Self-assembly of two-dimensional, amorphous materials on a liquid substrate
最近的实验利用液体基质在生产二维晶体，如石墨烯，连同在非晶材料的普遍兴趣，提出了以下问题：它是有益的使用液体基质，以优化非晶材料的生产？受外延生长的启发，我们使用一个二维的粗粒度模型的相互作用的粒子，以表明，引入一个运动的衬底原子提高了自组装过程中移动的粒子在衬底上。我们发现，一个特定量的基板流动性（对于一个给定的样品温度）是需要实现最佳的自组装。我们的研究结果说明了不同自由度的组合提供给自组装过程的机会。
2021-12-07 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech
Computational Synthesis of 2D Materials: A High-throughput Approach to Materials Design
二维材料在下一代器件中有着广阔的应用前景，然而，大规模、低缺陷和可重复的二维材料合成仍然是一项具有挑战性的任务。为了帮助选择合适的衬底合成的假设2D材料，我们已经开发了一个开源的高通量工作流程包，$Hetero2d$，搜索低晶格失配衬底表面的任何2D材料，并确定这些2D衬底异质结构的稳定性，使用密度泛函理论（DFT）模拟。$Hetero2d$可自动生成2D衬底异质结构、创建DFT输入文件、在超级计算设备上提交和监控计算作业，并将相关参数与后处理结果一起存储在MongoDB数据库中。我们证明了$Hetero2d$的能力，在确定稳定的二维衬底异质结构的四个二维材料，即$2H$ -MoS $_2$，$1T$ -和$2H$ -NbO $_2$，和六边形ZnTe，考虑50立方元素衬底。我们发现Cu、Hf、Mn、Nd、Ni、Pd、Re、Rh、Sc、Ta、Ti、V、W、Y和Zr衬底充分稳定了这些二维材料的形成能，结合能在~0.1 - 0.6 eV/atom的范围内。在检查的$z$分离，电荷转移，和电子态密度在2D基板界面，我们发现在界面处的共价型键合，这表明，这些基板可以用作接触材料的2D材料。$Hetero2d$（https：//github.com/Heterolab/Hetero2d）在GitHub上以GNU许可证下的开源软件包提供。
2021-12-07 cond-mat.mtrl-sci
Influence of the Substrate Material on the Optical Properties of Tungsten Diselenide Monolayers
过渡金属二硫属化合物的单分子膜，如WSe 2，由于其在电学和光学应用中的潜力而变得越来越有吸引力。由于这些二维系统的属性是已知的，它们的周围环境的影响，我们报告如何选择的基板材料影响单层WSe 2的光学性能。为了完成这项研究，泵浦密度相关的显微光致发光测量进行时间积分和时间分辨采集技术。在290 K和10 K下比较了SiO2/Si、蓝宝石（Al 2 O3）、hBN/Si 3 N4/Si和MgF 2上剥离的WSe 2的光谱信息和功率依赖模式强度，表明激子、trion和双激子模式的外观和强度依赖于衬底。此外，一个CVD生长的WSe 2单层蓝宝石包括在本研究中，其剥离的对应物直接比较。时间分辨的显微光致发光显示了不同衬底材料的辐射衰减时间是如何强烈不同的。我们的数据表明激子-激子湮灭在室温下作为缩短机制，以及在低温下与介电环境相关的衰变率的微妙趋势。在可测量的时间尺度上，趋势也与相应的2D激子模式的出现的程度有关。这一结果突出了进一步详细表征二维材料中激子特征的重要性，特别是在衬底的选择方面。
2016-10-01 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Pseudodoping of Metallic Two-Dimensional Materials by The Supporting Substrates
我们演示了二维材料和其衬底之间的杂化如何导致明显的重掺杂，使用单层TaS $_2$生长在Au（111）上的例子。结合$\textit{ab-initio}$计算，扫描隧道光谱实验和一个通用的模型，我们表明，强烈的变化，费米面积可以出现更小的实际电荷转移。这种机制，我们称之为赝掺杂，是一种通用的金属二维材料的效果，要么吸附到金属基板或嵌入在垂直异质结构。它解释了在光电子能谱和扫描隧道光谱中观察到的TaS $_2$在Au（111）上的明显重掺杂。赝掺杂与电子光谱的非线性能量依赖性位移有关，我们的扫描隧道光谱实验揭示了清洁和有缺陷的TaS $_2$单层Au（111）。分析了赝掺杂对电荷有序、磁性或超导态形成的影响。
2018-06-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Dielectric Screening by 2D Substrates
二维（2D）材料越来越多地用作纳米级器件中的有源组件。二维材料的许多有趣的性质源于二维中的简化和高度非局域的电子屏蔽。虽然2D材料中的电子屏蔽已经被广泛研究，但问题仍然是2D基底如何屏蔽邻近它们的电荷扰动或电子激发。厚度依赖的介电屏蔽性能最近已经使用静电力显微镜（EFM）实验进行了研究。然而，有人认为，一些厚度依赖性趋势是由于外部效应。类似地，开尔文探针测量（KPM）表明，当BN板被放置在SiO $_2$上时，电荷波动减少，但尚不清楚这种效应是否是由于来自BN的固有屏蔽。在这项工作中，我们使用第一性原理计算来研究二维材料衬底的完全非局域介电屏蔽特性。对于六方氮化硼（BN）、石墨烯和MoS $_2$，我们的模拟结果与EFM实验结果定性一致，表明实验观察到的厚度相关屏蔽效应是二维材料所固有的。我们进一步明确调查的作用，BN在降低电荷的潜在波动所产生的电荷杂质的基础上的SiO $_2$基板上，观察到的KPM实验。2D材料基底也可以显著改变吸附物的HOMO-LUMO间隙，特别是对于小分子，如苯。我们提出了一个可靠的和非常快速的方法来预测的HOMO-LUMO间隙的小分子物理吸附在2D和3D基板上，仅使用基板的带隙和气相间隙的分子。
2020-05-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
A new efficient ab-initio approach for calculating the bending stiffness of 2D materials
