Probing the structure and composition of van der Waals heterostructures using the nonlocality of Dirac plasmons in the terahertz regime
石墨烯中的狄拉克等离子体对环境的介电性质非常敏感。我们表明，这可以用来探测放置在单个石墨烯层下面的范德华异质结构（vdWh）的结构和组成。为了做到这一点，我们评估由六方氮化硼和不同类型的过渡金属二硫属化物（TMD）组成的vdWh。通过进行现实的模拟，占每层的vdWh的贡献分别和包括基板声子的重要性，我们表明，可以实现单层分辨率通过调查的狄拉克等离子体激元极化激元的非局部性质。一旦vdWh叠层由多于两个TMD层组成，就可以从等离子体-声子耦合推断vdWh叠层的组成。此外，我们表明，在太赫兹制度的等离子体屏蔽性能的TMD堆栈的散装字符达到只有超过100层。
2020-10-06 cond-mat.mtrl-sci
Probing the Electron States and Metal-Insulator Transition Mechanisms in Atomically Thin MoS2 Based on Vertical Heterostructures
金属-绝缘体转变（MIT）是原子级薄二硫化钼（MoS 2）的显著电输运性质之一。虽然电子-电子相互作用理论已被用于模拟MoS 2中的MIT现象，但其潜在机制和详细的MIT过程仍然在很大程度上未被探索。在这里，我们证明了垂直的金属-绝缘体-半导体（MIS）异质结构建立从原子级薄的二硫化钼（单层和多层）是理想的电容器结构，用于探测在二硫化钼的电子状态。垂直配置的MIS异质结构提供了额外的优势，消除了大阻抗的影响，在带尾，并允许在宽的激发频率（100 Hz-1 MHz）和温度范围（2 K- 300 K）内的充分激发的电子状态附近的MoS 2的表面的观察。通过结合电容和传输测量，我们已经观察到了一个双折射型MIT，驱动的电子态的密度不均匀性，在从单层和多层MoS 2的垂直异质结。此外，通过垂直异质结构，可以容易地获得并精确地确定薄MoS 2层的价带及其固有特性，例如厚度依赖性屏蔽能力和带隙宽度。
2014-07-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Plasmon damping rates in Coulomb-coupled two-dimensional layers in a heterostructure
计算了双层异质结中电荷密度振荡的库仑激发。具体而言，我们考虑在衬底上的硅烯和石墨烯的二维（2D）层。从得到的表面响应函数，我们计算的等离子体色散关系，展示了库仑耦合重整化等离子体频率的方式。此外，我们提出了一个新的结果，在这种库仑耦合异质结构的等离子体激元的阻尼率，并比较这些结果的层之间的分离是不同的。
2022-04-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Ultrasensitive acoustic graphene plasmons in a graphene-transition metal dichalcogenide heterostructure: strong plasmon-phonon coupling and wavelength sensitivity enhanced by a metal screen
针对实际异质结构中屏蔽石墨烯等离激元-声子极化激元耦合强度增强难的问题，本研究用量子静电异质结构模型证明金属衬底可增强其耦合强度与波长灵敏度，实现单层分辨率的异质结构探测。
2024-06-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Tunable plasmons in atomically thin gold nanodisks
高速调制光的能力对于电信、信息处理和医学成像技术至关重要。这刺激了在可见光和近红外频率下掌握光电开关的强烈努力，尽管在集成架构中应对当前计算机速度仍然是一个重大挑战。作为部分成功，最近已经通过门控图案化石墨烯实现了中红外光调制。在这里，我们表明，原子级薄的贵金属纳米岛可以扩展光学调制到可见光和近红外光谱范围。我们发现薄金属纳米盘中的等离子体激元产生与相同直径的球形颗粒相似的吸收截面。使用实际水平的电掺杂，等离子体被移动了大约一半的宽度，从而导致光吸收的两倍变化。这些结果，我们证实了微观量子理论的光学响应，具有巨大的潜力的发展，电子可见光和近红外线调制的可集成，纳米器件。
2014-03-01 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Tip-induced excitonic luminescence nanoscopy of an atomically-resolved van der Waals heterostructure
利用低温扫描隧道显微镜以原子级分辨率探测范德华异质结构的本征发光，揭示了激子发射随纳米环境变化的规律，为原子尺度理解与控制莫尔超晶格光电现象奠定基础。
2022-04-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Direct Optical-Structure Correlation in Atomically Thin Dichalcogenides and Heterostructures
原子薄的过渡金属二硫属化物（TMD）具有独特的光电性能，包括增强的发光和高的开关电流比，可以通过制备更复杂的TMD异质结构来进一步调制。然而，传统的光学方法的分辨率限制不允许在这些材料中，特别是在TMD异质结构中的掩埋界面的直接光学结构相关测量。在这里，我们使用，第一次，在扫描透射电子显微镜（CL-STEM）中的电子束诱导阴极射线发光测量单层TMD（WS 2，二硫化钼和WSSe合金）之间的hBN层封装的光学性质。我们观察到暗区局部（~ 100 nm）的不完美的界面和单层折叠，这表明，在这个应用相关的异质结构层之间的紧密接触所需的适当的层间耦合。我们还实现了一个合适的成像方法，最大限度地减少电子束引起的变化，并提供测量的内在属性。为了克服TMD单层中小的电子相互作用体积的限制（因此光子产率低），我们发现用hBN封装TMD单层并随后退火是重要的。CL-STEM提供了一种强大的方法来直接测量横向或垂直异质结构和合金中的结构-光学对应关系。
2019-10-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Atomically Thin Metal-Dielectric Heterostructures by Atomic Layer Deposition
