Emerging Device Applications for Semiconducting Two-Dimensional Transition Metal Dichalcogenides
随着剥离和合成技术的进步，最近已经分离和表征了半导体过渡金属二硫属化物的原子薄膜。它们的二维结构，加上在电磁波谱的可见光部分的直接带隙，表明适合于数字电子学和光电子学。为此，已经报道了几类高性能设备，以及在理解其物理特性方面的重大进展。在这里，我们提出了一个审查的架构，工作原理和物理的电子和光电子器件的基础上，过渡金属二硫族化物半导体。通过严格评估和比较这些器件与竞争技术的性能，确定了这类新兴电子材料的优缺点，从而为未来的发展提供了路线图。
2014-02-01 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Spectroscopic studies of atomic defects and bandgap renormalization in semiconducting monolayer transition metal dichalcogenides
评估原子缺陷态及其对二维范德华半导体过渡金属二硫属化物（SC TMD）的电子性质的影响是促进利用这些低维材料的下一代电学和光学器件应用的多学科努力的主要任务。在这里，我们利用电子隧穿和光学光谱测量，利用密度泛函理论，在光谱上定位了四个代表性的单层SC TMD中的硫属原子空位的中间带隙态（MoS2，WS2，MoSe2，WSe2），仔细分析了四种不同材料中原子缺陷的相似性和不同性，以及缺失硫族元素原子的物理来源和对SC mTMD的影响特性.此外，我们解决了准粒子和光学能隙的SC mTMD薄膜，并发现许多机构的相互作用显着扩大准粒子的能隙和激子的结合能，当半导体单层封装由非相互作用的六方氮化硼层。
2019-10-31 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Intrinsic spin-valley locking for conducting electrons in metal-semiconductor-metal lateral hetero-structures of $1H$-transition-metal dichalcogenides
原子层状材料的横向异质结构改变了原始晶体的电子性质，并提供了生产有用的单层材料的可能性。我们揭示了$1H$ -过渡金属二硫属化物的金属-半导体-金属横向异质结固有地具有具有自旋谷锁定的电子传导通道，例如，栅电极我们从理论上研究了横向异质结的电子结构和输运性质，并表明异质结通过半导体过渡金属二硫族化物中的$K$和$K'$谷产生导电通道，并由于谷依赖的电荷转移效应限制了每个谷中导电电子的自旋。此外，理论研究表明，WSe异质结$_2$实现了谷自旋锁定电子的高传输概率，即使在一个长的半导体区。异质结还提供有用的电子输运性质，阶梯状I-V特性。
2022-03-02 cond-mat.mes-hall
Tunable Contact Resistance in Transition Metal Dichalcogenide Lateral Heterojunctions
半导体过渡金属二硫属化物的接触电阻已被证明在与其金属相形成的横向异质结中减小，但其起源仍然难以捉摸。在这里，我们结合第一性原理和量子输运计算，合理化这些结构的接触电阻的相位，组成（WTe 2，MoTe 2，WSe 2，和MoSe 2），和通道的长度。我们发现，在金属1 T '-WTe 2/1 T'-MoTe 2结的电荷注入是接近理想的电极布洛赫态保持离域通过沟道。1 T '硒化物和碲化物的混合物由于铅和沟道中的状态之间的动量失配而偏离这种情况。在半导体沟道中，大的肖特基势垒使电接触退化。带边缘周围，接触电阻值是约一个数量级低于那些实验表明，掺杂和相位工程可以用来克服这个问题。我们预测，在室温下，这些结的传输制度从电子发射隧道短于3 nm的通道。我们还讨论了在金属/半导体界面的状态的存在。通过支撑机制来控制异质二维材料中的接触电阻，这项工作证明了对开发适用于光电子和相变材料应用的器件的价值。
2019-12-24 cond-mat.mes-hall
Pinning-induced pn junction formation in low-bandgap two-dimensional semiconducting systems
提出了一种在二维半导体系统（如石墨烯）中金属-半导体接触附近形成$pn$结的模型。当能带弯曲导致结费米能级和狄拉克能级之间的交叉时，载流子类型切换发生在金属-半导体结附近的区域中。一个偏置依赖的耗尽区发生由于载流子密度的最小化，这是作为一个额外的寄生电阻器件。$pn$结电阻是由它在传输长度结构中的实现来证明的。
2015-09-01 cond-mat.mes-hall
Proximity induced spin-orbit splitting in graphene nanoribbons on transition metal dichalcogenides
我们利用第一性原理研究了石墨烯纳米颗粒（GNR）和过渡金属二硫属化物（TMD）单层形成的异质结构的电子结构。我们考虑半导体和金属的TMD，和不同的堆叠配置。我们发现，当TMD是半导体时，对GNR的能带结构的影响很小。特别是自旋分裂引起的GNRs带上的接近是唯一的顺序几毫电子伏的堆叠配置无关。当TMD是金属的，如NbSe 2，我们发现，自旋分裂诱导的GNRs可以是非常大的，强烈依赖于堆叠配置。对于最佳堆叠配置的邻近诱导的自旋分裂是扶手椅型石墨烯纳米带的20 meV的顺序，和高达40 meV的锯齿形石墨烯纳米带。这一结果对于利用GNR-TMD异质结实现支持Majorana模的准一维拓扑超导态的前景是令人鼓舞的。
2020-05-25 cond-mat.mes-hall
Microscopic Origin of the Valley Hall Effect in Transition Metal Dichalcogenides Revealed by Wavelength Dependent Mapping
