Tunable Interlayer Excitons in Bilayer Graphene Nanoribbons
本研究通过激发态密度泛函计算，证明扶手椅型双层石墨烯纳米带中存在强层间激子耦合，发现其具有室温长寿命辐射特性，并指出通过堆叠顺序工程可调控激子响应与寿命。
2025-07-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Ultrahigh quality infrared polaritonic resonators based on bottom-up-synthesized van der Waals nanoribbons
支持声子极化激元准粒子的范德华纳米材料具有前所未有的光限制能力，使它们成为分子传感、热发射和亚波长成像应用的理想系统，但它们需要无缺陷的结晶度和纳米结构的形状因子来充分展示这些能力。我们引入自下而上合成的α-MoO 3结构作为纳米级声子极化激元系统，其特征在于与大块单晶一致的可剪裁的形态和晶体质量。α-MoO 3纳米带作为低损耗的双曲法布里-珀罗纳米谐振器，我们实验映射双曲共振超过四个Reststrahlen带跨越远红外和中红外光谱范围，包括超过10阶的共振模式。测得的品质因数是迄今为止声子极化激元范德华结构中最高的。我们预计，自下而上合成的极化激元范德华纳米结构将作为一个高性能和低损耗的平台，为红外光学和光电应用。
2022-01-11 cond-mat.mes-hall physics.app-ph physics.optics
Phosphorene nanoribbons, nanotubes and van der Waals multilayers
我们进行了全面的第一性原理研究磷烯纳米带，磷烯纳米管，多层磷烯，磷烯和二维（2D）过渡金属二硫属化物（TMDC）单层的异质双层的电子性质。研究了拉伸应变和电场对低维磷烯纳米结构电子性质的影响。我们的计算表明，锯齿形磷烯纳米带（z-PNR）是金属，而扶手椅型磷烯纳米带（a-PNR）是具有间接带隙的半导体，并且带隙对带宽的变化不敏感。我们发现拉伸压缩（或膨胀）应变可以减小（或增加）a-PNR的带隙，而面内电场可以显著减小a-PNR的带隙，导致在一定的电场之外的载流子到金属的转变。对于单壁磷烯纳米管（SW-PNTs），扶手椅型和锯齿型纳米管都是具有直接带隙的半导体。无论是拉伸应变或横向电场，可以出现类似的行为的带隙调制的a-PNR。众所周知，多层磷烯片是半导体，其带隙随着多层数目的增加而减小。在垂直电场作用下，多层磷烯片的带隙随电场的增大而减小，且随着层数的增加，带隙调制更加显著。最后，具有TMDC（MoS 2或WS 2）单层的磷孢烯的异质双层仍然是半导体，而它们的带隙也可以通过施加垂直电场来减小。
2014-03-25 cond-mat.mes-hall
Interfacial Charge Transfer Circumventing Momentum Mismatch at 2D van der Waals Heterojunctions
过渡金属二硫属化合物（TMDCs）异质结界面电荷分离和复合是二维光电技术的重要研究内容。由于电子和空穴被限制在每层的K谷中，这些过程可能涉及平行动量矢量的巨大变化。由于这些高动量谷通常不对齐跨界面的两个TMDC单层，如何在电荷分离或重组过程中保持平行动量成为一个关键问题。在这里，我们探索这个问题使用的模型系统的II型异质结形成的MoS_2和WSe_2单分子膜和飞秒泵浦探测光谱的实验技术。在异质结处的WSe 2的特定光激发后，我们观察到从WSe 2到MoS2的超快（<40 fs）电子转移，与角度对准以及因此两个TMDC之间的动量失配无关。由此产生的层间电荷转移激子通过非辐射复合衰减，从样品到样品的变化率高达三个数量级，但与层间角取向无关。我们建议，最初的界面电荷分离和随后的界面电荷复合过程规避动量失配通过过剩的电子能量和通过缺陷介导的重组，分别。
2017-02-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Phonon Thermal Transport between Two in-Plane, Two-Dimensional Nanoribbons in the Extreme Near-Field Regime
本研究采用原子格林函数方法分析二维材料面内纳米带亚纳米间隙的声子热输运，发现三种指数衰减区间及相关规律，为极端近场热传递研究提供依据。
2024-09-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Cross-plane enhanced thermoelectricity and phonon suppression in graphene/MoS2 van der Waals heterostructures
