Dipole-Allowed Direct Band Gap Silicon Superlattices
硅是电子设备中最常用的材料。然而，由于其间接带隙性质，其较差的光学性质限制了其在光电子器件中的应用。在这里，我们提出了超稳定的纯硅超晶格结构的发现，可以作为有前途的材料，太阳能电池的应用，并可以导致实现纯硅基光电子器件。除了在金刚石晶格中插入了缺陷层外，其结构与体硅几乎相同。超晶格具有偶极允许的直接带隙和间接带隙，为研究直接带隙到间接带隙的转变提供了理想的条件。可以理解的过渡方面的一种新的导带起源于缺陷层，在界面层的价带和导带边缘状态之间的重叠，和区域折叠与量子限制效应的无缺陷的块状硅的导带。事实上，几乎所有的超晶格的结构部分源自体硅保证其稳定性和良好的晶格匹配与体硅。通过第一性原理分子动力学模拟，我们证实了它们的热稳定性，并提出了一种可能的方法来合成缺陷层通过晶圆键合。
2015-04-16 cond-mat.mtrl-sci
Kondo effect goes anisotropic in vanadate oxide superlattices
研究了沉积在SrTiO_3（STO）衬底上的SrVO_3/LaVO_3（SVO/LVO）超晶格的输运性质。我们表明，电子导电发生在金属LVO层中，具有典型的2D费米表面的电流磁性。此外，在电阻率和磁阻的热变化中都出现了近藤类成分。令人惊讶的是，在这个系统中，STO接口不有助于测量的传导，近藤校正是强烈的各向异性。我们表明，生长温度允许直接控制这种贡献。最后，揭示了氧空位稳定钒混合价态的关键作用。
2015-09-08 cond-mat.mtrl-sci
Implication of the double-gating mode in hybrid photon counting detector for measurements of transient heat conduction in GaAs/AlAs superlattice structures
理解和控制纳米尺度下固体中的热输运对于设计和增强新一代光电、热电和光子器件的性能至关重要。在这方面，半导体超晶格结构提供了一个独特的平台来研究与固体中的声子传播相关的现象，如热传导。瞬态X射线衍射可以直接探测原子运动，因此是对凝聚态物质中声子动力学敏感的罕见技术之一。本文利用EIGER 2探测器研究了GaAs/AlAs超晶格结构中的光诱导瞬态热传导。基准实验已在奥地利SAXS光束线在Elettra Sincrotrone的里雅斯特，在混合填充模式下运行。我们表明，漂移的实验条件，如同步辐射光束的波动，变得不那么重要时，利用EIGER 2双门模式，导致更快地获得高质量的数据，并有利于数据分析和数据解释。
2023-02-23 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Effect of temperature on resonant electron transport through stochastic conduction channels in superlattices
我们发现，共振电子输运在半导体超晶格与施加的电场和倾斜的磁场，可以令人惊讶的是，变得更加明显的晶格和传导电子温度从4.2 K增加到室温及以上。先前已经证明，在某些临界场参数下，超晶格最低能带中电子的半经典轨迹突然从完全局域化变为完全无界。无界电子轨道在相空间中通过称为随机网的复杂网图案传播，随机网充当电子的传导通道，并在电子漂移速度对电场曲线中产生一系列共振峰。在这里，我们表明，增加晶格温度加强了这些共振峰由于一个微妙的相互作用之间的热人口的传导通道和运输沿他们。这增强了电子漂移速度和随机网络的电流-电压特性的影响，我们计算通过使耦合电子输运和泊松方程的自洽解决方案在整个超晶格。这些解决方案表明，增加温度也改变集体电子动力学通过改变阈值电压所需的自维持电流振荡的开始，由传播的电荷域，和振荡频率。
2011-08-12 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Nonlinear Hall effect and multichannel conduction in LaTiO3/SrTiO3 superlattices
我们报告的莫特绝缘体LaTiO 3和带绝缘体SrTiO 3之间的异质界面的磁输运性质的δ掺杂的几何形状。在低温下，我们已经发现了一个很强的非线性的磁场依赖的霍尔电阻率，这可以有效地控制通过改变温度和电场。我们将这种效应归因于电子重构所产生的界面电荷的多通道传导。特别是，我们的数据所揭示的一个高度移动的导电通道的形成被解释的SrTiO 3在低温下的介电磁导率大大增加，其电场依赖性反映了准二维电子气的空间分布。
