Tunable Electronic Structure in Gallium Chalcogenide van der Waals Compounds
Brian Shevitski, Søren Ulstrup, Roland J. Koch, Hui Cai, Sefaattin Tongay, Luca Moreschini, Chris Jozwiak, Aaron Bostwick, Alex Zettl, Eli Rotenberg, Shaul Aloni
过渡金属单硫族化物包括一类具有电子带隙的二维材料，其对材料厚度和化学成分高度敏感。在这里，我们探讨的可调谐性的电子激发光谱在镓硒使用角分辨光电子能谱。该材料的电子结构通过$\textit{in-situ}$钾沉积以及通过形成GaS $_{x}$ Se $_{1-x}$合金化合物来改性。我们发现，钾的最高四层的GaSe晶胞，导致周围的价带最大值（VBM）的色散的实质性变化。所观察到的一个单一的tetralayer的频带色散是一致的过渡从直接的间隙字符的散装预期单层GaSe的间接间隙字符。在与硫合金化后，我们观察到从AB到$\text{AA}^{\prime}$堆叠的相变。合金化还导致VBM的刚性能量向更高的结合能移动，这与发光的蓝移相关。硫合金化后带隙的增加似乎不会明显改变VBM的分散或特性，这意味着可以设计这些材料的带隙，同时保持其突出的电子特性。
英文摘要：
Transition metal monochalcogenides comprise a class of two-dimensional materials with electronic band gaps that are highly sensitive to material thickness and chemical composition. Here, we explore the tunability of the electronic excitation spectrum in GaSe using angle-resolved photoemission spectroscopy. The electronic structure of the material is modified by $\textit{in-situ}$ potassium deposition as well as by forming GaS$_{x}$Se$_{1-x}$ alloy compounds. We find that potassium decouples the top-most tetra-layer of the GaSe unit cell, leading to a substantial change of the dispersion around the valence band maximum (VBM). The observed band dispersion of a single tetralayer is consistent with a transition from the direct gap character of the bulk to the indirect gap character expected for monolayer GaSe. Upon alloying with sulfur, we observe a phase transition from AB to $\text{AA}^{\prime}$ stacking. Alloying also results in a rigid energy shift of the VBM towards higher binding energies which correlates with a blue shift in the luminescence. The increase of the band gap upon sulfur alloying does not appear to change the dispersion or character of the VBM appreciably, implying that it is possible to engineer the gap of these materials while maintaining their salient electronic properties.
Band Structure and Optical Transitions in Atomic Layers of Hexagonal Gallium Chalcogenides
用密度泛函理论计算了Ga $_2$ X $_2$（X=S，Se，Te）二维晶体的电子能带结构和光学吸收谱.我们的计算表明，所有三个二维材料是动态稳定的间接带隙半导体与墨西哥帽分散附近的价带的顶部的空穴。我们预测存在的Lifshitz转变-在费米表面拓扑结构的变化的空穴掺杂Ga $_2$ X $_2$ -在空穴浓度$n_{S}=7.96\times 10^{13}$ cm $^{-2}$，$n_{Se}=6.13\times 10^{13}$ cm $^{-2}$，和$n_{Te}=3.54\times 10^{13}$ cm $^{-2}$。
Kinetically accessible 1D magnetic chains of transition-metal chalcogenides and halides on van der Waals surfaces
Key Laboratory of Quantum State Construction and Manipulation (Ministry of Education), Renmin University of China（中国人民大学量子态构建与操控教育部重点实验室）；College of Physics and Electronic Engineering, Center for Computational Sciences, Sichuan Normal University（四川师范大学物理电子工程学院计算科学中心）；College of Physics and Optoelectronic Engineering, Shenzhen University（深圳大学物理与光电工程学院）
