Type-controlled Nanodevices Based on Encapsulated Few-layer Black Phosphorus for Quantum Transport
我们证明，六方氮化硼（h-BN）片的原子级薄的黑磷（BP）的封装是非常有效的，最大限度地减少量子传输纳米器件的BP沟道材料的制造过程中引起的界面杂质。通过对BP封装结构进行选择性刻蚀后沉积合适的金属电极，实现了具有高迁移率和可控类型的高稳定性BP纳米器件。铬和钛是用于BP沟道的合适的金属电极，以控制从p型单极特性到双极特性的转变，因为功函数不同。在低温下，电子和空穴的迁移率分别达到了6000 $cm^2V^{-1}s^{-1}$和8400 $cm^2V^{-1}s^{-1}$。高迁移率的BP器件使得能够在实验室磁场中研究具有不可区分的塞曼效应的量子振荡。
2016-06-24 cond-mat.mes-hall
Room temperature nanocavity laser with interlayer excitons in 2D heterostructures
原子级薄的层状二维（2D）材料为基础研究和器件应用提供了丰富的库。其中一个特别的优点是，可以通过堆叠不同的2D材料来实现带隙工程和受控的材料响应。最近几种类型的激子激光器已被报道基于过渡金属二硫属化物（TMDC）单分子膜，然而，发射仍然是本征的能带隙的单分子膜和激光器利用的灵活性的范德华异质结尚未被证明。本文首次报道了MoS_2/WSe_2异质结室温层间激子激光器。激光作用的开始是由“L-L”曲线中的明显扭结和光谱线宽的明显塌陷相结合来确定的。与MoS 2和WSe 2的层内激子的可见光发射不同，我们的层间激子激光器在红外范围内工作，这与硅光子学中成熟的技术完全兼容。由于层间激子的长寿命，腔品质因数的要求放宽了几个数量级。室温层间激子激光器的演示为在硅光子学平台上开发具有定制光学特性的相干光源开辟了新的前景。
2019-11-28 cond-mat.mes-hall
Negative Compressibility in Graphene-terminated Black Phosphorus Heterostructures
在二维电子系统中，由多体效应产生的负可压缩性可以增强栅极电容。我们观察到电容增强在一个新出现的二维层状材料，原子薄的黑磷（BP）。用具有少层石墨烯作为终端的六方氮化硼片封装BP确保了超净异质结构界面，使我们能够在低空穴载流子浓度下观察到负压缩性。在德拜屏蔽的框架下，利用栅电极中面内电荷和镜像电荷之间的库仑关联解释了负压缩性。
2015-10-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Tuning 2D hyperbolic plasmons in black phosphorus
黑磷呈现出非常各向异性的晶体结构，使其成为双曲等离子体的潜在候选者，其特征在于介电常数张量，其中一个主要成分是金属，另一个是电介质。在这里，我们证明，原子级薄的黑磷可以被设计成一个双曲线材料的电磁波谱从整个可见光谱到紫外光谱的广泛范围内工作。随着光学增益的引入，在红外波段出现了一个新的双曲区。这种双曲等离子体激元的特性取决于沿两个结晶方向的增益和损耗之间的相互作用。
2018-12-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Single-Crystalline Metallic Films Induced by van der Waals Epitaxy on Black Phosphorus
金属-半导体结的性质通常是不可预测的，因为非理想的界面结构，如界面缺陷或在结处引入的化学反应。黑磷（BP）是一种元素二维半导体晶体，具有高化学反应活性的褶皱原子结构，但其与金属接触界面的真实原子尺度图像的建立仍然是一个难题。在这里，我们研究的界面结构和性质的物理沉积的金属的各种BP。我们发现Au、Ag和Bi通过引导范德华外延形成具有（110）取向的单晶膜。透射电子显微镜和X-射线光电子能谱学证实，原子尖锐的范德华金属BP接口形式与特殊的旋转对齐。在弱的金属-BP相互作用制度下，BP的褶皱结构在吸附原子组装过程中起着至关重要的作用，可以导致单晶的形成，这是由我们的理论分析和计算支持的。实验研究还表明，BP-金属结可以表现出各种类型的界面结构，这取决于金属，如形成多晶微结构或金属磷化物。该研究为获得金属-二维半导体界面结构的真实视图提供了指导，特别是对于原子褶皱的二维晶体。
2021-05-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Integer and Fractional Quantum Hall effect in Ultra-high Quality Few-layer Black Phosphorus Transistors
作为一种高迁移率的二维半导体材料，原子薄的黑磷（BP）具有很强的结构和电子各向异性，为研究量子霍尔（QH）效应提供了一个新的平台，其中包括朗道能级（LL）能隙对磁场B的函数依赖性以及可能的各向异性分数QH态等突出问题。使用迁移率高达55，000 cm 2/Vs的封装少层BP晶体管，我们在填充因子ν=-1到-4的QH态的非常宽的B范围内提取LL带隙，这被确定为在B中是线性的，从而解决了由其各向异性引起的争议。此外，在ν~ -4/3处观察到分数QH态和在-0.56+/-0.1处的附加特征，强调BP作为探索电子相互作用的可调谐2D平台。
2018-04-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
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
Interlayer Interactions in Anisotropic Atomically-thin Rhenium Diselenide
最近，具有强面内各向异性特性的二维（2D）材料（如黑磷）已显示出开发新器件的巨大潜力，这些新器件可以利用其降低的晶格对称性，在电子学、光电子学和热电学中具有潜在的应用。然而，迄今为止，具有强面内各向异性的2D材料的选择非常有限，并且仅零星的研究致力于具有降低的晶格对称性的过渡金属二硫属化物（TMDC）材料，这尚未传达其光学和声子性质的全貌，以及其层间相互作用中的各向异性。在这里，我们研究了一个重要的TMDC二维材料的各向异性层间相互作用与减少面内对称性-原子薄的硒化物（ReSe 2）-通过调查其超低频层间声子振动模式，层相关的光学带隙，和各向异性光致发光（PL）光谱的第一次。超低频层间拉曼光谱结合偏振分辨高频拉曼光谱在单层和双层ReSe 2的第一次研究，允许确定性识别其层数和晶体取向。PL测量显示各向异性的光发射强度与带隙增加从1.26 eV的散装到1.32 eV的单层，与基于第一性原理计算的理论结果相一致。拉曼模式和PL光谱的层数依赖性的研究揭示了相对较弱的范德华相互作用和二维量子限制在原子级薄的ReSe 2。
2015-04-28 cond-mat.mes-hall
Black phosphorus: narrow gap, wide applications
最近通过机械剥离大块层状晶体来分离原子级薄的黑磷引发了纳米科学和纳米技术界前所未有的兴趣，甚至高于石墨烯和其他二维的第一个作品所引起的兴趣。在这个角度来看，我们批判性地分析了这种新颖的二维材料的实验和理论工作激增背后的原因。我们相信，事实上，黑磷带隙值跨越了广泛的电磁波谱频谱，这是没有涵盖任何其他二维材料孤立的日期（具有显著的工业利益，例如热成像、热电、纤维光学通信、光电子学等），其高载流子迁移率，其双极场效应和其相当不寻常的平面内各向异性吸引了科学界对这种二维材料的注意。在这里，我们也回顾了目前的进展，未来的方向和挑战，在这个年轻的研究领域。
2015-10-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Dielectric environment engineering via 2D material heterostructure formation on hybrid photonic crystal nanocavity
RIKEN Pioneering Research Institute（理化学研究所先驱研究本部）；RIKEN Center for Advanced Photonics（理化学研究所先进光子学中心）；National Institute of Advanced Industrial Science and Technology (AIST)（产业技术综合研究所）；Kobe University（神户大学）
通过在混合光子晶体纳米腔上构建二维材料异质结构，实现对电介质环境的灵活工程，增强光-物质相互作用并提高腔体性能。
2025-09-04 cond-mat.mes-hall physics.optics
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
Ultra-Low Threshold Monolayer Semiconductor Nanocavity Lasers
通过光子腔设计纳米级光发射器的电磁环境可以通过Purcell机制中的腔量子电动力学显著增强其自发发射率。这种效应可以大大降低发射器的激射阈值，从而提供具有小尺寸、低功耗和超快调制的最终低阈值激光系统。通过在光子晶体腔中嵌入量子点，成功研制出了一种新型的超低阈值纳米激光器。然而，几个核心挑战阻碍了这种架构的实际应用，包括点的随机位置和成分波动，电流注入的极端困难，以及缺乏与电子电路的兼容性。在这里，我们报告了一种新的激光策略，其中原子薄的晶体半导体，即，二硒化钨（WSe 2）单层作为增益介质非破坏性且确定性地引入预制PhCC表面。一种新型的连续波纳米激光器工作在可见光区，在130 K的光泵浦阈值低至27 nW，类似于在量子点PhCC激光器中实现的值。激光作用的关键在于增益介质的单层性质，其将直接带隙激子限制在PhCC表面的1 nm内。表面增益的几何形状允许前所未有的accessibility多功能化的增益，使电泵浦操作。我们的方案是可扩展的，并与集成光子片上光通信技术兼容。