过渡金属二硫属化物（TMDs）半导体单层结构的能带结构具有两个简并谷，其Berry曲率大小相等但方向相反。已经预测，当用圆偏振光照射时，带间跃迁在这些谷中产生电子和空穴的不平衡的非平衡群体，导致当电流流过系统时在零磁场处的有限霍尔电压。这就是最近在实验中观察到的所谓谷霍尔效应。在这里，我们表明，这种效果是由光生的中性激子和带电trions介导的，而不是由带间跃迁产生独立的电子和空穴。我们进一步展示了一种实验策略，基于波长依赖的霍尔电压的空间映射，这使得激子和trion贡献的谷霍尔效应被区分在测量中。这些结果代表了我们对半导体过渡金属二硫属化合物中光致谷霍尔效应微观起源的理解向前迈出了重要一步，并通过实验证明了复合准粒子（例如trions）也可以具有有限的Berry曲率。
2017-08-31 cond-mat.mes-hall
Origin and magnitude of 'designer' spin-orbit interaction in graphene on semiconducting transition metal dichalcogenides
我们使用的实验技术相结合，以证明一般发生的自旋轨道相互作用（SOI）在石墨烯上的过渡金属二硫属化物（TMD）衬底。我们的测量结果表明，SOI是超强的，非常强大，尽管它只是界面诱导，既没有石墨烯也没有TMD衬底改变其结构。这被发现的情况下，无论使用的TMD材料的传输制度，在石墨烯带中的载体类型，和石墨烯多层的厚度。具体来说，我们进行弱反局域化测量作为最简单和最一般的诊断SOI，并表明，自旋弛豫时间是非常短的，在所有情况下，无论弹性散射时间。如此短的自旋弛豫时间强烈表明SOI起源于石墨烯能带结构的改性。我们通过测量WSe $_2$上的高质量双层石墨烯中的低场Shubnikov-de Haas磁阻振荡中的栅极相关拍频和相应的频率分裂来证实这一预期。这些测量提供了SOI诱导的电子能带结构分裂的明确诊断，并且它们的分析使我们能够确定Rashba项和所谓的自旋谷耦合项的SOI耦合常数，即，最近在石墨烯中的界面诱导SOI的理论预测的条款。发现SOI分裂的幅度在10 meV的量级上，比石墨烯固有的SOI大100倍以上。界面诱导SOI的能带特性以及其鲁棒性和大幅度使石墨烯-TMD成为一种有前途的系统，以实现和探索各种自旋相关的输运现象，特别是诸如自旋-霍尔和谷-霍尔拓扑绝缘态。
2016-06-06 cond-mat.mes-hall
Optically bright $p$-excitons indicating strong Coulomb coupling in transition-metal dichalcogenides
结果表明，本征悬浮半导体过渡金属二硫属化物中的强库仑耦合可以超过激子基态所需的临界值。偶极允许的光学激发则对应于激子内跃迁，使得狄拉克点附近的光学亮激子跃迁具有类$p$对称性，而类$s$态是偶极禁止的。大的本征耦合强度似乎是半导体过渡金属二硫属化物的一般性质，并且即使在像SiO $_2$这样的典型衬底上生长的样品中也可以观察到以光学选择规则形式的强库仑耦合签名。对于WS $_2$和WSe $_2$的例子，计算的激子共振能量与最近的实验表现出良好的协议。
2015-07-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Band filling and cross quantum capacitance in ion gated semiconducting transition metal dichalcogenide monolayers
基于半导体过渡金属二硫属化物（TMD）的离子液体门控场效应晶体管（FET）被用于研究丰富多样的极其有趣的物理现象，但是载流子如何在这些系统中积累的重要方面尚不清楚。我们解决这些问题通过一个系统的实验研究的运输在单层的MoSe $_2$和WSe $_2$作为磁场和栅极电压的函数，探索范围从约10 $^{14}$ cm $^{-2}$空穴的价带中的4 × 10 $^{14}$ cm $^{-2}$电子的导带中的载流子的累积密度。我们确定的条件时，化学势进入不同的谷在单层能带结构（K和Q谷的导带和两个自旋分裂的K谷的价带），并发现一个独立的电子图片描述的占领状态。然而，出乎意料的是，当多个谷被占据时，实验显示出器件电容的非常大的变化，这与这些系统的通常预期的量子电容贡献完全不相容，$\textit{C}$ $_Q$ = $\textit{e}^2$ /（d $μ$ /d $\textit{n}$）。这种意想不到的行为归因于交叉量子电容的存在，交叉量子电容源于一个板上的电荷产生的电场与另一个板上的电荷的屏蔽。因此，我们的研究结果揭示了物理系统电容的重要贡献，而这一点到目前为止几乎完全被忽视。（由于篇幅限制，摘要较短-全文见手稿）
2019-12-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Multiscale Modeling of Semimetal Contact to Two-Dimensional Transition Metal Dichalcogenide Semiconductor
发展了一种多尺度模拟方法，模拟了半金属与单层二维过渡金属二硫族化物（TMDC）半导体之间的接触输运性质。从量子输运的角度阐明了半金属和TMDC半导体接触之间的低接触电阻的机制。模拟结果与最近的实验相比，毫不逊色。此外，结果表明，通过设计介电环境并将TMDC材料掺杂至<100 $Ω$，可以进一步降低铋-MoS 2接触的接触电阻。$μ$ m.量子输运模拟表明，有可能实现约1 nm的超短接触转移长度，这可以允许接触尺寸的积极缩放。
2022-07-12 cond-mat.mes-hall
Observation of giant bandgap renormalization and excitonic effects in a monolayer transition metal dichalcogenide semiconductor
二维（2D）过渡金属二硫属化物（TMD）具有新颖的电学和光学性质，正成为探索二维半导体物理的新平台。在2D中减少屏蔽导致显著增强的电子-电子相互作用，这已被预测产生巨带隙重整化和激子效应。然而，目前，在这些材料中，几乎没有直接的实验证实这种多体效应。在这里，我们提出了一个非常大的激子结合能在二维半导体TMD的实验观察。我们通过扫描隧道光谱（STS）确定单层MoSe 2的单粒子电子带隙，以及通过光致发光光谱（PL）确定两粒子激子跃迁能量来实现这一点。这些量产生单层MoSe 2的激子结合能为0.55 eV，该值比在常规3D半导体中看到的大几个数量级。我们的从头计算GW和Bethe Salpeter方程计算，其中包括电子相关效应，证实了这一发现。本文所观察到的重整化带隙和大激子束缚将对基于单层半导体TMD的电子和光电子器件技术产生深远的影响。