本文提出了一种新的计算二维材料抗弯刚度的有效方法，该方法采用简单的周期性小晶胞原子试验。试验设计为弯曲变形占主导地位，膜变形最小化。原子从头算模拟，然后允许弯曲能的有效计算。密度泛函理论用于此。原子的弯曲能，然后从结构力学的经典模型进行比较。两种不同的模型被认为是这-一个基于梁理论和一个基于刚性连杆理论-和他们的结果相互比较。四种不同的材料与二维六方（蜂窝）结构被选为案例研究：石墨烯，六方氮化硼，硅，蓝磷烯。计算的弯曲刚度收敛与增加的单位单元的大小，这样小的单位单元已经提供了准确的结果，是在良好的协议与文献。使用相同的原子测试，它表明，石墨烯的弯曲刚度仍然可以被认为是恒定的在适度大的变形。除了高效和准确之外，所提出的方法允许各种扩展。
2022-12-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Substrate Sensitivity of the Adhesion and Material Properties of RF-Pecvd Amorphous Carbon
采用射频等离子体增强化学气相沉积（rf-PECVD）技术制备的氢化非晶碳（a-C：H）是一种具有广阔应用前景的大面积电子和层间电介质材料。在室温下从CH_4/He和CH_4/Ar气体混合物中沉积的rf-PECVD a-C：H的结构和电子性质显示出对沉积薄膜的衬底敏感。衬底（c-Si或C7059玻璃）的选择以及衬底表面上任何金属图案的存在和几何尺寸可导致a-C：H粘附力和材料性质的显著空间变化。所观察到的效果归因于跨金属图案化基板的影响的“本地”直流自偏置的电位变化。这导致生长条件的空间变化，从而导致材料特性的空间变化。对于电子器件和电介质隔离应用，这种效应可能导致工作性能的显著变化。因此，衬底的性质和任何覆盖的金属化图案是重要的考虑因素。
2000-07-31 cond-mat.mtrl-sci
Uncovering liquid-substrate fluctuation effects on crystal growth and disordered hyperuniformity of two-dimensional materials
该研究利用相场晶体模型揭示液体衬底涨落通过短程噪声促进二维晶体结晶与晶粒生长，并诱导无序超均匀结构，为快速制备高质量薄膜提供新机制。
2024-09-18 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Identifying suitable substrates for high-quality graphene-based heterostructures
我们报告了一项扫描共聚焦拉曼光谱研究，该研究调查了大量不同衬底材料上的高质量化学气相沉积（CVD）石墨烯基异质结构的应变均匀性和整体应变和掺杂，这些衬底材料包括六方氮化硼（hBN）、过渡金属二硫属化物、硅、不同的氧化物和氮化物以及聚合物。通过对CVD石墨烯应用hBN辅助的、无污染的干法转移工艺，组装了具有低掺杂密度和低应变变化的高质量异质结构。这些原始异质结构的拉曼光谱对衬底诱导的掺杂和应变变化敏感，因此用于探测衬底材料对潜在高质量石墨烯器件的适用性。我们发现，衬底材料的平整度是获得或保持高质量石墨烯的关键因素。
2016-10-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Evolutionary algorithm for prediction of the atomic structure of two-dimensional materials on substrates
目前，二维材料的研究已成为材料科学的重要目标之一。与三维材料不同，二维材料由于其维度和量子尺寸效应，可以同时表现出独特的输运和力学性质。在其制备和应用中，二维材料通常位于衬底顶部或组合成异质结构，这使得其结构和性能强烈依赖于环境的性质和质量。在这里，我们提出了一种新的方法来研究二维材料和任意衬底上的外延薄膜的原子结构。该方法可以预测成功的外延生长阶段和区域的稳定性的每个原子配置与实验参数的兴趣。我们证明了我们的方法在预测的原子结构的二硫化钼在Al 2 O 3（0001）衬底上的性能。该方法也被用于研究石墨烯和六方氮化硼在Cu（111）衬底上的CVD生长。在这两种情况下，稳定的单层和多层结构被发现。在从头算热力学方法预测的所有结构的稳定性方面的分压的前体和生长温度。
2021-03-13 cond-mat.mtrl-sci
Single-material MoS$_{2}$ thermoelectric junction enabled by substrate engineering
为了实现热电发电机，通常需要制造具有不同塞贝克系数的两种材料之间的结。塞贝克系数的这种差异可以由掺杂引起，这使得在使用二维（2d）材料时变得困难。在这里，我们采用基板效应，形成一个热电结的超薄几层二硫化钼薄膜。我们研究了结合扫描光电流显微镜和扫描热显微镜的结。这使我们能够揭示热电结在衬底工程部件上形成。我们将此归因于由界面电荷引起的门控效应与电子-声子散射机制的改变相结合。这项工作表明，基板工程是一个很有前途的战略，以开发未来的紧凑型薄膜热电发电机。
2023-01-03 cond-mat.mtrl-sci
ZrO$_2$ tapes as an alternative low-cost flexible substrate to artificially nanostructured materials
我们将流延和磁控溅射技术相结合，以ZrO $_2$绿带为基底，设计柔性纳米结构。我们系统地研究了NiFe/Cr/NiFe三层纳米结构的结构，磁和电性能，具有可变的NiFe和Cr层的厚度值，生长在刚性玻璃和柔性ZrO $_2$磁带基板。我们验证了这些属性在三层纳米结构的镜像，无论所采用的基板的种类。三层纳米结构可以在不同的基底上复制的事实对应于其适用性的重要进展。结果将ZnO $_2$生带作为一个有吸引力的候选人的应用程序作为低成本的柔性基板在开发具有高灵敏度的机械应力的电和磁传感器元件。
2016-10-25 cond-mat.mtrl-sci
The role of flexural coupling in heat dissipation from a two-dimensional layered material to its hexagonal boron nitride substrate
