电子积累层保持存在，并展示了一种带隙更宽的 Sn 掺杂单晶透明导电氧化物。
2021-09-27 cond-mat.mtrl-sci
Visualization of Defect Electronic States in Layered Semiconductor CrSBr
University of Ottawa（渥太华大学）；Radboud University（拉德堡德大学）；Argonne National Laboratory（阿贡国家实验室）；University of Chemistry and Technology Prague（布拉格化工大学）；Bielefeld University（比勒费尔德大学）；Center for Nanoscale Materials, Argonne National Laboratory（阿贡国家实验室纳米材料中心）；University of Illinois（伊利诺伊大学）
研究利用扫描隧道显微镜/光谱探索块状 CrSBr 中两个突出缺陷的结构和电子特征，通过与模拟图像比较，推断常见缺陷为 b 轴对齐的双硫空位，推进了对 CrSBr 本征缺陷塑造电子结构作用的理解。
2026-07-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Line Defects in Molybdenum Disulfide Layers
层状分子材料，特别是二硫化钼已经被接受为纳米电子学的有前途的候选者。与体材料相反，在单层MoS 2中观察到的电子迁移率出乎意料地低。在这里，我们揭示了在二硫化钼层，被称为反转域，其中该层通过线缺陷改变其方向的本征缺陷的发生。用原子分辨透射电子显微镜观察到了线缺陷。的结构进行了建模和使用量子力学计算的基础上的密度泛函紧束缚方法的缺陷的稳定性和电子性质进行了计算。这些计算的结果表明，在半导体二硫化钼的带隙内的新的状态的发生。实验观察到最稳定的非化学计量缺陷结构，其中一个包含金属Mo-Mo键，另一个桥接S原子。
2013-04-12 cond-mat.mtrl-sci
Contact Research Strategy for Emerging Molybdenum Disulfide and Other Two-Dimensional Field-effect Transistors
近年来，过渡金属二硫属化合物（TMD）的二维层状半导体结构得到了广泛的分离、合成和表征。许多2D材料由于其高迁移率和表现出的带隙而被确定为未来薄膜技术的沟道材料的潜在候选者。虽然许多TMD场效应晶体管（FET）已经被广泛展示，并取得了重大进展，以清楚地了解器件物理，在金属/半导体界面的大接触电阻仍然是一个挑战。从二维器件研究的角度来看，如何最大限度地减小肖特基势垒对接触的影响，从而降低二维材料上金属的接触电阻，是该领域进一步发展的关键。在这里，我们提出了一个审查的接触研究二硫化钼和其他TMD场效应晶体管的基本理解的金属-半导体界面上的二维材料。一个明确的二维半导体材料的接触研究策略，为未来的高性能二维场效应晶体管与积极规模化的尺寸。
2014-10-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Photocurrent Generation in a Metallic Transition Metal Dichalcogenide
二维层状材料中的光感应电流是由光电效应、光伏效应和非局域热载流子输运等机制引起的。近年来，半导体层状过渡金属二硫属化物已经被广泛研究，因为通过光产生电流是光电和光伏器件中的关键过程。然而，光电流的产生是出乎意料的金属2D层状材料，除非光热机制是普遍的。通常，高导热性和可见光谱的低吸收防止金属中的光热电流产生。在这里，我们报告的光响应从两端设备的机械剥离金属3R-NbS $_2$薄晶体使用扫描光电流显微镜（SPCM）在零和有限的偏压。SPCM测量表明，光电流主要出现在金属/NbS $_2$结的两端器件在零偏压。在有限偏压下，随着在金属/NbS $_2$结处产生的光电流，现在来自整个NbS $_2$晶体的负光响应是明显的。在我们的结果中，我们意识到，所观察到的光电流可以解释由激光激发引起的局部加热。这些发现表明，NbS $_2$是少数几种可能产生光电流的金属材料之一。
