Electronic and magnetic properties of graphene-fluorographene nanoribbons: Controllable semiconductor-metal transition
本文通过DFT和有效Hubbard模型研究了嵌入氟化石墨烯中的石墨烯纳米带，发现αα体系为反铁磁半导体，αβ体系为铁磁且随宽度发生半导体-金属转变，为氟化调控石墨烯性质及器件应用提供了理论基础。
2024-09-30 cond-mat.mes-hall
Fluorination-Enriched Electronic and Magnetic Properties in Graphene Nanoribbons
采用第一性原理计算研究了氟掺杂石墨烯纳米带的丰富的电子和磁性。它们源于重要化学键、有限尺寸量子限制和边缘结构之间的合作或竞争关系。分子中存在C-C、C-F、F-F键，并具有多轨道杂化。氟吸附原子可以产生p型金属或浓度和分布依赖的半导体，这取决于$π$键合是否被顶位化学键合严重抑制。此外，五种自旋相关的电子和磁性涵盖了非磁性和铁磁金属，非磁性半导体和反铁磁半导体有/没有自旋分裂。在空间电荷分布、自旋密度和轨道投影态密度中清楚地揭示了不同的基本性质。
2017-02-28 cond-mat.mes-hall
Effect of Edge Roughness on Electronic Transport in Graphene Nanoribbon Channel Metal Oxide Semiconductor Field-Effect Transistors
报道了量子力学模拟结果，研究了石墨烯纳米晶金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）中边缘无序对输运的影响。边缘无序的添加显著降低了导通状态电流并增加了截止状态电流，并且在器件之间引入了广泛的可变性。这些效果会随着色带宽度的增加和边缘的平滑而减小。然而，带隙随着宽度的增加而减小，从而增加了带间隧穿介导的亚阈值漏电流，即使是完美的纳米带。这些结果表明，如果在制造过程中没有原子级精确的边缘控制，通过使用石墨烯来实现MOSFET性能增益将是困难的。
2007-12-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Exotic Electronic Property of Phosphorene Nanoribbons Driven by External Electric Field
利用屏蔽交换密度泛函理论，我们发现具有裸露锯齿形边缘的磷烯纳米带经过Peierls畸变后，是一种反铁磁半导体，其极化态主要局限在边缘.在外加电场作用下，磷烯纳米带呈现出奇异的电子结构转变，包括半导体态、半金属态和金属态。
2019-04-10 cond-mat.mes-hall
Geometric magnetoconductance dips by edge roughness in graphene nanoribbons
通过数值模拟研究了锯齿形和扶手椅形粗糙边缘石墨烯纳米带的磁导特性。具有足够小的体无序的纳米带在接近带宽度的回旋半径处显示出明显的磁导最小值，这与在常规半导体量子线中观察到的线峰非常相似。在锯齿形纳米带中，由于靠近边缘的电流密度降低，该特征仅在边缘粗糙度的阈值幅度以上才变得可见。
2011-12-08 cond-mat.mes-hall
From Half-metal to Semiconductor: Electron-correlation Effects in Zigzag SiC Nanoribbons From First Principles
我们进行了电子结构计算的基础上的第一性原理多体理论方法，以研究准粒子带隙，和氢钝化锯齿形SiC纳米带的光吸收光谱。自能校正包括使用GW近似，和激子效应包括使用贝特-萨尔彼得方程。我们系统地研究了宽度在0.6 $\text{nm}$和2.2 $\text{nm}$之间的纳米带。准粒子修正扩大了Kohn-Sham带隙，因为减少维数引起的增强的相互作用效应。宽度大于1 nm的锯齿形SiC纳米带在平均场水平下表现出半金属性。自能修正大大增加了带隙，从而将半金属锯齿形SiC纳米带转变为窄隙自旋极化半导体。这些纳米带的光学吸收光谱得到显着修改后，包括电子-空穴相互作用，和最后的带状物表现出强烈的束缚激子，结合能为2.1 eV。因此，最窄的锯齿形SiC纳米晶具有用于在光谱的IR区域中操作的光电子器件的潜力，而表现出自旋极化的更宽的纳米晶可以用于自旋电子学应用。
2017-06-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
High rectifying performance of heterojunctions with interface between armchair C$_3$N nanoribbons with and without edge H-passivation
具有C $_3$ N化学计量比的二维聚苯胺是一种新型的层状材料，具有优异的电学、热学、力学和化学性能。然而，由于独特的量子限制和边缘效应，其对应的纳米带/结构的性质提供了更多的可调谐性。在这里，使用基于密度泛函理论和非平衡格林函数技术的第一性原理计算，我们首先执行的扶手椅型C $_3$ N纳米带（AC $_3$ NNR）的电子能带结构的H-钝化和无。计算结果表明，AC $_3$ NNR是金属的，而H钝化的NNR是直接带隙半导体或间接带隙半导体，这取决于详细的边缘原子构型.然后，我们提出了一个横向平面均匀结的原始和H-钝化的AC $_3$ NNR之间的接口，在其中形成肖特基势垒。有趣的是，我们进一步的输运计算表明，这种AC $_3$ NNRs基异质结表现出良好的整流行为。在0.2 ~ 0.4 V的偏压范围内，平均整流比（RR）可达$10^3$。特别是，延长异质结半导体部分的长度会导致通过结的电流减小，但RR会明显增大。在0.25 ~ 0.40 V的偏压范围内，平均RR增加到$10^4$的量级，在0.35 V时达到最大值$10^5$。这项工作的结果可为将来基于AC $_3$ NNR的功能纳米器件的设计提供参考。