2014-08-26 cond-mat.mes-hall
Optical orientation with linearly polarized light in transition metal dichalcogenides
利用有效质量狄拉克模型，研究了强面外磁场作用下过渡金属二硫属化物半导体单分子膜的光学性质。在Hartree-Fock水平上，我们着重讨论了自旋轨道耦合效应、掺杂水平和电子-电子相互作用对量子阱的影响。我们发现，光诱导谷和自旋不平衡，通常获得与圆偏振光，也可以获得与线偏振光在掺杂制度。此外，我们探索了一种交换驱动机制，以提高自旋轨道分裂的导带，在n掺杂系统中，控制载流子密度和所施加的磁场的强度。
2019-03-13 cond-mat.mes-hall
Theory of strain in single-layer transition metal dichalcogenides
应变工程已成为一个强大的工具，以修改二维晶体的光学和电子性能。本文对应变半导体过渡金属二硫属化合物进行了系统的研究。应变的影响被认为是在一个完整的Slater-Koster紧束缚模型，这为我们提供了整个布里渊区的能带结构。由此，我们推导出一个有效的低能量模型有效的K点周围的BZ，其中包括条款高达二阶的动量和应变。对于一般的应变分布，我们表明，该模型的解决方案可以表示在谐振子和双量子阱模型，分别为价带和导带。我们进一步研究了均匀应变引起的电子和空穴带边位置的变化。最后，我们讨论了自旋应变耦合在这些二维半导体材料中的重要性。
2015-11-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Giant Resistance Switch in Twisted Transition Metal Dichalcogenide Tunnel Junctions
本文预测扭转过渡金属二硫化物隧道结中基于相对自旋轨道分裂的巨电阻开关，量子输运计算显示开关电阻可达10^6%，并可在室温下工作，为下一代存储和电子应用提供新途径。
2023-11-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Direct probing of phonon mode specific electron-phonon scatterings in two-dimensional semiconductor transition metal dichalcogenides: Symmetry and Berry phase
固体系统中的电子-声子散射是决定诸如载流子迁移率和热导率等许多关键物理量的关键过程。在这里，我们报告的声子模式特定的电子-声子散射的直接探测在层状半导体过渡金属dichalcogenides WSe 2，MoSe 2，WS 2，和MoS 2通过非弹性电子隧穿光谱测量，量子输运模拟和密度泛函计算。我们的实验和理论特征动量守恒的单和双声子电子-声子散射涉及多达8个单独的声子模式在单层和双层膜，其中横向，纵向声学和光学，弯曲光学声子量子电荷流中发挥重要作用。此外，我们观察到，双声子非弹性电子隧穿过程，这被证实是通用的在所有四个半导体层，由层数依赖的对称性，量子干涉，和几何Berry相位。
2022-03-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Valley Dynamics of Excitons in Monolayer Dichalcogenides
单层过渡金属二硫属化物（TMDC）最近出现作为可能的候选人谷电子应用，作为自旋和谷赝自旋直接耦合和稳定的一个大的自旋分裂。在这些半导体材料中，光学激发的电子-空穴对形成具有大结合能的紧密库仑束缚激子。激子跃迁的选择规则允许使用共振激发直接光学产生谷偏振激子群体。在这里，我们调查激子谷动力学在三个不同的TMDC单分子膜的时间分辨克尔旋转在低温下。我们观察到明显的差异，在谷动力学的钨和钕基TMDC，这是直接相关的导带自旋分裂在这些材料中的相反顺序。
2017-06-07 cond-mat.mes-hall
Orbital Hall Insulating Phase in Transition Metal Dichalcogenide Monolayers
我们发现，H相变金属二硫属化物（TMD）单层，如MoS $_2$和WSe $_2$，是轨道霍尔绝缘体。他们目前非常大的轨道霍尔电导率平台在其半导体间隙，自旋霍尔电导率消失。我们的研究结果打开了使用TMD的轨道电流注入和轨道扭矩转移，超过他们的自旋对应的自旋轨道电子器件的可能性。TMD单分子膜中的轨道霍尔效应（OHE）即使在没有自旋轨道耦合的情况下也会发生。它可以与奇异的动量空间Dresselhaus类轨道纹理联系起来，类似于2D狄拉克费米子中的自旋动量锁定，它是由轨道属性和晶格对称性的组合产生的。
2020-04-30 cond-mat.mes-hall
Degenerately Doped Transition Metal Dichalcogenides as Ohmic Homojunction Contacts to Transition Metal Dichalcogenide Semiconductors
在寻找一种改进的策略，以形成低电阻接触到MoS 2和相关的半导体过渡金属二硫属化物，我们使用从头算密度泛函电子结构计算，以确定的平衡几何形状和电子结构的MoO 3/MoS 2和MoO 2/MoS 2双层。我们的研究结果表明，除了与电荷转移相关的刚性能带位移，氧化钼的存在下修改的电子结构的二硫化钼非常少。我们发现，在双层中的电荷转移提供了足够程度的空穴掺杂到二硫化钼，导致在一个高度透明的接触区。
2019-05-01 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Tight-binding Piezoelectric Theory and Electromechanical Coupling Correlations for Transition Metal Dichalcogenide Monolayers