原始的二维材料的热电优值被预测为显着小于单位，使它们作为热电材料没有竞争力。在这里，我们阐明了一种新的策略，通过创建两种不同材料的多层纳米带，并允许热和电流垂直于它们的平面流动，克服了这一限制。为了证明热电效率ZT的这种增强，我们分析了夹在两个石墨烯单层之间的单层二硫化钼（MoS 2）的热电性能，并证明了与原始母体材料相比，交叉平面（CP）ZT显著增强。对于MoS 2的母体单层，我们发现ZT可以高达约0.3，而单层石墨烯具有可忽略不计的小ZT。相比之下，对于石墨烯/MoS 2/石墨烯异质结构，我们发现CP ZT可以大到2.8。对这种增强的一个贡献是与母体材料相比，范德华异质结构的热导率降低，这是由MoS 2/石墨烯界面处的边界散射的组合引起的，该边界散射抑制了声子传输和单层MoS 2的较低德拜频率，该德拜频率从单层石墨烯过滤声子。第二个贡献是在纳米带的边缘处与钼原子相关联的电导和塞贝克系数的增加。
2016-11-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Vapor-liquid-solid growth of highly-mismatched semiconductor nanowires with high-fidelity van der Waals layer stacking
纳米带、纳米带和其他由层状的所谓的范德华半导体形成的准一维纳米结构由于其高性能、可调谐的光电性质而引起了人们的广泛关注。对于由镓单硫族化物GaS、GaSe和GaTe制成的层状合金，在GaSe 1-xSx和GaSe 1-xTex合金中已经实现了在整个组成范围内的能带隙的近连续调谐。这些合金的金催化的气-液-固（VLS）生长主要产生纳米带、纳米带和其他纳米结构，对于这些纳米结构，快速晶体生长前沿由与催化剂接触的层边缘组成。我们表明，在富含S，GaS 1-xTex系统，不像GaSe 1-xSx和GaSe 1-xTex，Au催化的VLS过程产生范德华纳米线的快速生长方向是正常的层。S和Te之间的高失配导致GaS 1-xTex合金的能带隙的异常弯曲，对于小至0.03的x降低至少0.6 eV。使用密度泛函理论的计算证实了富S的GaS 1-xTex中带隙的显著减小。纳米线的长度可以超过50微米，由数万个范德华键合层组成，这些范德华键合层具有沿着纳米线长度的均匀尺寸的三角形或六边形横截面。我们建议，低溶解度的碲在砷化镓的结果在碲覆盖周围的金催化剂-纳米线界面的增强，限制催化剂的硫族元素终止的基面（而不是边缘），从而使逐层，c轴生长。
2022-11-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Ultra-Long Homochiral Graphene Nanoribbons Grown Within h-BN Stacks for High-Performance Electronics
本研究提出在h-BN堆叠内无转移直接生长超长同手性石墨烯纳米带，实现高性能嵌入式场效应器件，迁移率达4600 cm²/V·s，开关比达10⁶。
2024-03-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Few-Mode and Anisotropic Quantum Transport in InSb Nanoribbons Using an All-van der Waals Material-Based Gate
利用全vdW材料栅极实现InSb纳米带中少模式量子输运，展现清洁量子器件的潜力。
2025-01-29 cond-mat.mes-hall
Twist Angle Dependent Ultrafast Transient Dynamics of MoSe$_2$/WSe$_2$ van der Waals Heterostructures beyond the Exciton Mott Transition
本文通过超快泵浦-探测光谱研究大扭转角MoSe$_2$/WSe$_2$异质结在Mott转变以上的载流子动力学，发现公度角处层间复合时间与俄歇复合强度均最小，揭示大扭转角对光电器件设计的重要性。
2025-06-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
van der Waals interactions between graphitic nanowiggles
