Comparison of performance of van der Waals-corrected exchange-correlation functionals for interlayer interaction in graphene and hexagonal boron nitride
对于石墨烯和六方氮化硼，测试了具有范德华相互作用校正的交换相关函数（PBE-D2、PBE-D3、PBE-D3（BJ）、PBE-TS、optPBE-vdW和vdW-DF 2），无论是以块体形式还是双层形式。的势能面的特性，如相对滑动的层和振幅的障碍，和物理可测量的属性相关联的相对平面内和平面外的运动的层，包括剪切模量和轴向压缩模量，剪切模式频率和频率的平面外的振动被认为是。PBE-D3（BJ）泛函给出了六方氮化硼和石墨的堆叠的最佳结果，这些堆叠从实验研究中已知为基态。但是，它未能描述氮化硼的亚稳态在能量上的顺序。PBE-D3和vdW-DF 2泛函正确地再现了这种顺序，被确定为一般研究的最佳选择。vdW-DF 2泛函优选用于评估轴向压缩模量和面外振动频率，而PBE-D3泛函在剪切模量和剪切模式频率的计算中更精确。然而，后者的性能的最佳描述，也实现了使用vdW-DF 2功能结合考虑实验层间距离。在石墨烯的特定情况下，PBE-D2泛函工作得非常好，并且可以通过调整参数来进一步改进。
2018-08-21 cond-mat.mes-hall
Probing the formation of dark interlayer excitons via ultrafast photocurrent
本文开发了时间分辨超快光电流技术（trPC），利用其非线性特性探测光学暗激子的形成动力学，成功在MoS$_2$/MoSe$_2$异质结构中测量了层间激子的形成时间，并揭示了载流子动力学与层间输运规律。
2023-02-28 cond-mat.mes-hall
Ultrafast near-field imaging of exciton-polariton dynamics in WSe_2 waveguides at room temperature
范德华（vdW）材料，弱结合的层状化合物，已经收到了巨大的兴趣，因为它们提供了一个可塑的操场，在热，电子和光学器件的广泛的物理性能。特别是，由于它们固有的深亚波长光限制，它们支持各种光-物质相互作用现象，如等离子体激元，激子和声子作为极化激元模式传送。具体地，半导体vdW材料如WSe_2对于光子和量子集成技术特别有吸引力，因为它们在室温下维持VIS-NIR激子-极化激元模式。在寻求解开这些有趣的现象的基础物理，先进的subdiffraction成像技术，如SNOM提供了宝贵的见解EP耦合机制的性质，以波导模式持续在VDW材料。虽然大多数这些工作集中在稳态的EP，EP形成的时空动力学，发生在亚皮秒政权，仍然在很大程度上未被探索。因此，直接成像在飞秒-纳米尺度的EP演变是至关重要的理解这些耦合的光-物质状态。在这里，我们报告的第一次超快和深亚波长成像EP的形成和传播WSe 2波导。我们的方法，基于一种新的超快泵浦探测近场成像，允许直接可视化的EP在室温下的时间演变。更具体地说，与我们的含时模型一致，我们直接观察到一个明显慢的EP波包群速度v_g~ 0.017 c，这是由于激子跃迁附近的光耦合引起的带隙重整化。这些发现表明，vdW材料可用于慢光，应用于光存储、增强光学非线性、传感等。
2017-11-19 cond-mat.mes-hall
Interlayer electronic hybridization leads to exceptional thickness-dependent vibrational properties in few-layer black phosphorus
将二维（2D）材料堆叠成多层或异质结构，称为范德华（vdW）外延，是根据需求调整其特性的基本自由度。少层黑磷（FLBP）是一种具有高潜力的纳米和光电子应用材料，似乎具有比石墨烯和其他2D系统更强的层间耦合。事实上，这些耦合引起了人们的疑问，FLBP的堆叠是否只能由VDW相互作用来控制，这对外延和性能改进至关重要。在这里，我们进行的FLBP，直接反映其层间耦合的振动特性的理论研究，通过讨论六个拉曼可观察的声子，包括三个光学，呼吸，和两个剪切模式。随着样品厚度的增加，我们发现每个光学模式的频率的异常红移，但扶手椅剪切模式的蓝移。我们的计算还显示分裂的声子分支，由于异常的表面现象，和强的声子-声子耦合。通过计算单轴应力效应，原子间的力常数，和电子密度，我们提供了一个令人信服的证明，这些属性是强大的和高度定向层间相互作用的结果所产生的电子杂交的孤电子对FLBP，而不是从VDW相互作用。这种特殊的层间耦合机制控制BP层的堆叠稳定性，从而打开了一个新的途径，超越了VDW外延理解的二维异质结构的设计。
2015-04-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Strain engineering of ultrafast magnetism in the room-temperature vdW ferromagnet Fe3GaTe2
University of Wisconsin-Madison（威斯康星大学麦迪逊分校）
通过施加高达4.2%的拉伸应变，在室温范德华铁磁体Fe3GaTe2中实现了平衡磁响应和超快去磁动力学的连续调控，揭示了应变加速超快去磁的机制。
2026-06-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Tailored plasmons in pentacene/graphene heterostructures with interlayer electron transfer