2022-04-22 cond-mat.mes-hall
Multicolor Graphene Nanoribbon/Semiconductor Nanowire Heterojunction Light-Emitting Diodes
本文首次报道了一种新型的石墨烯纳米管（GNR）/半导体纳米线（SNW）异质结发光二极管。GNR和SNW具有面对面的接触结构，具有较大的有源区的优点。在我们的情况下，采用ZnO，CdS和CdSe纳米线。在正向偏压下，GNR/SNW异质结LED可以发射波长从紫外（380 nm）到绿光（513 nm）再到红光（705 nm）的光，这取决于所涉及的SNW的带隙。讨论了GNR/SNW异质结LED的发光机理。我们的方法可以很容易地扩展到其他半导体纳米材料。此外，我们的成就打开了下一代显示技术的大门，包括便携式，“透视”和舒适的产品。
2011-03-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Tunable Magnetic Semiconductor Behavior Driven by Half-Filled One Dimensional Band in Zigzag Phosphorene Nanoribbons
通过密度泛函理论计算发现锯齿形磷烯纳米带具有反铁磁绝缘态。与其他一维系统相比，ZPNR的磁性表现出几个令人惊讶的特点：（i）磁矩在每个锯齿形边缘反平行排列;（ii）磁性能量相当稳定（约29 meV/磁离子），带隙很大（约0.7 eV）;（iii）适度的压缩应变将诱导磁性到磁性以及半导体到金属的转变。所有这些现象都是由于一种独特的机制而自然产生的，即半充满的一维带在π/2 α附近穿过费米能级引起的电子不稳定性。ZPNR独特的电子和磁性使其在纳米电子器件中具有巨大的应用潜力。
2014-09-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Electronic transport across quantum dots in graphene nanoribbons: Toward built-in gap-tunable metal-semiconductor-metal heterojunctions
全石墨烯电子器件的成功受到半导体沟道和金属接触的挑战性实现和后续集成的严重阻碍。在这里，我们全面调查的宽度调制异质结的电子输运组成的石墨烯量子点的不同长度和宽度嵌入在一对扶手椅边缘的金属纳米带，最近通过表面合成制造的那种。我们表明，量子点的存在下，使宽度依赖的传输带隙的开放，从而产生内置的一维金属-半导体-金属结。此外，我们发现，在附近的带边，电导是受一个平滑的过渡，从反共振到共振输运制度时，增加沟道长度。这些结果是合理的量子限制效应和量子点之间的竞争方面的铅耦合。总的来说，我们的工作建立了石墨烯量子点纳米架构作为吸引人的平台，无缝集成间隙可调半导体通道和金属接触到一个单独的纳米管，从而实现自包含的碳基电子器件。
2020-11-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Scaling of Two-Dimensional Semiconductor Nanoribbons for High-Performance Electronics
Purdue University（普渡大学）；National University of Singapore（新加坡国立大学）；Nexstrom Pte. Ltd.（Nexstrom私人有限公司）；Dankook University（丹阳大学）
本研究通过单层MoS2纳米带实现超小尺度晶体管，提升通态电流和亚阈值斜率，扩展至WS2和WSe2，为未来高性能电子器件提供新路径。
2026-01-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Edge-controlled half-metallic ferromagnetism and direct gap in ZrS2 nanoribbons
采用第一性原理计算研究了ZrS 2纳米带的电子和磁性.结果表明，扶手椅型ZrS 2纳米带均为无磁性的间接带隙半导体，且随着带宽的增加，其带隙呈现奇偶振荡行为.对于锯齿形边缘的NR，那些与两个边缘S-终止的直接带隙半导体和带隙单调减小的函数的带宽度。然而，当宽度为$N\geq9$时，一个边缘S端接而另一个边缘Zr端接的NR是铁磁半金属，而两个边缘Zr端接的NR倾向于铁磁半金属。两种体系的磁性主要来源于边缘Zr原子的不饱和。根据不同的边缘配置和带宽度，ZrS 2 NR表现出多功能的电子和磁性，使它们成为电子学和自旋电子学应用的有希望的候选者。
2017-04-27 cond-mat.mes-hall
Structure- and adatom-enriched essential properties of graphene nanoribbons