Emergence of Topologically Non-trivial Spin-polarized States in a Segmented Linear Chain
具有新颖或有用性质的新材料的合成是凝聚态物理和材料科学领域中最重要的驱动力之一。当这类发现指向有希望的未来基础研究和应用时，它们尤其重要。由低维构建块组成的范德华键合材料已被证明在以原子薄形式隔离时表现出涌现特性1 -8。在这里，我们报告的过渡金属硫属化物在一个迄今为止未知的分段线性链形式的发现，其中基本的建筑块，每个组成的两个铪原子和九个碲原子（Hf 2 Te 9）是范德华键结端到端。基于密度泛函理论的第一性原理计算揭示了分段链的电子结构中与晶体对称性相关的显著特征，包括巨自旋分裂和所选能带态的非平凡拓扑相。原子分辨率扫描透射电子显微镜揭示了碳纳米管中空核内孤立的单节段Hf 2 Te 9链，其结构与理论预测一致。范德华键合的分段线性链过渡金属硫属化物材料可以在低维、门可调、磁性和拓扑晶体系统中开辟新的机会。
Electrical spin injection into graphene from a topological insulator in a van der Waals heterostructure
全电（无磁性材料）自旋注入是自旋电子学的突出目标之一。拓扑绝缘体（TI）由于其强的自旋-轨道耦合，特别是自旋-动量锁定的拓扑表面态（TSS）支持螺旋自旋极化电流，被认为是一种很有前途的电控自旋源。许多TI材料，例如Bi基硫族化物也是分层的2D材料，并且可以被并入范德华（vdW）耦合异质结构中，从而打开了利用TI用于电自旋注入到其他2D材料中的可能性。在这里，我们证明了螺旋自旋极化电流注入石墨烯通过3D TI在Bi 2 Te 2Se（TI）和化学气相沉积（CVD）生长的石墨烯之间的机械堆叠的异质结构，使用自旋电位测量。当直流电流从TI流向石墨烯时，我们使用铁磁（FM）探针在TI和石墨烯中检测到显著的阶跃式电压变化（自旋信号）。自旋信号的符号可以通过反转直流偏置电流的方向来反转，并且自旋信号的相应幅度随着偏置电流线性增加，指示TI和石墨烯两者中的电流诱导的螺旋自旋极化。相比之下，当使用FM电极注入自旋时，石墨烯本身表现出通常的非局域自旋阀信号。我们讨论了可能的起源的螺旋自旋极化注入到我们的TI/石墨烯异质结构，可能包括TSS以及自旋轨道耦合Rashba状态的石墨烯。我们的研究结果表明，通过TI的自旋螺旋电流到石墨烯的电注入，并证明TI作为潜在的自旋源，为未来的自旋电子器件，其中自旋操纵实现电。
Ab-initio investigation of lattice distortions in response to van der Waals interactions in FeSe
非常规超导体中的电子结构是理解动量相关对相互作用和由此产生的超导能隙函数的关键。在铁基硫族化合物超导体中，电子色散、能隙结构和配对机制对$k_z$依赖性的重要性一直存在争议。在这里，我们提出了一个详细的调查的范德华相互作用FeSe和它的相互作用与磁无序和真实的空间结构特性。使用密度泛函理论，我们表明，他们需要考虑到调查后的三维效果，包括非平凡的拓扑结构，FeSe $_{1-x}$ Te $_x$和FeSe $_{1-x}$ S $_x$系统。此外，顺磁（PM）无序的影响被认为是在自旋空间平均的方法。我们的计算表明，PM放松的结构支持的图片不同的竞争有序的磁态在磁制度，产生磁挫折。
Moiré-induced symmetry breaking of charge order in van der Waals heterostructures
Donostia International Physics Center (DIPC)（圣塞巴斯蒂安国际物理中心）；Institute of Theoretical Physics, University of Hamburg（汉堡大学理论物理研究所）；Department of Physics, Indian Institute of Science Education and Research Bhopal（博帕尔印度科学教育研究系物理系）；The Hamburg Centre for Ultrafast Imaging（汉堡超快成像中心）；Centro de Física de Materiales (CSIC-UPV/EHU)（材料物理中心（西班牙国家科研委员会-巴斯克国立大学/巴斯克国立理工大学））；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）；Yusuf Hamied Department of Chemistry, University of Cambridge（剑桥大学尤瑟夫·哈米德化学系）；Dept. Polymers and Advanced Materials, University of the Basque Country (UPV/EHU)（巴斯克国立大学（UPV/EHU）聚合物与先进材料系）；Ikerbasque, Basque Foundation for Science（伊克拉巴斯科，巴斯克科学基金会）
Large-scale defects hidden inside a topological insulator grown onto a 2D substrate
拓扑绝缘体（TI）材料是集成到下一代存储器和逻辑器件中的令人兴奋的候选材料，因为它们具有高效、低能耗的磁化切换的潜力。具体地，铋硫族化物家族提供有效的自旋-电荷转换，因为其大的自旋-轨道耦合和表面态的自旋-动量锁定。然而，实现TI的承诺的一个主要障碍是薄膜材料的质量，这落后于外延生长的半导体。与后一种系统相反，Bi硫族化物通过范德华外延形成，这使得它们能够成功地生长在具有不同程度晶格失配的衬底上。这种灵活性使得能够将TI集成到具有新兴材料（包括二维材料）的异质结构中。然而，了解和控制TI膜内的局部特征和缺陷对于实现突破性器件性能至关重要。在这里，我们报告的观测和建模的大规模的结构缺陷（Bi，Sb）$_2$ Te $_3$薄膜生长到六方氮化硼，突出了意想不到的破坏旋转的薄膜和沿晶界共存的第二相。使用第一性原理计算，我们表明，这些缺陷可能会对依赖于这些TI薄膜的器件产生相应的影响，因此它们不能被忽略。