2015-02-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Observation of three-state nematicity and domain evolution in atomically-thin antiferromagnetic NiPS3
本研究结合线二色性、偏振显微、自旋相关 PL 与拉曼光谱，揭示原子级薄 NiPS3 的层数依赖磁性、三态反铁磁畴及热激活畴演化。
2024-02-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
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
Striped excitonic (super)solid in anisotropic semiconductors with screened exciton interactions
本研究在Gross-Pitaevskii框架下发现，各向异性原子级薄半导体（如少层黑磷）中屏蔽激子相互作用导致激子凝聚体形成条纹状结晶相及条纹超固体相，并确定了其出现与共存的最佳条件。
2025-06-24 cond-mat.mes-hall
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
High Electron Mobility, Quantum Hall Effect and Anomalous Optical Response in Atomically Thin InSe
十年来对二维（2D）原子晶体的深入研究表明，它们的性质可能与母体化合物的性质有很大不同。这些差异由量子限制引起的能带结构的变化决定，并且如果潜在的晶格对称性发生变化，则这些差异最为显著。在这里，我们报告了一个高品质的二维电子气在几层InSe封装在六方氮化硼在惰性气氛下。载流子迁移率在室温和液氦温度下分别超过1,000和10,000 cm 2/Vs，允许观察到充分发展的量子霍尔效应。传导电子占据单个2D子带并且具有小的有效质量。光致发光光谱表明，带隙增加超过0.5 eV的厚度从散装双层InSe。InSe单分子膜的带边光响应消失，这归因于单分子膜的镜面对称性。封装的2D InSe扩展了石墨烯类半导体家族，并且在质量方面与原子薄的二硫属化物和黑磷竞争。
2016-08-31 cond-mat.mes-hall 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
Near-infrared Emission from Defect States in Few-layer Phosphorene
磷烯（也称为黑磷）的原子薄膜是具有直接激子发射的低维光学材料，其波长可通过控制层数来调谐。除了这种激子发射，最近的工作揭示了缺陷态发射的存在，并描述了操纵它们的新方法。单层磷烯在920 nm附近的波长处表现出从局部缺陷态的发射。增加层数应该将缺陷发射转移到更长的波长，使材料能够跨越更宽的光谱范围。然而，从少层磷烯的缺陷发射还没有报道。本文证明了少层磷烯中存在一类新的缺陷态近红外辐射。光致发光测量显示，当激发强度线性增加时，在1240 nm附近具有发射强度的次线性增长的明亮发射，证实了这种发射的基于缺陷的性质。从时间分辨的寿命测量，我们确定的发射寿命为1.1纳秒，与激子寿命从磷烯，这是以前报道的范围内的几百皮秒。这项工作表明，磷烯缺陷可以作为一个潜在的应用在光电子学的红外线光源。
2017-06-30 cond-mat.mes-hall
Van der Waals Antiferromagnets: From Early Discoveries to Future Directions in the 2D Limit
Department of Physics and Astronomy, Seoul National University（首尔大学物理与天文学系）
本文综述了范德瓦耳斯反铁磁体从早期发现到二维极限中的发展，探讨了其在低维磁性和量子材料相互作用中的应用前景。
2026-02-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Suppression of mid-infrared plasma resonance due to quantum confinement in delta-doped silicon
本文建立考虑强电荷密度限制、能谷简并及各向异性的 P:δ 层模型，解释其中红外等离子体共振缺失机制，并指出扩散恢复共振的原因。
2023-03-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