范德华异质结构是由各种二维材料通过精密组装而成的，具有许多新颖的性质和功能。在这里，我们报告了一个纳米等离子体研究的VDW异质结构，通过沉积有序的分子层并五苯顶部的石墨烯。我们发现，通过纳米红外（IR）成像，表面等离子体激元形成的狄拉克费米子在石墨烯的集体振荡是高度敏感的相邻并五苯层。特别地，等离子体激元波长随着并五苯厚度的增加而系统地但非线性地下降。进一步的分析和密度泛函理论（DFT）计算表明，所观察到的特殊的厚度依赖性主要是由于从并五苯到石墨烯的隧道型电子转移。我们的工作揭示了一种新的方法来剪裁石墨烯等离子体，并加深了我们的理解有趣的纳米光学现象，由于层间耦合在新型vdW异质结构。
2023-01-26 cond-mat.mes-hall physics.optics
Interlayer excitons in van der Waals heterostructures: Binding energy, Stark shift, and field-induced dissociation
在范德华异质结（vdWHs）中，光激发的层内激子具有II型能带排列，已被观察到在超快时间尺度上隧穿到层间激子中。这种层间激子具有足够长的寿命，使得利用外部面内电场诱导解离成为提高光电流器件效率的有吸引力的选择。在本文中，我们计算层间激子结合能，斯塔克位移，和解离速率为6个不同的过渡金属二硫属化物（TMD）vdWHs使用基于外部复杂标度（ECS）的数值计算程序。我们利用一个解析的双层Keldysh势来描述电子-空穴对之间的相互作用，并通过与完整的多层泊松方程进行比较来验证其准确性。基于这个模型，我们得到了激子解离速率的弱场解析表达式。分析的异质结构是MoS $_2$ /MoSe $_2$，MoS $_2$ /WS $_2$，MoS $_2$ /WSe $_2$，MoSe $_2$ /WSe $_2$，WS $_2$ /MoSe $_2$，和WS $_2$ /WSe $_2$。对于弱电场，我们发现WS $_2$ /WSe $_2$支持最快的解离速率。此外，我们观察到，激子的解离速率在vdWHs显着大于在其单层对应。
2020-02-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Ultrafast nano-oscillators based on interlayer-bridged carbon nanoscrolls
我们展示了一种可行的方法来制造超快轴向纳米振荡器的基础上碳纳米卷（CNSs）使用分子动力学模拟。由单壁碳纳米管（CNT）引发，单层石墨烯可以连续滚动到CNS中，CNT容纳在CNS中。CNS内部的CNT可以在10 s GHz的固有频率下沿轴向方向振荡。我们证明了一种有效的策略，以减少耗散的CNS为基础的纳米振荡器通过共价桥接的碳层在CNS。我们进一步证明，这种基于CNS的纳米振荡器可以被外部交流电场激励和驱动，并在超过100 GHz的振荡。基于CNS的纳米振荡器不仅提供了通向超快纳米器件的可行途径，而且还有望实现纳米级能量转换、利用和存储（例如，从电动到机械）。
2011-11-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
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
Interplay between Interlayer Shift and Twist: Twisted van der Waals Nanowires Driven by Rotational Twinning
Yonsei University（延世大学）；Chonnam National University（全南国立大学）；Korea Institute of Science and Technology (KIST)（韩国科学技术院）
本研究揭示了vdW晶体中由旋转孪晶驱动的自发扭转机制，通过实验和理论证实扭转源于层间堆叠与应变代价的竞争，为扭转工程化vdW材料提供了设计原则。
2026-09-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
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
Interface engineering of van der Waals heterostructures towards energy-efficient quantum devices operating at high temperatures
本综述总结范德华异质结构中涌现量子现象（如负微分电阻、约瑟夫森隧穿等）的研究进展，并探讨通过界面工程实现高温节能量子器件及马约拉纳零模的途径。
2024-11-02 cond-mat.mes-hall
Electrical control of orbital and vibrational interlayer coupling in bi- and trilayer 2H-MoS$_2$
控制层状范德华材料中的层间电子耦合是设计光电器件的关键。在这里，我们控制振动和电子层间耦合的双层和三层2 H-MoS $_2$使用大的外部电场中的微电容器设备。电场解除拉曼选择规则，并激活声子模式与从头计算非常一致。通过偏振分辨光致发光光谱在同一设备中，我们观察到一个强烈的可调谷二向色性与最大圆偏振度的$\sim 60\%$在双层和$\sim 35\%$在三层的MoS $_2$是完全符合速率方程模型，其中包括输入电子能带结构计算。我们确定了高度离域的电子波函数层之间的高对称性$Q$点的起源的可调圆二色性。我们的研究结果表明，电场可调层间耦合的可能性，控制紧急自旋谷物理和杂化驱动的vdW材料及其异质结构的影响。
2021-06-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Carrier-coupled ultrafast structural dynamics and interlayer energy transport of supported transition metal dichalcogenide heterostructures
University of Houston（休斯顿大学）；Nanjing University（南京大学）
利用反射超快电子衍射直接观测支撑MoS2/WS2双层异质结构及其单层的光致面外结构动力学，揭示了层间电荷转移引发的载体耦合层内原子运动，并报告了不同能量流路径及热边界电导。