了解声子热耗散从二维层状材料（2DLM）到其六方氮化硼（h-BN）衬底的限制以及它如何随2DLM的结构而变化，对于h-BN支撑的纳米电子器件的设计和热管理非常重要。我们制定了一个基于弹性的理论来模拟声子介导的热耗散之间的2DLM和它的h-BN基板。通过将h-BN衬底视为谐波耦合薄板的半无限堆叠，我们获得了热边界电导（TBC）和界面声子透射谱的半解析表达式。我们评估了在不同的$N$值下，在不同的普通衬底（h-BN对a-SiO $_{2}$）上的$N$层2DLM（石墨烯或MoS $_{2}$）的温度依赖性TBC。结果表明，h-BN对于从MoS $_{2}$散热比a-SiO $_{2}$有效得多，特别是在大的$N$下。为了理解我们的堆栈模型的局限性，我们还比较了它的预测在$N=\infty$限制那些更精确的原子格林函数模型的石墨-BN和硼氢化钠-BN界面。我们的堆叠模型提供了清晰的洞察力弯曲模式在TBC中的关键作用，以及h-BN的各向异性弹性特性如何影响散热。
2021-04-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Homogenous $In_{x}Ga_{1-x}N$ alloys on ZnO substrates: A new approach for high performance thermoelectric materials
用于宽温度范围应用的高性能热电材料仍然是一个挑战。在这项研究中，我们已经产生了高品质的均匀$In_{0.32}Ga_{0.68}N$的ZnO基板上，在高铟含量没有相分离，使用金属有机化学气相沉积热电应用。获得了0.86的创纪录的高室温品质因数zT，其比现有技术的高温热电材料SiGe的室温品质因数zT大五倍。这些材料被示出为具有接近完美的掺杂浓度，以最大化zT，而不管散射机制。zT的这种几乎一个数量级的增加是由于来自氧共掺杂的大电导率以及来自合金散射的低热导率。在300 K时，在载流子浓度为$~6.25x10^{20} cm^{-3}$时，$In_{0.32}Ga_{0.68}N$合金的最大功率因数为$77.98x10^{-4} W/mK^{2}$。这表明$In_{x}Ga_{1-x}N$合金具有很大的热电应用潜力，特别是在高温范围。
2019-07-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
A First Principles Scheme for Calculating the Electronic Structure of Strongly Correlated Materials: GW+DMFT
我们给出了一个详细的描述，最近提出的第一性原理方法的电子结构的强相关材料。该方法结合了GW近似和动力学平均场论。它的目的是描述库仑相互作用和屏蔽效应没有可调参数，从而避免了LDA+DMFT技术固有的概念问题。
2004-01-30 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Calculating Magnetic Properties of Two-Dimensional Materials for Memory Applications
本研究利用Materials Project数据库和BURAI Quantum Espresso软件计算了30种含Fe、Ni、Co、Mn、Cr的二维材料磁性质，通过比较不同磁构型的总能量确定其最稳定磁态，为缩小存储器件尺寸提供支持。
2024-01-15 cond-mat.mtrl-sci
Substrate pre-sputtering for layer-by-layer van der Waals epitaxy of 2D materials
针对二维过渡金属硫族化合物 MBE 逐层生长难题，本文提出低能惰性气体等离子体衬底预溅射方法，以增强成核并实现可调的逐层范德华外延。
2025-06-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Topological flat bands in strained graphene: substrate engineering and optical control
该研究针对衬底形貌与沉积材料电子特性关系认知不足的问题，分析周期性形变石墨烯有效模型，明确衬底关键几何特征与应变对能带拓扑的作用，提出圆偏振光调控方案，为应变工程实验提供指导。
2023-08-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Tensilely Strained Ge Films on Si Substrates Created by Physical Vapor Deposition of Solid Sources
硅兼容有源光子器件的发展是计算机和现代电子工业的一个重要课题。Ge与Si相容，是一种很有前途的发光材料。迄今为止，几乎所有的Ge-on-Si材料都是使用有毒的前体气体生长的。在这里，我们演示了通过物理气相沉积无毒的固体锗源在Si衬底上的Ge膜的创建。结构表征表明，在沉积过程中，在Ge膜中引入了高的拉伸应变。我们将这种拉伸应变的存在归因于Si和Ge之间的热膨胀系数的差异。在这些材料的光致发光光谱中，以~2100 nm为中心的Ge峰是明显的，这可能是单独由直接带隙光致发光引起的，或者是由直接带隙光致发光和间接带隙光致发光的叠加引起的。因此，这些锗硅材料在光发射应用中是有前途的。
2018-11-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Tensor network strategies for calculating biexcitons and trions in monolayer 2D materials beyond the ground state
最近，在[Phys. Rev. B 99，241301（R）（2019）]中，简要介绍了建立在逻辑电路上的张量网络，以检索激子和双激子状态。与传统方法相比，张量网络方法在布里渊区的网格点中以对数而不是线性缩放，并且在电子和空穴的数量中以线性而不是指数缩放。这使得在整个布里渊区的计算精度比以前更高。在本文中，广泛的细节，一个有效的实施和相应的数学背景。特别是这包括应用和结果的激子，trions和双激子（单层MoS $_2$为例），超越了最初的简要介绍。利用张量网络方法的高精度全布里渊区处理，讨论了选择性激发束缚态的计算策略和常用近似的检验。