用耦合偶极子方法计算了两个平行的石墨微球之间的范德华相互作用。通过考虑离散的原子结构，CDM是明确确定这种相互作用的有效和准确的方法。我们的研究结果表明，范德华力从吸引力到排斥力变化的纳米带沿其长度相对于彼此移动。该特征导致系统在运动过程中的多个稳定和不稳定位置。这些位置可以通过改变GNW的长度来调整。此外，热效应对范德华相互作用的影响也进行了广泛的研究。本文的工作为今后的理论和实验研究提供了有益的指导。
2013-05-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Control of the Exciton Radiative Lifetime in van der Waals Heterostructures
原子级薄的过渡金属二硫属化物的光学性质由具有非常大的振子强度的鲁棒激子控制。在六方氮化硼（hBN）中封装诸如MoSe $_2$的单层产生接近均匀激子线宽的窄光学跃迁。我们表明，在这些范德华异质结的激子辐射率可以定制一个简单的变化的hBN封装层的厚度作为一个后果的Purcell效应。时间分辨的光致发光测量与连续波反射率和光致发光实验表明，中性激子的自发发射时间可以调谐的一个数量级取决于周围的hBN层的厚度。辐射复合的抑制可以产生高达$10$ ~ps的自发发射时间。这些结果与计算的弱激子-光子耦合区的复合率非常一致。分析表明，我们也能够观察到一个相当大的增强激子辐射衰减率。了解这些电动力学效应的作用，使我们能够阐明复杂的动力学弛豫和重组中性和带电激子。
2019-07-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Multitude of exceptional points in van der Waals magnets
最近有几项工作解决了异常点（EP）的出现，即，谱奇异性的非厄米哈密顿，在长波长动力学的耦合磁系统。在这里，通过专注于范德华铁磁双层的驱动磁化动力学，我们表明，例外点可以出现在第一布里渊区的扩展部分。此外，我们证明了有效的非厄米磁振子哈密顿量，其特征值是纯实数或复共轭对，尊重一个不寻常的波矢依赖的伪厄米性。最后，扶手椅和锯齿形纳米几何形状，我们讨论了复杂的和纯实光谱的拓扑边缘状态和它们的实验意义。
2022-07-30 cond-mat.mes-hall
Catalytic growth of ultralong graphene nanoribbons on insulating substrates
石墨烯纳米带（GNRs）具有几个纳米的宽度，由于其结构可调的带隙，载流子迁移率和优异的稳定性，是未来纳米电子应用的有希望的候选者。然而，在绝缘衬底上直接生长微米长的GNRs，这对于制造纳米电子器件至关重要，仍然是一个巨大的挑战。在这里，我们报告的GNRs的绝缘六方氮化硼（h-BN）衬底上的外延生长通过纳米粒子催化的化学气相沉积（CVD）。合成了长度可达10 μm的超窄GNRs。值得注意的是，生长的GNR与h-BN衬底在晶体学上对齐，形成一维（1D）莫尔超晶格。扫描隧道显微镜揭示了导电石墨衬底上生长的类似GNRs的平均宽度为2 nm，典型带隙为约1 eV。完全原子的计算模拟支持的实验结果，并揭示了GNRs和碳纳米管（CNT）的形成过程中的成核阶段，和范德华滑动的GNRs在h-BN衬底上的整个生长阶段之间的竞争。我们的研究提供了一种可扩展的单步方法，用于在绝缘衬底上生长微米长的窄GNR，从而开辟了一条探索高质量GNR器件性能和一维莫尔超晶格基础物理的途径。
2022-05-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Tuneable terahertz transitions in zigzag graphene nanoribbons
University of Exeter（埃克塞特大学）；De La Salle University（德拉萨大学）；Teracan Ltd（泰拉肯有限公司）
本文通过横向电场调控锯齿形石墨烯纳米带的能隙，实现太赫兹范围内可调谐的光学跃迁，并利用圆光电流效应和范霍夫奇点增强辐射复合，为紧凑型太赫兹发射器提供新途径。
2026-09-17 cond-mat.mes-hall
Dimensionality and Anisotropicity Dependence of Radiative Recombination in Nanostructured Phosphorene