2010-04-05 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
How phonon coherence develops and contributes to heat conduction in periodic and aperiodic superlattices
本研究通过原子级波包模拟发现，非周期性超晶格中无序界面间距使相干声子表现为非传播振动模式，导致能量漫散射传输，而周期性超晶格中相干声子可弹道传播，揭示了声子相干性对热传导的影响。
2024-12-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Conductivity crossover in nano-crystalline diamond films: Realization of a disordered superlattice-like structure
我们提出了一批不同氮浓度的纳米金刚石薄膜的电输运特性，并解释了半导体异质结构的无序准超晶格模型的导电机制。合成的热灯丝化学气相沉积技术，在薄膜中的结构无序的程度，从拉曼光谱证实，被发现是可控的，导致在过渡的导电机制从本地化和激活的金属导电制度。因此，通过在低温下的高场磁阻测量，我们牢固地建立了从跳跃到3D弱局部化的电导率交叉。长的电子退相时间和其弱的温度依赖性表明金刚石基高速器件应用的可能性。
2012-07-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Interface quality in GaSb/AlSb short period superlattices
包括6.1欧姆半导体家族（AlSb、GaSb和InAs）的成员的异质结构用于红外光电子器件以及各种其它应用。这些材料的短周期超晶格也对创建具有设计师红外介电功能的复合材料感兴趣。形成尖锐的InAs/GaSb和InAs/AlSb界面所需的条件是众所周知的，但AlSb/GaSb界面的理解要少得多。在这篇文章中，我们测试了各种干预措施，旨在提高界面的锐度在AlSb/GaSb短周期超晶格。这些干预措施包括基板温度，III：Sb流量比，和使用的铋表面活性剂。超晶格的特征在于高分辨率的X射线衍射和红外光谱。我们发现，AlSb/GaSb短周期超晶格有一个很宽的生长窗口，在这个窗口上可以获得尖锐的界面。
2021-09-16 cond-mat.mtrl-sci
Designer spin-orbit superlattices: symmetry-protected Dirac cones and spin Berry curvature in two-dimensional van der Waals metamaterials
该研究通过图案化邻近诱导自旋-轨道耦合实现可调相对论性能带，在石墨烯-过渡金属二硫化物异质结构中产生带大自旋贝里曲率的狄拉克带，支持栅极可调自旋霍尔响应，为二维量子材料设计和低功耗自旋电子学提供新途径。
2024-09-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Origins of minimized lattice thermal conductivity and enhanced thermoelectric performance in WS2/WSe2 lateral superlattice
基于实验制备的WS 2/WSe 2横向超晶格（LS）晶体，提出了一种提高二维过渡金属二硫属化物（TMDC）WS 2热电性能的结构策略.基于密度泛函理论结合玻尔兹曼输运方程，我们证明了单层WS 2的TE优值zT在形成WS 2/WSe 2 LS晶体时显著提高。这主要归因于由于增强的非谐过程而导致的几乎减半的晶格热导率。平行于（xx）和垂直于（yy）超晶格周期的电子输运性质对于p型和n型掺杂LS两者是高度对称的，这归因于电荷载流子的几乎各向同性的寿命。自旋-轨道效应导致导带的显著分裂，并导致三重简并子带和高态密度（DOS），这为获得高的n型Seebeck系数（S）提供了机会。有趣的是，单层WS 2中分离的简并子带和上导带形成了一个显著的阶梯状态密度，从而产生了更高的S。具有比电子高得多的迁移率的空穴载流子揭示了高的p型功率因数，并且在400 K下具有最佳zT超过1的良好p型TE材料的潜力。
2021-02-01 cond-mat.mtrl-sci
Electronic properties of atomically coherent square PbSe nanocrystal superlattice resolved by STS