2020-01-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Determining Graphene Adhesion via Substrate-regulated Morphology of Graphene
了解石墨烯和其他材料之间的粘附对于在电子设备和纳米复合材料中实现更可靠的石墨烯应用至关重要。然而，石墨烯的超薄轮廓对使用常规方法直接测量其粘附性质提出了重大挑战。我们发现，在具有图案化表面的柔性衬底上的石墨烯的形态与石墨烯-衬底粘附力之间存在很强的相关性。我们建立了一个分析模型来定量地确定这种强相关性。结果表明，取决于石墨烯-基底粘附力、石墨烯层数和基底刚度，石墨烯表现出两种不同类型的形态：I）石墨烯保持键合到基底并波纹化到高达基底表面图案的振幅; II）石墨烯从基底脱键并在基底表面图案的顶部保持平坦。这两种类型的石墨烯形态之间的急剧转变发生在石墨烯与顺应性基底材料之间的临界粘附力处。这些结果可能为测量石墨烯的粘附性能开辟了一条可行的途径。
2011-11-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Molecular Beam Epitaxy of a 2D material nearly lattice matched to a 3D substrate: $NiTe_{2}$ on $GaAs$
感兴趣的2D材料和通常可用的3D衬底之间的晶格失配是单片2D/3D异质结构的外延生长中的障碍之一，但是许多2D材料尚未被考虑用于外延。在这里，我们提出了第一个分子束外延生长的NiTe $_{2}$二维过渡金属二硫属化物。重要的是，生长是在几乎晶格匹配的GaAs（111）B衬底上实现的。通过电子衍射、X射线衍射和扫描隧道显微镜研究了生长层的结构特性。表面覆盖和原子尺度的顺序证明了原子力，扫描电子显微镜和透射电子显微镜获得的图像。测量基本的传输性质，证实NiTe $_{2}$层是金属的，霍尔浓度为$10^{20}$ cm $^{-3}$至$10^{23}$ cm $^{-3}$，取决于生长条件。
2021-08-16 cond-mat.mtrl-sci
Anomalous Non-Hydrogenic Exciton Series in 2D Materials on High-$κ$ Dielectric Substrates
介电环境的工程是一种强大的策略，可以控制二维（2D）材料的电子和光学特性，而不会影响其结构完整性。在这里，我们表明，高$κ$二维材料的最新发展提出了新的机会，电介质工程。通过求解WSe $_2$在不同衬底上的二维Mott-Wannier激子模型，使用从第一性原理获得的屏蔽电子-空穴相互作用，我们证明了激子里德伯系列定性地改变时，在二维半导体内的介电屏蔽变得占主导地位的衬底。在这种制度下，屏蔽的距离依赖性是相反的，有效的屏蔽随着激子半径的增加，这是相反的传统的二维屏蔽制度。因此，更高的激子态变得欠束缚，而不是过度束缚相比，氢化里德伯系列。最后，我们导出了整个二维里德堡系列激子结合能的一般解析表达式
2020-09-25 cond-mat.mtrl-sci
Molecular Beam Epitaxy of 2D-layered Gallium Selenide on GaN substrates
具有高材料质量的二维（2D）层状材料的大面积外延是实现基于2D材料的新型器件应用的关键步骤。在这项工作中，我们报告了高品质，结晶，大面积的硒化镓（GaSe）薄膜生长在块状衬底，如c-平面蓝宝石和氮化镓（GAN）使用阀裂解源硒。在350-450 ℃的衬底温度下，在蓝宝石和GAN衬底上生长具有畴的随机面内取向的（002）取向的GaSe，其具有完全的表面覆盖和光滑的表面形态。原位反射高电子能衍射（RHEED）和离轴X射线衍射（XRD）证实了在较高的生长温度（575 ℃）下形成了具有六重对称性的单晶ε-GaSe三角畴。采用高温成核和低温生长两步生长方法，获得了连续的（002）取向GaSe，并与衬底形成外延关系。虽然在两步生长中保持了六重对称性，但在横截面扫描透射电子显微镜图像中除了主要的ε-GaSe之外还观察到β-GaSe相。这项工作表明，使用分子束外延生长高质量的二维层状材料的潜力，并可以扩展到其他过渡金属硫属化物的生长。
2016-10-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Ternary Metal Oxide Substrates for Superconducting Circuits
衬底材料缺陷和表面损耗是限制超导量子电路达到构建实用量子计算机所需的规模和复杂性的主要因素之一。实现超导量子器件更高相干性的一个潜在途径是探索新的衬底材料，该材料由于固有的不同表面化学性质而具有降低的缺陷密度。在这里，我们研究两个三元金属氧化物材料，尖晶石（MgAl2O4）和铝酸镧（LaAlO3），重点是表面和界面的表征和制备。在LaAlO3上制造的器件具有比早期器件高三倍的品质因数，这归因于界面无序的减少。MgAl2O4是超导量子器件领域的一种新材料，即使在存在显著表面无序的情况下，也始终优于LaAlO3。我们的研究结果强调了材料探索，衬底制备和表征的重要性，以确定适合高性能超导量子电路的材料。
2022-01-17 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con quant-ph
Substrate-aware computational design of two-dimensional materials
针对二维材料计算研究常忽略衬底作用的问题，本研究结合进化算法、机器学习势等提出衬底感知的二维材料计算设计方法，在蓝宝石衬底Mo-S体系中发现新结构并预测其合成条件，为衬底工程与实验合成提供支撑。
2024-08-16 cond-mat.mtrl-sci
Scalable Etch-Free Transfer of Low-Dimensional Materials from Metal Films to Diverse Substrates
University of Arizona（亚利桑那大学）；University of Nebraska-Lincoln（内布拉斯加大学林肯分校）；University of Minnesota（明尼苏达大学）