采用第一性原理计算对一维石墨烯纳米带的几何、电学和磁学性质进行了系统的研究。这些特征丰富的基本性质来自于化学键中的各种轨道杂化以及边缘碳原子和原子诱导的自旋态。原始的纳米带，具有蜂窝晶格，可以表现出平面，弯曲，滚动，折叠和堆叠配置。吸附在表面和边缘，分别创建屈曲结构和非六边形/非平面边缘。存在六种自旋相关的电子和磁性：非磁性、铁磁和反铁磁金属、非磁性半导体和有/无自旋分裂的反铁磁半导体。它们可以通过能隙、电子/空穴密度、净磁矩、原子主导的能带、空间电荷分布、自旋排列以及轨道和自旋投影态密度来清楚地说明。不同的基本性质是由有限尺寸限制、边缘结构、曲率效应、层间原子相互作用、自旋组态和化学吸附之间的复杂关系决定的。理论预测可以提供潜在应用中的全部信息，其中部分与最近的实验测量一致。
2018-12-19 cond-mat.mes-hall
Half-metallic Dirac cone in zigzag-graphene-nanoribbon/graphene
石墨烯是一种本征零能隙半导体，它的狄拉克电子具有独特的自旋和赝自旋，从而产生了许多有趣的电子和输运性质。虽然孤立的锯齿形石墨烯纳米带是反铁磁半导体，我们通过第一性原理和紧束缚计算表明，锯齿形石墨烯纳米带支撑在石墨烯上是半金属的自旋和赝自旋对称性破缺的结果。特别地，在费米能级附近的K（K '）处形成半金属狄拉克锥。目前的研究结果表明，锯齿形石墨烯纳米带中自旋和赝自旋的独特组合可以用于操纵石墨烯的电子性质，并可能对潜在的石墨烯基纳米电子应用具有实际意义。
2016-07-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Electronic properties of Janus black arsenic-phosphorus (b-AsP) nanoribbons under transverse electric field
利用紧束缚方法研究了Janus单层黑砷磷（b-AsP）纳米带的电子输运性质。系统地研究了边缘结构对电子结构的影响。（1，3）nb和（3，1）nb b-AsP纳米带比锯齿形和扶手椅形纳米带具有更平坦的边缘带。扶手椅型的边缘带呈双简并。计算结果还表明，横向电场可以对不同边界形貌的锯齿带的带隙进行宽范围的调节。临界电场可以完全闭合间隙并诱导从半导体到导体的相变。我们的工作表明，动态可调带隙的Janus b-AsP纳米带，并揭示了潜在的Janus b-AsP的传输设备。
2022-12-04 cond-mat.mes-hall
Two and One-dimensional Honeycomb Structure of Boron Nitride
本文采用第一性原理平面波方法对氮化硼（BN）的二维和一维蜂窝结构进行了系统研究。二维（2D）石墨烯如BN是具有离子键的宽带隙半导体。声子色散曲线证明了2D BN薄片的稳定性。准一维扶手椅型BN纳米晶是具有边缘态的半导体材料。在用氢原子钝化B和N时，这些边缘态消失并且带隙增加。锯齿形BN纳米带是金属的，但当它们的两个边缘被氢钝化时，变成铁磁半导体。然而，它们的磁基态，电子能带结构和带隙被发现是强烈依赖于是否B-或N-边缘的带是饱和的氢。扶手椅型和锯齿型纳米带中的空位缺陷也影响磁性和电子结构。为了揭示维度效应，这些性质与各种三维BN晶体和一维BN原子链的性质进行了对比。
2008-12-23 cond-mat.mes-hall
High magnetoresistance in graphene nanoribbon heterojunction
我们在由金属（M）和半导体（SC）型扶手椅-石墨烯-纳米颗粒（aGNR）组成的石墨烯异质结构中显示了大的磁阻（MR）效应。在异质结构中，由于波函数的正交性，在零磁场下，SC-aGNR和M-aGNR的第一子带上的传输被禁止。一个有限的磁场引入了量子霍尔效应，它扭曲了波函数。因此，在异质结上发生有限的传输，产生大的MR效应。我们研究了这种MR对温度和电子能量的依赖关系。最后，我们设计了一个磁场效应晶体管，它产生的MR接近100%（85%），在低（室温）温度。
2012-10-24 cond-mat.mes-hall
Non-Destructive Low-Temperature Contacts to MoS2 Nanoribbon and Nanotube Quantum Dots
二硫化钼纳米带和纳米管是具有强自旋轨道相互作用的准一维半导体，是一种在量子电子学应用中极具前景的纳米材料。在这里，它表明，铋半金属层之间的接触金属和这种纳米材料大大提高了接触的性能。在室温下观察到100 k $Ω$量级的两点电阻。在低温下，库仑阻塞是可见的。由此产生的稳定性图表明，与之前使用低功函金属作为接触点的设备相比，接触点处明显不存在陷阱态以及相应的无序。在低于100 mK的温度下观察到单能级量子输运。
2023-03-10 cond-mat.mes-hall
Edge and Width Dependent Electronic Properties of Nanoribbons of Manganese Oxide
在本工作中，研究了最近合成的MnO的二维和一维蜂窝结构的结构、磁性和电子性质[Zhang et al.Nat.Commun.，20，1073-1078（2021）]通过使用第一性原理计算研究。计算结果表明，单层2D MnO晶体具有简并反铁磁（AFM）基态和相对不利的铁磁（FM）态。此外，磁各向异性的计算揭示了源于锰原子中未成对电子态的磁性的易磁化轴方向垂直于晶面。在电子学上，虽然FM-MnO是具有窄带隙的直接半导体，但AFM相显示出大的间接带隙半导体行为。此外，对MnO纳米带的计算表明，锯齿形边缘的纳米带显示金属钡，而扶手椅形边缘的纳米带是半导体。在磁性上，对于锯齿形或扶手椅边缘的纳米带，垂直于纳米晶生长方向的AFM顺序被发现是有利的其他AFM和FM订单。此外，取决于边缘对称性和带宽度，纳米带的禁带宽度值显示不同的家庭行为。
2022-01-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Quantum Hall Edge States in Topological Insulator Nanoribbons