维数和各向异性之间的相互作用导致了低维半导体中有趣的光电性质和激子动力学。在这项研究中，我们使用纳米结构的磷烯作为一个典型的例子来展开这样复杂的物理和发展一个一般的第一性原理框架来研究激子动力学在低维系统。基于多体微扰理论推导了二维到一维体系的辐射复合寿命和发光强度，研究了在0 K和有限温度下维数和各向异性对辐射复合寿命的影响，以及发射光的偏振和角度依赖性.我们发现，在0 K的辐射寿命增加了一个数量级的$10^3$与降低的一个维度（即从2D到1D纳米带或从1D到0 D量子点）。我们还表明，在有限温度下获得的辐射寿命需要精确的激子色散超过有效质量近似。最后，我们证明了单层磷烯及其纳米结构总是发射线性偏振光与实验观察一致，不同于平面各向同性的二维材料，如二硫化钼和h-BN，可以发射任意偏振的光，这可能具有重要的意义，量子信息的应用。
2019-03-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Electronic Noise Spectroscopy of Quasi-2D van der Waals Antiferromagnetic Semiconductors
本文通过垂直器件的电子噪声谱研究FePS3，区分磁相变相关洛伦兹峰与陷阱辅助产生—复合噪声，揭示奈尔温度附近自旋重构效应。
2024-01-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Low-Frequency Electronic Noise Spectroscopy of Quasi-2D van der Waals Antiferromagnetic Semiconductors
我们研究了低频电流波动，即噪声，在准二维（2D）范德华反铁磁半导体FePS 3的电子带隙为1.5 eV。在不同温度下测量了p型高阻FePS 3薄膜的电学和噪声特性。噪声谱密度是1/f -型在大多数的检查的温度范围内，但揭示了良好定义的洛伦兹凸起，并强烈增加附近的尼尔温度为118 K（f是频率）。有趣的是，噪声谱密度在温度T~200 K时达到最小值，这归因于噪声标度中两种相反趋势的相互作用-一种是半导体，另一种是具有相变的材料。洛伦兹角频率揭示了不寻常的依赖于温度和偏置电压，这表明它们的起源是不同于传统半导体中的产生-复合噪声。所得结果对反铁磁半导体在自旋电子器件中的应用具有重要意义。它们还证明了噪声光谱用于监测各种相变的能力。
2021-04-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
How Does van der Waals Confinement Enhance Phonon Transport?
范德华相互作用在物理学中普遍存在并发挥着重要作用。在这里，我们展示了原子尺度上vdW相互作用对声子输运的机制的研究，这将促进热管理和能量转换的发展。通常，vdW相互作用被认为是声子输运中的障碍。在这里，我们建议，vdW限制将增强声子输运。分子动力学模拟结果表明，vdW约束使聚乙烯单链和石墨烯纳米颗粒的热导率提高了2倍以上。通过形貌、局域vdW势能和动力学性质的定量分析，揭示了其物理机制。研究发现，受限的vdW势垒降低了原子的热位移，从而减少了声子散射，有利于热输运。我们的研究提供了一种新的策略来调节热传输。
2018-10-09 cond-mat.mes-hall
Fano resonance and incoherent interlayer excitons in molecular van der Waals heterostructures
来自层状分子堆叠的复杂范德华异质结构是有前途的光电材料，提供了有效的、模块化的电荷分离和收集层的手段。这种混合有机-无机二维材料的电动力学中的堆叠效应在很大程度上仍未被探索，由此分子尺度工程可以导致先进的光学现象。例如，可调Fano工程可以按需制造透明导电层或光敏元件，以及被动冷却。我们采用改进的Gersten-Nitzan模型和实时含时密度泛函紧束缚方法研究了石墨烯纳米带自组装单分子膜的光电特性。我们发现法诺共振，导致电磁感应的不透明性和透明度，并揭示了一个额外的不相干的过程，导致层间激子形成的特征电荷转移率。这些结果展示了混合范德华异质结构作为典型的2D光电堆叠，具有可调Fano光学器件和非常规电荷转移通道。
2022-01-22 cond-mat.mes-hall physics.chem-ph
Effect of spin-dependent tunneling in a MoSe$_2$/Cr$_2$Ge$_2$Te$_6$ van der Waals heterostructure on exciton and trion emission
本研究通过低温光致发光和磁光克尔效应测量，发现MoSe$_2$/Cr$_2$Ge$_2$Te$_6$范德华异质结构中激子-三子发射比例依赖于激发螺旋性与磁化取向，揭示了与激子复合竞争的超快自旋依赖层间电荷转移机制。