岩盐型硒化铅纳米晶可以作为大尺度正方形超晶格的构建块，通过在液体-空气界面处的纳米晶的二维组装，然后定向附着。在这里，我们报告测量的原子相干超晶格的正方形几何形状的PbSe纳米晶体的局域态密度。控制退火的样品允许一个干净的结构成像，并可重复地探测带隙和价空穴和传导电子状态。所测得的带隙和峰值位置进行比较的结果，光谱学和原子紧束缚计算的方形超晶格能带结构。尽管纳米晶体之间的晶体连接诱导显着的电子耦合，超晶格的电子结构仍然非常强烈地受到无序和可变性的影响。
2021-03-30 cond-mat.mtrl-sci
Continuously tunable electronic structure of transition metal dichalcogenides superlattices
二维过渡金属二硫属化合物（TMDC）在光电子器件中具有非常重要的性质。在这项工作中，我们从理论上研究和预测，由MoS $_{2}$和WSe $_{2}$多层膜组成的超晶格具有连续可调的电子结构具有直接带隙。可调谐性由超晶格的MoS $_{2}$与WSe $_{2}$的厚度比控制。当该比率从1：2变为5：1时，主导K-K直接带隙从0.14eV连续调谐到0.5eV。间隙保持直接抵抗-0.6%至2%的层内应变和高达-4.3%的正常层压缩应变。价带和导带在空间上是分离的。这些优异的性能表明，MoS $_{2}$和WSe $_{2}$多层超晶格将是一种令人兴奋的红外光电子学新兴材料。
2013-10-28 cond-mat.mtrl-sci
Designer three-dimensional electronic bands in asymmetric transition metal dichalcogenide heterostructures
Monash University（蒙纳士大学）；University of Manchester（曼彻斯特大学）；Syarif Hidayatullah State Islamic University Jakarta（雅加达希达亚图拉国立伊斯兰大学）；Flinders University（弗林德斯大学）；Tohoku University（东北大学）；Lawrence Berkeley National Laboratory（劳伦斯伯克利国家实验室）；Pennsylvania State University（宾夕法尼亚州立大学）
本研究通过异质结构设计，在三维中实现了非对称过渡金属二硫化物的电子能带调控，揭示了层间耦合与拓扑相稳定的新机制。
2025-09-16 cond-mat.mtrl-sci
Cross-plane thermal conductivity of GaN/AlN superlattices
由交替的GAN/AlN外延层组成的异质结构代表了用于主动冷却和节能闪电的最先进器件的构建块。深入了解这些结构的热传导对于改善未来应用的热管理至关重要。在这里，作为层的厚度的函数的GAN/AlN超晶格的交叉平面（垂直于样品的表面）的热导率通过采用$3ω$ -方法建立。此外，相互扩散的作用在界面上的声子散射被考虑在建模和数据处理。据发现，跨平面的外延异质结构的热导率可以被驱动到低至5.9 W/（m $\cdot$ K）的值与那些报道的非晶薄膜相媲美，从而打开广泛的前景，优化热管理III族氮化物为基础的外延多层膜。
2021-02-12 cond-mat.mtrl-sci
Nanoscale friction controlled by top layer thickness in [LaMnO$_{3}$]$_{m}$/[SrMnO$_{3}$]$_{n}$ superlattices
我们对七种不同层厚的[LaMnO $_{3}$ ] $_{m}$ /[SrMnO $_{3}$ ] $_{n}$超晶格进行了横向力显微镜测量。我们观察到，摩擦力和摩擦系数最初增加，随着LaMnO 3顶层厚度的增加，然后饱和时，顶层厚度超过几个纳米。这些观察结果清楚地表明，滑动摩擦的影响下，表面材料的性能，深度为几个纳米，而不仅仅是由接触界面的动力学。我们认为，表面下耗散的能量是由原子力显微镜针尖下方弹性应变体积中的阻尼决定的，我们通过热弹性来估计这种效应。我们的超晶格的摩擦和热阻率之间没有相关性，这进一步表明高频声子和热传导在决定摩擦方面不起作用。因此，我们的观察表明，摩擦可以通过次表面材料特性来定制。
2022-10-18 cond-mat.mtrl-sci
Robust Topological Conduction in Bi2 Bi2Se3 Superlattices at Ambient Conditions
本文利用导电原子力显微镜研究环境条件下 Bi2 Bi2Se3 超晶格薄膜的拓扑表面态与边缘态，揭示了力依赖的隧穿至欧姆导电机理转变，并证明拓扑态和边缘态在环境条件下具有稳健导电性。