我们提出了一个微观理论的手征一维电子气系统的侧壁上的磁性掺杂的Bi $_2$ Se $_3$ -家庭拓扑绝缘体纳米带的量子反常霍尔效应（QAHE）制度。我们的理论是基于一个简单的连续模型的侧壁状态，其参数提取详细的带状和薄膜几何紧束缚模型计算。与半导体量子阱中的量子霍尔效应的常见情况相反，微观手性通道的数量简单而系统地取决于带的厚度和表面态间隙内费米能级的位置。我们用我们的理论来解释最近的运输实验，表现出非零的纵向电阻的样品准确量化霍尔电导。
2016-03-24 cond-mat.mes-hall
Creating quantum spin chains through edge reconstruction in pure graphene armchair nanoribbons towards ballistic spin transport
本研究通过边缘重构在扶手椅型石墨烯纳米带中实现海森堡反铁磁自旋链，并证明其支持弹道自旋输运，为量子自旋信息传递和自旋电子学提供新途径。
2022-03-27 cond-mat.mes-hall
Effects of edge chemistry doping on graphene nanoribbon mobility
半导体的掺杂对于各种器件应用是必要的。在最近的实验中，利用其反应性边缘的化学被证明是掺杂原子级薄的石墨烯纳米颗粒（GNR）以实现新器件的有效方法。通过使用从头算密度泛函和参数化紧束缚模拟，结合量子输运的非平衡格林函数形式主义，研究了由边缘掺杂限制的载流子迁移率作为GNR宽度，掺杂密度和载流子密度的函数。结果表明，对于宽于约4nm的GNR，迁移率与GNR宽度近似线性地成比例，与边缘掺杂浓度成反比，并且随着载流子密度的增加而减小。对于较窄的GNR，迁移率对GNR宽度和载流子密度的依赖性可以是定性不同的。
2011-07-24 cond-mat.mes-hall
Spin relaxation in strained graphene nanoribbons: armchair vs zigzag edges
我们研究了扶手椅型和锯齿型石墨烯纳米带（GNRs）中机电效应产生的波纹波对电磁场引起的自旋弛豫的影响。通过利用数值模拟支持的解析表达式，我们表明，它是可能的调谐自旋翻转行为ON和OFF由于在GNRs的潜在应用在应变器件的波纹波。这一发现类似于最近对III-V族半导体量子点中自旋电子器件的设计所做的观察，其中有效的Land $\mathrm{\acute{e}}$ $g$因子的符号变化可以通过施加栅极控制的电场来设计。特别是，我们表明，调谐的自旋延伸到更大的宽度扶手椅GNRs比锯齿形GNRs。在这里，我们还报告说，弛豫率消失一样，$L^5$。
2014-11-02 cond-mat.mes-hall
Graphenylene nanoribbons: electronic, optical and thermoelectric properties from first-principles calculations
最近合成的二维石墨烯类材料被称为graphenylene是一种具有窄直接带隙的半导体，在纳米电子应用中具有很大的前景。显著的带隙增加可以通过施加到亚石墨烯晶格的应变或通过使用纳米带代替延伸层来提供。本文采用基于密度泛函理论的计算方法对石墨烯纳米带的电学、光学和热电性质进行了系统的研究。结合能的估计，我们证实了稳定的锯齿形和扶手椅边缘的纳米带钝化的氢原子。电子光谱表明，所有考虑的结构可以被归类为直接带隙半导体。利用第一性原理方法和Kubo-Greenwood公式计算了薄膜的吸收系数、光学电导率和复折射率。已经表明，石墨烯带有效地吸收可见范围的电磁波。由于这种吸收，电导率在该范围内显著增加。用非平衡格林函数法计算了输运系数和热电优值。总结结果，我们讨论了石墨烯薄膜和纳米带在纳米电子器件中的可能用途。
2020-02-27 cond-mat.mes-hall physics.comp-ph
A New Paradigm to Half-Metallicity in Graphene Nanoribbons
与锯齿形石墨烯纳米带中公认的横向电场诱导的半金属性相反，在这里，我们通过第一性原理计算证明了夹在六方氮化硼纳米带或片之间的锯齿形石墨烯纳米带可以简单地通过偏置电压或适度的压缩应变调谐成半金属。半金属度是由于自发极化和非对称交换关联沿带宽的耦合效应增强。这些发现应该为石墨烯基器件的有效自旋分辨能带工程开辟一条可行的路线，这些器件与当前半导体工业技术兼容。
2013-04-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Modulating the electronic properties of graphdiyne nanoribbons
通过从头计算，提出Au、Cu、Fe、Ni和Pt吸附原子对石墨二炔纳米带（GDNRs）电子性质的调控作用。在室温下，宽为1~4 nm的GDNR是稳定的，即使在900 K下，Au、Cu、Fe、Ni和Pt等吸附原子从GDNR中逃逸的热速率也小于0.003原子/小时。根据计算，Au和Cu修饰的GDNRs是金属的，其载流子浓度在室温下接近石墨烯的载流子浓度，而Fe、Ni和Pt修饰的GDNRs是n型半导体，其杂质态低于费米能。在GDNR一侧掺杂Au、Cu或Fe原子构成的异质结可作为金属-半导体整流器，在1.0V时整流比分别为2.8、1.5或2.5。
2013-11-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Spin Valve Effect in ZigZag Graphene Nanoribbons by Defect Engineering