2025-01-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
A van der Waals pn heterojunction with organic/inorganic semiconductors
由二维（2D）材料形成的范德华（vanderWaals，vdW）异质结由于其优异的电学/光学性质和器件应用而引起了极大的关注。然而，目前的2D异质结主要限于原子晶体，并且很少探索混合有机/无机结构。在这里，我们制造混合二维异质结构与p型二辛基苯并噻吩并噻吩（C8-BTBT）和n型二硫化钼。我们发现，用VDW外延方法可以在单层MoS 2上生长出少层C8-BTBT分子晶体，其界面原始，厚度可控，可降至单层。C8-BTBT/MoS 2垂直异质结器件的操作是高度可调的偏置和栅极电压之间的三个不同的制度：界面复合，隧穿和阻塞。在室温下，PN结表现出类似二极管的特性，整流比高达105。我们的器件还表现出光伏响应，功率转换效率为0.31%，光响应度为22 mA/W。通过广泛的材料组合，这种混合2D结构将为光电子器件提供可能性，而这些光电子器件是不可能由单独的成分制成的。
2015-11-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Electrical tuning of layer-polarized exciton gases in WSe2 bilayers
通过堆叠二维原子晶体形成的范德华异质结构是探索新现象和功能的独特平台。层间激子是范德华异质结构中空间分离的电子-空穴对的束缚态，已被证明具有丰富的谷物理和光电子学应用的潜力，并被提出用于促进高温超流性。在这里，我们展示了高度可调层极化激子的平面外电场在同质双层过渡金属二硫属化物。从负到正的层极性的连续调谐已经实现，这是不可能的异质双层由于存在大的内置界面电场。在激子共振能量中观察到了高达~ 100 meV的大的线性场致红移。斯塔克效应伴随着激子复合寿命的增强超过两个数量级至> 20 ns。长的复合寿命使得在中等连续波光泵浦下可以产生密度高达1.2*10^11 cm^-2的层极化激子气体。我们的结果为在原子级薄半导体中实现简并激子气体铺平了道路。
2017-09-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Imaging the Ettingshausen effect and cryogenic thermoelectric cooling in a van der Waals semimetal
该研究开发纳米级低温磁热电成像技术，在WTe₂外尔半金属薄片中实现液氦温区的超高埃廷斯豪森效应与绝对冷却，揭示冷却非单调特性及调控机制，为范德华器件的集成微冷却和温度调控提供新途径。
2023-12-10 cond-mat.mes-hall
Planar and van der Waals heterostructures for vertical tunnelling single electron transistors
尽管目前存在丰富的二维材料选择，但垂直（范德华）和平面内的异质结构对所产生结构的性质和功能提供了前所未有的控制。因此，平面异质结构允许不同的二维半导体和石墨烯纳米带之间的pn结具有明确的边缘;垂直异质结构导致在纯碳基系统中观察到超导性并实现垂直隧穿晶体管。在这里，我们展示了同时使用平面和范德华异质结来构建垂直单电子隧穿晶体管。我们在六方氮化硼的基质内生长石墨烯量子点，这使得量子点周边的局域态数量急剧减少。使用六方氮化硼隧道势垒作为石墨烯量子点的触点，使我们的晶体管具有可重复性，并且不依赖于局部状态，在设计未来器件时具有更大的灵活性。
2019-01-16 cond-mat.mes-hall
Detection of adsorbed transition-metal porphyrins by spin-dependent conductance of graphene nanoribbon
采用密度泛函理论研究了锯齿形石墨烯纳米颗粒及其吸附过渡金属卟啉修饰后的电子输运性质。卟啉的金属中心的脱离反应的研究都在气相中，并为吸附在GNR的分子。由于大多数金属卟啉对该反应非常稳定，因此发现这些分子仅微弱地结合到完美的纳米颗粒上。然而，与GNR中的单原子空位的相互作用导致在卟啉环中的氮原子和GNR中的空位旁边的碳原子之间共享的过渡金属中心的化学键合。对于物理吸附和化学吸附的几何形状，包括范德华相互作用的结果在一个显着的结合能的放大和降低的吸附高度。使用非平衡格林函数的电子输运计算表明，GNR的导电性被改变的化学吸附卟啉分子。由于卟啉的金属中心具有元素特定的磁矩，因此不仅GNR的净电导会受到影响，而且GNR的自旋相关电导也会受到影响。特别地，Ru-卟啉在单原子空位上的吸附导致在小的施加源极-漏极电压下电流的88%的非常大的自旋极化。基于我们的研究结果，我们认为，自旋阀构造的GNR与铁磁接触，可以用作灵敏的检测器，可以区分各种金属卟啉。