2025-08-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Periodicity-dependence of the ferroelectric properties in BiFeO3/SrTiO3 multiferroic superlattices
采用脉冲激光烧蚀法在（100）取向SrTiO 3衬底上制备了由多铁性BiFeO 3和绝缘层SrTiO 3组成的人工超晶格（BiFeO 3）m（SrTiO 3）m（m= 1 ~ 10）。研究了周期性（8- 80 A）变化的超晶格的剩余极化和漏电流行为。与单层BiFeO 3薄膜相比，随着周期的增加，漏电流降低了几个数量级。减少泄漏和固有的极化滞后被观察到，并证实了PUND分析的周期在20- 60 A的范围内。漏电流主要由空间电荷限制的导电决定
2007-10-25 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Effect of one-dimensional superlattice potentials on the band gap of two-dimensional materials
利用紧束缚方法，我们分析了一维超晶格（1DSL）势对黑色磷烯和过渡金属二硫属化合物电子结构的影响。我们观察到1DSL势导致二维（2D）材料的能带隙减小。提出了一个分析模型，将直接带隙的减小与二维材料的价带顶和导带底之间的不同轨道特性联系起来。直接到间接的间隙转变，发生在1DSL势与不等的势垒宽度，也进行了讨论。
2017-05-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Dynamics of electronic transport in a semiconductor superlattice with a shunting side layer
本文研究了具有分流边层的弱耦合半导体超晶格中的电子输运模型。关键参数包括超晶格的横向尺寸、超晶格的量子阱与分流层之间的连通性以及分流层的导电性质。对于具有小的横向范围和高质量分流的超晶格，静态电场域被抑制，并且空间均匀的场配置被预测为是稳定的，这一结果对于诸如基于超晶格的太赫兹（THz）振荡器的所提出的器件可能是有用的。随着超晶格的横向尺寸的增加，均匀的场配置失去其稳定性的静态或动态的场域，无论分流性能。较低质量的分流通常导致规则和混乱的电流振荡和复杂的空间-时间动态的场分布。分离静态和动态行为的分叉的特点，并发现是依赖于分流性能。
2009-01-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Observation of high-temperature quantum anomalous Hall regime in intrinsic MnBi$_2$Te$_4$/Bi$_2$Te$_3$ superlattice
量子反常霍尔效应是拓扑非平凡系统在零磁场中的一种基本输运响应。它的物理起源依赖于本质上反转的电子能带结构和铁磁性，其最重要的表现是边缘的手性电荷电流的无耗散流动，这可能会改变未来的量子电子学。在这里，我们报告了一个以前未知的贝里曲率驱动的异常霍尔制度（“Q窗口”）在上述开尔文温度的磁性拓扑体晶体，通过生长Mn离子自组织成周期有序的MnBi $_2$ Te $_4$ /Bi $_2$ Te $_3$超晶格。强大的铁磁性的MnBi $_2$ Te $_4$单层打开一个大的表面间隙，和异常霍尔电导达到一个$e^2/h$量子化平台时，费米能级被调谐到这个间隙内的Q-窗口，其中异常霍尔电导从散装是一个高精度为零。在这个新的制度的量子化是不阻碍的散装传导通道，因此应该存在于一个广泛的家庭的拓扑磁体。
2020-01-28 cond-mat.mtrl-sci
Electronic structure of a graphene superlattice with massive Dirac fermions
我们利用有效的狄拉克方程从理论上研究了石墨烯基超晶格的电子和输运性质。超晶格由施加在沉积在衬底上的单层石墨烯上的周期性电势组成，该周期性电势在其电子结构中打开$2Δ$的能隙。我们发现，在一定条件下，电子能带结构中出现了额外的狄拉克点，从而有可能使导带和价带之间的间隙闭合。通过改变周期势，可以在$0\leq E_g \leq 2Δ$范围内调节能隙$E_g$.我们分析了接触点附近的低能电子结构，发现有效费米速度具有很强的各向异性，并依赖于能隙。我们表明，额外的狄拉克点在这里获得的行为不同，以前研究的系统相比。