我们报告的可能性驱动的锯齿形石墨烯纳米带的边缘缺陷工程的自旋阀效应。基于平均场自旋不受限制的哈伯德模型，采用自洽方法计算了电子能带结构和电导分布。发现使用外部栅极在清洁的锯齿形石墨烯纳米带中触发超导体-金属转变，而在存在克莱因边缘缺陷的情况下，它产生自旋分裂带隙的闭合。这些特性可以用来制造新型的基于电荷和自旋的开关和场效应器件。
2009-10-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Quantum statistics of photon from a semiconductor microcavity embedded with a graphene nanoribbon
在这项工作中，我们研究了从嵌入有单个扶手椅边缘的石墨烯纳米颗粒（GNR）的驱动微腔中发射的光子的量子统计特性。系统采用弱激光振幅相干泵浦。导出了强耦合和弱耦合两种情况下的解析表达式，并研究了辐射场的非经典性质。此外，它的结论是，该激子系统呈现出一些统计相似的原子系统，特别是在弱激光振幅制度的坏腔和好腔的限制。我们已经表明，独立的激子的非线性，它描述的激子在GNRs的相互作用强度，自相关函数是antibunched的激子协同值范围。更有趣的是，它表明，激子-激子相互作用强度在GNR可以推导出在零时间延迟τ = 0的自相关函数的值。我们的理论结果表明，嵌入单个GNR的微腔可以作为一个纳米光子器件和一个有用的分析方法，深入了解GNR的激子特性。
2011-09-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.other physics.optics
Centered honeycomb NiSe2 nanoribbons, structure and electronic properties
准一维纳米带是纳米电子学的理想候选材料，本文利用密度泛函理论研究了一种新型的一维纳米带，即：中心蜂窝状NiSe 2纳米带的结构和电子性质.根据晶体学和边缘的原子组成，这些带状物可以属于六（两）个锯齿形（扶手椅）家族之一。在锯齿族中，经过边缘重构，所有裸带都是金属的。边缘氢钝化的影响产生的六个家庭中的两个带隙。对于扶手椅型纳米带，几何重构导致具有小带隙的半导体，并且边缘的氢钝化将带隙增加至约0.6 eV。
2013-07-11 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Half-metallicity in Armchair Boron Nitride Nanoribbons: A First-Principles Study
利用密度泛函理论，我们预测了边缘氢化扶手椅型氮化硼纳米带（ABNRs）的半金属性。通过在局域自旋密度近似（LSDA）下的第一性原理计算，计算了这些氢化ABNNR的电子和磁性，详细分析了预测的自旋极化. ABNNRs与只有边缘B原子钝化的H原子被发现是半金属（无论其宽度）与半金属间隙为0.26 eV。高达100%的自旋极化电荷输运的费米能级由于巨大的自旋分裂的预测。透射光谱分析也证实了自旋上和自旋下电子通道的分离。据透露，H-钝化只有边缘N原子的非磁性裸带转化为能量稳定的磁性半导体，而氢化的两个边缘不影响裸带的电子和磁性状态显着。这一结果对实现无机自旋电子器件具有重要意义。
2016-01-11 cond-mat.mes-hall
Electrically Induced Dirac Fermions in Graphene Nanoribbons
石墨烯纳米带被广泛认为是下一代碳基器件的有前途的构建块。其应用前景的一个关键问题是其电子结构是否以及在多大程度上可以外部控制。在这里，我们结合简单的模型哈密顿量与广泛的第一性原理计算调查扶手椅型石墨烯纳米带的横向电场的响应。这样的场可以在横向选通纳米取向物或沿着边缘掺入双极化学共掺杂剂时实现。我们发现，该领域引起的超导体到半金属过渡，具有零能量狄拉克费米子沿扶手椅边缘传播的半金属相。该转变发生在临界场，该临界场与纳米带的宽度成反比。这些发现是普遍的IV组蜂窝晶格，包括硅烯和锗烯纳米带，无论边缘终止的类型。总的来说，我们的研究结果创造了新的机会，以电气工程狄拉克费米子在其他半导体石墨烯类纳米带。
2021-09-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Synthesis of Metal-Semiconductor Heterojunctions in Single Graphene Nanoribbons
University of California, Berkeley（加州大学伯克利分校）；Lawrence Berkeley National Laboratory（劳伦斯伯克利国家实验室）；Kavli Energy NanoSciences Institute at the University of California Berkeley and the Lawrence Berkeley National Laboratory（加州大学伯克利分校与劳伦斯伯克利国家实验室卡弗里能源纳米科学研究所）；Department of Chemistry, Columbia University（哥伦比亚大学化学系）；Department of Physics, University of Illinois Urbana-Champaign（伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校物理系）；Department of Physics, Cornell University（康奈尔大学物理系）；Department of Materials Science and Nanoengineering, Rice University（莱斯大学材料科学与纳米工程系）