本文提出了一种无蚀刻、可扩展的低维材料转移技术，利用低熔点金属支撑实现材料温和剥离，成功转移石墨烯纳米带至不同基底并制备高性能场效应晶体管。
2025-06-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Flexible transistors exploiting P3HT on paper substrates and graphene oxide films as gate dielectrics: proof of concept
在本文中，我们报告：GO在水溶液中作为栅极介电材料的用途，其在基于有机半导体的MOS晶体管中的应用，以及纸作为衬底材料的用途。
2013-02-06 cond-mat.mtrl-sci
Nanostructured electrodes for thermionic and thermo-tunneling devices
近年来，人们在脊量子阱（RQW）领域研究了新的量子特性。量子阱层表面上的周期性脊对电子波函数施加了附加的边界条件并降低了量子态密度。被排斥出禁量子态的电子必须占据具有更高能量的态。结果，RQW中的费米能增加，功函数（WF）减小。我们研究了由金属RQW层和基底构成的低WF电极。选择衬底材料，使得电子被限制在RQW中。WF值取决于脊的几何形状和电子约束。我们计算了在半导体和金属衬底上生长的金属RQW薄膜的WF。在半导体衬底的情况下，宽带隙材料是优选的，因为它们允许RQW功函数的更多降低。在金属衬底的情况下，低费米能材料是优选的。对于大多数材料对，WF显著降低。这样的结构可以用作室温电子和热隧道能量转换器和冷却器的电极。
2010-06-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Imaging microscopic electronic contrasts at the interface of single-layer WS$_2$ with oxide and boron nitride substrates
基于二维材料的器件的电子性质受到与衬底和电极材料的相互作用的显著影响。在这里，我们使用光电子发射电子显微镜调查的实和动量空间电子结构的电接触单层WS $_2$堆叠在hBN，SiO $_2$和TiO $_2$基板。使用功函数和X射线吸收成像，我们挑选出清洁的微观区域的每种界面类型和收集的价带色散。我们推断的电子带隙和电子亲和势的对齐从测量的价带偏移WS $_2$和三个基板材料使用一个简单的电子亲和规则和讨论的影响垂直能带结构工程使用混合的三维和二维材料。
2019-03-25 cond-mat.mtrl-sci
Directed light emission from monolayers on 2D materials via optical interferences
本文通过角分辨光谱和转移矩阵模拟，证明hBN衬底厚度决定其上方分子单层的光反射与发射方向，揭示了光学干涉机制，为通过衬底调控二维材料定向发光提供了依据。
2025-05-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Ordering at Solid-Liquid Interfaces Between Dissimilar Materials
在较早的报告中，我们探讨了结构的相关性在液-固界面与分子动力学模拟的模型铝系统使用Ercolessi-Adams势和多达4320个原子。衬底原子被钉扎到它们的平衡fcc晶体位置，而液体原子自由移动。在液相中的订购量和底层基板orientation. In本论文中，我们扩展这项研究的情况下，一个固定的体心立方基板接触液态铝之间的直接相关性。我们发现（100）和（110）衬底的密度分布令人惊讶地相似。然而，在（100）系统中存在比（110）系统大得多的面内有序。对于（100）衬底，我们观察到液体原子吸附到bcc（100）衬底的终止面，有效地
2001-12-30 cond-mat.mtrl-sci
Impact of Ge substrate Thicknesses and Epitaxy Growth Conditions on the Optical and Material Properties of Ge- and GaAs-based VCSELs
本研究比较了Ge和GaAs衬底厚度及epitaxy条件对VCSELs性质的影响，发现Ge衬底能优化光学性能并显著减少材料缺陷，是先进VCSELs的有潜力候选者。
2025-08-09 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Porosity properties of porous ceramic substrates added with zinc and magnesium material
研究了用共沉淀法制备的莫来石和锆英石混合物覆盖的陶瓷基材料，通过添加不同比例的锌和镁化合物（37%和50%）进行强化。对制备的圆柱形样品进行热处理和成型，以获得不同的孔隙率。与添加镁相比，向陶瓷基材料中添加锌导致孔隙率密度的显著增加和控制。所有材料的孔隙率进行了表征。还研究了所有颗粒的渗透性特征和吸水直至饱和的能力作为孔隙率的函数。
2020-06-01 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
A Molecular Mechanics Study of Morphologic Interaction between Graphene and Si Nanowires on a SiO2 Substrate
在本文中，我们研究了石墨烯和硅纳米线在二氧化硅衬底上的形态相互作用，使用分子力学模拟。考虑两种情况：1）在SiO2衬底上由单个Si纳米线插层的石墨烯纳米颗粒，和2）在SiO2衬底上由平行均匀图案化的Si纳米线阵列插层的毯覆石墨烯薄片。从这两种情况的模拟结果中出现了各种石墨烯形态，其被示出取决于两种几何参数（例如，石墨烯纳米线宽度、纳米线直径和纳米线间距）和材料性质（例如，石墨烯-纳米线和石墨烯-基底结合强度）。虽然本研究中原子级分辨率的定量结果可以进一步用于确定石墨烯在形态调控下的电子性质变化，但本研究的定性理解可以扩展到帮助探索其他材料系统中的石墨烯形态。