异质结构在过去几年中越来越受到关注，以实现各种光电和光子应用。在这项工作中，原子级薄界面的Ir/Al 2 O3异质结构兼容的微光电技术的报告。通过光谱和显微技术（XRR、XPS、HRTEM、椭圆偏振光谱法和UV/VIS/NIR分光光度法）测定了它们的结构和光学性质。XRR和HRTEM分析揭示了Ir在原子尺度异质结构中的逐层生长机制，这不同于金属在衬底上典型的岛状生长。此外，XPS研究表明，在较低的Ir浓度下，在界面处形成Ir-O-Al键合，与纳米颗粒核-壳结构形成相反。精确地调整组分的比例确保了色散曲线的控制以及从有效介电异质结构到金属异质结构的过渡。的Ir涂层厚度的变化范围从几个纳米到约7 nm的异质结构中的膜。在含有约2-4 nm的单个Ir涂层厚度的结构中已经观察到该转变。在此之后，通过精确地改变这种异质结构的组成，显示具有可调介电常数的ε-近零超材料。总体而言，Ir/Al 2 O3异质结构的金属-电介质界面的结构和光学特性的全面研究表明，可用于光学系统设计的材料组合的扩展。
2022-12-16 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph physics.optics
Atomically precise interfaces from non-stoichiometric deposition
复合氧化物异质结构显示出一些最化学突变的、原子精确的界面，这在通过并置不相容的基态来构造具有涌现性质的新界面相时是有利的。人们可能会认为，原子精确的界面从化学计量生长的结果，但在这里，我们表明，最精确的控制是获得非化学计量的生长，不同的表面能，可以通过表面活性剂样的效果进行补偿。对于精确生长的Sr $_{n+1}$ Ti $_n$ O $_{3n+1}$ Ruddlesden-Popper（RP）相，化学计量沉积导致的损失的第一RP岩盐双层，但生长与富锶的表面层恢复批量化学计量和有序的次表面RP结构。我们的研究结果极大地扩展了可以在外延异质结构中制备的材料，具有精确的界面控制-从仅仅$n=\infty$端成员（钙钛矿）到整个RP家族-使人们能够在更丰富的氧化物界面上探索新的量子现象。
2014-04-04 cond-mat.mtrl-sci
2D abrupt nano-junctions blending sp-sp2 bonds on atomically precise heterostructures
Politecnico di Milano（米兰理工大学）；Università degli Studi di Milano（米兰大学）；INFN Sezione di Milano（意大利国家核物理研究所米兰分部）；Università di Pavia（帕维亚大学）；Università Degli Studi Di Padova（帕多瓦大学）；Instituto de Nanociencia y Materiales de Aragon (INMA), CSIC-Universidad de Zaragoza（阿拉贡纳米科学与材料研究所（INMA），西班牙国家科学研究委员会-萨拉戈萨大学）
本文通过在Au(111)上合成石墨烯纳米带与graphdiyne网络的sp-sp2异质结构，揭示了表面化学对接头形成的影响，并展示了其在电子结构和输运中的调控潜力。
2026-03-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Single-Crystalline Al/Ge Heterostructure with an Atomically Sharp Commensurate Interface
Beijing Academy of Quantum Information Sciences（北京量子信息科学研究院）；Beijing National Laboratory for Condensed Matter Physics and Institute of Physics, Chinese Academy of Sciences（中国科学院物理研究所、凝聚态物理国家实验室）；Peking University（北京大学）
通过分子束外延在Ge(111)上生长单晶Al(111)，实现原子级平坦锐利界面，采用7-Al/5-Ge共格外延关系将晶格失配从28.4%降至约0.1%，并优化生长参数获得超薄连续薄膜。
2026-06-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Strongly adhesive dry transfer technique for van der Waals heterostructure
具有原子级尖锐界面的范德华材料的堆叠为异质结的构建提供了一个新的材料平台。机械堆叠的技术挑战是在机械剥离后拾取剥离的原子级薄材料而不发生化学和机械降解。化学惰性的六方氮化硼（hBN）已被广泛用于封装和拾取vdW材料。然而，由于hBN的相对较弱的粘附性，基于hBN组装vdW异质结构受到限制。我们报道了一种新的干转印技术。我们使用两种vdW半导体（ZnPS3和CrPS4）来拾取和封装vdW异质结构的层，否则已知其难以制造。通过结合优化的聚己内酯（PCL）提供强大的粘附力，我们展示了各种垂直异质结器件，包括准二维超导NbSe 2约瑟夫森结与原子级清洁界面。基于PCL的vdW堆叠方法的多功能性为组装复杂的2D vdW材料而不发生界面退化提供了新的途径。
2020-10-15 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Atomically flat single terminated oxide substrate surfaces
为了获得具有原子控制界面的过渡金属氧化物的高质量外延薄膜和异质结构，一个关键的要求是使用原子级平坦的单端氧化物衬底，因为衬底的最顶表面层的原子排列和反应化学决定了上覆膜的生长和随后的性质。然而，实现市售基材的原子级平坦和化学单封端的表面状态需要明智的努力，因为所接收的基材的表面具有化学混合性质并且通常也是极性的。在这篇综述中，我们总结了表面处理程序，以实现原子级平坦的表面与单一终止层的各种金属氧化物基板。我们特别关注晶格常数在4.00到3.70埃范围内的衬底，因为大多数钙钛矿材料的晶格常数都在这个范围内。对于该范围之外的材料，可以利用衬底在膜上诱导压缩或拉伸应变，并探索在体中不可用的新状态。在这篇评论中所涵盖的基板，这已被选择与商业可用性，最重要的是，实验的实用性作为一个标准，是KTaO 3，REScO 3（RE =稀土元素），SrTiO 3，La0.18Sr0.82Al0.59Ta0.41O3（LSAT），NdGaO 3，LaAlO 3，SrLaAlO 4，和YAlO 3。分析所有已建立的程序，我们得出结论，原子级平坦的表面与选择性的A-或B-网站单终止将获得大多数市售的氧化物衬底。我们还注意到，这种最顶层的表面层的选择性将提供一个额外的自由度，在外延氧化物薄膜和异质结构与原子控制界面的不可预见的新兴现象和功能应用的搜索。