2018-01-08 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
C3N: a Two Dimensional Semiconductor Material with High stiffness,Superior Stability and Bending Poisson's Effect
最近，一种新型的二维层状材料，即C3 N，已经通过2，3-二氨基吩嗪的聚合制备，并用于制备开/关电流比达到5.5E10的场效应晶体管器件（Adv.Mater. 2017，1605625）。在这里，我们已经进行了全面的第一性原理研究C3 N及其相关衍生物的机械和电子性质。从头算分子动力学模拟表明C3 N单层膜可以承受高达2000 K的高温。除了高稳定性之外，C3 N被预测为具有高杨氏模量（1090.0 GPa）的优异刚性材料，其与石墨烯的杨氏模量（1057.7 GPa）相当或甚至更高。通过将C3 N纳米片卷曲到相应的纳米管中，还研究了C3 N纳米片的离面弯曲变形。计算结果表明，C3 N纳米片具有迷人的弯曲泊松效应，即弯曲引起的横向收缩。进一步的研究表明，大多数相应的纳米管也呈现出高的杨氏模量和半导体性能。此外，还研究了少层C3 N纳米片的电子性质。据预测，C3 N单层是一个间接的半导体（1.09 eV）与强极性共价键，而多层C3 N具有AD堆叠的金属属性。由于C3 N纳米片具有高稳定性、合适的带隙和优异的机械强度，将是高强度纳米电子器件应用的理想候选者。
2017-03-26 cond-mat.mtrl-sci
Blue shifting of the A exciton peak in folded monolayer 1H-MoS2
层状过渡金属二硫属化物的大家族被广泛认为构成二维（2D）半导体材料的第二家族，其可用于创建补充基于石墨烯的那些的新颖器件。在许多情况下，这些材料已经显示出从本体中的间接带隙到单层系统中的直接带隙的转变。在这项工作中，我们的实验表明，折叠1H二硫化钼（MoS 2）层的结果在一个乱层堆叠与增强的光致发光量子产率和一个显着的位移到蓝色的90毫电子伏。这与预期的2 H-MoS 2能带结构特性相反，其包括间接带隙和淬灭的光致发光。我们提出了一个理论解释的起源，这种行为的激子屏蔽。
2013-07-05 cond-mat.mtrl-sci
Electron doping of the layered nickelate La$_4$Ni$_3$O$_{10}$ by aluminum substitution: A combined experimental and DFT study
具有二维Ruddlesden-Popper型晶体结构的La $_4$ Ni $_3$ O $_{10}$的物理性质非常依赖于温度和化学取代。通过在Ni位点随机引入Al $^{3+}$原子（$x$），调节两种非等效Ni阳离子的平均氧化态，并采用低于La $_4$ Ni $_3$ O $_{10}$中的平均值+2.67的值。La $_4$ Ni $_{3-x}$ Al $_x$ O $_{10}$是$x=0.00$至1.00的固溶体，并通过柠檬酸法制备。样品采用轻微畸变的单斜结构（P21/a），由（117）反射峰的加宽证明。我们报告的显着影响的电子性能引起的微量均匀分布的铝阳离子，电阻率，磁化强度，衍射和DFT数据之间有明确的对应关系。DFT表明，电子不等价的Ni原子之间没有显着差异，没有任何Ni $^{3+}$ /Ni $^{2+}$电荷排序的趋势。通过Al替代的电子掺杂对电和磁性能具有深远的影响。随着带隙的增加，在较高的Al水平，从金属到半导体的电阻率变化，与DFT的结果一致。报道的La $_4$ Ni $_3$ O $_{10}$的金属-金属转变，通常被解释为电荷密度波，一直保持到$x = 0.15$ Al能级。然而，电阻率的温度特性已经在非常低的Al水平（低于0.03）下改变。的耦合的金属到金属的过渡到晶格中的单位晶胞尺寸的异常证明。用粉末中子衍射法没有发现长程磁序。非磁性Al…
2020-06-23 cond-mat.mtrl-sci