通过顺序表面合成与STM诱导脱氢，在半导体石墨烯纳米带中直接写入金属片段，形成原子级精确的金属-半导体异质结，为低势垒p型接触提供新途径。
2026-10-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Room temperature magnetism on the zigzag edges of phosphorene nanoribbons
几十年来，寻找室温铁磁半导体已经发展成为材料科学和自旋电子学的一个广泛领域，然而，这些新的状态仍然很罕见。磷烯是近年来合成的一种具有有限带隙和高载流子迁移率的单层蜂窝状黑磷。在这里，我们表明，通过两种不同的大尺度量子Monte-Carlo方法，相对弱相互作用可以导致显着的边缘磁性的磷烯纳米带。基态约束路径量子蒙特卡罗模拟揭示了沿锯齿形边缘的强铁磁关联，有限温度行列式量子蒙特卡罗计算显示了高达室温的高居里温度。
2016-08-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Structure-imposed electronic topology in cove-edged graphene nanoribbons
在凹边锯齿形石墨烯纳米带（ZGNR-C）中，每个长度单位的一个末端CH基团在每个锯齿形边缘上被去除，形成控制其电子结构的凹的规则图案。基于明确表征ZGNR-C原子结构的三个结构参数，我们提出了一个分类其电子状态的方案，即，如果它们是金属、拓扑绝缘体或普通半导体，对于所有可能的宽度N、单位长度a和在两个边缘b处的凹位置偏移，从而显示直接的结构-电子结构关系。我们还提出了一个经验公式来估计的带隙的半导体带的N，a，和b。最后，我们确定了所有几何上可能的带状终端，并提供规则来构建具有明确电子结构的ZGNR-C。
2022-11-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Unconventional Rashba spin splitting and persistent spin helices based on SU(2) symmetry in PtSe$_2$ nanoribbons
本文通过第一性原理与低能模型研究PtSe$_2$纳米带，发现其低能带具有非常规Rashba劈裂和双重SU(2)自旋对称性，可实现持久自旋螺旋及近完美Dirac费米子系统。
2024-12-30 cond-mat.mes-hall
Room temperature magnetic order on zigzag edges of narrow graphene nanoribbons
在其他非磁性材料如碳中出现的磁序是一种新型s-p电子磁性的典型例子，预计这种电子磁性具有特殊的高温稳定性。已经证明，石墨烯的原子尺度结构缺陷可以容纳不成对的自旋。然而，目前还不清楚在什么条件下，长程磁序可以出现从这样的缺陷约束磁矩。在这里，我们提出，与随机缺陷分布相反，具有特定结晶取向的石墨烯边缘的原子尺度工程，包括仅来自二分石墨烯晶格的一个子晶格的边缘原子，可以产生鲁棒的磁序。我们采用基于扫描隧道显微镜的纳米带技术来定义具有纳米精度和良好定义的晶体学边缘取向的石墨烯纳米带。虽然扶手椅带显示量子限制带隙，但窄于7 nm的Z字形带显示约0.2 - 0.3eV的带隙，这可以被识别为沿其边缘的相互作用诱导的自旋有序的特征。此外，半导体到金属的过渡时，揭示了增加带的宽度，表示从反铁磁到铁磁配置的相对带边缘之间的磁耦合的切换。我们发现，即使在室温下，石墨烯边缘的受控锯齿形取向的磁性秩序也可以保持稳定，这为在环境条件下工作的石墨烯基自旋电子器件带来了希望。
2014-11-05 cond-mat.mes-hall
Graphane Nanoribbons: A Theoretical Study
在这项研究中，我们调查的电子和磁性的石墨烷纳米带。我们发现，锯齿形和扶手椅型石墨烷纳米带与H-钝化的边缘是半导体。虽然裸露的扶手椅带也是非对称的，但裸露的锯齿形带的相邻悬挂键在同一边缘具有反铁磁有序。H-钝化锯齿形和扶手椅型纳米带的带隙指数依赖于它们的宽度。详细分析了C、O、Si、Pt、Ti、V和Fe原子在石墨烯带表面上的吸附，揭示了通过这些吸附原子使石墨烯带功能化是可能的。发现C、O、V和Pt原子有取代石墨烷中H原子的趋势。我们发现，显着的自旋极化在石墨烷可以通过创建域的H-空位和CH-双空位。
2010-04-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Electronic, magnetic and optical properties of penta-BN$_2$ nanoribbons: a first principles study
在许多技术领域，寻找新材料是一项非常艰巨的任务。2015年，石墨烯的一种新变体被提出，即五角石墨烯，随后提出了一种名为五-BN $_2$的五边形氮化硼结构。基于这些结构，我们研究了penta-BN $_2$纳米带（p-BNNRs）的电子，磁性和光学性质，考虑四种不同的边缘，仔细关闭价层与H原子，以防止悬挂键。为了实现这一目标，我们使用第一性原理计算的密度泛函理论的框架。我们的研究结果表明，p-BNNRs具有丰富的磁电行为，从半导体到半金属。我们得到它们是亚铁磁性的，具有内禀磁性，这使得它们在自旋电子学或自旋波中有潜在的应用。从光学吸收的角度来看，它们主要在光谱的紫外区吸收，特别是在UV-B区，这可能表明作为UV过滤剂的潜在应用。
2021-01-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Graphdiyne Nanoribbons with Open Hexagonal Rings: Existence of Topological Unprotected Edge States