2017-05-29 cond-mat.mtrl-sci
An Air-Stable and Atomically Thin Graphene/Gallium Superconducting Heterostructure
二维分层和原子级薄的元素超导体可能是下一代量子技术的关键成分，如果它们可以在环境条件下稳定并集成到异质结构设备中。然而，由于快速氧化，原子级薄的元素超导体在超高真空之外基本上未被探索，即使是2D层状超导体也需要复杂的封装策略来保持材料质量。在这里，我们展示了环境稳定，单晶，几个原子厚的超导镓，2D-Ga，在外延石墨烯（EG）和碳化硅（SiC）的界面处通过限制异质外延（CHet）产生。2D-Ga在4K下变成超导体;这种高于体α-Ga（Tc~1 K）的升高主要归因于费米能级处的态密度增加，因为在α-Ga中看到的初始Ga-Ga二聚化通过外延到SiC而被抑制。我们还证明了控制SiC表面形态（即台阶高度）和石墨烯层中的缺陷工程的重要性之前，插层实现大面积均匀的2D-Ga层具有各向同性的传输特性。这项工作表明，独特的2D形式的3D材料可以稳定在EG/SiC界面上，这代表了一种可扩展的路线，使空气稳定的晶体2D超导体成为下一代量子技术的潜在基础。
2019-06-01 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
Atomically flat single-crystalline gold nanostructures for plasmonic nanocircuitry
高清晰度等离子体纳米结构的深亚波长集成对于开发用于高速通信、量子计算和芯片实验室应用的未来光学纳米电路具有关键重要性。到目前为止，由多个功能元件组成的扩展等离子体网络的实验实现仍然具有挑战性，这主要是由于常用的热蒸发金层的多结晶性。在单个电路元件中产生的结构缺陷将大大降低功能集成纳米电路的产量。在这里，我们展示了使用非常大（>100 μ m^2）但薄（<80 nm）的化学生长单晶金薄片，固定后，作为聚焦离子束铣削和其他自上而下的纳米纤维技术在任何所需的基板上的理想基础。使用这种方法，我们获得了高清晰度的超光滑的金纳米结构，具有优越的光学性能和可重复的纳米尺寸的功能超过微米的长度尺度。我们的方法提供了一个可能的解决方案，以克服目前的制造瓶颈，实现高清晰度的等离子体纳米电路。
2010-10-14 cond-mat.mtrl-sci physics.optics quant-ph
Nanoscopy of Excitons in Atomically Thin In-Plane Heterostructures with Nanointerfaces
University of Georgia（佐治亚大学）；Syracuse University（雪城大学）；The Pennsylvania State University（宾夕法尼亚州立大学）；University of Extremadura（埃斯特雷马杜拉大学）；University of Vigo（维戈大学）；Rice University（莱斯大学）
研究通过纳米光谱和PL映射揭示原子薄异质结构中激子与介电响应的纳米尺度关联，建立多模式近场光谱学框架。
2026-01-20 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Strong two-dimensional plasmon in Li-intercalated hexagonal boron-nitride film with low damping
等离子体激元领域寻求找到具有低朗道、声子和其他损失（小衰减宽度）的强等离子体激元（大等离子体激元极重量）的材料。在本文中，我们提出了一类新的材料，表现出非常好的等离子体特性。这些材料由范德华堆叠的“等离子体激元活性”层（原子级薄的金属层）和“支撑”层（原子级薄的宽带隙绝缘层）组成。详细研究了一种可以在实验上实现的材料--锂嵌入六方氮化硼。我们发现，它的二维等离子体激元强度优于重掺杂石墨烯中的狄拉克等离子体激元强度，这是很难实现的。我们还提出了计算非常便宜的方法，但在这样的材料中的等离子体激元光谱的准确分析，基于一个带紧束缚的方法和有效的背景介电函数。
2018-10-01 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Frequency-dependent substrate screening of excitons in atomically thin transition metal dichalcogenide semiconductors
过渡金属二硫属化物（TMDC）的原子薄层由于与弱介电屏蔽有关的二维载流子限制而在载流子之间表现出异常强的库仑相互作用。层间耦合的范德华性质使得容易将TMDC层集成到具有不同电介质或金属衬底的异质结构中。这允许定制这些材料的电子和光学性质，因为原子薄层内的库仑相互作用非常容易受到环境的屏蔽。在这里，我们从理论上研究动态屏蔽效应在TMDC由于体衬底掺杂载流子在一个大的密度范围内，从而提供三维等离子体激元作为可调的自由度。我们报告了一个广泛的补偿重整化效应导致光谱更稳定的激子比预测的静态基板屏蔽，即使等离子体激元和激子共振。我们还发现了一个非平凡的依赖于衬底掺杂密度的单粒子带隙由于动态屏蔽。我们的调查提供了微观的洞察机制，允许操纵TMDC激子通过任意的等离子体环境在纳米尺度上。
2018-04-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
High quality sandwiched black phosphorus heterostructure and its quantum oscillations
二维材料，如石墨烯和过渡金属硫属化合物，由于其丰富的物理性质和在下一代纳米电子器件中的潜在应用，引起了人们极大的关注。近年来，原子级薄的黑磷（BP）由于具有高理论迁移率和可调带隙结构而成为二维材料家族的新成员。然而，在大气条件下的性能退化和高密度的电荷陷阱在很大程度上限制了它的流动性（~400 cm 2/Vs在室温下），从而限制了它的未来应用。在这里，我们报道了通过在六方氮化硼（BN）层之间封装原子级薄的BP来实现超净BN-BP界面的稳定BN-BP-BN异质结构的制造，该界面允许在室温下的创纪录高场效应迁移率~1350 cm 2/Vs和超过10^5的开关比。在低温下，迁移率达到~2700 cm 2/Vs，在低磁场下观察到BP二维空穴气的量子振荡。重要的是，BN-BP-BN异质结构可以有效地避免BP在环境条件下的质量下降。
2014-12-03 cond-mat.mtrl-sci