半导体过渡金属二硫属化物单分子膜（TMDMs）中反型对称性的缺乏使得相当大的分子水平的本征压电性成为可能，这为原子薄的压电电子学和光电子学开辟了前景。基于紧束缚理论和Berry相极化理论，我们建立了一个原子尺度的紧束缚理论，用于解释TMDM中的压电物理。利用TB压电理论，我们预测了它们的电子Grüneisen参数（EGP），该参数用于测量电子-声子耦合。借助所建立的解析压电模型，进一步揭示了电子对压电系数的贡献与应变诱导赝磁规范场（PMF）之间的相关性.这些预测的EGP和PMF的TMDMs的实验测试，因此TB压电模型是一个替代的理论框架计算电子-声子相互作用和PMF。
2018-04-09 cond-mat.mes-hall
Spin-dependent refraction at the interface of lateral heterostructures of 2$H$-type transition-metal dichalcogenide monolayers
本文研究了空穴掺杂金属和半导体二硫属化合物单层横向异质结中电子波的折射效应。采用第一性原理计算和晶格格林函数相结合的方法，对2 $H$型MoSe $_2$ -NbS $_2$和WSe $_2$ -NbS $_2$结中的这种效应进行了理论研究.我们表明，电子波改变了在界面上的运动方向，并根据自旋沿两个不同的方向准直的速度。我们发现透射几率随电荷密度的增加而增加，折射电子束的方向相对于垂直于界面的轴接近于$\pm30^\circ$。金属过渡金属二硫属化物由于具有强的三角弯曲效应、大的费米面和塞曼型自旋轨道耦合，对折射效应是必不可少的。折射效应使得能够通过使用过渡金属二硫属化物单层的简单制造来产生自旋极化的电子电流。
2019-09-30 cond-mat.mes-hall
Excitons, trions, and biexcitons in transition metal dichalcogenides: magnetic field dependence
研究了垂直磁场对半导体过渡金属二硫属化物（TMD）单分子膜中激子、三激子和双激子的结合能和结构性质的影响。随机变分方法（SVM）与相关高斯基被用来计算这些少粒子系统的不同属性。此外，我们提出了一个简化的变分方法，支持SVM结果的激子作为磁场的函数。激子的抗磁位移与最近的实验结果进行了比较，我们将这一概念推广到trions和双激子。局部势的波动，我们模型的圆形势阱，上的结合能的trions和双激子的影响进行了研究，发现显着增加这些激子复合物的结合。
2018-05-07 cond-mat.mes-hall
Raman scattering excitation in monolayers of semiconducting transition metal dichalcogenides
该研究对四种封装于六方BN的高质量半导体过渡金属二硫化物单层开展低温拉曼散射激发（RSE）光谱研究，揭示了出射/入射共振下的声子模特征及激子-声子耦合对基态激子类型的依赖关系，证明RSE是研究该体系激子-声子耦合的有力工具。
2023-08-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Optical properties of atomically thin transition metal dichalcogenides: Observations and puzzles
本文综述了过渡金属二硫族化合物半导体单层和多层光学性质的最新研究结果。实验观察和现有模型的框架中进行了讨论，突出了我们在这一新兴研究领域的理解的局限性。我们首先介绍了这些系统的代表性能带结构和它们的带间光跃迁。外部磁场的影响，然后被认为是讨论塞曼光谱和光泵浦实验，都揭示了谷自由度相关的现象。最后，我们讨论了在不同类型的层状材料，包括宽带隙六方氮化硼单光子发射器的观察。在讨论这些主题时，我们试图把重点放在开放性问题和实验观察上，这些问题还没有一个明确的解释。
2016-12-18 cond-mat.mes-hall
Pseudo-spin triplet superconductivity in transition-metal dichalcogenide monolayers and Andreev reflection in the lateral heterostructures of 2$H$-NbSe$_2$
本文研究了过渡金属双硫属化物超导单层膜中电子对的赝自旋，表明赝自旋对超导单层膜和金属单层膜横向异质结的电输运性质有重要影响。形成库珀对的两个电子的伪自旋彼此平行，而不像真实自旋是反平行的。在横向异质结中，形成库珀对的电子输运，Andreev反射，被抑制与费米能级交叉的价带附近的边缘在金属单层。数值研究了半导体和超导过渡金属双硫族化合物、MoSe $_2$单层和NbSe $_2$单层的电荷掺杂横向异质结的电输运性质。通过改变电荷密度，我们发现了正常相和超导相电导差的符号变化，并指出这种符号变化是由赝自旋三重态超导电性引起的。
2019-05-30 cond-mat.mes-hall
Optimal charge-to-spin conversion in graphene on transition metal dichalcogenides
当石墨烯被放置在半导体过渡金属二硫属化物（TMD）的单层上时，其能带结构由于邻近自旋-轨道效应以及反转对称性的界面破缺而发展出丰富的自旋织构。在这项工作中，我们表明，在TMD单层石墨烯的低能态的特征自旋缠绕，使电流驱动的自旋极化称为逆自旋电流效应（ISGE）。通过引入一个适当的品质因数，我们量化的电荷到自旋转换的效率，并显示它是接近统一的费米能级接近自旋少数带。值得注意的是，在高电子密度下，即使占据了具有相反自旋螺旋度的子带，效率也仅以代数方式衰减。在TMD单层上石墨烯预测的巨大ISGE对无序是鲁棒的，并且在室温下仍然很大。
2017-12-29 cond-mat.mes-hall
Light matter interaction in transition metal dichalcogenides and their heterostructures