2011-11-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Bi2Se3 Growth on (001) GaAs Substrates for Terahertz Integrated Systems
太赫兹（THz）技术由于其在气体传感、生物系统的非电离成像、安全和国防等领域的广泛应用而备受关注。迄今为止，科学家们已经使用了不同种类的材料来实现不同的THz功能。然而，要组装片上THz集成系统，我们必须了解如何集成这些不同的材料。在这里，我们探讨了Bi 2Se 3的生长，一种拓扑绝缘体（TI）材料，可以作为THz集成器件中的等离子体激元波导，在技术上重要的GaAs（001）衬底。我们探索表面处理，并发现原子级光滑的GaAs表面是实现高品质的Bi 2Se 3薄膜的关键，尽管相对较弱的膜/衬底相互作用。计算表明，Bi_2Se_3/GaAs界面可能是硒终止的，没有证据表明Bi_2Se_3和衬底之间的化学键合。这些结果是集成范德华材料与传统的半导体衬底的指导，并作为实现片上太赫兹集成系统的第一步。
2022-08-29 cond-mat.mtrl-sci
Graphene on insulating crystalline substrates
我们表明，有可能通过标准技术（机械剥离、光学和原子力显微镜）在晶体衬底（如SrTiO $_3$、TiO $_2$、Al $_2$ O $_3$和CaF $_2$）上制备和识别石墨烯的超薄片。在所考虑的衬底上，我们发现单层、双层和少层石墨烯和石墨薄片的分布与常规SiO $_2$衬底相似。通过计算电介质表面上的二维金属片的光学性质来确定这些基底中的任一个上的单个石墨烯层的光学对比度$C$，其产生$C=$ ~-1.5%（G/TiO $_2$）和$C=$ ~-8.8%（G/CaF $_2$）之间的值。这种对比度与实验数据相当吻合，足以使光学显微镜的鉴定成为可能。石墨烯层以地毯状模式覆盖晶体衬底，并且通过原子力显微镜测定的任何晶体衬底上的单层石墨烯的高度为$d_{SLG}=0.34$ nm，因此远小于SiO $_2$上的高度。
2009-11-05 cond-mat.mtrl-sci
Integrating superconducting van der Waals materials on paper substrates
纸有可能大大降低电子元件的成本。事实上，纸比晶体硅便宜10000倍，这促使研究人员将电子材料集成到纸基板上。在不同的电子材料中，范德华材料由于其高电气性能和机械柔性的结合而吸引了研究纸基电子产品的科学界的兴趣。到目前为止，已经开发了不同的方法来在纸上图案化导电，半导体和绝缘范德华材料，但超导体的集成仍然难以捉摸。在这里，NbSe 2，一个说明性的范德华超导体，在标准复印纸上的沉积被证明。沉积在纸上的NbSe 2膜显示出与体NbSe 2类似的超导性质（例如，当冷却到低于其临界温度时观察到迈斯纳效应和电阻下降到零电阻状态）。
2021-05-07 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
Band structure engineering using a moiré polar substrate
本文提出利用小角度扭转双层氮化硼作为莫尔极性衬底，通过其周期性极性畴在目标二维材料上施加可调静电势，并以Bernal双层石墨烯为例展示了超晶格电阻峰、Hofstadter蝴蝶及近60°扭转下的纯结构效应，为二维材料性质工程提供了通用平台。
2024-05-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Resistive switching in nanogap systems on SiO2 substrates
电压控制的电阻开关在SiO2衬底上的各种间隙系统中进行了演示。纳米尺寸的间隙是通过不同的方法使用不同的材料，包括金属，半导体和金属非金属。通过使用多壁碳纳米管和单壁碳纳米管，开关位点进一步减少。所有间隙系统中的开关具有相同的特征。这种独立的开关上的材料组成的电极，伴随着可观察到的损坏的SiO2基板在间隙区域，bespeaks从击穿后SiO2的本征开关。它呼吁谨慎研究氧化物衬底上的纳米系统中的电阻开关，因为氧化物击穿外在的纳米系统可以模仿电阻开关。同时，高的开/关比（10 E5），快速的开关时间（2 μ s，测试极限），持久的循环显示出有前途的记忆性能。观察到的中间态揭示了导电的本质。
2009-06-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Thin-suspended 2D Materials: Facile, Versatile, and Deterministic Transfer Assembly
我们报道了一种确定性的二维材料（2DM）转移方法来组装任何堆叠顺序的异质结构，包括悬浮的超薄二维材料，如单层石墨烯（SLG）和双层石墨烯（BLG）。转移过程依赖于一个单一的步骤准备硝化纤维素微邮票，它结合了出色的粘附力和柔软性。它允许直接从SiO $_2$衬底干法拾取裸露的2D晶体（石墨烯、MoS $_2$和hBN），并将其精确转移到衬底或沟槽上。光学和拉曼数据表明，没有显着的缺陷时，转移，即使在悬浮SLG和BLG。转移的区域在基底上的范围高达$\sim$ 1000 $μ$ m $^2$。悬浮超薄2DM的高产量转移不需要临界点干燥，面积高达15 $μ$ m $^2$或悬浮高度低至160 nm。为了证明该方法的能力，我们组装的基板上和悬挂的光学腔调谐BLG的拉曼散射强度的19和4倍，分别。这种弹性和快速的2DM转移过程将加速许多异质结构的制造，并允许在双电子学，应变电子学和纳米光电机械系统（NOEMS）的研究中的2DM的通用悬架。
2021-05-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Effect of substrate roughness and material selection on the microstructure of sputtering deposited boron carbide thin films