Large-area, low-voltage, anti-ambipolar heterojunctions from solution-processed semiconductors
具有惰性或悬挂无键表面的半导体材料的出现为形成范德华异质结构创造了机会，而没有传统外延生长的限制。例如，分层的二维（2D）半导体已经被结合到具有栅极可调电子和光学功能的异质结构器件中。然而，2D材料提出了处理挑战，这些挑战已经阻止了这些异质结构以足够的可扩展性和/或均匀性来生产，以使其能够并入大面积集成电路中。在这里，我们扩展了范德华异质结的概念，半导体p型单壁碳纳米管（s-SWCNT）和n型非晶铟镓锌氧化物（a-IGZO）薄膜，可以在晶圆级的高空间均匀性的溶液处理或溅射。所得到的大面积、低电压p-n异质结表现出具有高开/关比的反双极转移特性，非常适合于电子、光电和电信技术。
2014-12-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Hole/Electron transport layers in tin-doped SBLN nano materials for hybrid solar cells
在这项工作中，层状钙钛矿SBN在一个新的掺杂形式的空穴以及电子输运层（HTL/ETL）的钙钛矿太阳能电池进行了研究。这项工作的目的是总结镧铋层SBN中的锡掺杂对光学能带隙的影响，除了主要的电子-空穴传输，以帮助钙钛矿太阳能电池的应用。采用微波合成法制备了Sr_（1-x）Sn_xBi_（1.95）La_（0.05）Nb_（2 O_9）（x=0.0，0.01，0.03，0.05，0.1和0.2）硬质球磨复合材料，得到了原子级取代的细（~10- 60 nm）介孔颗粒网络。微波合成对于改变所制备的SBN材料的介电、半导体和光学特性至关重要。在最大锡掺杂时，禁带宽度连续减小，载流子迁移率提高了112%。纳米粒子的形成有助于提高载流子迁移率通过纳米粒子桥接较大的晶粒。利用阻抗谱进一步研究了宏观晶粒和纳米晶界对载流子输运的影响。
2018-09-28 cond-mat.mtrl-sci
Atomic-scale mechanisms of defect- and light-induced oxidation and degradation of InSe
层状硒化铟（InSe）是一种具有六方结构和半导体特性的新型二维材料，由于其独特的电学性质而受到人们的广泛关注。在这里，通过使用第一性原理计算，我们揭示了完美的InSe具有高的化学稳定性，对氧化，优于二硫化钼。然而，本征硒空位（VSe）的存在和光照可以显着影响表面活性。特别是，与暴露的In原子在照明下的VSe网站的过剩电子能够显着降低O2的解离势垒~0.2 eV。此外，在环境条件下，O2的分裂能够形成取代（顶端）氧原子物种，这进一步导致H2O分子的捕获和随后的快速分裂，并最终形成羟基。我们的研究结果揭示的原因和潜在的机制，通过缺陷光促进氧化的InSe表面退化。这些结果将有利于开发InSe材料的存储策略及其在氮化硼、石墨烯或In基氧化物层表面钝化方面的应用。
2017-12-13 cond-mat.mtrl-sci
Stability of charged sulfur vacancies in 2D and bulk MoS$_2$ from plane-wave density functional theory with electrostatic corrections
二维半导体过渡金属二硫属化合物（如MoS $_2$）在光电子学、自旋电子学、光电子学和催化等领域有着广泛的应用前景。为了利用这些材料的电子器件的潜力，需要更好地了解缺陷如何控制载流子浓度，特性和迁移率。利用Freysoldt和Neugebauer开发的修正方案，以确保适当的静电边界条件，在二维材料中的带电缺陷，我们进行密度泛函理论计算的形成能和电荷跃迁能级与硫空位在单层和层状块状二硫化钼$_2$。我们调查的收敛性，这些缺陷的性质相对于真空间距，面内超晶胞尺寸，和不同层次的理论。我们还分析了不同电荷状态下缺陷的电子结构，以深入了解缺陷对成键和磁性的影响。我们预测，这两个空缺结构进行Jahn-Teller扭曲，这有助于稳定的硫空位在$-1$带电状态。
2020-04-07 cond-mat.mtrl-sci