2017-06-02 cond-mat.mes-hall
Photoresponse of Natural van der Waals Heterostructures
由二维材料组成的范德华异质结构提供了一个通过设计获得材料的平台，并且由于新颖的电子态而非常有吸引力。二维范德华异质结构的研究主要集中在制备原子级厚度的一元或二元晶体。这样的系统包括石墨烯（Gr）、六方氮化硼（h-BN）和过渡金属二硫属化物家族的成员。在这里，我们提出了我们的实验研究的光电性质的自然发生的vdWH，被称为Franckeite，这是一个复杂的层状晶体组成的铅，锡，锑，铁和硫。本文报道了薄膜钙钛矿（60 nm < d < 100 nm）的窄带隙半导体特性，并显示出宽带光响应。我们在室温下观察到了~ 1500 nm（~830 meV）的带边跃迁和高的外量子效率（EQE~3%）。激光功率分辨和温度分辨的光电流测量表明，光生载流子的产生和复合主要是由带隙内连续分布的陷阱态。为了理解波长分辨光电流，我们还通过密度泛函理论计算了光吸收特性。最后，我们已经表明，该设备具有快速的光响应与上升时间快~ 1毫秒。我们的研究提供了一个基本的理解，在一个复杂的自然发生的vdWH的光电行为，并可以开辟生产新型的纳米级光电子器件定制性能的可能性。
2017-05-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Exploring the structural and optoelectronic properties of natural insulating phlogopite in van der Waals heterostructures
近年来，自然界中存在的范德瓦尔斯晶体给纳米材料研究人员带来了前所未有的兴趣。到目前为止，已经确定了1800多种层状材料（LM），但只有少数绝缘和天然存在的LM进行了深入研究。层状硅酸盐矿物是一类天然丰富的层状矿物，近年来被认为是一种低成本的绝缘纳米材料来源。在这个家族中，出现了一种几乎没有探索过的材料：金云母[KMg 3（AlSi 3）O 10（OH）2]。在这里，我们进行了高通量的表征，这LM采用几种实验技术，证实了与第一性原理计算的主要研究结果。我们发现，这种材料的单层（1 L）和几层是空气和温度稳定的，以及容易通过标准的机械剥离技术获得，具有原子级平坦的表面，和较低的带隙比其散装对应物，在LM中的一个不寻常的趋势。我们还系统地研究了金云母的基本性质，并证明天然金云母在其晶格中存在铁杂质，这使其带隙从约7 eV降低到3.6 eV。最后，我们将金云母晶体与1 L-WS 2结合在范德华异质结构中，并进行了光致发光研究，揭示了1 L-WS 2光学质量的显著增强（即，通过中性激子获得更高的重组效率），类似于在1 L-WS 2/hBN异质结构上获得的结果。我们的概念验证研究表明，金云母应被视为一个很好的和有前途的候选人为LM为基础的应用作为一种低成本的层状纳米材料。
2022-05-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Photoluminescence enhancement at the vertical van der Waals semiconductor-metal heterostructures
本文提出一种通过构建垂直范德华金属-单层半导体结实现光致发光增强的直接方法，揭示了抑制激子猝灭与减少激子-激子湮灭的机制，为提升TMDCs光电子性能提供了新途径。
2024-05-31 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Low-frequency phonons of few-layer graphene within a tight-binding model
少层石墨烯是在层中具有共价键并且在层之间具有弱范德华相互作用的层状碳材料。层间能量比层内能量小两个数量级以上，这阻碍了参数自由电子能带结构模型对静态和动态性质的描述。我们通过引入两组矩阵元素克服了这一困难-一组用于石墨烯层中的共价键，另一组用于能带结构的紧束缚模型中相邻石墨烯层之间的范德华相互作用。这两套矩阵元素来自碳二聚体的从头算研究。然后将矩阵元应用于计算石墨和具有AB和ABC层堆叠的少层石墨烯的声子色散。AB堆积的结果与现有的实验数据吻合良好，这证明了矩阵元素的应用程序，以其他层状碳结构与范德华相互作用，如少层石墨烯纳米带，多壁碳纳米管，和碳洋葱。