无定形碳化硼（B4 C）薄膜是迄今为止用于基于10 B的中子探测器中的中子转换层的最流行的形式，这是响应于用于中子探测的标准材料3 He的日益稀缺和价格的探测器技术的上升趋势。B_4C薄膜的微观结构与转换层的密度、附着力等重要性能密切相关，最终影响探测器的探测效率和长期稳定性。为了研究不同粗糙度和不同材料的衬底对B4 C薄膜的影响，采用直流磁控溅射法，在衬底温度为623 K的条件下，分别在抛光的Si衬底和未抛光的Si、Al、Ti和Cu衬底上沉积了B4 C薄膜。在SEM图像中通常观察到的锥形柱状晶粒和结节状缺陷表明在晶粒周围引入空隙的强烈阴影效应。晶粒尺寸的变化并没有表现出直接依赖于基板的粗糙度，从表面轮廓，也没有获得的膜的质量密度，从反射率图案。然而，具有不均匀尺寸的柱状晶粒的膜沉积在具有高偏斜度的衬底上，导致质量密度从表列体积密度的~ 95%下降到~ 70%。另一方面，在不同粗糙度的Al、Ti和Cu上沉积的B_4C薄膜具有相似的微观结构和质量密度，并通过横切附着力测试观察到良好的附着力，表明在中子探测器常用结构材料上溅射沉积B_4C薄膜的可靠性。
2022-01-30 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph physics.ins-det
Two-dimensional materials as ideal substrates for molecular quantum emitters
本文通过第一性原理计算研究二维材料上有机分子的光发射，以hBN上的terrylene为例，发现反位缺陷可固定分子而不影响发射特征，并揭示基底通过引入ZPL附近尖锐边带反映分子受阻模式。
2025-06-05 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph physics.med-ph
Tearing Graphene Sheets From Adhesive Substrates Produces Tapered Nanoribbons
石墨烯是一种真正的二维原子晶体，具有特殊的电子和机械性能。虽然传统的块状和薄膜材料已经被广泛研究，但石墨烯的关键机械性能，如撕裂和开裂，仍然未知，部分原因是其二维性质和最终的单原子层厚度，这导致传统材料模型的崩溃。通过结合第一性原理ReaxFF分子动力学和实验研究，自下而上的研究从粘合剂衬底的石墨烯片撕裂，包括锥形石墨烯纳米带的形成的观察。通过仔细分析的潜在的分子断裂机制，它表明，所得到的纳米取向的几何形状是由石墨烯基板的粘附能和撕裂的石墨烯层的数量控制。通过将石墨烯作为更广泛的二维原子晶体的模型材料，这些结果为高度受限的纳米材料的撕裂和开裂机制提供了基本的见解。
2010-05-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech
Integrating van der Waals materials on paper substrates for electrical and optical applications
纸有望在物联网或一次性电子产品等应用中取代硅衬底，这些应用需要超低成本的电子元件和环保的电子废物管理。在过去的几年中，受到纸作为基底的上述性质以及范德华（vdW）材料的特殊电子、机械和光学性质的刺激，许多研究小组致力于将基于vdW材料的器件集成在纸上。最近，已经提出了一种通过简单地将vdW晶体摩擦纸的粗糙表面来在纸上沉积致密堆积的vdW材料互连的连续膜的方法。该方法利用弱的层间vdW相互作用，并允许通过对纸的磨损将晶体分裂成微片晶。在这里，我们的目的是说明一般的字符和这种技术的潜力，通过制造薄膜的39种不同的VDW材料（包括超导体，半金属，半导体和绝缘体）的标准复印纸。我们已经彻底表征了它们的光学性质，显示出它们的高光学质量：人们可以很容易地解决半导体vdW材料的吸收带边，甚至在一些具有高激子结合能的vdW材料中存在的激子特征。我们还测量了几种VDW材料薄膜在纸上的电阻率，发现异常低的值，这在某些情况下，数量级低于喷墨印刷生产的类似薄膜的报告。最后，我们展示了制造的场效应器件与VDW材料在纸上使用的纸基板作为离子门。
2021-05-07 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Strain game revisited for complex oxide thin-films: Substrate-film thermal expansion mismatch in PbTiO$_3$
材料性质，特别是钙钛矿氧化物的性质，对外延应变的敏感性已经被利用，以极大地有利于创造具有新的或增强的性质的材料。虽然已经肯定地认识到，体材料和衬底材料的热膨胀系数的失配将有助于失配应变，但是这种贡献对于铁电钙钛矿薄膜的意义尚未被系统地探索。我们利用第一性原理密度泛函理论，以PbTiO $_3$铁电薄膜为例，说明了忽略衬底的热膨胀（即，假设膜的面内晶格参数作为温度的函数保持大致恒定）导致铁电转变温度和结构趋势，这与热计算完全不同，适当地考虑了膨胀失配。我们的工作表明，一个失配应变定义为一个单一的数字的概念是特别不明确的PbTiO $_3$和邀请进一步研究之间的相互作用的热膨胀失配和结构和功能特性在其他薄膜材料。
2020-09-07 cond-mat.mtrl-sci
Structure prediction of two-dimensional materials based on neural network-driven evolutionary technique
本文提出了一种简单而有效的二维结构预测方法。该方法是基于神经网络和进化技术的组合。它允许找到原始的2D结构以及在衬底上生长的结构。实验结果表明，该方法是有效的，仅基于化学计量信息的计算可以得到稳定的结构。由于该算法能够解决给定衬底上的结构，因此从实验的角度来看，它可能是有用的。
2020-05-14 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
First-Principles Study of I$_2$ and CH$_3$I Adsorption on Transition Metal Decorated 2D-Material substrates : Insights from Electronic Structure and Reaction Kinetics
Indira Gandhi Centre for Atomic Research（印度原子能研究中心）
