Distinct Reconstruction Patterns and Spin-Resolved Electronic States along the Zigzag Edges of Transition Metal Dichalcogenides
二维过渡金属二硫属化物代表了一类展现出各种有趣性质的新兴材料，并且将此类材料整合用于潜在器件应用将必然遇到不同边界的产生。利用第一性原理方法，我们研究了MX $_{2}$（M=Mo，W; X=S，Se）的两个不等价的Z字形M边和X边的结构、电子和磁性.沿着M边，我们揭示了一个以前未被认识到的，但大力首选（2 × 1）重建模式，这是普遍适用于所有的MX $_{2}$，其特征在于通过交换的最外层X和M边原子的自钝化机制。相比之下，MoX $_{2}$或WX $_{2}$的X边缘分别经历更适度的（2x 1）或（3x 1）重建。我们进一步使用原型锯齿MoX $_{2}$纳米带，以证明M和X的边缘具有明显不同的电子和磁性，这是讨论自旋电子和催化应用。
2016-02-24 cond-mat.mtrl-sci
Topologically stable bimerons and skyrmions in vanadium dichalcogenide Janus monolayers
我们从第一性原理出发研究了Janus构型的1 T-二硫属钒单分子膜（VSeTe、VSSe和VSTe）的磁相图。的磁交换，磁晶各向异性和Dzyaloshinskiii-Moriya相互作用（ZH）的计算使用密度泛函理论计算，而温度和场依赖的磁相图模拟使用大规模的原子自旋模型中存在的热涨落。通过平均拓扑电荷与磁化率及其导数的交叉分析，确定了磁性有序相和顺磁相之间的边界。我们发现，在这样的Janus单分子膜，ε是大到足以稳定非平凡的手性纹理。在VSeTe单层中，对于面内场配置，非对称双分子晶格态是稳定的，而对于面外场配置，则形成skyrmion晶格。在VSSe单层中，Skyrmion晶格对于面外场配置是稳定的。这项研究表明，非中心对称的范德华磁性单层膜可以支持接近室温的拓扑纹理。
2020-11-16 cond-mat.mtrl-sci
Direct Visualization of Electric Field induced Structural Dynamics in Monolayer Transition Metal Dichalcogenides
层状过渡金属二硫属化物（TMD）为下一代低维器件几何结构提供了许多有吸引力的特征。由于与原位方法相关的实际和制造挑战，导致可实现的宏观器件特性的原子动力学通常不清楚。在这项研究中，原位透射电子显微镜技术，以了解在发挥作用的结构动力学，特别是在界面和缺陷，在原型膜的单层二硫化钼电偏置下。通过我们的样品制造过程中，我们清楚地确定存在的横向电场的质量传输的存在。特别是，我们观察到，在晶界处存在的空隙相结合，诱导结构变形。电场介导从晶界内部到暴露的表面边缘位置的净空位通量，其在其尾流中留下钼簇。然而，在初始偏置循环之后，质量流量大大减少，并且所得结构在重复偏置过程中保持稳定。我们相信这项工作的见解可以帮助解释这些材料中晶界位置的非均匀加热和优先氧化的观察结果。
2020-02-11 cond-mat.mtrl-sci
Coupled spin and valley physics in monolayers of MoS2 and other group-VI dichalcogenides
我们发现，反转对称性破缺与自旋轨道耦合导致耦合自旋和谷物理在单层的二硫化钼和其他VI族dichalcogenides，使可能的控制自旋和谷在这些二维材料。在价带边缘的自旋-谷耦合抑制自旋和谷弛豫，因为谷对比自旋分裂单独禁止每个指数的翻转。谷霍尔效应和自旋霍尔效应同时存在于电子掺杂和空穴掺杂体系中。光学带间跃迁具有依赖于频率的偏振选择规则，其允许具有谷和自旋指数的各种组合的载流子的选择性光激发。光致自旋霍尔和谷霍尔效应可以在样品边界上产生长寿命的自旋和谷积累。这里讨论的物理提供了一条路线，在多谷材料与强自旋轨道耦合和反转对称性破缺的valleytronics和自旋电子学的集成。
2012-05-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
New record of high ZT found in hybrid transition-metal-dichalcogenides