2015-02-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Resistive switching in ultra-thin La0.7Sr0.3MnO3 / SrRuO3 superlattices
如果能解决数据读写的关键问题，超晶格将在下一代电子和自旋电子器件中发挥重要作用。这种挑战来自于低维个体层与宏观世界的耦合。在这里，我们报告的混合结构的电阻开关特性的研究了超晶格与两个铁磁金属氧化物，La 0.7Sr 0.3MnO 3（LSMO）和SrRuO 3（SRO）的双层。双极电阻开关记忆效应的测量这些LSMO/SRO超晶格，所观察到的开关是由欧姆和空间电荷限制的导电定律。从耐久特性中可以明显看出，该单元的开/关存储窗口大于14，这表明该单元可以可靠地区分高阻态和低阻态之间的存储信息。这一发现可能为基于非易失性电阻存储效应的器件的构建铺平道路。
2014-08-01 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Topological mosaic in Moiré superlattices of van der Waals heterobilayers
由二维原子晶体形成的范德华（vdW）异质结构为设计凝聚态系统提供了一种强有力的方法。具有小扭曲和/或晶格失配的不相称异质双层导致了有趣的莫尔超晶格概念，其中原子登记在局部与相称双层无法区分，但在长范围内具有局部到局部的变化。在这里，我们表明，这样的莫尔超晶格可以导致周期性调制的局部拓扑秩序的vdW异质双层形成的两个大质量狄拉克材料。通过调整的vdW异质结从正常的倒置II型制度，通过层间偏置，相称的异质双层可以成为一个拓扑绝缘体（TI），这取决于层间杂化控制的原子注册之间的vdW层。这导致在Moiré超晶格中TI区域和正常绝缘体（NI）区域的镶嵌图案，其中拓扑保护的螺旋模式存在于TI/NI相边界处。利用基于对称性的k.p模型和紧束缚模型，我们预测这种拓扑现象可以存在于倒置的过渡金属二硫属化合物异质双层膜中。我们的工作点，以实现可编程和电气开关的拓扑超结构从二维阵列的TI纳米点的一维阵列的TI纳米条纹的新手段。
2016-11-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Confinement-driven transitions between topological and Mott phases in (LaNiO3)$_N$/(LaAlO3)$_M$(111) superlattices
基于包含Hubbard $U$项的密度泛函理论（DFT）计算，在（111）取向的（LaNiO $_3$）$_N$ /（LaAlO $_3$）$_M$（$N$ / $M$）超晶格中预测了一组对称性破缺的二维基态.在双钙钛矿（1/1）中出现了具有$d_{z^2}$轨道极化和FM Mott绝缘（和多铁性）相的未预料到的Jahn-Teller畸变，这显示出对应变控制轨道工程的强烈敏感性。具有石墨烯拓扑结构的LaNiO $_3$双层具有可切换的多铁性（铁磁（FM）和铁电）绝缘基态，其具有不等价的Ni位点。在$N=3$之外，受限的LaNiO $_3$板经历通过半半金属相的金属到绝缘体的转变，其中传导源自界面。反铁磁的安排允许在设计的人工混合相的双层和单三角层带结构的图案相结合。
2014-03-10 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Supertetragonal BaSnO3 induced giant ferroelectricity in SrTiO3/BaSnO3 superlattices
本研究通过第一性原理计算发现压缩应变可使 BaSnO3 进入隐藏的铁电超四方相，并在 SrTiO3/BaSnO3 超晶格中诱导大极化。
2025-01-06 cond-mat.mtrl-sci
Miniband engineering and topological phase transitions in topological - normal insulator superlattices
周期性堆叠的拓扑平凡和非平凡层的相反对称性的价带和导带诱导拓扑界面状态，在强耦合限制，杂交跨越拓扑和正常的绝缘体层。利用能带结构工程，可以使用IV-VI族铅锡硫属化物有效地实现这样的超晶格。这将导致涌现的迷你带与可调拓扑结构的理论和实验证明。磁光光谱证实了拓扑微带的存在，揭示了在人工超晶格微布里渊区的中心和边缘都存在朗道能级跃迁。它们的拓扑特征是确定的拓扑相变内观察到的温度的函数的迷你带。这种转变的临界温度以及微带隙和微带宽度可以通过层的厚度和组成来精确控制。这见证了一个新的完全可调的准三维拓扑状态的产生，提供了一个模板，实现磁性外尔半金属和其他强相互作用的拓扑阶段。