利用第一性原理计算，研究了一类新型的石墨二炔纳米带（GDYNR），其边缘为六方开环，为了避免悬挂键的影响，在边缘吸附了氢或氧原子.根据边缘结构的不同，GDYNR有扶手椅型和锯齿型两种。电子结构表明它们都是半导体。带隙可以通过GDYNR的宽度来调节。随着纳米带宽度的增加，两种纳米带的能隙均先减小后增大，并达到一个最小值。为了理解这一有趣的现象，我们构建了一个紧束缚模型，发现最小能隙的存在是由于两个边之间相互作用的竞争和两个边之间的耦合。通过计算表面格林函数，在半无限系统的能带结构中发现了拓扑无保护的边缘态。如果能够在实验中合成GDYNR，它将在未来的纳米器件中发挥重要作用。
2017-08-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Tunable electronic properties of partially edge-hydrogenated armchair boron-nitrogen-carbon nanoribbons
采用基于密度泛函理论（DFT）的第一性原理计算方法，研究了部分和完全边缘氢化的扶手椅型硼氮碳（BNC）纳米带（ABNCNRs）的电子性质.由于边缘的部分钝化，不参与成键的电子形成位于费米能级附近的新的能态。由于这些额外的能带，一些ABNCNR表现出金属行为，这在扶手椅型纳米带中是非常罕见的。我们的计算表明，金属行为观察到以下钝化模式：（i）当从一个边缘的B原子，从另一个边缘的N原子，未钝化。(ii)当来自两个边缘的N原子未钝化时。(iii)当来自一个边缘的C原子和来自另一个边缘的N原子未钝化时。此外，自旋极化也观察到某些钝化方案，这也是非常罕见的扶手椅纳米带。因此，我们的研究结果表明，ABNCNRs表现出广泛的电子和{磁}属性的完全边缘氢化的ABNCNRs是直接带隙半导体，而部分边缘氢化的是半导体，或金属，同时表现出自旋极化，基于钝化的性质。我们还发现，与较窄的相比，具有较大宽度的条带更稳定。
2018-03-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Influence of Edge Functionalization on Electronic and Optical Properties of Armchair Phosphorene Nanoribbons: a First-Principles Study
在这项工作中，我们提出了一个系统的第一性原理密度泛函理论为基础的研究的几何形状，电子结构和光学性质的扶手椅型磷烯纳米带（APNR），目的是了解边缘钝化的影响。考虑宽度范围从0.33 nm至3.8 nm的带，其边缘用基团H、OH、F、Cl、S和Se官能化。优化了各种APNR的几何构型，并通过计算它们的形成能来检查其稳定性。利用弛豫几何结构，计算了它们的能带结构和光学性质。如所预期的，原始APNR表现出显著的边缘重构，使它们成为间接带隙半导体，除了观察到直接带隙的一个宽度{ \normalsize{}（$N=5$，其中$N$是宽度参数）}。边缘钝化的APNR被发现是直接带隙半导体，带隙在$Γ$ -点，在这项工作中考虑的所有官能团。为了获得带隙的准确估计，还使用HSE 06混合泛函对几个APNR进行了计算。我们的计算表明，官能团对窄APNR的带隙和光学性质有显着的影响。对于较宽的钝化带，随着带宽的增加，带隙收敛到几乎相同的值，与组无关。我们还进行了计算，包括自旋轨道耦合（SOC）的氢钝化APNR与$N=5$和11。我们发现SOC对所研究的APNR的能带结构没有显著的影响。然而，对于较宽的APNR，在超过5eV的光学吸收光谱中观察到峰强度的降低。
2020-06-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Topologically protected photovoltaics in Bi nanoribbons
本文提出利用二维拓扑绝缘体（如Bi(111)单层纳米带）表面态的非辐射衰减通道，在光照下产生拓扑保护的边缘电荷积累和边缘电流，为提升光伏效率提供新思路。
2024-01-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Geometric, magnetic and electronic properties of folded graphene nanoribbons
采用第一性原理计算研究了折叠石墨烯纳米带的几何和电子性质。这些性质主要是由堆积效应、曲率效应和边缘效应之间的竞争或合作所决定的。对于锯齿形FGNR，更稳定的结构是AB堆叠，而对于扶手椅型FGNR，AA”堆叠更稳定。层间相互作用和四个轨道的杂化导致更小的能隙，反交叉带和更多的带边态。具体地，在奇AB堆叠的锯齿形FGNR中的破镜对称性负责自旋向上和自旋向下分裂子带。所有的FGNR都是直接带隙半导体，除了边缘-边缘相互作用导致偶数AA堆叠的锯齿形FGNR表现出一对金属线性带。扶手椅型FGNR的宽度依赖能隙可分为六组。此外，态密度还具有丰富的特征，包括特殊结构的形式、数目、强度和能量。
2015-09-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
A High-Performance Quasi-1D MoS$_2$ Nanoribbon Photodetector
本文通过PLD方法合成了高结晶度准一维MoS$_2$纳米带，利用其1L-ML同质结特性制备了在532 nm波长下最大响应度达872 A/W的超灵敏光电探测器，优于此前单纳米带器件。