二维范德华（vdW）材料的研究是一个充满活力，快速发展和仍在增长的跨学科研究领域。2D vdW材料是真正的2D晶体，具有强的面内共价键和层之间的弱范德华相互作用，具有各种不同的电子，光学和机械特性。一类非常突出的2D材料是过渡金属二硫属化物（TMD），其中特别是半导体子类。它们的性质包括在近红外到可见光范围内的带隙，体面的载流子迁移率以及高（光）催化和机械稳定性和奇异的许多身体现象。这些特性使材料在基础研究和创新器件应用方面具有很高的吸引力。此外，该材料表现出强烈的轻物质相互作用，提供高达15%的太阳光吸收率在单层极限，强散射截面在拉曼实验和访问激子现象vdW异质结构。这篇评论的重点是在MoS2，WS2，MoSe2，和WSe2，这是由材料的复杂的介电函数和拉曼光谱研究的一阶声子模式的多样性决定的轻物质相互作用，以获得访问几个材料特性，如掺杂，应变，缺陷和温度。2D材料提供了一个有趣的平台，将它们堆叠成vdW异质结构，而没有晶格失配的限制，从而产生用于应用的新型器件，而且还可以研究奇异的许多体相互作用现象，例如层间激子。半导体TMD及其异质结构在光电子器件中应用的未来前景将被检查，并将讨论在光子激发下研究新兴的基本问题和多体量子现象的路线。
2016-11-16 cond-mat.mes-hall
Room Temperature Terahertz Electroabsorption Modulation by Excitons in Monolayer Transition Metal Dichalcogenides
非共振激光脉冲与单层过渡金属二硫族化物中激子的相互作用作为激子性质的谷选择性相干控制的一种途径正引起越来越多的关注。在这里，我们通过揭示单层MoS $_2$的激子共振上的强太赫兹场的影响来扩展已知的非共振现象的分类。我们观察到，太赫兹泵浦脉冲引起的激子的相干寿命的选择性修改，而保持其振子强度和峰值能量不变。我们合理化这些结果在理论上调用迄今未观察到的表现的Franz-Keldysh效应的激子共振。由于光吸收的调制深度在室温下达到0.05 dB/nm的值，我们的研究结果开辟了使用半导体过渡金属二硫属化物作为高速电吸收器件的紧凑和高效平台的道路。
2020-06-08 cond-mat.mes-hall
Intrinsic disorder in graphene on transition metal dichalcogenide heterostructures
石墨烯等二维材料的电子性质对其环境非常敏感，尤其是底层衬底。与非晶绝缘衬底相比，平面范德华键合衬底（诸如六方氮化硼（hBN））已经显示出通过减少形貌变化和电荷波动而大大改善石墨烯器件的电性能。半导体过渡金属二硫属化物（TMD）是范德华键合材料的另一个家族，其最近作为石墨烯的hBN的替代基底以及新型石墨烯基器件异质结构中的组分而受到关注。此外，它们的半导体性质允许动态栅极电压控制与石墨烯的相互作用强度。通过局部扫描探针测量，我们发现TMD固有的晶体缺陷诱导石墨烯中的散射，这导致异质结构质量的显著退化，特别是与hBN器件上的类似石墨烯相比。
2014-11-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Efficient Spin-Orbit Torque Generation in Semiconducting WTe2 with Hopping Transport
过渡金属二硫属化合物（TMD）与铁磁材料的自旋轨道矩（SOT）因其多功能性而成为自旋电子学研究的热点。然而，大多数以前研究的结晶TMD是通过机械剥离制备的，这限制了它们的工业应用潜力。在这里，我们表明，非晶WTe 2异质结磁控溅射沉积具有相当大的阻尼类SOT的效率-DL ^WTe 2 ~ 0.20和低阻尼常数α = 0.009/pm 0.001。实现SOT驱动的磁化翻转只需要极低的临界翻转电流密度J_c ~ 7.05 \times 10^9 A/m^2。进一步证明了共溅射W_100-xTe_x样品的SOT效率依赖于W和Te的相对成分，并观察到W_100-xTe_x样品中W和Te的相对成分的符号变化。此外，在非晶WTe 2的电子输运被发现是半导体的，并由跳跃机制。凭借上述优势和丰富的可调谐性，非晶和半导体WTe 2可作为未来自旋电子学应用的独特SOT源。
2021-01-15 cond-mat.mes-hall
Trivial and inverted Dirac bands, and emergence of quantum spin Hall states in graphene on transition-metal dichalcogenides
从第一性原理出发，研究了单层过渡金属二硫属化合物（TMDC）中石墨烯的邻近轨道效应和自旋轨道效应。发现石墨烯的狄拉克能带结构位于硫化物和硒化物的TMDC的半导体带隙内，而它与碲化物的价带合并。在前一种情况下，通过拟合唯象的有效哈密顿量，建立了狄拉克电子的邻近诱导的交错势隙和自旋轨道耦合（都在meV尺度上）。虽然在MoS $_2$、MoSe $_2$和WS $_2$上的石墨烯具有拓扑上平凡的能带结构，但在WSe $_2$上的石墨烯表现出反转的能带。利用一个现实的紧束缚模型，我们发现拓扑保护的螺旋边缘状态的石墨烯锯齿形纳米带WSe $_2$，证明量子自旋霍尔效应。该模型还具有“半拓扑状态”，仅在一个边缘上防止时间反转无序。
2015-10-01 cond-mat.mes-hall
k.p theory for two-dimensional transition metal dichalcogenide semiconductors
我们提出了$\mathbf{k}\cdotp\mathbf{p}$哈密顿参数{ \it ab initio}密度泛函理论计算描述的分散的价带和导带在其极值（$K$，$Q$，$Γ$，和$M$点的六方布里渊区）在半导体单层过渡金属二硫族化合物的原子晶体。我们回顾了参数化的$\mathbf{k}\cdotp\mathbf{p}$哈密顿量的必要部分的MoS $_2$，MoSe $_2$，WS $_2$，和WSe $_2$，包括自旋分裂和自旋极化的带，我们讨论了这些材料的振动特性。然后，我们使用$\mathbf{k}\cdotp\mathbf{p}$理论来分析在二维过渡金属二硫族化物在一个广泛的光谱范围内，覆盖了范霍夫奇异的能带结构（$M$点）的光学跃迁。我们还讨论了可视化的扫描隧道显微镜地图。
2015-04-06 cond-mat.mes-hall
Optically and electrically controllable adatom spin-orbital dynamics in transition metal dichalcogenides
