Identifying field-tunable surface resonance states on black phosphorus
Max Planck Institute for Chemical Physics of Solids（马克斯·普朗克固体化学物理研究所）；Department of Physics, Yonsei University（延世大学物理系）
研究通过扫描隧道谱揭示黑磷表面共振态对强电场的响应机制，发现表面共振态主导电场屏蔽并抑制体态弯曲，为半导体器件设计提供新视角。
2026-03-02 cond-mat.mes-hall
Semiclassical Boltzmann transport theory of few-layer black phosphorus in various phases
黑磷（BP）是一种由磷原子组成的二维范德华层状材料，由于其可调的能带隙（甚至可调到负值）和高度各向异性的电子结构，近年来成为研究最活跃的二维材料之一。根据带隙调谐参数的符号，少层BP可以处于带隙绝缘体相、无带隙狄拉克半金属相或两相之间的无带隙半狄拉克转变点。利用完全各向异性的多带玻尔兹曼输运理论，通过改变带隙调谐参数，系统地研究了少层BP的直流电导率随载流子密度和温度的变化规律，确定了各相对应的特征密度和温度依赖关系.
2019-04-03 cond-mat.mes-hall
Layer Tunable Third-Harmonic Generation in Multilayer Black Phosphorus
黑磷由于其独特的能带结构（既依赖于层又各向异性）而成为人们日益关注的主题。虽然许多人已经研究了黑磷的线性光学响应，但非线性响应仍然相对未被探索。本文报道了用超快近红外激光在黑磷中观察到三次谐波，并首次在实验上测量了Chi（3）。结果发现，三次谐波发射是高度各向异性的，依赖于入射偏振，并强烈变化的层数存在由于信号耗尽和相位匹配条件。
2016-11-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Tunable optical properties of multilayers black phosphorus thin films
黑磷薄膜可能提供有吸引力的替代窄间隙化合物半导体的光电子学跨越中到近红外频率。在这项工作中，我们使用有效低能汉密尔顿内的久保公式计算多层黑磷薄膜的电导率张量。多层黑磷的光吸收光谱随厚度、掺杂和光偏振态的变化而敏感。结合从红外吸收光谱获得的实验光谱，我们还讨论了所观察到的各向异性吸收光谱的带间耦合和无序的作用。
2014-07-11 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Electronic properties of Janus black arsenic-phosphorus (b-AsP) nanoribbons under transverse electric field
利用紧束缚方法研究了Janus单层黑砷磷（b-AsP）纳米带的电子输运性质。系统地研究了边缘结构对电子结构的影响。（1，3）nb和（3，1）nb b-AsP纳米带比锯齿形和扶手椅形纳米带具有更平坦的边缘带。扶手椅型的边缘带呈双简并。计算结果还表明，横向电场可以对不同边界形貌的锯齿带的带隙进行宽范围的调节。临界电场可以完全闭合间隙并诱导从半导体到导体的相变。我们的工作表明，动态可调带隙的Janus b-AsP纳米带，并揭示了潜在的Janus b-AsP的传输设备。
2022-12-04 cond-mat.mes-hall
Strain-Engineered Widely-Tunable Perfect Absorption Angle in Black Phosphorus from First-Principles
利用电子结构的密度泛函理论，计算了应变下块体黑磷的各向异性介电响应。利用得到的介电常数张量，我们解决麦克斯韦方程组和研究的电磁响应的分层结构，包括一个黑色的磷膜堆叠在金属基板上。我们的研究结果表明，一个小的压缩或拉伸应变，$\sim 4\%$，施加垂直或在平面上的黑磷生长方向，有效地控制ε近零响应，并允许一个完美的吸收调谐从低角度的入射光束$θ=0^\circ$到高值$θ\approx 90^\circ$，同时切换能量流方向。通过对空间非均匀应变模型的分析，我们还发现，对于一定厚度的黑磷，通过控制面内应变的变化可以实现近乎完美的吸收。这些发现可以作为设计大调谐完美的电磁波吸收器设备的指导方针。
2020-12-01 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Efficient Electrical Control of Thin-Film Black Phosphorus Bandgap
最近重新发现的黑磷是一种层状半导体，具有很好的电子和光子特性。其带隙的动态控制可以实现新的器件应用，并允许探索新的物理现象。然而，通过钾吸附对掺杂黑磷进行的理论研究和光电子能谱实验表明，在其少层形式中，需要每纳米数伏量级的极大电场来有效地调节其带隙，使得直接电控制不可行。在这里，我们展示了本征黑磷的带隙的调谐直接使用一个电场，并揭示了独特的厚度依赖性的带隙调谐性能，所产生的强层间电子态耦合。此外，利用10 nm厚的黑磷，其中场致电势差在整个膜层间的耦合占主导地位，我们不断调整其带隙从~300到低于50毫电子伏，使用一个中等的位移场高达1.1伏每纳米。这种带隙的动态调谐不仅可以扩展可调谐黑磷光子器件的工作波长范围，而且为电调谐拓扑绝缘体和拓扑节点半金属的研究铺平了道路。
2016-12-14 cond-mat.mes-hall
Electrical Control of Linear Dichroism in Black Phosphorus from the Visible to Mid-Infrared
将电可调材料结合到光子结构（诸如波导和超颖表面）中使得能够通过施加的电势来动态控制光传播。虽然许多材料已被证明表现出电可调的介电常数和色散，包括透明导电氧化物（TCO）和III-V族半导体和量子阱，但这些材料在传播平面中都是光学各向同性的。在这项工作中，我们报告了第一个已知的例子，电可调线性二向色性，在这里观察到的几层黑磷（BP），这是一个有前途的候选人的多功能，宽带，可调光子元件。我们测量从中红外到可见光频率范围内的线性二向色性的主动调制，这是由各向异性量子限制斯塔克和Burstein-Moss效应驱动的，以及场诱导的禁止到允许的光学跃迁。此外，我们观察到高BP吸收调制强度，接近统一的某些厚度和光子能量。
2017-09-30 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Tunable Band Gap and Anisotropic Optical Response in Few-layer Black Phosphorus
我们报告了准粒子带隙，激子，和高度各向异性的光学响应的几层黑磷（磷烯）。结果表明，这些新材料表现出独特的多电子效应，电子结构基本上是沿一维分散，导致特别增强的自能校正和激子效应。此外，在宽的能量范围内，包括红外线和部分可见光，少层黑磷吸收沿结构的扶手椅方向偏振的光，并且对沿Z字形方向偏振的光是透明的，使它们成为用于应用的可行的线偏振器。最后，堆叠中包含的磷烯层的数量控制材料的带隙、光吸收光谱和宽范围内的各向异性偏振能量窗口。
2014-04-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Directive Surface Plasmons on Tunable Two-Dimensional Hyperbolic Metasurfaces and Black Phosphorus: Green's Function and Complex Plane Analysis
研究了二维和准二维双曲材料的电磁响应，在双曲材料上，一个简单的偶极源可以激发出一个具有良好限制性和可调谐的表面等离子体激元（SPP）。分析是基于各向异性的二维表面，这名义上需要一个二维索末菲积分的评价的格林函数。我们表明，SPP的贡献，这个积分可以有效地评估在一个混合的连续-离散的形式作为一个连续谱贡献（分支切割积分）的残留项，在区别于各向同性的情况下，SPP只是作为一个离散的残留项。强SPP激发的制度进行了讨论，并确定复杂的平面奇点，导致物理洞察激发SPP。我们还提出了一个固定相的解决方案，适用于大的径向距离。使用石墨烯条来形成双曲线超颖表面和薄膜黑磷来呈现实施例。格林函数和复杂的平面分析开发允许在一般的二维材料的双曲等离子体激元的探索。
2016-12-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Gate Switchable Transport and Optical Anisotropy in 90° Twisted Bilayer Black Phosphorus
各向异性描述了材料性质的方向依赖性，例如传输和光学响应。在传统的块体材料中，各向异性本质上与晶体结构相关，因此不能通过现代电子学中使用的选通技术进行调节。在这里，我们表明，在双层黑磷与层间扭转角为90°，其电子结构和光学跃迁的各向异性是可调的门控。使用第一性原理计算，我们预测，一个实验室可访问的栅极电压可以诱导一个空穴的有效质量是30倍沿笛卡尔轴比沿其他轴，和两个轴可以通过翻转栅极电压的符号交换。这种门控能带结构还导致可切换的光学线性二向色性，其中最低能量光学跃迁（吸收或发光）的偏振可通过门控来调谐。因此，各向异性是扭曲双层黑磷中的可调自由度。
2017-02-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Highly anisotropic spin transport in ultrathin black phosphorus
针对黑磷各向异性晶体结构，制备了四端构型高迁移率超薄BP基自旋阀，发现其面内自旋寿命超1纳秒且栅极可调，沿三正交轴呈现强烈自旋寿命各向异性，为实现方向可调自旋输运提供可能。
2025-06-25 cond-mat.mes-hall
Microscopic mechanism of tunable band gap in potassium doped few-layer black phosphorus
二维材料的带隙调谐是当代材料科学的基础和实践方面的一个重要课题。最近，实验观察到由磷烯的堆叠层组成的黑磷（BP）通过在表面上沉积钾（K）原子而显示出宽可调的带隙，从而在电子和光电子器件的设计和优化中允许极大的灵活性。在这里，基于密度泛函理论的计算，我们证明了捐赠的电子从K掺杂剂主要是本地化在最顶层的BP层和这样的表面充电有效地屏蔽K离子电位。研究发现，随着K掺杂的增加，极端的表面充电及其对K原子的屏蔽使导带的能量降低，即，由于它们在表面附近具有更多的电荷，因此它们的结合能向更高的方向移动，而对在更深的层中具有更多电荷的价带的影响很小。与先前提出的巨斯塔克效应相比，该结果为观察到的可调带隙提供了不同的解释，其中从正离子化的K覆盖层到带负电的BP层的垂直电场使导带最小值$Γ_{\rm 1c}$（价带最小值$Γ_{\rm 8v}$）向下（向上）移动。本预测的$Γ_{\rm 1c}$和$Γ_{\rm 8v}$作为K掺杂的函数再现了宽可调的带隙，各向异性狄拉克半金属态，带反转半金属态，如角分辨光电子能谱实验所观察到的。我们的研究结果揭示了一种通过碱金属表面掺杂实现二维材料可调带隙工程的新途径。
2017-08-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Exploring the Optical States for Black Phosphorus: Anisotropy and Bandgap Tuning
研究了最近制备的带隙各向异性黑磷中电子与空穴相互作用和非共振电磁辐射引起的修饰态。我们的计算是针对$Γ$点附近的低能电子子带进行的。计算了入射辐射的线偏振和圆偏振态。然而，我们的主要重点是对任意偏振的线性偏振光，因为这种情况下还没有得到太多的关注施加在各向异性结构上的修整场。我们已经考虑了各种情况下的一层和几层磷，包括无质量狄拉克费米子与可调面内各向异性。初始哈密顿参数重整化在很大程度上不同的方式相比，以前报道的间隙狄拉克结构，最重要的是，现有的各向异性，可以在各个方向上进行修改。
2017-02-26 cond-mat.mes-hall
Quantum corrections to the magnetoconductivity of surface states in three-dimensional topological insulators
本文将量子电导修正理论推广到辛对称类二维电子系统，并通过双栅控拓扑绝缘体实验发现二阶干涉和电子-电子相互作用可显著增强磁电导，揭示了拓扑表面态中的屏蔽、退相干及粒子-空穴不对称等复杂电子过程。
2022-11-24 cond-mat.mes-hall
Gate-tunable black phosphorus spin valve with nanosecond spin lifetimes
通过利用电子自旋，二维材料为基础科学和技术应用提供了新的机会。虽然石墨烯由于其非凡的电子迁移率而非常有希望用于自旋通信，但带隙的缺乏限制了其用于半导体自旋器件如自旋二极管和双极自旋晶体管的前景。最近出现的2D半导体可能有助于克服这一基本挑战。在这封信中，我们报告了制造2D半导体自旋器件的第一个重要步骤。我们已经制造了一个基于超薄（5 nm）半导体黑磷（bP）的自旋阀，并建立了这种自旋通道材料的基本自旋特性，该材料支持所有的电自旋注入，传输，旋进和检测到室温（RT）。在铁磁电极和bP之间插入几层氮化硼消除了臭名昭著的电导率失配问题，并允许有效的电自旋注入到n型bP中。在非本地自旋阀的几何形状，我们测量汉勒自旋进动和观察自旋弛豫时间高达4纳秒，自旋弛豫长度超过6微米。我们的实验结果与第一性原理计算符合得很好，证明了Elliott-Yafet自旋弛豫机制是主要的.我们还证明了超薄bP中的自旋输运强烈依赖于载流子浓度，并且可以通过电场效应来操纵。
2017-06-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.other
Black Phosphorus-Monolayer MoS2 van der Waals Heterojunction P-N Diode
Phosphorene是一种基本的2D材料，它是黑磷的单层，最近已经被机械剥离。在其块体形式中，黑磷显示出高载流子迁移率（~10000 cm 2/Vs）和~0.3 eV的直接带隙。性能良好的p型场效应晶体管，迁移率高达1000 cm 2/Vs，以及光电晶体管，已被证明在几层黑磷，显示其电子和光电子应用的前景，由于其高空穴迁移率和厚度依赖性的直接带隙。然而，现代电子和光电子器件的基本构件pn结尚未基于黑磷实现。在本文中，我们展示了一种基于p型黑磷/n型单层MoS 2范德华p-n异质结的栅极可调p-n二极管。在光照下，这些超薄p-n二极管在633 nm波长处显示出418 mA/W的最大光电探测响应率，以及0.3%的外量子效率的光伏能量转换。这些p-n二极管显示出用于宽带光电探测和太阳能收集的前景。
2014-07-13 cond-mat.mes-hall
Orbital memory from individual Fe atoms on black phosphorus
单个原子中的双稳态化合价为单原子存储提供了一种新的方法，也是创建可调和随机多阱能量景观的构建块。然而，迄今为止，这种轨道记忆的概念仅在黑磷表面的钴原子中观察到，这些钴原子是使用尖端诱导电离来切换的。在这里，我们表明，黑磷表面上的单个铁原子表现出轨道记忆使用的组合，扫描隧道显微镜和光谱学与从头计算的基础上密度泛函理论。与钴不同，铁的轨道记忆可以在其非电离的基态中切换。基于计算，我们确认，每个铁价有一个独特的磁矩，其特征在于由一个可区分的电荷分布，由于不同的轨道人口。通过研究不同隧穿条件下原子价态的随机开关，我们提出这种开关机制是基于双电子隧穿过程。
2022-04-14 cond-mat.mes-hall
Layer-Dependent Electronic and Optical Properties of 2D Black Phosphorus: Fundamentals and Engineering
在二维材料中，量子限制和范德华型层间相互作用在很大程度上决定了基本的电子和光学性质，而介电屏蔽在激子性质中起着主导作用。这表明强烈的层依赖性的属性，和一个中心主题是表征和控制的层间相互作用的二维材料和异质结构。黑磷是一种新兴的2D半导体，具有异常强的层间相互作用和从单层到体的广泛可调的直接带隙，为我们提供了一个理想的平台来探测层相关性质和从2D到3D的交叉（即，缩放效果）。本文对黑磷的基本物理性质进行了全面、深入的总结，重点介绍了黑磷的电子能带结构、光吸收、光致发光、激子性质等与层间结构的关系，以及通过电选通、应变、电化学插层等手段实现的能带结构工程。最后对未来的研究进行了展望。
2021-02-18 cond-mat.mes-hall
Exfoliating pristine black phosphorus down to the monolayer: photo-oxidation and electronic confinement effects
黑磷薄层由于其二维半导体特性，如可调直接带隙和高载流子迁移率，最近引起了人们的兴趣。这种通过弱范德华力堆叠在一起的P原子的层状晶体可以使用与用于石墨烯的程序类似的程序剥离到层磷烷单层（也称为磷烯）。然而，由于暴露于环境条件后快速且普遍的降解，这种2D材料的性质对探测具有挑战性。在这里，我们调查的晶体降解，使用原位拉曼和透射电子光谱，并强调一个过程，涉及光诱导的氧化反应与吸附的氧在水中。确定了制备和保存单层、双层和多层层磷烷的实验条件。这些二维层的研究提供了新的见解约束的化学反应性和黑磷的振动模式的影响。
2014-08-21 cond-mat.mes-hall
Coupling MOS Quantum Dot and Phosphorus Donor Qubit Systems
基于Si-MOS的QD量子位由于其与当前半导体工业的相似性而具有吸引力。我们介绍了一种高度可调的MOS代工兼容量子位设计，它将静电量子点（QD）与注入施主耦合。我们第一次展示了在量子点-施主交换相互作用和与施主核的超精细相互作用下演化的双电子自旋量子比特的相干双轴控制。这两种相互作用通过表面栅极电压进行电调谐，以提供对两个量子位轴的控制。量子比特退相干受电荷噪声的影响，电荷噪声的强度与GaAs和Si/SiGe等外延系统相似。
2017-05-16 cond-mat.mes-hall
Two-Dimensional Dirac Fermions Protected by Space-Time Inversion Symmetry in Black Phosphorus
我们报道了在表面掺杂的二维半导体黑磷中实现新颖的受保护的狄拉克费米子。通过表面斯塔克效应的黑磷的宽可调带隙被用来实现高达~ 0.6eV的令人惊讶的大带反转。高分辨率角分辨光电子能谱直接揭示了狄拉克点对的产生及其沿滑动镜对称轴的运动。与石墨烯不同，黑磷的狄拉克点是稳定的，即使在存在自旋轨道耦合的情况下，也受到时空反演对称性的保护。我们的研究结果建立了黑磷在倒置制度作为一个简单的模型系统的二维保维（拓扑）狄拉克半金属，提供了一个前所未有的机会，发现二维外尔半金属。
2017-11-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Dynamical Evolution of Anisotropic Response in Black Phosphorus under Ultrafast Photoexcitation
黑磷具有高迁移率、可调中红外带隙和各向异性的电子特性，是制备高性能电子和光电子器件的理想材料。光激发载流子的动态演化及其引起的瞬态电子性质的变化对材料的高场性能至关重要，但对于黑磷材料仍有待探索。本文利用角分辨瞬态反射光谱研究了光激发下黑磷各向异性的动态演化。我们发现，在泵浦诱导准平衡态中，反射率的各向异性增强，这表明在热载流子主导的区域中，动态电导率的各向异性显著增强。这些结果提出了利用黑磷的动态电子各向异性来制造高场、角度敏感电子、光电子和遥感设备的巨大可能性。
2015-03-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Atomic-scale imaging of few-layer black phosphorus and its reconstructed edge
黑磷（BP）由于其具有可调带隙和高载流子迁移率等优良的电子特性，近年来成为一种新型的二维半导体材料。少层BP的结构研究，如确定层厚度和原子尺度的边缘结构，是非常重要的，以充分了解其电子和光学性质。在这里，我们报告的原子尺度分析的多层BP进行像差校正透射电子显微镜（TEM）。通过TEM成像和图像模拟，我们建立了少层BP的层数依赖的原子分辨率成像。电子束诱导的结构修饰导致了晶体边缘的显露和BP纳米带的形成。BP的原子分辨率成像清楚地显示了重建的锯齿形（ZZ）边缘结构，这也被关于边缘稳定性的van der Waals第一性原理计算所证实。我们对BP厚度的精确识别和边缘结构的原子分辨率成像的研究将为研究少层BP，特别是纳米结构形式的BP奠定基础。
2017-01-31 cond-mat.mes-hall
Highly Anisotropic and Robust Excitons in Monolayer Black Phosphorus
半金属石墨烯和半导体单层过渡金属二硫属化合物（TMDC）是近年来研究最多的二维（2D）材料。近年来，黑磷材料由于具有可调的直接带隙、高载流子迁移率和显著的面内各向异性电学、光学和声子性质而成为一种很有前途的新型二维材料。然而，目前的进展主要限于其薄膜形式，其在真正的二维量子限制的独特性质尚未得到证明。在这里，我们揭示了高度各向异性和紧密结合的激子在单层黑磷在室温下使用偏振分辨光致发光测量。我们发现，无论激发激光偏振，从单层的发射光是线性偏振沿光有效质量方向和中心约1.3 eV，一个明确的签名，从高度各向异性的明亮激子的发射。此外，光致发光激发光谱表明准粒子带隙为2.2 eV，从中我们估计激子结合能约为0.9 eV，与基于第一性原理的理论结果一致。实验观察到的具有极大结合能的高度各向异性的明亮激子不仅为这种不寻常的二维材料中的多电子效应的未来探索开辟了道路，而且还表明了光电子器件如片上红外线源的光明前景。
2014-11-06 cond-mat.mes-hall
Quantum Oscillations in Black Phosphorus Two-dimensional Electron Gas
二维电子气（2DEG）是凝聚态物理实验发现和概念发展的重要来源。当与二维（2D）晶体的独特电子性质相结合时，可以在量子水平上探索丰富的新物理现象。在这里，我们创建一个新的2DEG在黑磷，最近的成员的二维原子晶体家庭，使用门电场。我们通过将黑磷2DEG放置在六方氮化硼衬底（h-BN）上来实现黑磷2DEG中的高载流子迁移率。这使我们能够首次观察到这种材料中的量子振荡。振荡的温度和磁场依赖性产生关于系统的关键信息，例如回旋质量和其载流子的寿命。我们的研究结果，再加上黑磷具有可调的，直接带隙的各向异性能带的事实，区分黑磷2DEG作为一种新的系统，具有独特的电子和光电性能。
2014-11-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Tunable interaction-induced localization of surface electrons in antidot nanostructured Bi2Te3 thin films
近年来，人们在拓扑绝缘体中观察到低温下电导率的对数下降，这意味着表面电子的局域化趋势。在这里，我们报告的拓扑绝缘体Bi 2 Te 3薄膜的量子输运实验阵列的antidot纳米结构。随着反量子点密度的增加，观察到对数温度依赖性电导率曲线的斜率系统地减小，表明电子-电子相互作用可以通过反量子点来调节。同时，弱的反局域化效应揭示了在磁导率的退相干机制中电子-电子相互作用的优势增强。观察可以从解毒剂诱导的有效介电常数的降低来理解，其控制表面电子之间的相互作用。我们的结果阐明了电子-电子相互作用在表面电子局域化中不可或缺的作用，并指出了相互作用拓扑绝缘体中表面电子的局域化。
2014-10-08 cond-mat.mes-hall
Tunable anisotropic behaviors in phosphorene under periodic potentials in arbitrary directions
从理论上研究了单层黑磷分子在任意方向上受周期势超晶格调制的各向异性电子和光学行为。我们证明了磷烯势超晶格的不同强度和取向可以产生不同的能谱，即，调谐固有电子各向异性。因此，各向异性的有效质量，和光吸收调制的超晶格强度和取向系统地解决。该特征使得能够在光学吸收光谱中实现超过一个数量级的调谐能力。我们的研究结果将有助于利用外势超晶格构建磷烯光学和（光）电子器件。
2019-12-15 cond-mat.mes-hall
Magnetoplasmons in monolayer black phosphorus structures
支持深亚波长等离子体模式的二维材料也可以表现出强的磁光响应。本文从理论上研究了中等静磁场作用下单层黑磷结构中的磁等离子体激元。我们考虑三种不同的结构，即，一个连续的BP单层，由一个半无限片形成的边缘，最后，一个三角形的楔形配置。这些结构都表现出强烈的各向异性的磁光响应诱导的外部磁场和BP晶格的固有各向异性。从单层BP的磁光电导率开始，我们推导出所考虑的几何形状的MP的色散关系，使用分析，半分析和数值方法相结合。我们充分表征MP色散和相应的场分布的属性，我们表明，这些结构维持强各向异性的亚波长模式，是高度可调的。我们的研究结果表明，MP在单层BP，其固有的晶格各向异性以及磁致各向异性，持有潜在的可调各向异性材料的操作低于衍射极限，从而铺平了道路，定制的纳米光子器件在纳米尺度。
2019-10-31 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Tunable topological edge states in black phosphorus-like Bi(110)
该研究结合低温 STM/STS 与第一性原理计算，证明可通过调控 Bi(110) 原子屈曲和厚度驱动拓扑相变，并在超导衬底上观测到稳健边缘态。
2024-10-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Superlative spin transport of holes in ultra-thin black phosphorus
该研究利用栅压调控黑磷自旋阀，在非局域结构中揭示空穴自旋输运显著优于电子，获得350 Ω信号与超过16 ns寿命。
2025-02-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Equilibration and Filtering of Quantum Hall Edge States in Few-Layer Black Phosphorus
我们在少层黑磷（BP）器件中实现了p-p '-p结，并利用磁输运测量研究了不同电荷密度区域界面处边缘态的平衡和传输。我们观察到两个完全平衡，所有的边缘通道平衡，并在接口，和部分平衡，只有平衡只发生在模式相同的自旋极化。此外，结中具有低掺杂水平的内部p '区可以用作高掺杂p区的滤波器，这表明边缘沟道的栅极可调谐传输。
2020-12-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Fast and broadband photoresponse of few-layer black phosphorus field-effect transistors
少层黑磷，一种新的元素2D材料最近通过机械剥离分离，是一种高迁移率层状半导体，具有直接带隙，预测强烈依赖于层数，从0.35 eV（体）到2.0 eV（单层）。因此，黑磷是一个有吸引力的候选人可调光电探测从可见光到红外光谱的一部分。我们研究了由几层黑磷（3 nm至8 nm厚）制成的场效应晶体管（FET）的光响应，作为激发波长，功率和频率的函数。在黑暗状态下，黑磷FET可以在空穴和电子掺杂机制中进行调谐，从而允许双极操作。我们测量的迁移率在100厘米2/V的顺序和电流开/关比大于103。在照明时，黑磷晶体管显示出对从可见光到940 nm的激发波长的响应和约1 ms的上升时间，证明了宽带和快速检测。响应度达到4.8 mA/W，可以通过设计基于PN结的探测器来大幅提高。偶极行为耦合到快速和宽带光电探测使得少层黑磷成为用于电磁波谱的可见光和近红外部分的光电探测的有前途的2D材料。
2014-03-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Integer and Fractional Quantum Hall effect in Ultra-high Quality Few-layer Black Phosphorus Transistors
作为一种高迁移率的二维半导体材料，原子薄的黑磷（BP）具有很强的结构和电子各向异性，为研究量子霍尔（QH）效应提供了一个新的平台，其中包括朗道能级（LL）能隙对磁场B的函数依赖性以及可能的各向异性分数QH态等突出问题。使用迁移率高达55，000 cm 2/Vs的封装少层BP晶体管，我们在填充因子ν=-1到-4的QH态的非常宽的B范围内提取LL带隙，这被确定为在B中是线性的，从而解决了由其各向异性引起的争议。此外，在ν~ -4/3处观察到分数QH态和在-0.56+/-0.1处的附加特征，强调BP作为探索电子相互作用的可调谐2D平台。
2018-04-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Bright dipolar excitons in twisted black phosphorus homostructures
本研究通过堆叠90°扭曲黑磷结构发现新型亮红外偶极激子，其具有高振子强度、线偏振可调控偶极方向、厚度可调谐偶极矩与共振能量的特点，为探索可调谐关联偶极激子提供了新平台。
2024-11-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Band Alignment in Black Phosphorus/Transition Metal Dichalcogenide Heterolayers: Impact of Charge Redistribution, Electric Field, Strain and Layer Engineering
本工作的目的是通过密度泛函理论（DFT）模拟研究电荷重新分布、外加层法向电场、外加应变和层工程对黑磷（BP）/二硫化钼（MoS 2）异质结构能带排列的影响。黑磷是一种p型材料，具有高迁移率，机械灵活性和对层数的敏感性。将其与电负性更强的材料结合，MoS 2导致强载流子限制和II型异质结构。层间的电荷重新分布改变了电子亲合规则所预期的能带排列。所施加的外部场、应变和多个BP层提供在II型范围内的能带对准可调性和/或向I型和III型异质结构的过渡。BP/MoS 2异质结构的可调谐性可用作隧道场效应晶体管、具有可调谐势垒高度的整流二极管、可重构FET和电光调制器。此外，考虑单层BP与其他单层过渡金属二硫属化物（TMD）的异质结构表明实现不同能带排列类型的能力。在我们的模拟中，I型排列被发现与二硒化钨（WSe 2）、二硒化钼（MoSe 2）和二硫化钨（WS 2），以及三硫化铪（HfS 2）和二硒化铪（HfSe 2）的III型排列。
2022-08-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Two-dimensional disorder in black phosphorus and monochalcogenide monolayers
具有块状{ \em Pnma}结构的脊状正交二维原子晶体，例如黑磷和单硫属化物单层，是用于许多应用的令人兴奋的新颖材料平台。对于它们的结晶度，这些材料的单层具有四重简并结构基态，并且单个能量标度$E_C$（表示沿着$x-$或$y-$方向切换较长晶格矢量所需的弹性能量）确定这些单层在有限温度下的无序程度。当系统被热激发超过与$E_C/k_B$成比例的临界温度$T_c$时，最近的相邻原子变得温和地重新分配时，就会出现无序。$E_C$可通过化学组成调节，并将这些材料分为两类：（i）具有$E_C\ge k_BT_m$的材料，和（ii）具有$k_BT_m>E_C\ge 0$的材料，其中$T_m$是给定材料的熔融温度。黑磷和SiS单层属于类别（i）：这些材料不显示中间有序-无序转变并且直接熔化。所有其他具有属于类别（ii）的$E_C>0$的单硫属化物单层在熔化之前将经历二维转变。对于GeS和GeSe，$E_C/k_B$略大于室温，而对于SnS和SnSe单层，$E_C/k_B$小于300 K，使得这些材料在室温附近转变。这个通用的原子现象的发病被捕获的平面波茨模型的有序-无序过渡。在这里描述的二维中的有序-无序相变是在本体层状SnSe的上下文中讨论的{ \em Cmcm}相的起源处。
2016-03-03 cond-mat.mes-hall
High-mobility transport anisotropy and linear dichroism in few-layer black phosphorus
二维晶体是纳米电子学的新兴材料。该领域的发展需要候选系统具有高载流子迁移率和与石墨烯相反的足够大的电子带隙。在这里，我们提出了一个详细的理论研究的原子和电子结构的少层黑磷（BP），以预测其电学和光学性质。该系统具有直接带隙，可调从1.51 eV的单层到0.59 eV的5层样品。我们预测的迁移率是空穴占主导地位，相当高，高度各向异性。该单层具有极高的空穴迁移率（约10000 cm $^{2}$ V $^{-1}$ s $^{-1}$）和反转各向异性的异常弹性性质。光吸收光谱表明垂直面内方向之间的线性二向色性，这允许光学测定的晶体取向和光学激活的各向异性传输特性。这些结果使少层BP成为未来电子学的一个有前途的候选者。
2014-06-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Layer-dependent exciton polarizability and the brightening of dark excitons in few-layer black phosphorus
本文通过频率分辨光电流测量确定了3至11层黑磷的层数依赖激子极化率，揭示了载流子屏蔽效应及电场下暗激子的亮化现象，为少层黑磷光电子应用奠定基础。
2023-09-19 cond-mat.mes-hall physics.optics
Ultralow-frequency collective compression mode and strong interlayer coupling in multilayer black phosphorus
黑磷（BP）作为一种二维2D层状材料的最近复兴，在其可调的电子带隙和高度各向异性的输运特性，为器件应用提供了新的机会，产生了巨大的兴趣。许多这些杰出的性能归因于其独特的结构特征，仍然需要阐明。在这里，我们展示了拉曼测量，揭示了超低频集体压缩模式（CCM），这在类似的2D分层材料中是前所未有的。这种新的CCM表明，异常强的层间耦合BP，这是定量支持的声子频率分析和第一性原理计算。此外，CCM和低频拉曼模式的另一个分支随着层数的变化而敏感地移动，从而可以精确确定高达数十个原子层的厚度，这比以前通过使用高频拉曼模式实现的厚度高得多。这些结果提供了基本的见解和实用的工具，探索多层BP在新的设备应用。
2015-06-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Engineering nonlinear Hall effect in bilayer graphene/black phosphorus heterostructures
本研究通过堆叠双层石墨烯与黑磷打破对称性，实现了可持续至室温的非线性霍尔效应，并发现其符号反转源于贝里曲率偶极子与外在散射，为非线性量子器件应用提供了新途径。
2025-01-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Gate Tunable Quantum Oscillations in Air-Stable and High Mobility Few-Layer Phosphorene Heterostructures
作为唯一的非碳元素层状同素异形体，少层黑磷或磷烯已成为一种新型的二维（2D）半导体，具有高的体迁移率和带隙。在这里，我们报告的制造和运输测量的磷六方氮化硼（hBN）异质结构与一维（1D）的边缘接触。这些晶体管是稳定的，在环境条件下为>300小时，并显示双极的行为，栅极依赖的金属-绝缘体过渡，和迁移率高达4000 $cm^2$ /Vs。在低温下，我们观察到栅极可调舒布尼科夫德哈斯（SdH）磁振荡和塞曼分裂磁场与估计的g-因子~2。当费米能级向价带边缘移动时，少层磷烯空穴的回旋质量从0.25增加到0.31 $m_e$。我们的研究结果强调了少层磷烯（FLP）作为新的二维物理平台和半导体应用的电子材料的潜力。
2014-12-03 cond-mat.mes-hall
Excitons in bulk black phosphorus evidenced by photoluminescence at low temperature
黑磷（BP）的原子层在从可见光到中红外的宽光谱范围内呈现出独特的光电特性，主要由直接可调带隙控制。在本工作中，我们研究了BP单晶在极低温下的红外光致发光。近带边重组观察到在2 K，包括占主导地位的激子跃迁在0.276 eV和较弱的一个在0.278 eV。自由激子结合能计算与各向异性Wannier-Mott模型，发现等于9.1毫电子伏。与此相反，PL强度猝灭的0.276 eV峰在高温下被发现与一个小得多的激活能，归因于本地化的浅杂质上的自由激子。这种分析导致我们属性分别为0.276 eV和0.278 eV的PL线绑定激子和自由激子在BP。结果，体BP带隙的值在2K下被细化到0.287 eV。
2020-10-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Probing the Electronic States in Black Phosphorus Vertical Heterostructures
原子薄的黑磷（BP）是一种很有前途的二维材料，可用于制备具有高迁移率和可调带隙结构的电子和光电纳米器件。然而，在少层磷烯（单层BP）的电荷载流子迁移率主要是由杂质和无序的存在限制。在这项研究中，我们证明了垂直BP异质结器件提供了很大的优势，在探测单层和几层磷烯的电子状态，在温度下至2 K，通过电容光谱。磷烯的导带和价带中的电子态在很宽的温度和频率范围内都是可接近的。已确定指数带尾与疾病有关。一些不寻常的现象，如在少层磷烯的电子态布居的大的温度依赖性已被观察和系统的研究。结合第一性原理计算，我们发现电荷陷阱态和氧化诱导缺陷态的热激发是磷烯场效应晶体管中电子态布居和开关比随温度变化的主要原因.
2016-04-01 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Photovoltaic effect in few-layer black phosphorus PN junctions defined by local electrostatic gating
光伏效应是光能收集中最基本的光-物质相互作用之一。在常规光伏太阳能电池中，光生载流子由PN结的内置电场提取，该内置电场通常由半导体中的离子掺杂剂限定。在原子级薄的半导体中，掺杂水平可以通过场效应控制，而不需要在晶格中注入掺杂剂，这使得二维半导体成为实现电调谐PN结的有前景的材料。然而，大多数2D半导体材料不显示实现PN结所必需的双极P型和N型场效应输运。少层黑磷是一种新型的二维半导体材料，具有直接带隙、高迁移率、电流开/关比和双极工作等优点。在这里，我们制作了几层黑磷（b-P）场效应晶体管与分裂底栅和结晶六方氮化硼（h-BN）电介质。我们展示了静电控制的本地载流子的类型和密度以上的每个栅极的设备，调整其电气行为从金属整流。照明的栅极定义的PN结，我们观察到零偏置的光电流和显着的开路电压，我们归因于由内部电场驱动的电子-空穴对在结区的分离。由于该材料的小带隙，我们观察到的光电流和光电压的照明波长高达940 nm，有吸引力的能量收集应用在近红外区域
2014-09-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Electrically Tunable Quasi-Flat Bands, Conductance and Field Effect Transistor in Phosphorene
磷烯是近年来分离得到的一种蜂窝状结构的黑磷。基于紧束缚模型研究了磷烯纳米带的电学性质。一个突出的特点是存在准平坦的边缘带完全脱离散装带。我们探索的准平坦带的出现的机制解析和数值从已知的石墨烯的蜂窝晶格的连续变形的平坦带。准平坦带可以通过施加垂直于带方向的面内电场来控制。电导在临界电场以上被切断，其充当场效应晶体管。临界电场与纳米尺度的宽度成反比。这一结果将为基于磷烯的纳米电子学铺平道路。
2014-04-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Tunable transmittance in anisotropic 2D materials
施加到石墨烯类材料的单轴应变使狄拉克节点沿着布里渊区的边界移动。一个极端的情况是合并的狄拉克节点的位置，一个单一的退化谱节点，从而产生一个新的拓扑相位。然后各向同性狄拉克节点被一个在一个方向上具有线性行为而在另一个方向上具有抛物线行为的节点所取代。这种各向异性实质上影响光学性质。我们提出了一种方法来确定特征光谱和输运性质的黑磷层，最近研究了几个小组的角度分辨光电子能谱，并讨论如何透射率，反射率和这种材料的光吸收可以调整。特别地，我们证明了在微波和远红外区域，线偏振入射光的透射率从接近0变化到接近100%。
2018-05-31 cond-mat.mes-hall cond-mat.quant-gas
Competition between weak localization and antilocalization in topological surface states
本文给出了磁掺杂拓扑绝缘体表面态的导磁率公式。揭示了磁掺杂在狄拉克点打开一个能隙时，量子输运中弱局域化和弱反局域化的竞争效应。研究发现，虽然随机磁散射总是驱动系统从辛到酉类，间隙可以诱导从弱反局域化到弱局域化的交叉，由费米能量或间隙可调。这种交叉提出了一个独特的功能，表征表面状态的拓扑绝缘体与开放的狄拉克点在量子扩散制度的差距。
2011-08-08 cond-mat.dis-nn cond-mat.mes-hall
Anisotropic Infrared Response and Orientation-dependent Strain-tuning of the Electronic Structure in Nb2SiTe4
具有可调面内各向异性红外响应的二维材料在偏振光电探测器和场效应晶体管中有着广泛的应用前景。黑磷就是一个突出的例子。然而，其具有较差的环境稳定性。在这里，我们报告的应变可调各向异性红外响应的层状材料Nb 2 SiTe 4，其晶格结构类似于2 H-相变金属二硫属化物（TMDC）的三种不同的建筑单元。引人注目的是，一些应变可调的光学跃迁是晶轴依赖的，甚至显示出相反的位移时，单轴应变沿两个面内主轴施加。此外，G 0 W 0-BSE计算表明，各向异性的消光光谱吻合得很好。通过群论分析得到了光学选择规则，并通过轨道耦合分析很好地解释了应变引起的异常位移趋势。我们的综合研究表明，Nb 2SiTe 4是一个很好的候选人可调谐偏振敏感光电子器件。
2022-04-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Near-infrared Emission from Defect States in Few-layer Phosphorene
磷烯（也称为黑磷）的原子薄膜是具有直接激子发射的低维光学材料，其波长可通过控制层数来调谐。除了这种激子发射，最近的工作揭示了缺陷态发射的存在，并描述了操纵它们的新方法。单层磷烯在920 nm附近的波长处表现出从局部缺陷态的发射。增加层数应该将缺陷发射转移到更长的波长，使材料能够跨越更宽的光谱范围。然而，从少层磷烯的缺陷发射还没有报道。本文证明了少层磷烯中存在一类新的缺陷态近红外辐射。光致发光测量显示，当激发强度线性增加时，在1240 nm附近具有发射强度的次线性增长的明亮发射，证实了这种发射的基于缺陷的性质。从时间分辨的寿命测量，我们确定的发射寿命为1.1纳秒，与激子寿命从磷烯，这是以前报道的范围内的几百皮秒。这项工作表明，磷烯缺陷可以作为一个潜在的应用在光电子学的红外线光源。
2017-06-30 cond-mat.mes-hall
Few-layer Tellurium: one-dimensional-like layered elementary semiconductor with striking physical properties
少层碲是一种基本的半导体材料，它继承了黑磷（BP）所提供的大多数惊人的物理性质，并且可以通过简单的基于溶液的方法来可行地合成。它是由非共价结合的平行的Te链，其中共价的功能出现。我们相信，这一特征是先前发现的类共价准键（CLQB）的另一个证明，其中波函数杂化确实发生。这种链间CLQB的强度与链内共价键的强度相当，导致几种Te同素异形体的封闭稳定性。它还在第一布里渊区中引入了从几乎直接0.31 eV（体）到间接1.17 eV（2L）变化的可调谐带隙和四（两）个复杂的、高度各向异性的和层依赖的空穴（电子）袋。它还表现出非常高的空穴迁移率（~10 $^5$ cm $^2$ /Vs）和沿非共价键合方向的强光吸收、几乎各向同性和层依赖的光学性质、超过20%的大的理想强度、比BP更好的环境稳定性以及层间剪切和呼吸模式的力常数的不寻常交叉。这些结果表明，少层碲是一种具有高迁移率、高光吸收、本征各向异性、低成本、带隙可调、环境稳定性好、近直接带隙的半导体材料。这种“一维”的少层Te，与其他几何相似的层状材料一起，可能会促进一个新的层状材料家族的出现。
2017-12-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Quantum metric non-linear Hall effect in an antiferromagnetic topological insulator thin-film EuSn2As2
本研究通过密度泛函理论预测反铁磁拓扑材料EuSn2As2薄膜中由量子度量驱动的非线性霍尔效应，其电导率超20 mA/V2，且可通过磷掺杂调控，有望用于自旋电子学与整流器件。
2025-02-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Striped Spin Density Wave in a Graphene/Black Phosphorous Heterostructure
本研究针对石墨烯-黑磷异质结构的复杂能带特性，构建有效紧束缚模型并通过平均场分析发现其基态存在栅压可调的条纹自旋密度波序，且该有序态经中间金属相实现金属-绝缘体转变，同时指出了相关实验特征。
2025-01-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