Atomic-scale visualization of initial growth of homoepitaxial SrTiO3 thin film on an atomically ordered substrate
在氧化物生长条件下制备的（\surd 13 \times \surd 13）- R33.7° SrTiO 3（001）衬底表面上SrTiO 3的初始同质外延生长通过扫描隧道显微镜进行原子分辨。在沉积的SrTiO 3膜表面上以及在衬底上清楚地看到相同的（\surd 13 \times \surd 13）原子结构。该结果表明，最上面的富Ti（\surd 13 \times \surd 13）结构转移到膜表面和在膜/衬底界面处的原子尺度相干外延。这种原子有序的SrTiO 3衬底可以应用于原子控制的氧化物外延膜和异质结构的制造。
2011-10-25 cond-mat.mtrl-sci
Quantum phase transitions of tri-layer excitons in atomically thin heterostructures
我们确定了对称过渡金属二硫属化物三层异质结构WSe_2/MoSe_2/WSe_2中激子的零温相图。第一性原理计算揭示了两种不同类型的层间激子态，较低能量的对称四极和较高能量的非对称偶极。虽然四极激子之间的相互作用总是排斥的，但反平行的偶极激子在大距离处吸引。我们发现量子相变之间的排斥四极晶格相和交错（反平行）偶极晶格相，驱动激子激子之间的相互作用和单个激子能量的竞争。值得注意的是，每个层间激子的内在本质在每个相中是完全不同的。这是一个引人注目的例子，在一个系统中，单粒子性质和多体状态通过粒子相互作用动态耦合，可能丰富的量子物理。
2020-04-14 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el quant-ph
Spatial Exciton Localization at Interfaces of Metal Nanoparticles and Atomically Thin Semiconductors
提出自洽Maxwell-Bloch理论解析金属纳米粒子与二维半导体复合系统，发现等离激元诱导势中的激子束缚态，并证实强激子-等离激元耦合具有避免交叉和数十meV的Rabi分裂特征。
2023-05-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Enhanced Conductivity Along Lateral Homojunction Interfaces of Atomically Thin Semiconductors
异质结构中材料之间界面处的能带重新排列可以产生独特的电子特性和非平凡的低维电荷态。在单层和多层MoS $_2$的同质结中，厚度依赖的能带结构意味着能带重新排列的可能性和一个新的界面电荷态，其性质与隔离层不同。在这份报告中，我们使用扫描光电流显微镜和沿界面施加源漏偏压的栅依赖运输探测界面电荷状态。在界面处观察到的增强的光响应归因于能带弯曲。具有MoS $_2$单层-多层界面的材料的有效电导率被证明高于独立的MoS $_2$单层或多层的材料的有效电导率。一个经典的异质结构模型被构造来解释在界面处的电性能。我们的工作表明，在过渡金属二硫属化物单层/多层界面的能带工程可以提高复合单层和多层器件的纵向电导和场效应迁移率。
2016-12-12 cond-mat.mtrl-sci
Highly confined low-loss plasmons in graphene-boron nitride heterostructures
石墨烯等离子体被预测同时具有超强的场约束和非常低的阻尼，使深亚波长超材料，单光子非线性，非常强的光-物质相互作用和纳米光电开关的新型器件成为可能。虽然所有这些伟大的前景都需要低阻尼，但到目前为止，观察到了强等离子体阻尼，石墨烯中的杂质散射和多体效应都被认为是可能的解释。随着范德华异质结构的出现，已经开发了将石墨烯与其他原子平坦材料集成的新方法。在这封信中，我们利用近场显微镜图像传播的等离子体在高品质的石墨烯封装在两个薄膜的六方氮化硼（h-BN）之间。我们确定色散，特别是等离子体激元阻尼在真实空间。我们发现了前所未有的低等离子体激元阻尼结合强场约束，并确定了主要的阻尼通道作为内在的热声子在石墨烯和介电损耗的h-BN。对低等离子体激元阻尼的观测和深入理解是石墨烯纳米光子和纳米光电子器件发展的关键。
2014-09-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Intra-band and Inter-band Plasmons in Transition Metal Dichalcogenide-Graphene van der Waals Heterostructures
在早期的工作中，已经表明石墨烯单层的范德华异质结构（vdWHs）在2D过渡金属二硫属化物（GrTMD）衬底上的分散包括自旋分裂的带隙带。使用这些，它也表明，带内等离子体色散的有限掺杂和长波长限制涉及的Q2/3（非常规）的行为，而不是众所周知的Q1/2的行为。本文报道了这种vdWH的光学电导率和光学性质。我们发现，有没有（带间）等离激元的电子掺杂，只要Gr-TMD异质结构是由正介电常数材料上下包围。然而，如果异质结构被负介电常数（NDC）材料包围，人们发现将有声学等离子体激元。对于空穴掺杂的情况，不需要NDC材料。我们发现，当载流子密度大于一个适度的临界值时，也会出现栅电压可调的带内声等离子体激元。与掺杂石墨烯相比，GrTMD等离子体激元的更强的嵌顿能力是本工作的另一个值得注意的结果。人们发现，带内吸收率是随着频率在一个给定的栅极电压，并在一个给定的频率与栅极电压增加;带间透射率，然而，是一个递减的函数的频率和栅极电压。
2018-04-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Generalization of the effective mass method for semiconductor structures with atomically sharp heterojunctions
本文将Kohn-Luttinger函数方法推广到具有原子级尖锐异质结的异质结构的情形，这种异质结是基于具有锌-锡对称性的相关半导体的晶格匹配层。对于（001）异质结中靠近Γ点的电子态，考虑到有效质量的空间依赖性和原子级尖锐异质结的影响，导出了单带有效质量方程.一个小的参数被确定，在权力，它是可能的分类的各种贡献这个方程。对于空穴态，由于异质结的尖锐性，仅考虑对有效哈密顿量的主要贡献。推导出了在二维布里渊区中心控制重、轻空穴态混合的参数表达式。
2001-10-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Atomically Thin Boron Nitride: Unique Properties and Applications
原子薄的氮化硼（BN）是一种重要的二维（2D）纳米材料，具有许多不同于石墨烯的性质。在这篇专题文章中，概述了石墨烯通常无法实现的这些独特特性和相关应用。本文从原子级薄BN的表征和鉴定开始。随后展示了它们在高温下的强抗氧化性以及在保护金属免受氧化和腐蚀方面的应用。作为平面绝缘体，BN纳米片是表面增强拉曼光谱（SERS）和基于二维异质结构的电子器件的理想介质基底。BN纳米片在深紫外（DUV）和紫外（UV）区域的光发射也包括其科学和技术重要性。最后一部分是致力于BN纳米带，一种特殊形式的纳米片的合成，表征和光学性能。
2016-05-04 cond-mat.mtrl-sci
Ultra-confined q2/3- plasmons and optical properties of graphene-transition metal dichalcogenide heterostructures
我们报告了与等离子体激元和光电子学的关键参数，如吸光度和透射率，在2D过渡金属二硫属化物（GrTMD）衬底上的石墨烯单层的范德华异质结构中的有趣的可能性。我们得到的禁带与Rashba自旋轨道耦合依赖的赝塞曼场由于衬底诱导的相互作用的相互作用。这使我们能够获得在有限掺杂的情况下，完全忽略自旋翻转散射事件的介电函数的表达式。我们观察到屏蔽的相对强度几乎是一个常数，相对于载流子密度的变化。与独立的石墨烯相比，GrTMD等离子体激元（可调）的更强的限制能力是我们分析的主要结果;等离子体激元色散产生q2/3行为，而不是众所周知的q1/2行为。我们还发现，吸收率和透射率是频率和栅电压的增函数。这一结果对于利用光电导和光电效应的器件是有用的。
2017-03-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Electrical generation of surface plasmon polaritons in plasmonic heterostructures
National University of Singapore（新加坡国立大学）
本研究通过直接耦合电子-空穴偶极子到量化的SPP场，实现了等离子体异质结构中中等范围SPP的电生成，展示了非热、可调偏置的SPP发射，达到1%的功率转换效率和100的Purcell因子。
2025-12-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Advances in momentum-resolved EELS of phonons, excitons and plasmons in 2D materials and their heterostructures
University of Oslo（奥斯陆大学）；Ferdinand-Braun-Institut (FBH)（费迪南德·布劳恩研究所）
本文综述了动量分辨电子能量损失谱在二维材料及其异质结构中探测声子、等离激元和激子及其耦合的研究进展，强调其高分辨率和纳米级空间选择性。
2025-10-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Tailoring Semiconductor Lateral Multi-junctions for Giant Photoconductivity Enhancement
半导体异质结构作为新科学和技术的推动者发挥了关键作用。作为原子级薄半导体的过渡金属二硫属化物（TMD）的出现开辟了半导体异质结构的新前沿，其通过堆叠不同的TMD以形成垂直异质结或通过经由直接生长横向缝合它们以形成横向异质结。在传统的半导体异质结构中，多结的设计是实现载流子限制的关键。类似地，我们报道了通过化学气相沉积直接生长成功合成单层WS 2/WS 2（1-x）Se 2x/WS 2多结横向异质结构。生长的结构，其特征在于拉曼，光致发光，和环形暗场扫描透射电子显微镜，以确定其横向成分分布。更重要的是，使用微波阻抗显微镜，我们表明，在合金区域的局部光电导可以定制和增强2个数量级以上的纯WS 2。有限元分析证实，这种效应是由于载流子扩散和限制到合金区。我们的工作证实了原子级薄横向异质结构在光电应用中的技术潜力。
2017-09-15 cond-mat.mtrl-sci
Localized Excitons in NbSe$_2$-MoSe$_2$ Heterostructures
原子薄材料中的中性和带电激子（trion）为光子学提供了重要的功能，从超快光电探测器到高效发光二极管和激光器。最近的研究范德华（vdW）异质结构由不同的单层材料已经发现了丰富的光学现象，主要是由层间相互作用。在这里，我们研究了NbSe $_2$ - MoSe $_2$ vdW异质结构的光学性质，它为研究金属-半导体界面（光电子学中的常见元素）提供了重要的模型系统。通过低温光致发光（PL）显微镜，我们发现了一个尖锐的发射功能，L1，这是本地化的NbSe $_2$覆盖区域的MoSe $_2$。L1是在低于通常研究的MoSe $_2$激子和trions的能量下观察到的，并且表现出与限制势中的激子局域化一致的温度和功率依赖性PL。值得注意的是，L1不仅在不同的样品中非常稳健，而且在各种制造工艺下也非常稳健。使用第一性原理计算，我们揭示了激子本地化所需的限制电位自然产生的平面内的能带弯曲，由于原始的MoSe $_2$和NbSe $_2$ - MoSe $_2$异质结构之间的电子亲和力的变化。我们讨论了我们的研究与原子尖锐的接口和可调电子结构的原子薄的光电子器件的影响。
2020-04-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Raman Spectroscopy, Photocatalytic Degradation and Stabilization of Atomically Thin Chromium Triiodide
作为一种具有磁性有序的二维铁磁半导体，原子级薄的三碘化铬是二维（2D）材料家族的最新成员。然而，基于CrI 3的器件和异质结构的现实探索是具有挑战性的，因为其在环境条件下的极端不稳定性。在这里，我们提出的CrI 3的拉曼特性，并证明，CrI 3的主要降解途径是光催化取代碘水。虽然Al 2 O3、PMMA和六方BN（hBN）的简单封装仅导致降解速率的适度降低，但最小化光暴露显著提高了稳定性，并且夹在hBN层之间的CrI 3片在空气中稳定>10天。通过监测降解过程中CrI 3/石墨烯异质结构的传输特性，我们表明，水铬溶液空穴掺杂石墨烯。
2018-05-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Charge versus energy transfer in atomically-thin graphene-transition metal dichalcogenide van der Waals heterostructures
范德华异质结是由二维材料堆叠而成的，具有独特的光-物质相互作用，有望成为新型光电子器件。这种器件的性能由近场耦合控制，例如，层间电荷和/或能量转移。需要新的概念和实验方法来正确地描述二维异质界面。在这里，我们报告层间电荷和能量转移原子薄金属（石墨烯）/半导体（过渡金属二硫属化物（TMD，这里MoSe $_2$））异质结构使用光致发光和拉曼散射光谱的组合。石墨烯/MoSe $_2$中的光致发光强度被猝灭超过两个数量级，并且随着光子通量线性上升，表明室温MoSe $_2$激子寿命急剧缩短（$\sim 1~\tr{ps}$）。通过对石墨烯和MoSe $_2$拉曼模式的分析，提供了关键的补充见解，其揭示了从MoSe $_2$到石墨烯的净光诱导电子转移和MoSe $_2$中的空穴积累。值得注意的是，石墨烯的稳态费米能在狄拉克点以上的$290\pm 15~\tr{meV}$处饱和。在环境空气和真空中观察到这种行为，并讨论了频带偏移和环境影响。在这种饱和状态下，电子和空穴的平衡光诱导流动可以转移到石墨烯，这是一种有效地导致能量转移的机制。使用宽范围的光子通量和不同的环境条件下，我们发现，净光致电荷转移的存在下，石墨烯/MoSe $_2$的近统一的光致发光猝灭效率没有可测量的影响。这种相关性的缺乏强烈表明，能量转移到石墨烯是原子级薄的TMD和石墨烯之间的主要层间耦合机制。
2017-12-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Highly Confined Hybrid Spoof Surface Plasmons in Ultra-thin Metal/Dielectric Heterostructures
高度限制的“欺骗”类表面等离子体（SSP）模式的理论预测存在于一个穿孔的金属薄膜涂有一个薄的电介质层。强模限制是由层的附加波导引起的。光谱特性，场分布，和这些SSP的寿命是可调的孔的大小和形状。SSP存在于光线的上方和下方，提供两类应用：“完美”的远场吸收和有效发射到导模。实验表明，这些类等离子体激元模式可以将薄的、弱吸收的半导体薄膜变成理想的吸收体。
2010-08-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
First Principle Study for Optical Properties of TMDC/Graphene Heterostructures
$\mathrm{MX}_2$（$\mathrm{M}=\mathrm{Mo},\mathrm{W}$ ; $\mathrm{X}=\mathrm{S},\mathrm{Se}$）家族中的过渡金属二硫属化物（TMDC）和石墨烯单层分别是原子级薄的半导体和半金属。单层$\mathrm{MX}_2$已被发现作为一类用于电子和光电子应用的新型半导体。由于这两种材料的六方晶格结构，$\mathrm{MX}_2$和石墨烯通常彼此结合以制造范德华异质结构。本文基于密度泛函理论对$\mathrm{MX}_2/\mathrm{Gr}$异质结构进行了理论研究。计算了四种不同$\mathrm{MX}_2/\mathrm{Gr}$异质结的电子结构和光学性质。我们系统地比较了这些$\mathrm{MX}_2/\mathrm{Gr}$异质结构的复介电常数，吸收系数，反射率和折射率。
2022-06-14 cond-mat.mtrl-sci
Sequential Edge-Epitaxy in 2D Lateral Heterostructures
二维异质结在高性能、低功耗的光电系统中显示出巨大的应用潜力。基于垂直堆叠的异质结构的pn结已经显示出作为隧穿晶体管、发光器件和光电探测器以及作为光电池的非常有前途的性能。虽然复杂的垂直异质结构是通过不同的二维材料的范德华堆叠来制造的，但在横向异质结构中原子级尖锐的多结是一项非常具有挑战性的任务，但却是商业应用开发的可行路线。先前报道的获得MoX 2-WX 2（X= S和/或Se）型单结横向异质结构的方法涉及单步或两步生长过程。然而，这些方法缺乏控制TMD域的横向宽度以及其组成的灵活性。在这里，我们报告了一个简单的，但可扩展的合成方法，用于制造横向多结异质结构的基础上的组合不同的TMD单层[MoX 2-WX 2（X2 = S2，Se 2或SSe）]。原子尖锐的横向结连续合成的固体前体，通过只改变反应气体环境中的水蒸气的存在。这允许选择性地控制水诱导的氧化、挥发以及因此特定金属氧化物蒸气的相对量，从而导致MoX 2或WX 2的选择性边缘外延生长。空间相关的光致发光和原子分辨率的图像证实了高结晶度的单层和不同的TMD域之间的无缝横向连接。这些发现可以扩展到其他2D材料家族，并为开发复杂和原子级薄的面内超晶格，器件和集成电路奠定了基础。
2017-06-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Alkali Intercalation of Moire Heterostructures for Low-Loss Plasmonics
针对二维金属等离激元高损耗问题，提出碱金属插层六方氮化硼莫尔异质结构方案，发现钠插层可实现一阶无损耗等离激元，并明确了1eV频率下的损耗机制与速率。
2025-05-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Acoustically-driven surface and hyperbolic plasmon-phonon polaritons in graphene/h-BN heterostructures on piezoelectric substrates
石墨烯中的表面等离子体激元与极性基底中的表面声子强烈耦合，导致杂化表面等离子体激元-声子极化激元（SPPP）。我们证明，表面声波（SAW）可以用来发射传播SPPP在石墨烯/h-BN异质结构的压电基板上，如AlN，SAW诱导的表面调制作为一个动态的衍射光栅。与裸石墨烯/AlN系统相比，通过引入h-BN膜大大提高了光耦合的效率。h-BN中间层不仅显著改变了SPPP的分散性，而且还提高了它们的寿命。SPPPs的强化与石墨烯中诱导的较高载流子迁移率以及与h-BN和AlN表面声子的耦合有关。除了表面声子，双曲声子出现在多层h-BN膜的情况下，导致杂化双曲等离子体-声子极化激元（HPPPs），也介导的SAW。这些结果为工程SAW基石墨烯/h-BN等离子体器件和覆盖中红外到太赫兹范围的超材料铺平了道路。