我们分析了自旋谷耦合，轨道物理和磁各向异性发生在半导体过渡金属dichalcogenides，MX $_2$（M = Mo，W; X = S，Se）的单磁原子吸附的相互作用。轨道选择规则变成支配的MX $_2$中的吸附原子和电荷载流子之间的动力学交换耦合，并导致高度依赖于轨道的自旋翻转散射率，如我们所示的过渡金属吸附原子与$d^9$配置的例子。我们的从头计算表明，$d^9$配置是可实现的单一的钴，铑，或铱吸附原子的MoS $_2$，另外表现出相当大的磁各向异性。我们发现，吸附原子与MX $_2$中的载流子的相互作用允许将其行为从具有完全近藤屏蔽的量子区域调整到“伊辛自旋电子学”区域，其中其自旋轨道矩充当经典位，其可以被擦除和写入电子和光学。
2017-06-26 cond-mat.mes-hall
Twistronics and moiré superlattice physics in 2D transition metal dichalcogenides
本文综述了二维TMDs莫尔超晶格的基本性质，并重点介绍了其在光学、拓扑及关联现象等前沿研究中的重大突破。
2025-08-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Two-dimensional field-effect transistors based on lateral heterojunctions of transition metal dichalcogenides: dissipative quantum transport modeling
本文通过耗散量子输运模拟研究NbS₂/MoS₂/NbS₂横向异质结p型二维晶体管，发现栅极与沟道对准是调控肖特基势垒和器件缩放行为的关键设计参数。
2024-12-29 cond-mat.mes-hall
Three-orbital continuous model for $1H$-type metallic transition-metal dichalcogenide monolayers
我们从理论上研究了单层NbSe $_2$中的电子态，并建立了描述费米口袋中电子态的连续模型。在$1H$型金属过渡金属二硫属化物（TMDC）中，Femi表面由包围$Γ$、$K$和$K'$点的三个口袋组成。我们发现，传统的有效模型用于半导体TMDCs是不足以描述金属TMDCs的电子态，从而引入一个计划，从第一性原理的结果构建有效的模型。所有模型都可以用$3\times3$哈密顿量表示，并且根据轨道组成和相位因子很好地再现了费米能级附近的电子态。我们还表明，在硫族原子的$p$轨道，这是被忽略的传统的$2\times2$模型，在金属TMDC中起着至关重要的作用。虽然这些模型的目的是再现电子态，但它们可以很好地描述高对称点附近的态和波矢空间中的Berry曲率分布。连续模型可以作为描述金属TMDCs电子态和分析输运现象的有效工具。
2020-11-26 cond-mat.mes-hall
Magnetotransport in heterostructures of transition metal dichalcogenides and graphene
我们使用范德瓦耳斯拾取技术来制造包含WSe $_2$（WS $_2$）和石墨烯的不同异质结构。通过等离子体蚀刻来构造异质结构，通过一维边缘接触来接触，并且沉积顶栅。对于石墨烯/WSe $_2$ /SiO $_2$样品，我们观察到$\sim$ 12 000 cm $^2$ /Vs的迁移率。对这些样品的磁场依赖性电阻测量显示在低磁场下电导率的峰值。这种下降归因于弱反局域化（WAL）效应，源于自旋轨道耦合。其中石墨烯包封在WSe $_2$（WS $_2$）和hBN之间的样品显示出高得多的迁移率，高达$\sim$ 120 000 cm $^2$ /Vs。然而，在这些样品中没有观察到WAL峰。我们把这归因于从扩散到准弹道制度的过渡。在低磁场下，由于边界散射，出现了一个电阻峰，我们将其归因于尺寸效应。完全封装的样品中的Shubnikov-de Haas振荡显示出所有整数填充因子，这是由于自旋和谷简并的完全提升。
2017-08-31 cond-mat.mes-hall
Gating monolayer and bilayer graphene with a two-dimensional semiconductor
本文研究用MoS2、MoSe2、WS2和WSe2等二维半导体作为石墨烯器件的栅极，验证其在低温下的有效性，并揭示单栅和双栅结构中的电压钳位、迟滞及缺陷态电荷俘获等限制。
2025-04-11 cond-mat.mes-hall
Ballistic performance comparison of monolayer transition metal dichalcogenide MX2 (M = Mo, W; X = S, Se, Te) MOSFETs
利用密度泛函理论得到的具有跳跃势的原子紧束缚哈密顿量，采用全带弹道非平衡格林函数方法研究了单层MX 2（M = Mo，W; X = S，Se，Te）n沟道和p沟道金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）的输运性质.讨论了不同单层MX2 MOSFET的亚阈值斜率、漏致势垒降低（DIBL）和栅致漏漏（GIDL）。我们还报告了负微分电阻行为的可能性，在纳米级单层MX2 MOSFET的输出特性。
2014-02-13 cond-mat.mes-hall
Trion gas, electron-hole liquid, and metal-insulator transition in doped heterostructures based on transition metal dichalcogenides
研究了掺杂对过渡金属二硫族化合物异质结构中电子空穴液体参数的影响。绘制了弹流润滑相图。结果表明，对于高温紧束缚弹流润滑的形成，以及从半导体态（激子态）到半金属态（电子-空穴等离子体/液体）的转变，在能带中掺杂更多的谷是有利的.采用修正的Mott判据和屏蔽势变分计算方法研究了从氚气体到电子空穴等离子体的转变。研究了在无激光激发的平衡态下掺杂对金属-绝缘体相变的影响。
2022-05-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Green$'$s function approach to edge states in transition metal dichalcogenides