2014-12-14 cond-mat.mes-hall
Moiré Excitons in Van der Waals Heterostructures
在通过堆叠两个单层半导体形成的范德华（vdW）异质结构中，晶格失配或旋转未对准引入面内莫尔超晶格。虽然人们普遍认为莫尔超晶格可以调制电子能带结构，并导致新的输运性质，包括非常规的超导性和相关驱动的绝缘行为，但其对光学性质的影响尚未进行实验研究。我们提出的光谱证据表明，层间激子被限制在一个高品质的MoSe 2/WSe 2异质双层小旋转扭曲的摩尔势。在光致发光中观察到一系列具有正或负圆偏振发射的层间激子共振，这与限制在莫尔势内的多个激子态一致。这些层间激子共振的复合动力学和温度依赖性与这种解释是一致的。这些结果表明，工程的可行性，人工激子晶体使用VDW异质结构的纳米光子学和量子信息的应用。
2018-07-10 cond-mat.mes-hall
Picosecond photoresponse in van der Waals heterostructures
二维（2D）晶体，例如石墨烯和过渡金属二硫属化物（TMD），呈现出独特且互补的光电性质的集合。在垂直异质结构中组装不同的2D材料可以在一个器件中组合这些特性，从而创建具有卓越性能的多功能光电系统。在这里，我们证明了石墨烯/WSe 2/石墨烯异质结构将TMD的高光电探测效率与石墨烯的皮秒光响应相媲美，从而优化了单个光电探测器的速度和效率。我们遵循的时间在这些设备中使用时间分辨光电流测量的光激发载流子的提取，并证明了光响应时间短至5.5 ps，我们调整通过施加偏压和通过改变TMD层的厚度。我们的研究提供了直接的洞察到的物理过程，这些范德华（vdW）异质结构的检测速度和量子效率，如面外载流子漂移和复合。对超快和高效光电探测的观察和理解证明了基于混合TMD的异质结构作为未来光电子器件平台的潜力。
2016-01-27 cond-mat.mes-hall
Ultrafast Exciton Dissociation and Long-Lived Charge Separation in a Photovoltaic Pentacene MoS2 van der Waals Heterojunction
二维（2D）层状材料和不同尺寸的纳米材料之间的范德华异质结为栅极可调谐光电子器件提供了独特的机会。混合维p-n异质结二极管，例如p型并五苯（0 D）和n型单层MoS 2（2D），对于光伏应用特别感兴趣，其中吸收截面和电荷转移过程可以通过从大量有机分子和2D材料库中合理选择来定制。在这里，我们研究了受激载流子在并五苯-MoS 2 p-n型-II异质结的瞬态吸收光谱的动力学。这些测量表明，MoS 2激子的解离发生在6.7 ps的时间尺度上的空穴转移到并五苯。此外，电荷分离态的寿命为5.1 ns，比先前报道的2D材料异质结的复合寿命长一个数量级。通过研究MoS 2衰变过程的分数振幅，发现从MoS 2到并五苯的空穴转移产率约为50%，剩余的空穴由于表面缺陷而被捕获。总体而言，并五苯-MoS 2 p-n异质结中的超快电荷转移和长寿命电荷分离态表明混合维范德华异质结构在光电子学、光探测器和相关光电技术中的重要前景。
2017-03-07 cond-mat.mes-hall
Upconverted electroluminescence via Auger scattering of interlayer excitons in van der Waals heterostructures
载流子-载流子相互作用的有趣物理学同样影响发光器件的操作，激发了对高密度激发载流子的半导体结构的研究，这是在大泵浦速率或具有长寿命电子-空穴对的系统中可达到的极限。通过向WSe $_2$ /MoS $_2$ II型异质结构中电注入载流子，我们建立了大量典型的光学沉默层间激子。在这里，我们揭示了它们的发射光谱，并表明发射能量是可调的所施加的电场。当通过在WSe $_2$和MoS $_2$之间引入hBN间隔物来抑制辐射复合速率而进一步增加粒子数时，俄歇型和激子-激子湮灭过程变得重要。这些过程被跟踪的上转换发射的观察表明，在非辐射俄歇过程中获得能量的激子可以恢复和辐射重组。
2019-05-24 cond-mat.mes-hall
Tuning ultrafast electron thermalization pathways in a van der Waals heterostructure
超快电子热化-导致俄歇复合、通过碰撞电离的载流子倍增和热载流子发光的过程-发生在材料中的光学激发电子经历快速电子-电子散射以重新分配多余能量并达到电子热平衡时。由于极短的时间和长度尺度，即使使用最先进的超快激光技术，纳米器件中电子热化的测量和操纵仍然具有挑战性。在这里，我们通过利用二维范德华（vdW）材料的原子薄度来克服这一挑战，以便引入一个高度可调的电子转移途径，直接与电子热化竞争。我们在石墨烯-氮化硼-石墨烯（G-BN-G）vdW异质结构中实现了这一方案，通过该异质结构，光激发载流子从一个石墨烯层传输到另一个石墨烯层。通过施加层间偏置电压或改变激发光子能量，可以控制层间载流子传输以比层内散射事件更快或更慢地发生，从而有效地调节石墨烯中的电子热化路径。我们的研究结果，这表明了一种新的手段来探测和直接调制纳米材料中的电子能量传输，代表了设计和实现具有定制微观特性的新型光电和能量收集设备的重要一步。
2016-01-10 cond-mat.mes-hall
Strain engineered graphene using a nanostructured substrate: I Deformations
使用原子模拟，我们研究了沉积在纳米结构衬底上的石墨烯的形态学特性。正弦波纹表面、台阶、细长沟槽、一维和立方势垒、球形气泡、高斯凸起和高斯凹陷被认为是石墨烯的支撑结构。石墨烯-基底相互作用由范德华力控制，并且石墨烯层的轮廓通过使用分子动力学模拟使能量最小化来确定。基于所获得的最佳配置，我们发现：（i）对于放置在具有长于2nm的正弦波的波纹状基底上的石墨烯，石墨烯片遵循基底图案，而对于支撑的石墨烯，其总是悬置在基底的峰上，（ii）当增加范德华模型中的能量参数时，石墨烯对衬底形貌的构象增强，（iii）石墨烯在沟槽中的粘附取决于沟槽的宽度和石墨烯的取向，即与具有扶手椅边缘的小宽度（3 nm）纳米取向相反，具有锯齿形边缘的纳米取向遵循衬底轮廓，（iv）原子级石墨烯遵循高斯凸块衬底，但不遵循具有高斯凹陷的衬底，以及（v）范德华相互作用引起的粘附能在[0.1-0.4] J/m^2范围内变化。
2012-04-28 cond-mat.mes-hall
Atomically thin p-n junctions with van der Waals heterointerfaces
半导体pn结是现代电子学和光电子学的基本构件。在常规半导体中，pn结在与未补偿掺杂剂原子相关联的平衡和内建电势下产生自由载流子的耗尽区。通过该区域的空间范围限定的扩散和漂移过程发生跨结的载流子输运。随着原子级薄的范德华（vdW）材料及其异质结构的出现，我们现在能够实现量子极限的pn结。特别是，由p型和n型半导体组成的vdW结，每一个只有一个单元电池厚的预测表现出完全不同的电荷传输特性比体结。在这里，我们报告的电子和光电特性的原子薄的p-n异质结制造使用VDW组件的过渡金属二硫属化物（TMDC）。在p-n界面，我们观察到栅极可调二极管类电流整流和光伏响应。我们发现，隧道辅助层间复合的多数载流子是负责的电子和光电过程的可调谐性。将原子pn结夹在石墨烯层之间增强了光激发载流子的收集。这里提出的原子尺度的vdW p-n异质结构成了功能电子和光电元件的最终量子极限。
2014-03-12 cond-mat.mes-hall
Ultrafast terahertz superconductor van der Waals metamaterial photonic switch
本研究设计了基于高温超导BSCCO范德华材料的超快太赫兹超材料光子开关，实现相位和幅度调制，开关时间50皮秒，并探讨了光-物质相互作用动力学，适用于通信和量子技术。
2023-12-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con physics.app-ph
Spin-valley dynamics in alloy-based transition metal dichalcogenide heterobilayers
本文通过时间分辨克尔旋转光谱和理论建模，研究了基于合金单层半导体的二维过渡金属硫族化物异质双层中的自旋谷弛豫动力学，揭示了层间激子复合与载流子自旋退极化在谷动力学中的作用，为未来二维谷电子器件发展提供微观机制见解。
2020-07-07 cond-mat.mes-hall
Electrically tunable layer-hybridized trions in doped WSe$_2$ bilayers
本文结合微观理论与光致发光实验，研究了自然堆叠WSe₂双层中层杂化三激子的电可调性，揭示了面外电场对三激子态能量排序的调控及层间类三激子斯塔克红移与声子辅助复合增强发光的机制，为电可控原子级薄半导体光电子应用奠定基础。
2024-08-07 cond-mat.mes-hall