2018-05-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Controlling excitons in an atomically thin membrane with a mirror
我们展示了一种新的方法，用于动态操纵的光学响应的原子级薄的半导体，单层的MoSe 2，通过将其悬挂在金属镜。首先，我们表明，悬浮的范德华异质结构纳入MoSe 2单层主机空间均匀，寿命加宽的激子。然后，我们将这个近乎理想的激子系统与金属镜连接，并展示了对激子-光子耦合的控制。具体来说，通过机电改变异质结构和镜子之间的距离，从而改变了当地的光子态密度在一个可控的和可逆的方式，我们表明，激子的吸收和发射特性可以动态调制。这种在机械柔性、原子级薄半导体中对激子动力学的机电控制开辟了腔量子光学力学、非线性量子光学和拓扑光子学的新途径。
2019-12-01 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Chemical assembly of atomically thin transistors and circuits in a large scale
下一代电子产品需要硅以外的新材料，以提高集成电路的功能、性能和规模。碳纳米管和半导体纳米线处于这些材料的最前沿，但由于大规模应用所需的复杂制造技术而面临挑战。二维（2D）无间隙石墨烯和半导体过渡金属二硫属化物（TMDC）由于其原子厚度、化学稳定性和可扩展性而成为有前途的电子材料。二维电子结构组装的困难在于对金属和半导体原子薄膜的精确空间控制。最终，这阻碍了在现代电子产品中集成原子元素的成熟。在这里，我们报告的大规模空间控制合成的单层半导体二硫化钼（MoS 2）横向接触导电石墨烯。过渡电子显微镜（TEM）研究表明，单层MoS 2在石墨烯的边缘成核，产生横向2D异质结构。我们证明了这种化学组装的二维原子晶体管具有高的介电常数（10 μ S）、开关比（10^6）和迁移率（20 cm ^2 V^-1 s^-1）。我们组装2D逻辑电路，如具有高电压增益的异质结NMOS反相器，高达70，通过原子级薄的导电和半导体晶体的精确位置选择性实现。这种二维异质结构的可扩展化学组装可能会开创二维电子电路和计算的新时代。
2015-12-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Harmonic-Induced Plasmonic Resonant Energy Transfer between Metal and Semiconductor Nanoparticles
本研究提出谐波诱导等离激元共振能量转移（HIPRET）机制，通过氧化铝层调控CuS与Au纳米颗粒间距，实现超快可调谐上转换，为高效非线性纳米器件提供新策略。
2024-12-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Ultralong Lifetime Plasmons on Picosecond Time Scale Enabled by Hybrid Plasmon-Phonon Polaritons
石墨烯等离子体激元对于在宽频域中工作的紧凑型光学器件具有极大的兴趣，其具有高速和非常低的能量消耗。然而，石墨烯等离子体激元在大多数衬底上迅速衰减，主要是由于来自衬底表面声子和杂质的散射损耗。在这里，我们发现了一种新的杂化等离子体声子极化激元模式在石墨烯/h-BN范德华异质结构，这使得超长的混合等离子体激元寿命高达1.6皮秒，最长的等离子体激元寿命有史以来证明。这种显著的长寿命来自于长寿命h-BN横向光学声子与石墨烯等离子体的耦合，石墨烯等离子体仅存在于单层异质结构中。我们的发现和理解这种未开发的混合模式提供了一种新的方法来调整等离子体激元的行为在频率，时间和空间域。这可能会引入一种新的范例，以产生具有超长寿命的高度受限等离子体激元，用于各种应用，如深亚波长超材料，超低损耗波导和超快光开关。
2015-11-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Atomically flat interface between a single-terminated LaAlO3 substrate and SrTiO3 thin film is insulating
用原子力显微镜研究了（100）取向的LaAlO 3（LAO）单晶的表面终止，并通过退火优化得到单终止原子级平坦表面。然后在单端LAO衬底上实现原子级平坦的STO膜，预期其类似于二维电子气（2DEG）的n型界面，即，（LaO）-（TiO 2）。特别地，其可以作为典型的2DEG异质结构的镜像结构，以进一步阐明2DEG的起源。这种新开发的界面被确定为高度绝缘。此外，这项研究表明了一种方法，以实现原子级平坦的薄膜生长的LAO基板的基础上。
2012-05-08 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Cross-sectional imaging of individual layers and buried interfaces of graphene-based heterostructures and superlattices
通过将各种二维（2D）原子晶体[1]堆叠在彼此的顶部，可以创建具有设计的电子特性的多层异质结构和器件[2-5]。然而，在组装过程中，各种吸附物被困在层之间，这不仅影响了所得的质量，而且还阻止了由范德华相互作用维持的真正的人造层状晶体的形成，而是通过污染物形成胶合在一起的层压材料。透射电子显微镜（TEM）显示，石墨烯和氮化硼单层（两种最佳表征的2D晶体）被碳氢化合物密集覆盖（即使在高真空中热退火后），并且仅显示出适合原子分辨率成像的小的干净斑块[6-10]。这一观察似乎不利于创造具有原子级尖锐界面的范德华材料和异质结构的任何现实前景。在这里，我们采用横截面TEM来观察几种石墨烯-氮化硼异质结构的侧视图。我们发现，被困的碳氢化合物分离成孤立的口袋，离开界面原子清洁。此外，我们观察到一个明确的界面粗糙度和封装的石墨烯的电子质量之间的相关性。这项工作证明了原子层精度组装异质结构的概念，并提供了他们的第一个TEM图像。
2012-09-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Discovery of interlayer plasmon polaron in graphene/WS$_2$ heterostructures
该研究在石墨烯/单层WS$_2$异质结构中首次发现层间等离子体极化子，通过microARPES实验和有效多体模型揭示其形成机制，对二维TMD器件的光电性质具有重要影响。
2023-08-31 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Energy dispersive X-ray spectroscopy of atomically thin semiconductors
我们报告的实施能量色散X射线光谱的层状半导体的形式原子薄的过渡金属二硫属化物。该技术是基于扫描电子显微镜配备了硅漂移检测器的能量色散X射线分析。通过优化数值模拟和实验中的操作参数，我们实现了几层晶体的层分辨灵敏度下降到单层极限，并展示了过渡金属二硫属化物的垂直和横向异质双层中的元素组成分布。该技术可以直接应用于其他层状二维材料和范德华异质结构，从而扩展了实验工具箱，用于定量表征原子薄材料和器件的层数，原子组成或合金梯度。
2022-11-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Unique excitonic effects in tungsten disulphide monolayers on two-layer graphene
已知原子级薄异质结构中的光发射取决于材料的类型、组成层的数量和堆叠顺序。在这里，我们表明，二维基板的厚度可以是至关重要的调制光发射。我们研究了单层二硫化钨（WS2）在单层和双层外延石墨烯上构建的垂直异质结构中的层依赖性电荷转移，揭示了层间电子耦合对这种异质结构的激子性质的影响。我们带来的证据表明，WS2的激子性质可以有效地调整支持石墨烯层的数量。将WS2单层与双层石墨烯集成导致光致发光响应的显著增强，与单层石墨烯上支撑的WS2相比高出一个数量级。我们的研究结果强调了在构建原子级薄层异质结构时衬底工程的重要性。
2018-04-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Engineered electronic states in atomically precise artificial lattices and graphene nanoribbons
制备具有设计电子性质的原子级精确结构是凝聚态物理的新兴课题之一。所需的结构控制水平可以通过使用扫描隧道显微镜（STM）的尖端进行原子操作或通过自下而上的化学合成来达到。在这篇综述中，我们重点介绍了在构建新型的，原子级精确的人工材料的最新进展：人工晶格通过原子操纵和石墨烯纳米带（GNRs）实现的表面合成。我们总结了所需的理论背景和最新的实验在人工晶格，一维晶格中的拓扑状态，石墨烯纳米带和石墨烯纳米异质结的实验，和石墨烯纳米带中的拓扑状态。最后，我们总结了我们的评论与展望设计量子材料与工程电子结构。
2019-10-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Double-sided van der Waals epitaxy of topological insulators across an atomically thin membrane
研究通过原子级石墨烯或hBN薄膜实现拓扑绝缘体Sb$_2$Te$_3$和Bi$_2$Se$_3$的双侧范德华外延，制备隧道结并利用磁隧穿光谱揭示了无质量Dirac电子在拓扑表面态螺旋Landau能级间的共振隧穿。
2024-05-31 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
A nonlinear metasurface combining telecom-range intersubband transitions in GaN/AlN quantum wells with resonant plasmonic antenna arrays
我们在超窄GAN/AlN多量子阱异质结构中实现并研究了一种利用子带间跃迁的非线性超颖表面。由于巨大的能带偏移，该结构在1.55 $μ$ m附近的电信窗口中提供谐振跃迁。这些异质结构功能化与等离子体天线阵列，其特征在于交叉极化共振在这些近红外波长和它们的第二谐波。这种非线性超颖表面允许在垂直入射下产生大量的二次谐波，这对于下面没有多量子阱结构的天线阵列是完全不存在的。虽然二次谐波最初仅辐射到量子阱的平面中，但是等离子体激元元件的适当几何布置允许将二次谐波光重定向为自由空间辐射，其垂直于表面发射。
2021-05-20 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Field effect in stacked van der Waals heterostructures: Stacking sequence matters
堆叠的范德华（vdW）异质结构，其中半导体二维（2D）材料与覆盖的石墨烯电极接触，实现了原子级薄的柔性电子器件。我们使用第一性原理量子输运模拟石墨烯接触的MoS2器件，以显示晶体管效应如何严重依赖于相对于栅极的堆叠配置。我们可以将这种行为追溯到接触区对栅极感应的电容性电场的堆叠相关响应。接触电阻是一个中心参数，我们的观察建立了一个重要的设计规则，基于二维原子晶体的设备。
2016-08-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Atomically thin binary V-V compound semiconductor: a first-principles study
寻找新的二维半导体材料是开发下一代低维电子器件的关键。利用第一性原理计算，提出了一类具有单层黑磷烯（$α$）和蓝磷烯（$β$）结构的二元V-V族化合物半导体（PN，AsN，SbN，AsP，SbP和SbAs）.我们的声子谱和室温分子动力学（MD）计算表明，所有的化合物是非常稳定的。此外，发现大多数化合物在可见光频率范围内呈现中等的能隙，其能隙可以通过面内应变逐渐调谐。特别是，$α$ -相V-V化合物具有直接带隙，而$β$ -SbN、AsN、SbP和SbAs可能是2D太阳能电池材料的有希望的候选材料，因为声学和光学声子模式之间存在较宽的带隙。此外，还可以使用晶格匹配的$α$（$β$）-SbN和磷烯构建垂直异质结构，并且发现两种vdW异质结构都具有有趣的直接带隙。本研究不仅拓宽了层状V族半导体的范围，而且为二维V-V族在光电和纳米电子半导体器件中的潜在应用提供了前所未有的途径。
2016-04-06 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Field-effect tunneling transistor based on vertical graphene heterostructures
我们报道了一种双极场效应隧穿晶体管，它利用了石墨烯的低态密度和它的一个原子层厚度。我们的概念验证设备是石墨烯异质结构，具有原子级薄的氮化硼作为隧道势垒。它们表现出室温开关比~50，通过优化器件结构可以进一步提高该值。这些器件具有高频操作和大规模集成的潜力。
2011-12-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