半导体二维过渡金属二硫属化物MX $_{2}$显示出丰富的一维金属边缘和晶界。用于计算边缘状态的标准技术通常对纳米带进行建模，并且需要使用超级单元。在本文中，我们制定了一个格林$'$的功能技术计算（半）无限二维系统的边缘状态与一个明确的边缘或晶界。我们表示格林$'$的功能方面的布洛赫矩阵，构造从一个二次特征值方程的解决方案。该技术可以应用于任何局部化的基础表示的哈密顿量。在这里，我们使用它通过紧束缚模型计算MX $_{2}$单层的边缘状态。除了基本的锯齿形和扶手椅边缘，我们研究边缘更一般的方向，结构修改的边缘，和晶界。一个简单的三带模型捕获的边缘电子结构的重要组成部分。一个十一带模型，包括所有的M和X原子的价轨道，需要获得所有的边缘状态的能量在MX $_{2}$带隙。在这里，关于穿过M原子层的镜面的奇对称态具有悬挂键的特征，并且倾向于钉扎费米能级。
2016-03-18 cond-mat.mes-hall
Theory of edge-state optical absorption in two-dimensional transition metal dichalcogenide flakes
我们建立了一个解析模型来描述二维半导体过渡金属二硫族化物（s-TMD）纳米片的亚带隙光吸收。该材料系统代表了一个阵列的几层二硫化钼晶体，随机取向的聚合物基质。我们建议，光学吸收涉及电子边缘态和体带之间的直接跃迁，强烈依赖于载流子的人口，并与足够的通量饱和。对于高于带隙一半的激发能，多余的能量被边缘态电子吸收，提高了它们的有效温度。我们的线性和非线性吸收的解析表达式可以证明是有用的工具，在实际的光子器件的设计基于s-TMD。
2016-10-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Polariton Hall Effect in Transition-Metal Dichalcogenides
我们分析了嵌入光学腔中的半导体二维过渡金属二硫族化物系统中强耦合激子和光子的性质。通过详细的耦合微观分析，我们揭示了新的，高度可调的光谱特征，导致极化激元分裂和光物质选择规则的打破。的复合极化激元的动力学的影响所产生的Berry相位从他们的成分和约束增强耦合。我们发现，光-物质耦合出现的机制，增强极化激元的Berry相位远远超出其基本成分，铺平了道路，实现极化激元霍尔效应。
2018-02-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Identifying signatures of photothermal current in a double-gated semiconducting nanotube
单壁碳纳米管（SWNT）的显著电学和光学特性使工程设备原型在光电探测器和太阳能电池等应用中显示出巨大的潜力。然而，任何走向工业成熟的道路都需要详细了解控制光电流产生过程的基本机制。在这里，我们提出了扫描光电流显微镜测量的双栅悬浮半导体单壁碳纳米管，并表明，光伏和光热机制是相关的光电流的解释。我们发现，一个或其他过程的主导或非主导的字符取决于掺杂的配置文件，并且每个贡献的大小是强烈影响的串联电阻从带对齐与金属接触。这些结果提供了新的见解，在扫描光电流显微镜的功能解释和单壁碳纳米管制成的光电子器件的理解奠定了基础。
2014-10-28 cond-mat.mes-hall
Semiconducting enriched carbon nanotube align arrays of tunable density and their electrical transport properties
我们展示了组装的溶液处理的半导体富集（99%）的单壁碳纳米管（s-SWNT）在阵列中具有不同的线密度，通过交流介电电泳和调查详细的电子传输特性的制造设备。我们发现，（i）排列的质量随施加电压的频率而变化，（ii）通过改变溶液的频率和浓度，我们可以控制阵列中s-SWNTs的线密度从1/μm到25 /μm。本文报道的25 s-SWNT / \mum的最大线密度是任何对齐的半导体阵列中最高的。DEP组装的s-SWNT器件提供了研究阵列在直接输运状态下的输运性质的机会。室温电子输运测量表明，随着纳米管密度的增加，器件的迁移率增加，而电流开关比显着降低。对于密集阵列，器件电流密度为16 μA/μm，导通电导为390 μS，薄层电阻为30 kΩ/ \square。这些值是迄今为止报道的任何半导体纳米管阵列的最佳值。
2011-05-04 cond-mat.mes-hall
Biaxial strain tuning of the optical properties of single-layer transition metal dichalcogenides
过渡金属双硫族化合物自发现以来，由于其优异的光学和力学性能，引起了人们的广泛关注。在这些二维材料中的应变工程旨在通过施加外部应变来调整它们的带隙能量并修改它们的光电特性。在本文中，我们表明，双轴应变，拉伸和压缩，可以施加和释放在几秒钟的时间尺度上的过渡金属dichalcogenides单层沉积在聚合物基板上的一种可重复的方式。我们可以通过使衬底膨胀或压缩来控制施加的双轴应变的量。为此，我们改变衬底温度并选择具有大的热膨胀系数的材料。在研究了基底应变传递的基础上，对四种过渡金属二硫属化合物单层膜（MoS 2，MoSe 2，WS 2，WSe 2）在双轴应变作用下进行了微差光谱测量，并测量了它们的光学性质。对于拉伸应变，我们观察到红移的带隙，达到高达95毫电子伏/%的单层WS 2沉积在聚丙烯的情况下的值。观察到的带隙偏移作为衬底延伸/压缩的函数遵循MoSe 2 <MoS 2 <WSe 2 <WS 2的顺序。这四种材料在双轴应变下的理论计算预测相同的趋势的材料依赖的速率的移位和再现以及在测量的反射光谱中观察到的功能。
2017-03-08 cond-mat.mes-hall
Spin transport in n-type single-layer transition metal dichalcogenides
过渡金属二硫属化物（TMD）电子能谱的谷不对称性源于自旋轨道耦合。在K和K'谷中存在符号相反的自旋-轨道场，再加上谷间散射的可能性，导致了非平凡的自旋动力学。这种动力学反映在非局部电阻对外部磁场的依赖性（Hanle曲线）中。我们从理论上计算了TMD中的Hanle形状。看来，不像传统的材料没有谷不对称性，汉勒形状在TMD是不同的正常和平行的外部场的取向。对于正常取向，它有两个峰的慢谷间散射，而快速谷间散射的形状是常见的。对于平行取向，Hanle曲线在零场处呈现尖点。这个尖点是一个缓慢衰减的谷非对称模式的自旋动力学的签名。
2016-02-13 cond-mat.mes-hall
Deterministic Thermal Sculpting of Large-Scale 2D Semiconductor Nanocircuits
二维（2D）过渡金属二硫族化物半导体（TMD）纳米电路确定性地设计在大规模的衬底上。原始方法将2D TMD层的大面积物理生长与高分辨率热扫描探针光刻（t-SPL）相结合，以在纳米级水平上重塑超薄半导体层。我们证明了添加剂nanofabbits的几层二硫化钼纳米结构，生长在2 H-半导体TMD相，所示的拉曼振动指纹和他们的光电响应。的MoS 2纳米结构的电子签名的开尔文探针力显微镜提供在纳米尺度上的化学和成分的对比度本地识别。最后，2D TMD纳米电路作为确定性的2D半导体互连的构建块的潜在作用被证明由高分辨率的局部电导率图显示这些大面积纳米层的竞争性输运性质。因此，这项工作提供了一个强大的方法，可扩展的纳米fabetics的二维纳米互连和范德华异质结构，并在现实世界中的超紧凑的电子和光子纳米器件的集成。
2022-09-22 cond-mat.mes-hall
Lateral heterostructures and one-dimensional interfaces in 2D transition metal dichalcogenides
二维（2D）材料的生长和剥落导致在具有不同组成或相的晶体之间的接合处产生边缘和新颖的界面状态。这些混合异质结构（HS）可以被构建为垂直范德华\emph{stacks}，从而产生2D界面，或者被构建为\emph{stitched}相邻单层晶体，从而产生一维（1D）界面。虽然大部分的注意力都集中在垂直HS，越来越多的理论和实验的兴趣在1D接口是显而易见的。不同2D材料之间的面内界面态继承了两种晶体的特性，从而产生具有独特的1D非抛物色散和强自旋轨道效应的稳健状态。由于这些独特的特性，这些状态为实现1D物理提供了一个令人兴奋的平台。在这里，我们回顾和讨论在一维异质结的进展，重点是半导体过渡金属二硫属化物$MX_{2}$（与$M$ =Mo，W和$X$ = S，Se，Te）之间的理论方法，以及如何界面状态可以被表征和利用。我们还解决了界面如何依赖于边缘几何形状（如锯齿形和扶手椅）或应变，晶格参数不同的界面，以及这些功能如何影响激子/光学响应。这篇评论的目的是作为一个资源，促进理论和实验研究，在这个迅速发展的领域。
2019-03-30 cond-mat.mes-hall
Tunable topological Nernst effect in 2D transition metal dichalcogenides
研究了二维TMDs中由热梯度驱动的拓扑能斯特效应，发现Bychkov-Rashba耦合可将谷能斯特信号增强1-2个数量级，且能斯特信号可通过外部栅极高度调控，为热电子学应用提供了可调平台。
2018-08-14 cond-mat.mes-hall
Visualizing Orbital Content of Electronic Bands in Anisotropic 2D Semiconducting ReSe$_{2}$
层状材料的许多性质随着它们从其块体形式减薄到单层而改变，其中实例包括2H半导体过渡金属二硫属化物中的间接到直接带隙转变以及后过渡金属单硫属化物和黑磷中的价带结构的厚度依赖性变化。在这里，我们使用角分辨光电子能谱研究单层ReSe $_{2}$的电子能带结构，一个扭曲的1T结构和面内各向异性的半导体。通过改变入射光子的偏振，我们表明，ReSe $_{2}$，在对比的2H材料，面外过渡金属$d_{z^{2}}$和硫属元素$p_{z}$轨道不显着贡献的顶部的价带，这解释了报告的弱变化，在这种化合物的电子结构作为层数的函数。我们估计的带隙为1.7 eV的原始ReSe $_{2}$使用扫描隧道光谱和探索的间隙后，表面掺杂钾的影响。估计在完全掺杂的情况下的间隙的下限为1.4 eV，这表明掺杂依赖的多体效应显着影响ReSe $_{2}$的电子性质。我们的研究结果，支持密度泛函理论计算，提供深入了解背后的偏振相关的光学性质的机制，并突出它们之间的二维晶体。
2020-05-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Moiré-Bose-Hubbard model for interlayer excitons in twisted transition metal dichalcogenide heterostructures
在半导体过渡金属二硫属化物的双层中，层之间的扭转角可以用于在与单位晶胞相比大的长度尺度上引入高度规则的周期性电势调制。在这样的结构中，可以出现相关态，其中异质结构中的激子由于激子-激子相互作用而强烈地局域化到电势最小值。我们探讨莫特和扩展激子相位之间的过渡的摩尔-玻色-哈伯德哈密顿量。跳跃和现场相互作用参数从层间激子波函数的Wannier表示获得，和非本地Rytova-Keldysh模型用于属性的二维材料中的激子的介电屏蔽。对于足够小的激子浓度和基板屏蔽我们的模型预测莫特绝缘状态的出现，建立扭曲的TMD异质结构作为可能的量子模拟玻色子多体系统。
2022-03-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Exciton Dynamics in Monolayer Transition Metal Dichalcogenides
自从发现半导体单层过渡金属二硫属化物以来，已经进行了各种实验和理论研究，以寻求理解本征激子布居衰减和谷弛豫动力学。激子衰减时间的报告范围从数百飞秒到十纳秒，而谷去极化时间可以超过一纳秒。然而，目前，在激子辐射和非辐射复合的微观机制上缺乏共识。强激子振子强度导致单个单层的吸收高达20%，这表明超快辐射复合。然而，低的量子产率和大的变化，在报告的寿命表明，非辐射俄歇型过程掩盖了内在的激子辐射寿命。在任一情况下，电子-空穴交换相互作用在激子自旋和谷动力学中起重要作用。在这篇文章中，我们回顾了导致这些结论的实验和理论，并评论了未来的实验，可以补充我们目前的理解。
2016-02-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Single Electron Quantum Dot in Two-Dimensional Transition Metal Dichalcogenides
针对 TMDC 量子点难以小型化的问题，本文提出可实验实现的多层栅控器件架构，并分析尺寸、介电厚度与能级分裂的关系，为自旋-能谷量子比特奠定基础。
2024-03-01 cond-mat.mes-hall