本研究通过第一性原理计算，提出过渡金属修饰的硼掺杂石墨烯和二维MoTe2基底可高效吸附放射性碘物种，TM作为催化中心使反应在热力学和动力学上可行，为实验提供指导。
2026-10-01 cond-mat.mtrl-sci
Defect Sizing, Separation and Substrate Effects in Ion-Irradiated Monolayer 2D Materials
在当代材料科学中，二维纳米材料的精确和可扩展的缺陷工程是非常受欢迎的。在这里，我们提出了缺陷工程单层石墨烯和二硫化钼（MoS $_2$）的照射与惰性气体离子在30千电子伏。在气体场离子源显微镜中使用两种不同质量的离子种类：氦（He $^+$）和氖（Ne $^+$）。使用拉曼光谱进行了详细的研究，所引入的缺陷尺寸和所产生的缺陷间的距离与逐步上升的离子剂量。扩展现有的模型，我们发现，平均缺陷尺寸是相当小的支持比独立的石墨烯和缺陷的生产率更大。我们的结论是，从基板的二次原子在缺陷产生中发挥了重要作用，相对于由初级离子束所产生的缺陷，产生更小的缺陷。此外，一个类似的模型也适用于支持的MoS $_2$，另一个有前途的成员的二维材料家族。两种离子的缺陷产率获得的MoS $_2$，证明它们与材料的不同的相互作用，并促进与文献中的其他照射条件的比较。
2018-04-17 cond-mat.mtrl-sci
Role of substrate on interaction of water molecules with graphene oxide and reduced graphene oxide
研究了在可控湿度环境下金属（Pt）和绝缘（Si3N4）衬底上氧化石墨烯（GO）和还原氧化石墨烯（RGO）的局域电子性质。我们证明，支持基板起着至关重要的作用，这些材料与水的相互作用，与铂使GO和RGO不敏感的湿度变化和环境的变化。另一方面，在Si3N4基材的情况下，证明了GO和RGO之间相对于湿度变化的显著差异，表明RGO在约60%R.H和约30%R.H下完全覆盖水。对于GO。无论衬底如何，GO和RGO都表现出它们的电子性质对材料厚度的相对独立性，当经受湿度变化时，对于1层、2层和3层观察到类似的趋势。这表明材料厚度在基于GO的湿度传感器中的作用相对较小。
2018-04-26 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Study of Thermal Expansion Coefficients of 2D Materials via Raman Micro-spectroscopy: Revisited
我们报告了一项联合研究，使用拉曼显微光谱和分子动力学模拟，对基板的二维材料的热性能的影响，并重新测量支持的二维薄膜的热膨胀系数（TEC）。石墨烯被用作代表。我们发现石墨烯和衬底之间的面外耦合强烈影响石墨烯的温度依赖性振动模式和TEC。当石墨烯支撑在烷烃衬底上时，长波长面外振荡的态密度显著降低。为了解释面外耦合对TEC的贡献，提出了一种拉曼显微光谱方案。发现在室温下十八烷基三氯硅烷衬底上的石墨烯的TEC为（-0.6+-0.5）*10-6/K，这从根本上小于自支撑石墨烯的TEC。我们的研究结果揭示了2D材料和基板之间的相互作用的理解，并提供了一个一般的配方支持的2D薄膜的TEC的光学测量。
2020-09-21 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Computational Synthesis of Substrates by Crystal Cleavage
新型基质材料的发现一直由试错法主导，这为系统研究提供了机会。为了识别稳定的晶体表面，我们从Materials Project数据库中生成材料的键合网络，原始晶胞中有一到五个原子。对于这组三维晶体，我们系统地打破了三个键的原始细胞的键合网络。成功的分裂将键合网络减少到两个周期性维度，产生一层分裂的晶体。我们在2，133块晶体中确定了4，693个独特的解理表面，其中4，626个具有最大米勒指数1。为了表征解理的可能性和解理表面的热力学稳定性，我们创建了这些表面的单层，并使用密度泛函理论计算了解理功和部分弛豫表面能，发现了3，991个潜在的基底，其中2，307个不含f价电子，2个不含f价电子，其中183种衍生自在无机晶体结构数据库中具有条目的散装前体。接下来，我们确定了这些层的裂解工作的不同趋势，并将其与三维前体的金属和共价/离子键合相关。我们还组装了一个数据库的市售基板，并表明，预测基板的数据库显着提高了多样性和范围的电子特性和晶格参数的分布，提供了机会，许多材料的外延生长。我们说明了基板数据库的潜在影响，通过确定几个新的外延基板的透明导体BaSnO 3，表现出较低的分裂能量，并导致应变的数量级低于目前使用的基板。
2021-03-29 cond-mat.mtrl-sci
Substrate Induced van der Waals Force Effect on the Stability of Violet Phosphorous
本研究通过实验与理论结合，揭示了紫磷与多种基底间的范德华力是影响其环境相互作用与稳定性的关键因素，为vdW材料的基底选择提供了指导。
2023-06-30 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Growth at high substrate coverage can decrease the grain boundary roughness of 2D materials
晶界粗糙度会影响二维材料的电学和力学性能。该粗糙度关键地取决于形成二维材料的生长过程。为了研究控制粗糙度的关键机制，我们对一个简单的模型进行了动力学蒙特卡罗模拟，该模型包括颗粒附着、分离和扩散。我们已经研究了在生长过程中两个薄片之间的间隙的关闭，以及随后形成的晶界（GB）的广泛的模型参数。众所周知的近平衡（附着有限）和不稳定（扩散有限）的增长制度被确定，但我们也观察到第三个政权时，前体通量是足够高，完全覆盖的边缘之间的间隙。这种高覆盖范围形成了具有空间上不相关的粗糙度的GB，其快速松弛为更平滑的配置。外推的数值结果（从理论方法的支持）的边缘长度和间隙宽度的一些微米，我们证实了这种制度的优势，以产生最小的粗糙度比近平衡条件更快的GB。这表明了一种意想不到的途径，使具有光滑GB的二维材料有效生长。
2022-04-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech
