Towards High-Performance Two-Dimensional Black Phosphorus Optoelectronic Devices: the Role of Metal Contacts
研究了二维黑磷场效应晶体管和光电探测器的金属接触。在黑磷器件中，金属功函数可以显著影响金属-半导体接触处的肖特基势垒。较高的金属功函数导致p型晶体管中较大的输出空穴电流，而双极特性可以用较低的功函数金属观察到。通过接触工程，在黑磷上展示了具有创纪录的高光响应度（223 mA/W）的光电探测器。
2015-03-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Probing Out-of-Plane Charge Transport in Black Phosphorus with Graphene-Contacted Vertical Field-Effect Transistors
黑磷（BP）最近已经成为一种有前途的窄带隙层状半导体，其具有光电性质，其桥接半金属石墨烯和宽带隙过渡金属二硫属化物（诸如MoS 2）之间的间隙。迄今为止，BP场效应晶体管已经利用了具有面内传输主导器件特性的横向几何结构。相比之下，我们在这里提出了一个垂直场效应晶体管的几何结构的基础上的石墨烯/BP范德华异质结构。所得到的器件特性包括在低温下的高开态电流密度（> 1600 A/cm 2）和超过800的电流开/关比。两种不同的电荷传输机制被确定，这是占主导地位的不同制度的温度和栅极电压。特别是，石墨烯和BP之间的肖特基势垒决定了高温和正栅极电压下的电荷传输，而隧穿在低温和负栅极电压下占主导地位。这些结果阐明了平面外的电子输运BP，从而具有影响BP为基础的范德华异质结构的设计和操作。
2016-03-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Phosphorus oxide gate dielectric for black phosphorus field effect transistors
层状半导体黑磷（bP）的环境稳定性仍然是一个挑战。已知通过用氧等离子体的反应性离子蚀刻生长的具有磷氧化物POx的bP表面的钝化提高剥离的bP薄片的光致发光效率。我们应用磷氧化物钝化在制造的bP场效应晶体管使用的栅极叠层组成的POx层生长的反应离子蚀刻，然后由原子层沉积的Al 2 O 3。我们观察到室温顶栅迁移率为115厘米2/Vs在环境条件下，我们归因于低缺陷密度的bP/POx接口。
2018-04-10 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Effective Passivation of Exfoliated Black Phosphorus Transistors against Ambient Degradation
发现未包封的剥离的黑磷（BP）薄片在暴露于环境条件时发生化学降解。原子力显微镜，静电力显微镜，透射电子显微镜，X-射线光电子能谱学，和傅里叶变换红外光谱表征的结构和化学的降解过程中，表明O2饱和H2O不可逆地与BP反应，形成氧化磷物种。这一解释得到了以下观察结果的进一步支持：与亲水性SiO2相比，疏水性十八烷基三氯硅烷自组装单层和H-Si（111）上的BP降解发生得更快。对于未封装的BP场效应晶体管，环境退化导致在环境中6小时后阈值电压大幅增加，随后在48小时后FET电流开/关比和迁移率降低约10^3。原子层沉积的AlOx覆盖层有效地抑制了环境退化，允许封装的BP FET在环境中保持约10^3的高开/关比和约100 cm 2/（V*s）的迁移率超过两周。这项工作表明，BP的环境降解，可以有效地管理时，薄片充分钝化。反过来，我们提高BP环境稳定性的战略将加速BP在电子和光电应用中的实施。
2014-11-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Memory effects in black phosphorus field effect transistors
报道了黑磷沟道背栅场效应晶体管的制作及其电学特性。我们表明，由于本征缺陷的传输特性的滞后，可以利用实现非易失性存储器。我们证明，栅极电压脉冲允许捕获和存储电荷内的缺陷状态，这使得存储器设备的耐久性超过200个周期和保留时间超过30分钟。我们表明，使用的保护性聚（甲基丙烯酸甲酯）层，位于黑磷通道的顶部，不影响设备的电性能，但避免了暴露于空气中所造成的退化。
2021-10-15 cond-mat.mes-hall
Transport Spectroscopy of Single Phosphorus Donors in a Silicon Nanoscale Transistor
我们发展了奈米级的双闸极场效电晶体，以研究单一有意植入的磷供体的电子态与输运性质。这些器件提供了纳米电子学潜在应用所需的关键参数的高水平控制。对于捐助者，我们解决了相应的两个电荷状态依次被自旋向下和自旋向上的电子占据的过渡。充电能量和Lande g因子与门控纳米结构中的供体的预期一致。
2010-02-02 cond-mat.mes-hall
Ohmic contact engineering in few-layer black Phosphorus field effect transistors
实现与范德华材料的良好质量欧姆接触是一个挑战，因为在金属和范德华材料之间的界面处，可能发生不同的条件，从两种材料之间存在大的能量势垒到接触下方的分层材料的金属化。在黑磷（bP）中，另一个挑战是它对氧气和水分的高反应性，因为不受控制的氧化的存在会显著改变触点的行为。在这项研究中，我们研究了用于接触bP的金属对不同薄片和不同样品之间的可变性的影响，使用三种最常用的金属作为接触：铬，钛和镍。使用传输长度方法，从十个器件的分析，在室温和低温下，镍的结果是最好的金属欧姆接触bP，提供最低的接触电阻和最小的散射之间的不同设备。此外，我们调查这些设备的电流-电压特性的栅极依赖性。在积累制度，我们观察到良好的线性所有金属调查。
2019-05-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Black Phosphorus Radio-Frequency Transistors
近年来，层状黑磷（BP）的少层和薄膜形式在高性能纳米电子学和红外光电子学中具有广阔的应用前景。层状BP薄膜提供了约0.3 eV的适度带隙和高载流子迁移率，导致晶体管具有良好的开关比和高的通态电流密度。在这里，我们首次展示了黑磷场效应晶体管的千兆赫频率操作。这里展示的BP晶体管显示出良好的电流饱和，通断比超过2000。我们实现了超过270 mA/mm的电流密度和超过180 mS/mm的空穴传导的DC损耗。使用标准的高频表征技术，我们测量了短路电流增益截止频率为12 GHz的fT和20 GHz的最大振荡频率fmax在300 nm沟道长度的设备。由于其有限带隙产生的良好电流饱和特性，BP器件可以在电压和功率增益方面为高频电子器件提供优于石墨烯晶体管的优势，从而使未来无处不在的晶体管技术能够在多GHz频率范围及更高频率范围内工作。
2014-10-14 cond-mat.mes-hall
Origin of photoresponse in black phosphorus photo-transistors
本文研究了掺杂多层BP光电晶体管中光电流的来源，发现其主要由热驱动热电过程和热辐射过程控制。实验观察到的光电流极性与光热过程是一致的。光电热电流可以产生到距离接触点$μ$ m处，表明热衰减长度较长。在施加源漏偏压的情况下，在整个器件上产生光测热电流，在中等偏压下压倒光热电贡献。多层BP器件中的光响应度比石墨烯中观察到的光响应度大两个数量级。
2014-07-27 cond-mat.mes-hall
Electrically Tunable Energy Bandgap in Dual-Gated Ultra-Thin Black Phosphorus Field Effect Transistors
能带隙是半导体的固有特性，在很大程度上决定了它们的性能。在实时操作期间连续且可逆地调谐单个器件的带隙的能力不仅对器件物理而且对技术应用都是非常重要的。在这里，我们展示了一个宽可调的带隙的少层黑磷（BP）的垂直电场的应用在双栅BP场效应晶体管。当电位移场从0.10V/nm增加到0.83V/nm时，观察到124 meV的总带隙减小。我们的研究结果表明，吸引人的潜力少层BP作为一个可调的带隙材料在红外光电子学，热电发电和热成像。
2017-03-24 cond-mat.mes-hall
Contact resistance assessment and high-frequency performance projection of black phosphorus field-effect transistor technologies
在这项工作中，黑磷（BP）的场效应晶体管（FET）从不同的技术以前报道的接触质量的评价是通过一个有效的和可靠的接触电阻提取方法的基础上，个别设备的实际特性。一个很好的协议之间取得的提取值与这里使用的Y-函数方法和参考值与其他方法考虑内部值，以及与更昂贵的方法，涉及制造的测试结构。该方法能够直接评估同一技术中的不同步骤，并包含接触特性的温度依赖性。通道现象对提取的接触电阻值没有影响。高频性能的预测获得的基础上提取的接触电阻的制造设备。
2020-10-22 cond-mat.mes-hall
Dirac Fermions induced in strained zigzag phosphorus nanotubes and the applications in field effect transistors
在这项工作中，狄拉克费米子已获得和工程的一维（1D）锯齿形磷纳米管（ZPNTs）。我们已经进行了全面的第一性原理计算研究的电子性质的ZPNTs与各种直径。结果表明，随着轴向晶格常数Lc的增大，ZPNTs经历了从金属到半金属和从半金属到半导体的转变，而在Lc为3.90 ~ 4.10 Ω时出现了狄拉克费米子.特别地，基于12-ZPNT（在横向方向上具有12个单位单元）的场效应晶体管（FET）在Lc= 4.60nm处表现出具有有效的栅极效应调制的半导体行为。然而，当纳米管在Lc= 4.10 μ m时变为半金属时，仅显示出弱的栅极调制。这项研究表明，ZPNTs在应变传感器中的应用是非常有吸引力的。我们的研究结果为开发基于一维材料中狄拉克费米子的高性能应变工程电子器件铺平了道路。
2016-10-27 cond-mat.mes-hall
Quantum Hall Effect in Black Phosphorus Two-dimensional Electron Gas
开发新的、高质量的功能材料一直处于凝聚态研究的前沿。二维黑磷的出现极大地丰富了二维电子系统的物质基础。自从开发出第一个黑磷场效应晶体管（FET）$^{1-4}$以来，在实现高迁移率黑磷二维电子气（2DEG）方面已经取得了重大进展。在这里，我们达到了开发高质量黑磷2DEG的里程碑-整数量子霍尔（QH）效应的观察。我们通过在靠近石墨背栅的范德华异质结中嵌入黑磷2DEG来实现高质量;石墨栅极屏蔽了2DEG中的杂质电势，并使载流子霍尔迁移率高达6000 $cm^{2}V^{-1}s^{-1}$。这种异常的迁移率使我们第一次观察到了量子氢效应，并获得了关于黑磷中自旋分裂朗道能级的重要能量信息。我们的研究结果为进一步研究量子输运和器件应用奠定了基础。
2015-05-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Phosphorene FETs: Promising transistors based on a few layers of phosphorus atoms
本文综述了磷烯场效应晶体管的出现和进展，所有这些都是在大约一年的时间内完成的。在如此短的时间内，背栅FET演变为顶栅FET，栅极长度减小到亚微米范围，高k值或六方氮化硼的钝化具有时间、热和机械稳定性，欧姆接触在低温下实现，截止频率被推到10 GHz以上。磷烯的这些和其他有吸引力的特性使磷烯FET成为当前一代柔性电子器件以及未来一代超薄体低功耗高速高频晶体管的可行候选者。
2015-05-03 cond-mat.mes-hall
Thickness-Controlled Black Phosphorus Tunnel Field-Effect Transistor for Low Power Switches
晶体管的不断缩小是当前信息技术成功发展的关键。然而，随着摩尔定律达到极限，迫切需要开发替代晶体管架构。晶体管要求电流每增加10倍，开关电压至少为60 mV，也就是说，亚阈值摆幅（SS）为每十倍（dec）60 mV。替代的隧道场效应晶体管（TFFET）被广泛研究以实现亚音速SS和高I60（SS变为60 mV/dec的电流）。异质结（HJ）薄膜晶体管显示出提供高的I60的承诺，但实验结果不符合理论预期，由于在HJ从不同的材料构成的接口问题。在这里，我们报告了一个自然的HJ-TFET与空间变化的层厚度在黑磷没有界面问题。我们在4-5 dec电流范围内实现了创纪录的低平均SS值（SSave_4dec = ~22.9 mV/dec和SSave_5dec = ~26.0 mV/dec），并具有创纪录的高I60（I60 = 0.65-1 uA/um），为低功耗开关的应用铺平了道路。
2020-01-21 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Electric Field Induced Topological Phase Transition in Two-Dimensional Few-layer Black Phosphorus
磷烯是一种新型的二维材料，可以通过机械剥离从层状黑磷中分离出来，但与石墨烯和硅烯不同，单层磷烯具有较大的带隙。因此，未怀疑其表现出能带反转和随后的拓扑绝缘体行为。它最近引起了人们的兴趣，因为它提出的场效应晶体管的应用。使用第一性原理计算与外加垂直电场F，我们预测一个连续的过渡，从正常的绝缘体到一个拓扑绝缘体，并最终到金属作为F的函数。利用电场连续调整拓扑行为将导致自旋分离的无间隙边缘状态，即，量子自旋霍尔效应。这一发现为利用电场将普通绝缘材料转化为拓扑材料，并制作同时操纵自旋和载流子的多功能场效应拓扑晶体管提供了可能。
2014-11-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Topological Hall effect in bulk ferromagnet Cr$_2$Te$_3$ embedded with black-phosphorus-like bismuth nanosheets
我们采用分子束外延方法将黑磷状铋纳米片嵌入到块体铁磁体Cr $_2$ Te $_3$中。作为一种典型的表面活性剂，铋降低了表面张力，并介导了Cr $_2$ Te $_3$的逐层生长。同时，铋原子沉淀成横向尺寸为几十纳米的黑磷状纳米片。在Cr $_2$ Te $_3$嵌入Bi纳米片，我们同时观察到一个大的拓扑霍尔效应连同磁化率平台和磁阻异常。作为对照实验，在原始Cr $_2$ Te $_3$样品中没有观察到这些信号。因此，Bi纳米片充当由植入到Cr $_2$ Te $_3$中的非共面磁性织构诱导的拓扑霍尔效应的种子。我们的实验证明了一种通过在传统铁磁体中植入强自旋轨道耦合来产生大拓扑霍尔效应的新方法，这在自旋电子学中可能具有潜在的应用。
2019-03-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Surface Transport and Quantum Hall Effect in Ambipolar Black Phosphorus Double Quantum Wells
量子阱是二维系统研究中最重要的一类器件。在双层量子阱中，附加的“哪一层”自由度引起了诸如库仑阻力、霍尔阻力和激子凝聚等著名现象。在这里，我们展示了在几层黑磷器件中容易形成宽量子阱，该器件具有双层载流子。与传统量子阱相比，每个二维层是双极的，并且可以被调谐到n掺杂、p掺杂或本征区域。在每层上观察到完全自旋极化的量子霍尔态，具有归因于交换相互作用的增强的Lande g因子。我们的工作打开了大门，使用二维半导体双极单，双或宽量子阱具有不寻常的属性，如高各向异性。
2017-03-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Quantum Hall effect and semiconductor to semimetal transition in biased black phosphorus
研究了在垂直电场和磁场作用下黑磷中二维电子气的量子霍尔效应。在没有偏置电压的情况下，外部磁场导致能谱量子化为等距朗道能级，电子和空穴带具有不同的回旋频率。所施加的电压减小带隙，并且最终发生半导体到半金属的转变。这个非平凡的阶段的特点是出现了一对狄拉克点的频谱。因此，朗道能级不再是等距的，而是遵循狄拉克晶体作为石墨烯的$\varepsilon_n\propto \sqrt{nB}$特性。通过使用Kubo-Bastin公式在核多项式方法的背景下，我们计算的霍尔电导率的系统。我们得到了一个$σ_{xy}\propto 2n$量子化的霍尔电导率在带隙相（标准量子霍尔效应制度），和一个$σ_{xy}\propto 4(n+1/2)$量子化的半金属相，狄拉克系统的特征与非平凡的拓扑结构。
2016-06-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Environmental, Thermal, and Electrical Susceptibility of Black Phosphorus Field Effect Transistors
本研究系统探究环境、热、电因素对黑磷场效应晶体管性能的影响，发现常规二维器件工艺不适用于黑磷器件，需优化工艺以保障其稳定运行。
2015-07-15 cond-mat.mes-hall
Ultra-dense phosphorus in germanium delta-doped layers
锗（Ge）δ掺杂层中的磷（P）是在超高真空中通过将膦分子吸附到原子级平坦清洁的Ge（001）表面上，然后通过分子束外延将P热并入晶格和外延Ge过生长来制造的。结构和电学特性表明，在4.2 K下，P原子被限制在一个2 nm宽的超窄层中，具有4 × 10^13 cm-2的电活性片状载流子浓度。这些结果开辟了超窄的源极/漏极区域的可能性，前所未有的载流子密度的Ge n沟道场效应晶体管。
2009-12-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Electrical characterization of fully encapsulated ultra thin black phosphorus-based heterostructures with graphene contacts