2026-05-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Unveiling Ultrafast Spin-Valley Dynamics and Phonon-Mediated Charge Transfer in MoSe$_{2}$/WSe$_{2}$ Heterostructures
本文利用螺旋度分辨超快瞬态吸收光谱研究MoSe$_{2}$/WSe$_{2}$异质结构，揭示声子介导的层间电荷转移及自旋-能谷极化保持机制，为二维异质结构中极化激子的超快操控奠定基础。
2024-11-21 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Influence of interlayer exchange coupling on ultrafast laser-induced magnetization reversal in ferromagnetic spin valves
本研究通过改变Cu间隔层厚度，发现2.32 nm为关键阈值，高于此阈值单脉冲可稳定反转磁化，低于则需连续照射，揭示了层间交换耦合对超快磁化反转的影响。
2024-01-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Anomalous Interlayer Exciton Diffusion in Twist-Angle-Dependent Moiré Potentials of WS$_2$-WSe$_2$ Heterobilayers
半导体范德华异质结构中的莫尔条纹引入的纳米级周期势为设计激子超晶格提供了一个新的平台。为了实现这些应用，有必要深入了解层间激子在莫尔势中的定域和离域。在这里，我们研究了层间激子动力学和传输调制的摩尔势在WS $_2$ -WSe $_2$异质双层膜在时间，空间和动量域使用瞬态吸收显微镜结合第一性原理计算。实验结果验证了理论预测的能量有利的K-Q层间激子和解开激子布居动力学是由扭曲角依赖的K-Q和K-K激子之间的能量差控制。空间和时间分辨的激子群体成像直接可视化激子本地化的扭曲角相关的摩尔势~100 meV。激子输运由于莫尔势和强多体相互作用之间的相互作用而显著偏离正常扩散，导致激子密度和扭转角依赖的扩散长度。这些结果对于设计用于激子和自旋输运以及量子通信应用的VDW异质结构具有重要意义。
2019-10-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Ultrafast control of moiré pseudo-electromagnetic field in homobilayer semiconductors
在均质双层半导体的长波长莫尔条纹中，电子的层赝自旋受到相当大的塞曼场的影响，塞曼场在空间上受到莫尔条纹中层间耦合的调制。通过这种空间调制与均匀的，但动态可调的组件从平面外的电场的干扰，我们表明，整个塞曼场的时空分布，因此具有拓扑结构，可以控制在超快的时间尺度由太赫兹场或层间偏置。这种动态调制导致低能载流子出现面内电场，这与它们的实空间贝里曲率--莫尔磁场--通过法拉第感应定律有关。这些在谷的时间反转对处具有相反符号的出射电磁场可以被利用来在偏置脉冲或太赫兹辐射的控制下操纵莫尔景观中的谷和自旋。
2022-03-09 cond-mat.mes-hall
Electrically controlled emission from triplet charged excitons in atomically thin heterostructures
激子是复合玻色子，可以具有自旋单重态和三重态。在通常的半导体中，如果没有额外的自旋翻转机制，三重态激子是效率极低的光发射体。过渡金属二硫属化物（TMD）中的大自旋轨道耦合使圆偏振光与具有选择性谷和自旋的激子耦合。在这里，我们证明了电子控制的MoSe $_2$ /WSe $_2$ TMD范德华（vdW）异质结中的自旋三重态层间激子的增亮。在TMD异质结构中的vdW层的原子注册为层间激子提供了准角动量，使得能够从否则暗的自旋三重态激子发射。利用磁场，我们证明了在同一个谷中的三重态和单重态激子发射的光子具有相反的手征性。我们还测量有效的激子g因子，提出直接和定量的证据三重态层间激子。我们进一步证明了单重态和三重态带电激子之间的相对光致发光强度的门调谐。单重态和三重态激子之间的电控发射使得光电子器件能够配置激子手性、自旋和谷量子态。
2019-12-16 cond-mat.mes-hall
Ultrafast carrier-coupled interlayer contraction, coherent intralayer motions, and phonon thermalization dynamics of black phosphorus
黑磷（BP）具有高度的各向异性性能和动力学行为是独特的，即使在二维和范德华（vdW）层状材料。在这里，我们表明，层间晶格收缩和协调一致，对称的层内振动发生在几个皮秒以下的光注入和弛豫的载流子，使用超快电子衍射的反射几何探测的面外运动。光生载流子和BP的褶皱结构之间的强耦合，与电子能带结构的对齐，是在没有光致相变的情况下，这样的定向原子运动的工作。声子热化动力学可以确定三个时间区域，其中在大约50 ps内达到没有各向异性的准平衡，随后是相干声学声子的传播和热扩散到体中。这里报道的早期的平面外动力学具有重要的意义，单层和少层BP和其他VDW材料具有强的电子晶格相关性。
2022-03-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Interlayer coupling and gate-tunable excitons in transition metal dichalcogenide heterostructures