2021-05-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Interband characterization and electronic transport control of nanoscaled GeTe/Sb$_2$Te$_3$ superlattices
相变材料中晶体到非晶转变的非凡电子和光学性质导致了存储器应用的重要发展。一个有前途的前景是提供纳米尺度的相变结构。沿着这条研究路线，我们研究了纳米级GeTe/Sb $_2$ Te $_3$硫系超晶格薄膜的带间光透射谱。我们确定，不同的堆叠顺序和生长方法的薄膜，的自由电子的密度和散射时间，以及价到导电过渡的特性。研究发现，当子层厚度低于$\sim$ 3 nm时，自由电子密度随着GeTe含量的增加而降低。简单的能带模型分析表明GeTe和Sb $_2$ Te $_3$层混合，形成标准的GeSbTe合金缓冲层。我们表明，它是可能的，通过适当地选择沉积层的厚度来控制薄膜的电子输运性质，我们推导出一个模型，为任意的薄膜堆叠。
2016-05-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Light-Matter Coupling in Scalable Van der Waals Superlattices
二维（2D）晶体在设计和组装人工晶格而不受外延限制方面有了新的机会。然而，在剥离的范德华（vdW）层中缺乏厚度控制阻止了具有高保真度的重复单元的实现。最近获得的均匀的晶圆级样品允许在具有多个重复单元的不同2D层的堆叠中设计电子和光学色散。我们提出了一种超晶格结构中的光色散工程，该结构由二维激子硫族化物和电介质绝缘体的交替层组成。通过仔细设计晶胞参数，我们在室温下在< 4 nm的有源层激子吸收剂介质中展示了> 90%的窄带吸收，同时在cm 2样品中增强了光致发光。这些超晶格显示出强的光-物质耦合和激子-极化激元形成的证据，具有几何可调的耦合常数。我们的研究结果证明了具有工程光学特性的概念结构，并为原子薄层的广泛的可扩展的设计师光学超材料铺平了道路。
2021-03-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Engineering thermal transport across layered graphene-MoS2 superlattices
分层的二维范德华材料提供了对原子位置的前所未有的控制，这可以在亚纳米尺度上定制振动光谱和热流。在这里，使用空间分辨超快热反射和光谱学，我们揭示了由石墨烯（G）和MoS2（M）单层组装的超晶格中跨平面热传输的设计规则。使用组合的实验方法，我们探测九种不同的堆叠序列：G，GG，MG，GGG，GMG，GGMG，GMGG，GMMG，GMGMG，并确定振动失配，层间粘附和结不对称性对热输运的影响。纯G序列显示准弹道输运的特征，而添加甚至单个M层强烈地破坏热传导。实验数据通过分子动力学模拟得到了很好的描述，其中包括热膨胀，考虑了有限温度对层间距的影响。模拟结果表明，在层分离的变化只有1.5%可以导致近100%的热阻增加。使用这些设计规则，我们实验证明了一个5层GMGMG超晶格具有与空气相当的超低有效跨平面热导率，为一类具有极端性能的新型热超材料铺平了道路。
2021-07-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Moire Engineering of Cooper-Pair Density Modulation States
The Pennsylvania State University（宾夕法尼亚州立大学）；University of Washington（华盛顿大学）；Rutgers University（罗格斯大学）；Boston College（波士顿学院）
该研究通过在拓扑绝缘体Sb2Te3与反铁磁FeTe层的异质结构中引入莫尔超晶格，实现了对超导库珀对密度调制态的调控，展示了通过异质结构设计工程化超导态的新方法。
2026-02-26 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
Designing nanostructures for interfacial phonon transport via Bayesian optimization