半导体少层黑磷具有有限的禁带宽度和高的迁移率，这为该材料在未来的二维电子器件中的应用提供了诱人的前景。在这里，我们展示了第一次完全封装的双（双层）黑磷场效应晶体管在范德华异质结，以排除其稳定性和退化的问题，限制了他们的应用潜力。在我们的器件架构中引入单层石墨烯用于单原子厚的共形源极-漏极电极，使得化学惰性的氮化硼电介质能够紧密密封黑磷表面。这种架构，一般适用于其他敏感的二维晶体，结果在高真空和环境条件下，在稳定的传输特性是无滞后和相同的。值得注意的是，我们的石墨烯电极导致接触不受电子发射的支配，解决了技术相关的双端场效应晶体管几何结构中肖特基势垒限制传输的问题。
2014-12-03 cond-mat.mes-hall
Engineering nonlinear Hall effect in bilayer graphene/black phosphorus heterostructures
本研究通过堆叠双层石墨烯与黑磷打破对称性，实现了可持续至室温的非线性霍尔效应，并发现其符号反转源于贝里曲率偶极子与外在散射，为非线性量子器件应用提供了新途径。
2025-01-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Symmetric Complementary Logic Inverter Using Integrated Black Phosphorus and MoS2 Transistors
本文报道了一种输入/输出电压匹配良好的集成二维互补金属氧化物半导体反相器的工作原理。该电路结合了几层MoS 2 n-MOSFET和黑磷（BP）p-MOSFET，使用薄（20 nm）HfO 2栅极电介质的公共局部背栅电极制造。组成器件具有-0.8 V和+0.8 V的线性阈值电压，并分别为MoS 2 n-MOSFET和BP p-MOSFET产生16 uS/um和41 uS/um的峰值跨导。该逆变器在VDD = 2.5 V电源电压下的电压增益为3.5，在VIN = 0（VIN = 2.5 V）时的峰值开关电流为108 uA，关态电流为8.4 uA（2.4 uA）。此外，该反相器的电压增益大于1（VDD > 0.5 V），具有开放的蝶形曲线（VDD > 1 V），在VDD = 2.5 V时，静态噪声容限超过500 mV。电压增益在270 K和340 K之间对温度不敏感，并在高达100 kHz的频率下实现了交流大信号和小信号工作。在适合于驱动后续逻辑级的对称电压窗口中操作的互补2D反相器的演示是在开发基于2D材料的器件的实际应用方面向前迈出的重要一步。
2016-02-21 cond-mat.mes-hall
Broadband Linear-Dichroic Photodetector in a Black Phosphorus Vertical p-n Junction
在宽光谱范围内检测光的能力是实际光电应用的核心，并且已经成功地用二维层状晶体（例如石墨烯和MoS2）的光电探测器进行了证明。然而，这种光电探测器内的偏振灵敏度仍然是难以捉摸的。在这里，我们展示了一个线性二向色性宽带光电探测器与分层黑磷晶体管，使用强大的内在线性二向色性所产生的平面内光学各向异性相对于原子的屈曲方向，这是偏振敏感的宽带宽从400 nm到3750 nm。特别是，在黑磷晶体管中，由门控引入的垂直内建电场可以在空间上分离沟道中的光生电子和空穴，有效地降低它们的复合率，从而提高线性二向色性光电探测的效率和性能。这提供了使用各向异性层状黑磷的新功能，从而能够实现新颖的光学和光电子器件应用。
2015-06-03 cond-mat.mes-hall
Equilibration and Filtering of Quantum Hall Edge States in Few-Layer Black Phosphorus
我们在少层黑磷（BP）器件中实现了p-p '-p结，并利用磁输运测量研究了不同电荷密度区域界面处边缘态的平衡和传输。我们观察到两个完全平衡，所有的边缘通道平衡，并在接口，和部分平衡，只有平衡只发生在模式相同的自旋极化。此外，结中具有低掺杂水平的内部p '区可以用作高掺杂p区的滤波器，这表明边缘沟道的栅极可调谐传输。
2020-12-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Ultrafast nonlinear Hall effect in black phosphorus
Fritz Haber Institute of the Max Planck Society（马克斯·普朗克学会弗里茨·哈伯研究所）；KTH Royal Institute of Technology（皇家理工学院）；CNR-ISM, Division of Ultrafast Processes in Materials (FLASHit)（意大利国家研究委员会材料科学研究所超快过程部门（FLASHit））；CELIA, University of Bordeaux–CNRS–CEA（波尔多大学-法国国家科学研究中心-法国原子能和替代能源委员会联合实验室）；Beijing National Laboratory for Condensed Matter Physics, Chinese Academy of Sciences（中国科学院凝聚态物理国家实验室）；Institute for Optics and Atomic Physics, Technical University Berlin（柏林工业大学光学与原子物理研究所）；Department of Physics, Tor Vergata University of Rome（罗马托尔维尔加塔大学物理系）
研究通过动态对称破缺在黑磷中观察到超快非线性霍尔效应，揭示了载流子动力学和诱导场的微观机制，为超快光-电转换提供了新可能。
2026-04-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Coulomb blockade in a nanoscale phosphorus-in-silicon island
本文研究了硅单电子晶体管的低温电输运特性。岛和引线由通过聚合物抗蚀剂掩模的离子注入实现的图案化的磷掺杂区域限定。在该器件中，一个50 nm直径的岛，含有约600个施主，并具有金属态密度，通过未掺杂的硅隧道势垒与源极和漏极引线分离。中心岛和隧道势垒由场效应晶体管几何形状中的表面栅极覆盖，从而允许控制引线和岛之间的耦合。测量了掺杂岛充电引起的库仑阻塞，观察到振荡周期是恒定的，而充电能量依赖于表面栅电压。我们讨论了在这些结构中接近少数电子制度的可能性，目的是观察和操纵离散的量子力学状态。
2006-02-21 cond-mat.mes-hall
The phonon thermal Hall angle in black phosphorus
在各种绝缘体中观察到的声子热霍尔效应（THE）的起源尚未确定。在这里，我们报告在非磁性元素绝缘体的热霍尔电导率的观察，振幅超过了以前观察到的。在黑磷（BP）中，纵向（$κ_{ii}$）和横向（$κ_{ij}$）的热导率在相同温度下达到峰值，并且在该峰值温度下，$κ_{ij}/κ_{jj}/B $为$\approx 10^{-4}$ - $10^{-3}$ T $^{-1}$。这两个特点是共享的其他绝缘体显示的THE，尽管绝对振幅超过三个数量级。热霍尔角和声子平均自由程之间的相关性的情况下，施加了严格的限制理论方案的THE。我们发现，在BP的纵向和横向声学声子模式反交叉，促进波跨模式和周围的原子键的各向异性电荷分布的传输，铺平了道路耦合与磁场。
2023-01-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Engineering Schottky Barrier in Black Phosphorus field effect devices for spintronic applications
黑磷（BP）是近年来发现的一种很有前途的二维直接带隙半导体材料。在这里，我们报告的双极场效应晶体管的行为多层BP铁磁隧道接触。通过使用TiO ${_2}$ /Co接触，我们观察到肖特基势垒降低< 50 meV，这可以通过栅极电压进一步调节。突出地，在BP器件中实现了良好的晶体管性能，其中漏极电流调制在四到六个数量级上。在室温下，空穴和电子的载流子迁移率分别为$\sim$ 155和0.18 cm ${^2}$ V ${^{-1}}$ s ${^{-1}}$.此外，磁阻计算表明，与施加的栅极电压的BP设备的电阻是在适当的范围内注入和检测自旋极化的空穴。我们的研究结果表明，工程BP nanolayered器件的有效的纳米电子和自旋电子学应用的前景。
2014-07-04 cond-mat.mes-hall
Accessing the transport properties of pristine few-layer black phosphorus by van der Waals passivation in inert atmosphere
超薄黑磷，或磷烯，是第二个已知的基本二维材料，可以从大块范德华晶体剥离。与石墨烯不同，它是一种具有相当大带隙的半导体，其优异的电子特性使其在晶体管、逻辑和光电子器件中的应用具有吸引力。然而，它也是第一个被广泛研究的二维电子材料在暴露于环境空气时发生降解。因此，需要一种钝化方法来研究固有的材料性质，了解氧化如何影响物理输运性质，并使磷烯的未来应用成为可能。在这里，我们证明了原子级薄的石墨烯和六方氮化硼晶体可用于钝化炭黑磷。我们报告说，几层原始的黑磷通道钝化在惰性气体环境中，没有任何事先暴露于空气中，表现出极大地改善了n型电荷传输导致对称的电子和空穴跨导特性。我们将这些结果归因于在空气暴露的样品中氧受体状态的形成，与原始钝化黑磷相比，氧受体状态极大地扰乱了能带结构。
2014-12-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Photoinduced dc Hall current in few-layer black phosphorus with a gate-tunable Floquet gap
本文通过 Floquet 工程和自洽 Hartree 计算，证明少层黑磷在圆偏振光驱动下可打开拓扑能隙并产生光致直流霍尔电流，且该电流可由周期驱动场和静电栅控有效调控。
2025-08-27 cond-mat.mes-hall
Electrically Tunable Quasi-Flat Bands, Conductance and Field Effect Transistor in Phosphorene
磷烯是近年来分离得到的一种蜂窝状结构的黑磷。基于紧束缚模型研究了磷烯纳米带的电学性质。一个突出的特点是存在准平坦的边缘带完全脱离散装带。我们探索的准平坦带的出现的机制解析和数值从已知的石墨烯的蜂窝晶格的连续变形的平坦带。准平坦带可以通过施加垂直于带方向的面内电场来控制。电导在临界电场以上被切断，其充当场效应晶体管。临界电场与纳米尺度的宽度成反比。这一结果将为基于磷烯的纳米电子学铺平道路。
2014-04-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Environmental instability of few-layer black phosphorus
研究了机械剥离少层黑磷（BP）的环境不稳定性。从连续几天的测量薄片地形，我们观察到超过200%的体积增加，由于从空气中的水分冷凝。我们发现，长期暴露于环境条件下的结果在一个逐层的蚀刻过程中的BP薄片。有趣的是，薄片可以被蚀刻到单层（磷烯）厚度。BP对水的强烈亲和力极大地改变了在环境条件下测量的制造场效应晶体管（FET）的性能。在暴露于空气中时，我们区分两个时间尺度的掺杂BP FET transfer characteristics：一个短的时间尺度（分钟），其中发生的阈值电压的偏移由于物理吸附的氧和氮，和一个长的时间尺度（小时），其中发生的p型掺杂从水的吸收。在空气中的BP FET的连续测量揭示了由于逐层蚀刻过程，几天后沟道材料的最终退化和击穿。
2015-01-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Two-Dimensional Magnetotransport in a Black Phosphorus Naked Quantum Well
黑磷（bP）是第二种已知的具有层状晶体结构的元素同素异形体，其可以机械剥离至原子层厚度。我们已经制造了bP裸量子阱的背栅场效应晶体管的几何形状与bP的厚度范围从$6\pm1$ nm到$47\pm1$ nm。使用封装聚合物覆盖层，我们已经抑制了bP氧化，并观察到场效应迁移率高达600厘米$^2$ /Vs和开/关电流比超过$10^5$。重要的是，在高达35 T的磁输运测量中观察到的Shubnikov-de Haas（SdH）振荡揭示了在bP/氧化物界面的积累层中存在具有薛定谔费米子特征的2-D空穴气。我们的工作证明了二维电子结构和二维原子结构是相互独立的。二维载流子限制可以在层状半导体材料中实现，而不必接近原子层厚度，这对于在少数层限制中变得越来越反应性的材料例如bP是有利的。
2014-11-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Quantum Spin Hall Effect and Topological Field Effect Transistor in Two-Dimensional Transition Metal Dichalcogenides
报道了一类新的二维过渡金属二硫属化物大禁带量子自旋霍尔绝缘体MX $_2$（M=（Mo，W），X=（S，Se，Te）），其拓扑电子性质可通过外加电场高度调谐.我们提出了一种新的拓扑场效应晶体管，这些原子层材料和它们的范德华异质结构。我们的器件通过拓扑保护的输运通道表现出参数增强的电荷-自旋电导，并且可以通过拓扑相变而不是载流子耗尽被电场快速关断。我们的工作为拓扑量子电子学提供了一个实用的材料平台和器件结构。
2014-06-11 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Charge Detection in Phosphorus-doped Silicon Double Quantum Dots
我们报道了电连接到电子库的简并掺磷硅双量子点（DQD）中的电荷检测。感测装置是在DQD附近图案化的单电子晶体管（SET）。在4.2K下进行的测量显示了当水库的电势被扫过时，探测器电流中的库仑阻塞振荡的阶跃状行为和移位。通过一个经典的电容模型，我们表明，所观察到的功能可以用来检测单电子隧道从，到和内的DQD，以及揭示DQD的电荷占有。
2010-08-09 cond-mat.mes-hall
Band Alignment in Black Phosphorus/Transition Metal Dichalcogenide Heterolayers: Impact of Charge Redistribution, Electric Field, Strain and Layer Engineering
本工作的目的是通过密度泛函理论（DFT）模拟研究电荷重新分布、外加层法向电场、外加应变和层工程对黑磷（BP）/二硫化钼（MoS 2）异质结构能带排列的影响。黑磷是一种p型材料，具有高迁移率，机械灵活性和对层数的敏感性。将其与电负性更强的材料结合，MoS 2导致强载流子限制和II型异质结构。层间的电荷重新分布改变了电子亲合规则所预期的能带排列。所施加的外部场、应变和多个BP层提供在II型范围内的能带对准可调性和/或向I型和III型异质结构的过渡。BP/MoS 2异质结构的可调谐性可用作隧道场效应晶体管、具有可调谐势垒高度的整流二极管、可重构FET和电光调制器。此外，考虑单层BP与其他单层过渡金属二硫属化物（TMD）的异质结构表明实现不同能带排列类型的能力。在我们的模拟中，I型排列被发现与二硒化钨（WSe 2）、二硒化钼（MoSe 2）和二硫化钨（WS 2），以及三硫化铪（HfS 2）和二硒化铪（HfSe 2）的III型排列。
2022-08-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Isolation and characterization of few-layer black phosphorus
分离和表征的机械剥离的黑磷薄片的厚度下降到两个单层。已经开发了机械剥离方法的修改，其提供比常规机械剥离更高的原子级薄片的产率。我们提出了一般的指导方针，以确定使用光学显微镜，拉曼光谱和透射电子显微镜的层数在一个快速和可靠的方式。此外，我们证明，剥离的薄片是高度结晶的，它们是稳定的，即使在独立的形式，通过拉曼光谱和透射电子显微镜测量。通过密度泛函理论计算发现，能带结构具有很强的厚度依赖性。激子结合能，在有效质量近似下，也计算了不同层数。我们的计算结果的光学间隙是一致的初步的光致发光的薄片上的结果。最后，我们研究了黑磷薄片的环境稳定性，发现该薄片是非常亲水的，并且长期暴露于空气水分中会将黑磷蚀刻掉。尽管如此，我们证明了薄片的老化是足够慢的，以允许制造具有强双极行为的场效应晶体管。密度泛函理论的计算也使我们对水引起的黑磷的结构和电子性质的变化有了更深入的了解。
2014-07-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Ultrathin films of black phosphorus as suitable platforms for unambiguous observation of the orbital Hall effect
本研究利用基于DFT的紧束缚模型和线性响应理论，证明黑磷单层具有显著且各向异性的轨道霍尔效应，可通过施加面内电场明确观察，并发现垂直电场能诱导面内轨道磁化。
2023-10-19 cond-mat.mes-hall
Strain-Engineering Anisotropic Electrical Conductance of Phosphorene and Few-Layer Black Phosphorus
新制备的单层磷烯及其少层结构由于其有限的直接带隙和相当大的但各向异性的电子迁移率而有望在电子和光学应用中具有前景。通过第一性原理模拟，我们表明，这种独特的各向异性电导可以通过使用简单的应变条件进行控制。通过适当的双轴或单轴应变，我们可以将优选的导电方向旋转90度。这对于探索磷烯的量子霍尔效应以及奇异的电子和机械应用具有重要意义。
2014-03-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Prediction of a Two-dimensional Phosphorus Nitride Monolayer