双层范德华（vdW）异质结构如MoS 2/WS 2和MoSe 2/WSe 2最近引起了人们的广泛关注，特别是因为它们的II型能带排列和层间激子作为最低能量激子态的形成。在这项工作中，我们计算了这种异质结构的电子和光学性质的第一性原理GW+Bethe-Salpeter方程（BSE）方法，揭示了层间耦合在决定激发态性质，包括能带排列和激子性质的重要作用。计算表明，由于层间耦合，低能激子可以通过垂直栅场进行宽范围的调谐。特别地，在这些双层异质结构中的最低能量激子的偶极振子强度和辐射寿命在实际的外部栅极场内变化超过一个数量级。我们还建立了一个简单的模型，捕捉背后的可调谐性的基本物理，并允许扩展的从头计算结果的大范围的电场。我们的工作阐明了双层vdW异质结构中层间激子的物理图像，并预测了二维光电子器件的宽范围的门可调激发态特性。
2017-12-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Engineering Interlayer Hybridization in Energy Space via Dipolar Overlayers
本文提出通过偶极覆盖层改变在位能差来在能量空间中调控层间杂化混合比的新策略，并在多种范德瓦尔斯体系中实现了对光学跃迁、拓扑表面态和磁相变的有效控制。
2022-02-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Berry curvature contribution towards $ 1s-2p_{\pm} $ interlayer exciton ultrafast transition within a $R-WSe_{2}/MoSe_{2} $ heterobilayer
本文计算了R堆叠WSe₂/MoSe₂异质双层中层间激子光谱，揭示了Berry曲率对2p±态劈裂的影响及其与介电环境和扭转角的关系，并确定了1s-2p±跃迁的极化率。
2024-08-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Twist Angle Dependent Interlayer Exciton Lifetimes in van der Waals Heterostructures
在通过堆叠过渡金属二硫属化物的两个单层形成的范德华（vdW）异质结构中，形成具有高度可调谐性质的多个激子共振，并且受到垂直和横向限制。我们研究如何一个独特的控制旋钮，两个单层之间的扭曲角，可以用来控制激子动力学。我们观察到当扭转角从1 $^\circ$变化到3.5 $^\circ$时，$\text{MoSe}_{\text{2}}$ / $\text{WSe}_{\text{2}}$扭转双层膜（TBL）的层间激子寿命变化了一个数量级.使用低能量连续模型，我们从理论上分离两个主要的机制，影响层间激子辐射寿命。随着扭转角的增加，动量空间向间接跃迁的转变以及来自莫尔势的能量调制都对层间激子寿命有显著影响。我们进一步预测了不同扭转角的TBL层间激子寿命随温度的变化关系，并得到了部分实验验证。虽然最近的许多研究已经强调了如何在VDW TBL的扭曲角可以被用来工程的基态和量子相位由于多体相互作用，我们的研究探索其在控制光学激发态的动力学的作用，从而扩大了“twistronics”的概念应用。
2021-01-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Directionally Locked Heteroepitaxy with a Structurally Modulated van der Waals Material
Princeton University（普林斯顿大学）；Princeton Materials Institute（普林斯顿材料研究所）；Donostia International Physics Center（圣塞巴斯蒂安国际物理中心）；University of the Basque Country (UPV/EHU)（巴斯克大学）；Boston College（波士顿学院）；The Hong Kong University of Science and Technology（香港科技大学）；Indian Institute of Technology Guwahati（印度理工学院古瓦哈提分校）；National Institute for Materials Science（日本国立材料研究所）；Centro de Física de Materiales (CSIC-UPV/EHU)（材料物理中心）；Université de Sherbrooke（舍布鲁克大学）
通过结构调制范德瓦尔TaCo2Te2基底的晶格不稳定性，实现对对称不匹配体材料CoxTey的生长与对齐，通过热处理诱导表面扩散和横向生长，实现界面方向锁定。
2026-04-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Pressure-enhanced interlayer exciton in WS2/MoSe2 van der Waals heterostructure
原子级的vdW异质结构由于其奇异的物理性质而成为最受关注的量子材料体系之一。这些体系中的层间耦合对实现新的物理观测和丰富界面功能起着至关重要的作用。然而，目前还缺乏对层间耦合调节的定量研究。通过高压来改变层间电子结构和层间距是一种很有前景的调控层间耦合的策略，这是一种公认的调控物理性质的方法。在这里，我们构建了一个高品质的WS 2/MoSe 2异质结DAC，并成功地调整层间耦合通过静水压力。观察到了单层MoSe_2（ML-MoSe_2）、单层WS_2（ML-WS_2）和WS_2/MoSe_2异质结构的典型光致发光谱，有趣的是，它们的光致发光谱峰随外加压力的移动方式完全不同。ML-MoSe 2和ML-WS 2的层内激子在高压下发生蓝移，蓝移系数分别为19.8 meV/GPa和9.3 meV/GPa，而层间激子的压力依赖性较弱，蓝移系数为3.4 meV/GPa。同时，外压有助于驱动更强的层间相互作用，导致更高的层间/层内激子强度比，表明增强的层间激子行为。第一性原理计算揭示了WS 2/MoSe 2异质结构中较强的层间相互作用导致了外压下层间激子行为的增强，并揭示了层间激子的鲁棒峰。这一工作为研究vdW异质结构中的层间相互作用提供了一种有效的方法，对于类似量子系统的材料和器件设计具有重要意义。
2021-03-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Ultrafast Light-Induced Magnetoelectric Effect in van der Waals Magnetic Semiconductor Heterostructures
The Ohio State University（俄亥俄州立大学）；Carnegie Mellon University（卡内基梅隆大学）；University of Iowa（爱荷华大学）
研究揭示了二维磁半导体异质结中超快光激发导致的磁矩转动机制，通过实验和理论分析表明载流子输运改变垂直磁各向异性，从而触发磁化预cession动力学。
2026-04-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Acoustic twisted bilayer graphene
扭曲范德华异质结构是研究可调关联电子系统的一个重要平台。然而，vdW异质结构的量子力学性质使得它们的理论和实验探索费力且昂贵。在这里，我们提出了一个简单的平台来模仿扭曲的VDW异质结构的行为，使用声学超材料，包括在钢板中的相互连接的空气腔。我们的扭曲双层石墨烯的经典模拟物显示出与其量子对应物相同的行为，包括在大约1.1度的魔角处的模式局域化。通过调整层间膜的厚度，我们达到了强相互作用的范围，比压力下扭曲双层石墨烯的可行范围高出三倍以上。在这种情况下，我们发现魔角高达6.01度，对应于真实空间中更密集的局域模式阵列，并进一步增加了它们的相互作用强度。我们的研究结果拓宽了量子力学和声学之间的串扰能力，因为VDW超材料既可以用作探索量子系统的简化模型，也可以用作将有趣的量子效应转化为声学的手段。
2020-10-20 cond-mat.mes-hall
Interlayer Exciton Laser with Extended Spatial Coherence in an Atomically-Thin Heterostructure
二维半导体由于其强的激子-光子相互作用和工程和集成的灵活性而成为纳米光子学的一类新材料。利用这些特性，我们设计了一种基于偶极层间激子的高效激光介质，在旋转排列的原子薄异质结构中。激光测量从过渡金属二硫族化物异质双层集成在氮化硅光栅谐振器。在整个激光阈值的发射的空间相干性的急剧增加被观察到。这项工作建立了层间激子在二维异质结构作为硅兼容的相干介质。这些层间激子具有电可调的光-物质相互作用强度和长程偶极相互作用，有望在低功率、超快激光和调制器以及丰富的多体量子现象方面得到应用。
2019-01-03 cond-mat.mes-hall
Electrically controlled emission from singlet and triplet exciton species in atomically thin light emitting diodes
激子是复合玻色子，可以具有自旋单重态和三重态。在通常的半导体中，如果没有额外的自旋翻转机制，三重态激子是效率极低的光发射体。过渡金属二硫属化物（TMD）具有大的自旋-轨道耦合，由于其将圆偏振光耦合到具有选择性谷和自旋$^{1-4}$的激子，因此对于谷电子应用特别感兴趣。在原子级薄的MoSe $_2$ /WSe $_2$ TMD范德华（vdW）异质结构中，vdW层的独特原子配准向层间激子$^{5,6}$提供准角动量，使得能够从否则暗的自旋三重态激子发射。在这里，我们报告电可调自旋单重态和三重态激子发射原子排列的TMD异质结构。我们确认自旋配置的发光激子采用磁场测量有效激子g因子。层间隧穿电流通过TMD vdW异质结构，使单重态和三重态激子发射的电产生在这个原子薄的PN结。我们证明了电荷注入产生的单重态和三重态激子之间的电调谐性。因此，原子薄的TMD异质结构发光二极管使得光电子器件能够通过控制原子堆叠登记来独立地配置自旋和谷量子态。
2020-12-07 cond-mat.mes-hall
Ultrafast current and field driven domain-wall dynamics in van der Waals antiferromagnet MnPS3
二维范德瓦尔斯（vdW）材料磁性的发现，为解决磁性的基本问题以及在计算、传感和存储技术中的潜在应用开辟了新的途径。特别令人感兴趣的是反铁磁体，由于其固有的反铁磁交换耦合，显示出与铁磁体相关的几个优点，例如对外部磁扰动的鲁棒性。这种性质是反铁磁体的基石之一，意味着存储在反铁磁畴中的信息对施加的磁场是不可见的，从而防止其被擦除或操纵。在这里，我们表明，尽管这种基本的理解，最近发现的VDW MnPS 3反铁磁体的磁畴可以通过外部磁场和电流控制。我们实现了超快畴壁动力学与速度分别高达1500米/秒和3000米/秒，以广泛的领域和电流密度。这两个畴壁动力学是由边缘终端产生未补偿的自旋以下的蜂窝结构的基本对称性。我们发现，属于不同的磁性子晶格的边缘原子的功能作为几何收缩，防止壁的位移，而在材料的两个边缘具有相同的子晶格的原子允许场驱动的畴壁运动，这是唯一的限制由自旋翻转转变的反铁磁体超过25 T。相反，电流可以在除了两个亚晶格存在于边界处的那些边缘（例如扶手椅边缘）之外的大多数边缘中引起畴壁的运动。我们的研究结果表明，在实际应用中的2D vdW反铁磁体的实施需要工程的层边缘，使一个前所未有的功能特性在MEMS器件平台。
2020-11-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
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
Design of van der Waals Interfaces for Broad-Spectrum Optoelectronics
范德华（vdW）材料提供了新的方法来组装人工电子介质，其特性在设计阶段就可以控制，通过将原子定义的层结合到界面和异质结构中。它们的光电子学潜力源于通过利用具有适当带边对准的不同化合物之间的层间跃迁来在宽范围内定制光谱响应的可能性。然而，对于层间跃迁是辐射的，一个严重的挑战来自材料的细节-例如晶格失配甚至组成层的微小错位-这可以大大抑制电子-光子耦合。这个问题在最近的单层过渡金属二硫属化物异质结构的研究中得到了证实，其能带边缘位于倒易空间的K点。在这里，我们实验证明，层间耦合问题的解决方案是工程师II型接口组装原子级薄的晶体，具有底部的导带和顶部的价带在$Γ$ -点，从而避免任何动量失配。我们发现，这种类型的VDW接口表现出辐射光学跃迁的晶格常数，旋转/平移的两个层的对齐，或是否构成材料是直接或间接的间隙半导体。结果，这是强大的和一般的有效性，大大拓宽了未来的光电子器件的应用范围的基础上的二维材料。
2020-02-04 cond-mat.mes-hall
Tuning of Interlayer Coupling in Large-Area Graphene/WSe2 van der Waals Heterostructure via Ion Irradiation: Optical Evidences and Photonic Applications
范德华异质结由于其独特的性质和在许多领域的应用潜力而受到人们的广泛关注。vdW异质结构中的载流子的流动可以通过相邻层之间的层间耦合来有效地整流，从而提供丰富的功能集合和用于设计原子级薄器件的机制。然而，大面积异质结构中的非均匀接触降低了器件效率。在这项工作中，离子辐照已被验证为一种有效的技术，以提高接触和层间耦合在新开发的石墨烯/WSe 2异质结构与大面积的10 mm × 10 mm。在离子辐照过程中，单层石墨烯的形态已被修改，促进与WSe 2的接触。光致发光和超快吸收的研究显示了可调层间电子转移的实验证据。此外，我们还发现，在石墨烯/WSe 2异质结构中，石墨烯作为光激发载流子在WSe 2中弛豫的快速通道，并且WSe 2的非线性吸收可以通过石墨烯中的载流子转移过程有效地调谐，使得异质结构与分离的石墨烯或WSe 2相比具有特定的光学吸收。在此基础上，利用离子束修饰的石墨烯/WSe 2异质结作为可饱和吸收体，在Nd：YAG波导腔中实现了优化性能的调Q脉冲激光输出。这项工作铺平了道路，通过使用离子束辐照大面积异质结的基础上开发新的设备。
2017-03-24 cond-mat.mes-hall physics.optics
Ultrafast phonon-driven charge transfer in van der Waals heterostructures
垂直堆叠的过渡金属二硫属化合物（TMD）的范德华异质结表现出丰富的能量景观，包括层间和谷间激子。最近的实验表明，在TMD异质结构的超快电荷转移。然而，电荷转移过程的性质仍然难以捉摸。基于微观和材料现实的激子理论，我们揭示了声子介导的散射通过强烈的杂化谷间激子支配的电荷转移过程中发生的子-100 fs的时间尺度。我们跟踪的时间，动量和能量分辨的光激发激子的弛豫动力学和确定的温度和堆叠依赖的电荷转移时间为不同的TMD双层。所提供的见解提出了一个重要的步骤，在微观上理解的技术上重要的电荷转移过程中的范德华异质结构。
2022-09-08 cond-mat.mes-hall
Ultrafast Band-Gap Renormalization in Bilayer Graphene
Christian Albrecht University of Kiel（基尔大学）；Institute of Experimental and Applied Physics, Christian Albrecht University of Kiel（基尔大学实验与应用物理研究所）；Ruprecht Haensel Laboratory, German Electron Synchrotron DESY（德国电子同步辐射中心鲁普雷希特·亨塞尔实验室）；Kiel Nano, Surface and Interface Science KiNSIS, Christian Albrecht University of Kiel（基尔纳米、表面与界面科学研究所 (KiNSIS), 基尔大学）；The Pennsylvania State University（宾夕法尼亚州立大学）；Department of Materials Science and Engineering, The Pennsylvania State University（宾夕法尼亚州立大学材料科学与工程系）；Dimensional Crystal Consortium, Materials Research Institute, The Pennsylvania State University（宾夕法尼亚州立大学材料研究所二维晶体联盟）；Center for 2-Dimensional and Layered Materials, The Pennsylvania State University（宾夕法尼亚州立大学二维及层状材料中心）；Center for Atomically Thin Multifunctional Coatings, The Pennsylvania State University（宾夕法尼亚州立大学原子级厚度多功能涂层中心）
通过光诱导层间电荷转移和热点载流子增强屏蔽，实现双层石墨烯中超快带隙调控
2026-02-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.other
Strong interlayer coupling in van der Waals heterostructures built from single-layer chalcogenides
半导体异质结构是许多重要器件应用的基础平台，例如激光器、发光二极管、太阳能电池和高电子迁移率晶体管。类似于传统的异质结构，层状过渡金属二硫属化物（TMDC）异质结构可以通过将各个单层组装成功能性多层结构来设计和构建，但原则上具有原子级尖锐界面，没有原子的相互扩散，数字控制的层状组分并且没有晶格参数约束。尽管如此，这种新型的范德华（vdW）半导体异质结构的光电行为是未知的单层限制。具体来说，实验上尚不清楚这种异质双层中的光学跃迁是空间直接的还是间接的。在这里，我们研究人工半导体异质结构从单层WSe2和MoS2构建块。我们观察到的光致发光峰和最低的吸收峰，这是一致的II型带对齐空间直接吸收，但空间间接发射之间的大斯托克斯位移约100毫电子伏。值得注意的是，这种空间间接跃迁的光致发光强度很强，表明载流子的层间耦合很强。异质界面处的耦合可以通过将六方BN（h-BN）介电层插入到vdW带隙中来容易地调谐。因此，这种层间耦合的一般性质提供了带工程中的新的自由度，并且预期产生具有定制复合层的可调光电性质的新的半导体异质结构族。
2014-04-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Ultrafast photocarrier recombination dynamics in black phosphorus-molybdenum disulfide (BP/MoS2) heterostructure
由二维材料构成的范德华异质结构由于其独特的性质和潜在的应用前景而引起了人们的极大兴趣。虽然早期的努力已经推进了对二维异质结构中超快跨层电荷转移过程的理解，但界面光生载流子复合的机制在很大程度上仍然不清楚。在这里，我们研究了由黑磷（BP）和二硫化钼（MoS 2）组成的异质结构，具有II型带对齐。有趣的是，发现MoS 2中的光生电子（从BP转移）表现出约5 ps的超快寿命，显著短于构成材料的超快寿命。通过与BP中光激发空穴的弛豫相印证，揭示了超快时间常数是有效朗之万复合的结果，其中BP的高空穴迁移率促进了大的复合系数（约2 × 10 ^-10 m^2/s）。此外，宽带瞬态吸收光谱证实，转移到二硫化钼的热电子分布在一个广泛的能量范围内的超快热化。层间朗之万复合的速率被发现表现出没有能级依赖性。我们的研究结果提供了必要的见解II型二维异质结的基本光物理，也提供了有用的指导方针，定制的光载流子寿命的BP高速光敏器件。
2018-11-12 cond-mat.mes-hall
Ultrafast transition between exciton phases in van der Waals heterostructures
原子级薄的范德华键合单层的异质结构开辟了一个独特的平台，工程师库仑相关，塑造激子，莫特绝缘，或超导相。在过渡金属二硫属化物异质结构中，存在于不同单层中的电子和空穴可以结合到空间间接激子中，其具有用于光电子学、谷电子学、玻色凝聚、超流性和莫尔诱导的纳米点晶格的强大潜力。然而，这些想法需要微观理解的形成，离解，热化动力学的相关性，包括超快相变。在这里，我们介绍了一个直接的超快访问库仑单层之间的相关性;锁相中红外脉冲使我们能够测量层间激子的结合能WSe 2/WS 2异质双层揭示了一种新的1 s-2 p共振，解释了一个完全量子力学模型。此外，我们跟踪，与子周期的时间分辨率，激子气体光生WSe 2层中直接转化为层间激子。根据堆叠角度，内和层间物种共存的皮秒尺度和1 s-2 p共振成为重整化。我们的工作提供了一个直接测量层间激子的结合能，并打开了在新的人工材料中跟踪和控制相关性的可能性。
2019-10-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Ultrafast dynamics of local charge order in a THz-induced metastable quantum state
Fritz Haber Institute of the Max Planck Society（马克斯·普朗克学会弗里茨·哈伯研究所）；Max Planck Institute for the Structure and Dynamics of Matter（马克斯·普朗克物质结构与动力学研究所）
利用太赫兹扫描隧道显微镜，在层状电荷密度波材料1T-TaS2中，局域分辨了THz诱导亚稳态中的相干集体动力学，发现了新的振动模式并揭示了层间堆叠构型在光致相超快动力学中的作用。
2026-05-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Shedding Light on Moire Excitons: A First-Principles Perspective
范德瓦尔斯（vdW）异质结构中的莫尔超晶格可以捕获强键长寿命的层间激子。假设这些莫尔激子是局域的，它们可以形成有序的量子点阵列，为新型的光电和量子信息应用铺平了道路。在这里，我们进行第一性原理模拟揭示扭曲的MoS 2/WS 2异质结中的莫尔激子。我们提供了vdW异质结构中局域层间莫尔激子的直接证据。莫尔势是根据能隙的空间调制映射出来的。在没有魔角的异质结构中观察到几乎平坦的价带。的空间定位和束缚能的莫尔激子上的扭曲角的异质结构的依赖性进行检查。我们探讨了如何通过调节电场来控制莫尔激子的位置、极性、发射能量和杂化强度。我们预测，交变电场可以调制杂化莫尔激子的偶极矩，抑制它们在莫尔晶格中的扩散。
2020-05-13 cond-mat.mes-hall physics.comp-ph
Influence of excitation energy on microscopic quantum pathways for ultrafast charge transfer in van der Waals heterostructures
University of Regensburg（雷根斯堡大学）；Istituto Italiano di Tecnologia（意大利理工学院）
研究探讨了激发能如何影响范德瓦尔斯异质结中超快电荷转移的微观量子路径，发现更高的激发能能加速电荷分离，这是由于C激子共振吸收产生高于直接带隙的能量电子-空穴对，从而打开更高效的电荷转移通道。
2026-05-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Ultrafast Optical Control of Rashba Interactions in a TMDC Heterostructure
本文通过理论计算与时间分辨克尔旋转测量，揭示了MoSe2/MoS2异质结构中Rashba效应诱导的谷内自旋弛豫机制，并发现其在50 K以上成为主导通道，为超快自旋操控提供了新途径。
2024-06-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Moiré Potential Impedes Interlayer Exciton Diffusion in van der Waals Heterostructures
范德瓦尔斯（vdW）异质结构的性质急剧改变的可调莫尔超晶格层之间的原子排列的周期性变化所产生的。激子扩散是半导体过渡金属二硫属化物（TMD）中能量输运的重要通道。虽然对TMD异质双层进行的早期研究表明载流子和激子表现出长的扩散长度，但可以存在多种情况。在具有大的超晶胞尺寸和深电势的莫尔晶体中，层间激子可以完全局部化。随着莫尔周期在较大的扭转角处减小，激子可以在超晶胞之间隧穿并在较长的寿命内扩散。在完全没有莫尔超晶格的相称异质结构中，扩散长度应该最长。在这项研究中，我们实验证明，莫尔电位阻碍层间激子扩散的WSe 2/MoSe 2异质结制备的化学气相沉积和机械堆叠与精确控制的扭转角进行比较。我们的研究结果提供了关键的指导，开发'twistronic'设备，探索莫尔超晶格工程材料的性能。
2019-12-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Asymmetric dynamical charges in two-dimensional ferroelectrics
针对范德华铁电体与传统铁电体的差异，研究揭示其动力学电荷具空间调制和本征不对称性，且二维材料非对角动力学电荷因边界条件始终不对称，为理解新型铁电性提供关键依据。
2024-04-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Ultralow-Tensile Strain Enables Exciton Funneling and Energy Transfer to Boost MoSe2 Photoluminescence Quantum Yield
Faculty of Physics, University of Warsaw（华沙大学物理学院）；SPEC, CEA, CNRS, Université Paris-Saclay（法国原子能和替代能源委员会、国家科学研究中心、巴黎萨克雷大学SPEC实验室）；Université Paris-Saclay, ONERA, CNRS, Laboratoire d’étude des microstructures (LEM)（巴黎萨克雷大学、ONERA、国家科学研究中心微结构研究实验室）；School of Basic Sciences, Indian Institute of Technology Bhubaneswar（布巴内斯瓦尔印度理工学院基础科学学院）；Research Center for Materials Nanoarchitectonics, National Institute for Materials Science（物质材料研究机构材料纳米架构研究中心）；Research Center for Electronic and Optical Materials, National Institute for Materials Science（物质材料研究机构电子与光学材料研究中心）
通过仅施加0.1%双轴拉伸应变，结合层间能量转移，在ReS2/MoSe2异质结构中实现激子漏斗效应，使光致发光量子产率提升8倍，为增强vdW材料发光效率提供新途径。
2026-09-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Electron-beam-induced Contactless Manipulation of Interlayer Twist in van der Waals Heterostructures
Polytechnic University of Turin（都灵理工大学）；Empa, Swiss Federal Laboratories for Materials Science and Technology（瑞士联邦材料科学与技术研究所）；Italian Institute of Technology（意大利理工学院）；University of Cagliari（卡利亚里大学）
本研究通过电子束诱导电荷注入实现了对范德瓦尔斯异质结构层间扭角的无接触操控，利用界面电场产生静电扭矩并诱导角位移。
2025-10-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Modulating the electrochemical intercalation of graphene interfaces with $α$-RuCl$_3$ as a solid-state electron acceptor
本文利用α-RuCl₃作为固态电子受体使石墨烯带正电，并通过改变hBN间隔层厚度系统调控Li⁺插层电位，结合拉曼光谱、输运测量和DFT计算揭示了电荷转移机制，为二维材料电化学插层调控提供了通用策略。
2023-08-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Observation of Transient Trion Induced by Ultrafast Charge Transfer in Graphene/MoS2 Heterostructure
本研究提出通过超快电荷转移在Gr/MoS2异质结构中产生瞬态trion并控制其与激子比率，揭示了其动力学特性，为二维准粒子构建与多体相互作用控制提供新视角。
2024-09-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