2023-04-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Scaling Nanoribbon Transistors with Monolayer Transition Metal Dichalcogenides
Stanford University（斯坦福大学）；Chalmers University of Technology（查尔姆斯理工大学）；HORIBA Scientific（堀场科学）
通过多图案化工艺制备基于单层过渡金属二硫族化物的n型和p型纳米带晶体管，实现25-30 nm的沟道宽度和长度，在1 V漏源电压下达到高达560、420和130 μA μm⁻¹的导通电流，性能远超此前报道。
2026-06-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Tuning the electronic structure and magnetic coupling in armchair B$_2$S nanoribbons using strain and staggered sublattice potential
单层B $_2$ S最近已作为具有各向异性狄拉克锥的理想蜂窝状单层被公开。研究了在应变和交错亚晶格势作用下，扶手椅型B $_2$ S纳米带中两个磁性杂质磁矩之间的Ruderman-Kittel-Kasuya-Yoshida（RKKY）相互作用.利用精确的紧束缚模型，我们首先研究了具有不同边缘的无限长扶手椅型B $_2$ S纳米带（ABSNRs）在应变和交错势作用下的电子性质.由于不同的边缘形貌，ABSNRs表现出不同的电子和磁性行为。ABSNRs的带隙能量强烈依赖于所施加的交错电位，因此可以通过调节外部交错电位来设计ABSNRs的电子性质。通过调节外交错电位，可以观察到完全可逆的半导体（或绝缘体）到金属的转变，这可以很容易地在实验上实现。一个突出的特征是存在准平坦边缘模式，该模式与ABSNR中的体模隔离，属于$M=6p$族，其中$M$是ABSNR的宽度，而$p$是整数。准平带（QFB）在ABSNRs能量图中的位置可以通过施加面内应变来移动。在临界交错电位下，对于任意宽度的纳米带，QFB变为完美的平带。的RKKY相互作用具有振荡行为方面的应用交错电位和宽度的带，这样的两个磁性吸附原子随机分布在表面上的ABSNR的交错电位可以反转的RKKY从反铁磁性到铁磁性，反之亦然。我们的研究结果为基于ABSNRs的自旋电子学和赝自旋电子学器件的应用铺平了道路。
2019-06-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Electronic Structure and Topology in Gulf-edged Zigzag Graphene Nanoribbons
本文探索了海湾边缘之字形石墨烯纳米带的完整化学空间，发现其电子性质取决于四个结构参数，利用紧束缚计算和Hubbard模型证明该类材料均为半导体且多具反铁磁性，并给出了Z2拓扑不变量的经验规则，为纳米电子学应用提供设计指导。
2024-08-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Electron screening and strength of long-range Coulomb interactions in phosphorene: From bulk to nanoribbon
本文通过第一性原理计算结合约束随机相位近似，研究了磷烯从体相到纳米带的电子屏蔽效应，发现半导体纳米带中存在非传统屏蔽，且未钝化锯齿形纳米带因金属性边缘带成为关联材料，并探讨了其铁磁不稳定性。
2024-03-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Thermodynamic Favorability of the 1T Phase over the 1H Phase in Group III Metal Monochalcogenide Zigzag Nanoribbons
本研究基于密度泛函理论，系统比较了GaS、GaSe和InSe的1T和1H相锯齿型纳米带的热力学稳定性，发现1T相在34 nm宽度内更具热力学优势且保持半导体特性，为第III-VI族纳米带的合成指明了方向。
2025-05-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Room Temperature Optically and Magnetically Active Edges in Phosphorene Nanoribbons
本文报道磷烯纳米带在室温下同时表现出源于边缘的宏观磁性和半导体性质，并发现光激发能量快速汇聚到与磁性边缘局域暗激子态耦合的声子模式，为室温自旋电子学和量子电子学应用奠定基础。
2025-01-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Dilute Magnetism and Edge-State Engineering in Monolayer SnO
Kwansei Gakuin University（关西学院大学）；National Institute for Materials Science (NIMS)（国立材料研究所）；Osaka University（大阪大学）
通过密度泛函理论研究过渡金属掺杂单层SnO的电子和磁性性质，发现杂质诱导局域磁矩并产生近费米能级无色散带，同时构建纳米带揭示边缘态行为，为自旋电子学和纳米电子学应用提供途径。
2026-05-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