今天，二维半导体材料已经扩展到氮族：磷烯，砷烯，锑烯甚至氮。受其启发，基于第一性原理密度泛函计算，我们提出了一种新的二维氮化磷（PN）结构，由于其极高的内聚能，该结构在室温以上是稳定的。与磷烯不同，PN结构耐高温氧化。该结构被预测为具有2.64 eV的宽的间接带隙的半导体。更有趣的是，氮化磷单层在相对小的拉伸应变下经历了间接到直接的带隙转变。这种电子结构的巨大转变，结合结构稳定性和高温抗氧化性，可能为高速晶闸管、功率电子模块、超高效率LED和半导体激光器的令人兴奋的创新铺平道路。
2016-03-09 cond-mat.mes-hall
Weak Localization in Few-Layer Black Phosphorus
我们通过弱局域化测量和霍尔效应测量对少层黑磷的磁输运性质进行了全面的研究，包括相位相干长度、相位相干时间和迁移率。我们目前的磁阻数据显示在裸p型少层黑磷弱的局域化效应，并揭示其强烈的温度和载流子浓度的依赖关系。在350 mK时，测量到的弱局域化与Hikami-Larkin-Nagaoka模型和104 nm的相位相干长度吻合得很好，随着温度的升高，相位相干长度减小到~T^-0.51+-0.05。弱局域化测量使我们能够定性地探测与温度相关的相位相干时间τ，这与扩散区载流子相互作用理论相一致。在中等磁场和低温范围内，我们还观察到了多层黑磷中普遍存在的电导涨落现象。
2016-02-11 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Resonant plasmonic detection of terahertz radiation in field-effect transistors with the graphene channel and the black-As$_x$P$_{1-x}$ gate layer
提出基于石墨烯沟道和黑砷磷门层的场效应晶体管太赫兹探测器，利用等离激元共振增强载流子加热，实现室温下响应度超10^3 A/W、调制频率达数GHz。
2023-04-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Gate-tunable strong-weak localization transition in few-layer black phosphorus
原子薄的黑磷（BP）场效应晶体管显示出强-弱的局域化转变，这是通过栅极电压可调。在低载流子密度区测量了通过电荷杂质诱导局域态的跳跃输运。采用变程跳跃模型模拟了载流子的散射行为。在高载流子浓度区，负的磁电阻信号弱的局域化效应。提取的相位相干长度是幂律温度依赖的（$\sim T^{-0.48\pm0.03}$），并演示了电子-电子相互作用在少层BP。基于在少层BP中观察到的门可调强弱局域化跃迁，提出并讨论了强局域化长度与相位相干长度之间的竞争。
2017-03-26 cond-mat.mes-hall
Quantum Transport in Ambipolar Few-layer Black Phosphorus
少层黑磷具有独特的电子性质，产生独特的量子现象，从而提供了一个肥沃的平台，探索涌现的关联现象在低维。近年来，在改善空穴掺杂少层黑磷的质量及其量子输运研究方面取得了很大的进展，而在电子掺杂少层黑磷方面的研究进展相对有限。在这里，我们报告的双极量子输运在几层黑磷显示无疑的量子霍尔效应的空穴传输和电子输运的量子霍尔效应的清晰的签名。通过使电子掺杂黑磷的自旋分辨朗道能级重合，我们测量了自旋磁化率$χ_s=m^\ast g^\ast=1.1\pm0.03$。这个值大于空穴掺杂的黑磷，并说明了自旋分辨朗道能级的能量等距排列。显然，n型黑磷为探索量子自旋电子学提供了一个独特的平台，它具有等间距的自旋上和自旋下态序列。
2017-03-29 cond-mat.mes-hall
Quantum Hall Effect in Ultrahigh Mobility Two-dimensional Hole Gas of Black Phosphorus
我们证明了在真空中由几层黑磷（BP）封装在六方氮化硼（h-BN）中制成的场效应晶体管（FET），证实了室温空穴迁移率为5200 $cm^2/Vs$仅受声子散射的限制。在低温下，FET迁移率增加到45，000 $cm^2/Vs$，与早期报告中获得的迁移率相比高8倍。在常规实验室磁场中，h-BN/BP/h-BN异质结构表现出Shubnikov-de Haas振荡和量子霍尔效应，朗道能级（LL）填充因子可达v=2。此外，载流子密度无关的有效质量m=0.26 m_0的测量，和朗德g因子g=2.47的报告。此外，一个不同的空穴传输行为与向上和向下自旋取向的指示被发现。
2016-05-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.quant-gas
Spin Hall effect transistor
自旋晶体管和自旋霍尔效应一直是半导体自旋电子学研究的两个独立的主导方向，半导体自旋电子学为信息处理技术寻找新的范例。我们将这两个方向结合起来，实现了全半导体自旋霍尔效应晶体管。我们的方案规避了原来的Datta-Das自旋晶体管概念的超导体-铁磁体界面问题，并展示了自旋霍尔效应在微电子学中的实用性。所述装置使用扩散传输并且在没有电流的情况下操作，即，而在晶体管的有源部分中没有焦耳加热。我们展示了一个自旋与逻辑功能的半导体沟道与两个门。我们的实验研究的补充，通过晶体管沟道的自旋扩散的数值蒙特卡罗模拟。
2010-08-17 cond-mat.mes-hall
Probing the Electronic States in Black Phosphorus Vertical Heterostructures
原子薄的黑磷（BP）是一种很有前途的二维材料，可用于制备具有高迁移率和可调带隙结构的电子和光电纳米器件。然而，在少层磷烯（单层BP）的电荷载流子迁移率主要是由杂质和无序的存在限制。在这项研究中，我们证明了垂直BP异质结器件提供了很大的优势，在探测单层和几层磷烯的电子状态，在温度下至2 K，通过电容光谱。磷烯的导带和价带中的电子态在很宽的温度和频率范围内都是可接近的。已确定指数带尾与疾病有关。一些不寻常的现象，如在少层磷烯的电子态布居的大的温度依赖性已被观察和系统的研究。结合第一性原理计算，我们发现电荷陷阱态和氧化诱导缺陷态的热激发是磷烯场效应晶体管中电子态布居和开关比随温度变化的主要原因.