我们展示了通过开发一种方法结合原子格林函数和贝叶斯优化的纳米结构的热导优化。为了通过Si/Ge复合界面结构最小化和最大化Si-Si和Si-Ge界面上的界面热导（ITC），该方法仅从整个候选物（超过60，000个结构）的百分之几的计算中识别最佳结构。所获得的最佳界面结构是非直观的和有影响力的：最小ITC结构是一个非周期性超晶格，实现了50%的减少，从最好的周期性超晶格。最小ITC的物理机制可以理解为两种效应对声子输运的交叉：随着超晶格中层厚度的增加，法布里-珀罗干涉的影响增加，层界面处的反射率降低。层厚随空间变化的非周期超晶格具有实现上述两种竞争机制之间的最佳平衡的自由度。此外，非周期性打破了界面之间的建设性声子干涉抑制相干声子输运。目前的工作表明，材料信息学在设计纳米结构控制热传导，这可以扩展到其他界面结构的有效性和优势。
2016-09-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Possibilities for enhanced electron-phonon interactions and high-$T_c$ superconductivity in engineered bimetallic nano-structured superlattices
本文用紧束缚模型和DFT研究Ag团簇嵌入Au基体的双金属纳米超晶格，揭示界面偶极与Ag振动模经库仑作用强耦合，可显著增强电子-声子相互作用并带来高$T_c$超导可能。
2024-08-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Control of hidden ground-state order in NdNiO$_3$ superlattices
在凝聚态系统中，电荷和自旋自由度与电子相关性的结合导致了一系列丰富的现象，如磁性，超导性和新的传导机制。虽然在体材料中观察到了这种现象，但当这些自由度在原子分层异质结构中受到控制时，可能会出现更丰富的行为，其中可以限制维度并施加界面边界条件。在这里，我们解锁了主机的独特的，隐藏的电子和磁性相变在NdNiO $_3$，同时接近二维（2D）的限制，从不同的尺寸限制和界面耦合的影响。最值得注意的是，我们发现了一个新的阶段，在全二维，单层NdNiO $_3$，其中所有签名的散装磁性和电荷订购被发现消失。此外，对于准二维层的厚度下降到两个单位电池，批量型订购持续，但分开的绝缘行为的发病方式不同的散装或薄膜镍酸盐。使用共振X射线光谱，第一性原理理论和模型计算，我们提出，单层相抑制的结果从一个新的机制，界面电子重建的基础上跨界面的离子性差异，而在多层NdNiO $_3$的相分离出现由于增强的二维波动。这些发现提供了深入了解的相互交织的机制，在强相关的系统中，在减少的维度和说明使用原子分层访问隐藏的阶段的能力。
2018-09-20 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Impact of Zr substitution on the electronic structure of ferroelectric hafnia
本研究采用自能修正密度泛函理论，系统探究Zr取代对铁电铪基氧化物电子结构的影响，明确了HZO带隙随Zr含量的变化规律与机制，同时解释了HfO₂/ZrO₂超晶格带隙低于ZrO₂的原因。
2023-02-08 cond-mat.mtrl-sci
Genetic Design of Enhanced Valley Splitting towards a Spin Qubit in Silicon
硅（Si）中的电子自旋是量子比特（量子计算的逻辑单位）的竞争者，因为它具有出色的自旋相干特性和与标准电子学的兼容性。在Si基质中进行自旋量子计算的一个显著限制是这种材料的导带的轨道简并性，这使得自旋1/2态不能成为孤立的二能级系统。到目前为止，可用的由Ge-Si合金势垒包覆的Si量子阱的样品提供相对小的谷分裂（VS），具有ImeV或更小的量级，降低了在Si中以自旋“向上”和“向下”状态编码的量子位的保真度。在这里，基于原子分辨赝势理论，我们证明了有序的锗硅层状障碍限制硅板可以利用提高VS在活性硅区的一个数量级相比，随机合金障碍迄今为止。生物启发的遗传算法搜索，以确定神奇的Ge/Si层序列的超晶格屏障，隔离电子基态在一个单一的山谷组成VS高达9毫电子伏。增强的VS与不同物种之间的合理的层间混合被保留，并且有趣的是即使发生一些较大的混合也被“保护”。在现代超晶格生长技术的范围内，实现屏障的优化层序列，以实际系统的方式克服了与轨道简并性相关的主要电流限制，从而为Si中的可靠的仅自旋量子计算提供了路线图。
2013-03-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Bulk and surface electronic structure of Bi$_4$Te$_3$ from $GW$ calculations and photoemission experiments
我们提出了一个结合的理论和实验研究的电子结构的化学计量比Bi $_4$ Te $_3$，一个自然的超晶格交替Bi $_2$ Te $_3$五重层和Bi双层。与相关的半导体化合物Bi $_2$ Te $_3$和Bi $_1$ Te $_1$相比，密度泛函理论预测Bi $_4$ Te $_3$是半金属。在多体微扰理论的$GW$近似下，我们计算了Bi $_4$ Te $_3$的准粒子电子结构.准粒子修正被发现修改的费米能附近的价带和导带的色散，导致一个小的间接带隙的开放。通过对$_4$的本征态分析，将其归类为具有体拓扑不变量$\mathbb{Z}_2$（1;111）和磁镜陈数$n_M=1$的对偶拓扑绝缘体.体$GW$结果被用来建立一个基于Wannier函数的紧束缚哈密顿量，进一步应用于研究（111）表面的电子性质。与我们的角度分辨光电发射测量的比较显示出良好的协议之间的计算和测量的表面状态，并表明双拓扑性质的Bi $_4$ Te $_3$。
2022-04-19 cond-mat.mtrl-sci
Magnetic modulation doping in topological insulators toward higher-temperature quantum anomalous Hall effect
在磁性离子掺杂的拓扑绝缘体（TI）中，如Cr和V掺杂的（Bi，Sb）2Te3，观察到了量子反常霍尔效应（QAHE），即在没有外磁场的情况下产生无耗散的边缘电流。当费米能级位于TI表面态的原始狄拉克点周围的磁感应能隙内时，QAHE出现。虽然间隙的大小被报道为约50 meV，QAHE的可观测温度已被限制在300 mK以下。我们尝试在拓扑绝缘体（Bi，Sb）_2Te_3薄膜中进行磁Cr调制掺杂，以提高QAHE的可观测温度。通过在未掺Cr的（Bi，Sb）_2Te_3薄膜的两个表面附近引入富Cr掺杂的薄层（1nm），我们成功地观察到了高达2K的QAHE。通过这种调制掺杂实现的可观察到的温度的改善似乎源自与丰富的磁矩相互作用的表面状态中的无序的抑制。这种稳定QAHE的超晶格设计可能为基于更高温度和零磁场量子传导的无耗散电子学铺平道路。
2015-11-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Surface passivated and encapsulated ZnO atomic layer by high-$κ$ ultrathin MgO layer
原子透明的垂直排列的ZnO基范德华材料已开发的表面钝化和封装的MgO原子层使用材料的设计，物理性能进行了研究。钝化和封装导致光学和电子性能的显着改善。MgO与ZnO、ZnO与MgO/ZnO、ZnO与MgO/ZnO/MgO异质界面之间的价带偏移$ΔE_v$分别为0.37 $\pm$ 0.02、-0.05 $\pm$ 0.02、-0.11 $\pm$ 0.02 eV;导带偏移$ΔE_c$被推导为0.97 $\pm$ 0.02、0.46 $\pm$ 0.02和0.59 $\pm$ 0.02 eV，表明MgO和ZnO中的跨越I型，以及ZnO和各种异质结构中交错的II型异质结能带排列。用能带偏移和界面电荷转移解释了超晶格中$n$型导电性的起源。由于载流子限制在层中而增强的光吸收表明MgO是用于封装ZnO基光电子器件的优异的高$κ$介电栅氧化物。
2019-06-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Pressure induced gap modulation and topological transitions in twisted bilayer and double bilayer graphene
我们研究了完全弛豫扭曲双层（TBG）和双双层（TDBG）石墨烯在垂直压力下的电子和拓扑性质。提出了一种在压力作用下获得莫尔超晶格平衡面内结构变形和面外结构变形的方法。我们发现，在较高的压力下，面内弛豫变得更强，而在每一层的厚度高度保持不变。弛豫和刚性结构的能带结构之间的比较表明，不仅电子和空穴侧的间隙（$Δ_e$和$Δ_h$）显着低估没有弛豫，而且刚性结构的中间带的详细色散是相当不同的松弛系统。TBG中的$Δ_e$和$Δ_h$在临界压力附近达到最大值，中间带较窄。TDBG在压力下发生拓扑转变，中间价带和导带在一个谷接触，它们的陈数相互转移。压力还可以调节TDBG的中性点处的间隙，该间隙在压力范围内关闭，并在更高的压力下重新打开。超晶格在压力作用下的电子结构行为对扭转角$θ$敏感，临界压力一般随扭转角$θ$的增大而增大。
2020-07-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