2016-04-01 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Double carrier transport in electron doped region in black phosphorus FET
在薄膜黑磷（BP）场效应晶体管（FET）器件中观察到高电子掺杂区的双载流子输运。用六方氮化硼（h-BN）薄膜封装典型厚度为15 nm的BP薄膜，以避免因空气暴露而劣化。它们的霍尔迁移率在4.2 K时在空穴和电子掺杂区分别达到5300 cm 2/Vs和5400 cm 2/Vs。在电子掺杂区，电导率与栅压的关系呈现出反常的肩状结构。此外，在肩部以上的栅极电压下，磁阻变为正，并且出现额外的缓慢的Shubnikov-de Haas振荡。这些结果强烈地暗示了第二载波的出现，其起源于具有局部带边的第二子带。
2018-11-06 cond-mat.mes-hall
Black Phosphorus-Monolayer MoS2 van der Waals Heterojunction P-N Diode
Phosphorene是一种基本的2D材料，它是黑磷的单层，最近已经被机械剥离。在其块体形式中，黑磷显示出高载流子迁移率（~10000 cm 2/Vs）和~0.3 eV的直接带隙。性能良好的p型场效应晶体管，迁移率高达1000 cm 2/Vs，以及光电晶体管，已被证明在几层黑磷，显示其电子和光电子应用的前景，由于其高空穴迁移率和厚度依赖性的直接带隙。然而，现代电子和光电子器件的基本构件pn结尚未基于黑磷实现。在本文中，我们展示了一种基于p型黑磷/n型单层MoS 2范德华p-n异质结的栅极可调p-n二极管。在光照下，这些超薄p-n二极管在633 nm波长处显示出418 mA/W的最大光电探测响应率，以及0.3%的外量子效率的光伏能量转换。这些p-n二极管显示出用于宽带光电探测和太阳能收集的前景。
2014-07-13 cond-mat.mes-hall
Phase Transition and Field Effect Topological Quantum Transistor made of monolayer MoS2
采用双带哈密顿模型研究了单层二硫化钼（MoS2）的拓扑相变和拓扑量子场效应晶体管。在不考虑哈密顿量中的二次对角项的情况下，我们证明了该相图包含量子反常霍尔（QAH）、量子自旋霍尔（QSH）和自旋量子反常霍尔效应（SQAH）区域，使得拓扑基尔霍夫定律在平面内满足.通过考虑q^2对角项和包含一个谷，证明了MoS2具有非平凡拓扑，并且谷陈数对于每个自旋都不为零。我们证明了在自旋谷狄拉克质量方程中加入（删除）q^2对角项后，波函数在（或不在）边缘局域化。利用非平衡格林函数方法计算了锯齿形MoS2纳米带的量子电导，并展示了该器件作为场效应拓扑量子晶体管的工作原理。
2018-03-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Photovoltaic effect in few-layer black phosphorus PN junctions defined by local electrostatic gating
光伏效应是光能收集中最基本的光-物质相互作用之一。在常规光伏太阳能电池中，光生载流子由PN结的内置电场提取，该内置电场通常由半导体中的离子掺杂剂限定。在原子级薄的半导体中，掺杂水平可以通过场效应控制，而不需要在晶格中注入掺杂剂，这使得二维半导体成为实现电调谐PN结的有前景的材料。然而，大多数2D半导体材料不显示实现PN结所必需的双极P型和N型场效应输运。少层黑磷是一种新型的二维半导体材料，具有直接带隙、高迁移率、电流开/关比和双极工作等优点。在这里，我们制作了几层黑磷（b-P）场效应晶体管与分裂底栅和结晶六方氮化硼（h-BN）电介质。我们展示了静电控制的本地载流子的类型和密度以上的每个栅极的设备，调整其电气行为从金属整流。照明的栅极定义的PN结，我们观察到零偏置的光电流和显着的开路电压，我们归因于由内部电场驱动的电子-空穴对在结区的分离。由于该材料的小带隙，我们观察到的光电流和光电压的照明波长高达940 nm，有吸引力的能量收集应用在近红外区域
2014-09-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Rediscovering Black Phosphorus: A Unique Anisotropic 2D Material for Optoelectronics and Electronics
各向异性是指材料表现出方向相关特征的性质。在本文中，我们介绍了黑磷（BP），最稳定的同素异形体的磷在层状正交结构的带隙为0.3 eV的散装，作为一种独特的二维材料，其中电子，声子和它们与光子的相互作用表现在一个高度各向异性的方式内的层的平面。BP薄膜独特的各向异性性质揭示了使用角分辨拉曼光谱和红外光谱，以及角分辨输运研究。对于15 nm厚的BP，我们在120 K下测量了空穴沿轻（x）和重（y）有效质量方向的霍尔迁移率分别为1000和600 cm ^2/Vs。这些BP薄膜还表现出从2至5微米波长的大的和各向异性的面内光学电导率。采用4 ~ 30层BP（2 ~ 15 nm）作为沟道材料的场效应晶体管在室温下的开关电流比超过10^5，场效应迁移率为205 cm^2/Vs，饱和特性良好，表明其在高性能薄膜电子学中具有广阔的应用前景。通过在二维材料家族中引入窄带隙BP，我们填补了半金属石墨烯和大禁带TMDCs之间的空白，在红外光电子学方面具有巨大的潜力。最重要的是，这种有趣的材料的独特的各向异性性质为实现概念上新的光电和电子器件创造了前所未有的可能性，在这些器件中，依赖于角度的物理特性是非常理想的。
2014-02-11 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