由于热收集的需求，对具有更高品质因数（ZT）的热电器件的探索将永远不会停止。具有电子带隙的单层过渡金属二硫属化物（TMD），即MX2（其中M是过渡金属，X是硫属元素）是已经成为这种研究的焦点的新材料之一。本文采用非平衡格林函数技术结合第一性原理和分子动力学方法，研究了扶手椅型TMD纳米带的热电输运性质.我们发现在800 K下混合MoS 2/MoSe 2纳米带的ZT高达7.4，创造了ZT的新纪录。此外，通过取代X原子的混合界面比通过取代M原子的混合界面更有效地调节ZT。这种高ZT的混合纳米带的起源是晶界的高密度：混合界面急剧降低热导率，而不会对电子电导产生很大的影响。
2016-12-16 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Molecule signatures in photoluminescence spectra of transition metal dichalcogenides
单层过渡金属二硫属化物（TMD）显示出最佳的表面积与体积比，因此是新型分子传感器器件的有前途的候选者。最近预测，可以通过激活钨基TMD的吸收光谱中的光学不可接近（暗）激子态来检测表现出大偶极矩的某类分子。在这项工作中，我们研究了光致发光光谱中的分子特征，这些分子特征依赖于许多不同的实验可获得的量，例如激发密度、温度以及分子特性，包括偶极矩及其取向、分子-TMD距离、分子覆盖度和分布。我们表明，在某些最佳条件下，甚至室温下检测的分子可以实现。
2017-12-14 cond-mat.mtrl-sci
Origin of the Counterintuitive Dynamic Charge in the Transition-Metal Dichalcogenides
本文基于密度泛函理论研究了过渡金属二硫族化合物的化学成键特性。三角形过渡金属二硫属化物的动态电荷非常大，而在它们的六方对应物中，它们的符号甚至是违反直觉的，即过渡金属带负电荷。这种现象不能简单地用静态原子电荷的变化来理解，因为它是局部极化变化的结果。我们提出了我们的理论理解这些现象的基础上的微扰系统的静态电场的响应，并通过调查附近的费米能级的分子轨道的杂化。此外，我们还建立了有机化学中玻恩有效电荷的符号与$π$ -背键之间的联系，并提出了一种实验方法来验证过渡金属二硫族化合物中动力学电荷的符号.
2017-02-12 cond-mat.mtrl-sci
Strain induced topological phase transition at zigzag edges of monolayer transition-metal dichalcogenides
本文用最小三带紧束缚模型研究了单层过渡金属二硫族化合物之字形带的应变效应。无应变系统显示出拓扑相位与马约拉纳零模式本地化的一维（1D）锯齿形边缘的边界。通过直接检查的频谱和波函数，我们研究的拓扑相位的演变作为一个平面内，单轴变形。结果表明，应变使一维边缘态的能量发生移动，从而引起拓扑相变，消除了Majorana模。对于现实的参数值，我们表明，应变的效果可以从完全破坏性的-在这种情况下，一个小的内置应变是足以破坏拓扑相-应变成为一个有效的调谐参数，可用于操纵马约拉纳零模式的情况。这两个制度是通过增加所施加的塞曼场的值在现实的值。我们还研究了应变效应如何受到化学势的影响，特别是如何将不必要的影响降到最低。最后，作为一个交叉检查所获得的结果，我们揭示了一维Majorana零模式的锯齿形边缘和多带Berry相位，这是作为这个系统的拓扑不变量之间的连接。
2016-07-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
In-plane Propagation of Light in Transition Metal Dichalcogenide Monolayers: Optical Selection Rules
通过偏振分辨光致发光实验，研究了WSe2、WS2和MoSe2过渡金属二硫属化合物单分子膜带间跃迁的光学选择规则.这些测量揭示了一个强烈的偏振依赖性的发射线。我们看到发射光的清晰特征，其中电场取向垂直于单层平面，对应于在标准光谱测量中使用的法向入射时禁止的带间光学跃迁。实验结果与从群论分析中推导出的光学选择规则一致，突出了自旋轨道相互作用分裂导带和价带的不同对称性所起的关键作用.这些研究产生的亮暗激子分裂，我们测量40 $\pm 1$ meV和55 $\pm 2$ meV的WSe 2和WS2单层，分别直接确定。
2017-04-18 cond-mat.mtrl-sci
Chemically Tailoring Semiconducting Two-Dimensional Transition Metal Dichalcogenides and Black Phosphorus
二维（2D）半导体过渡金属二硫属化物（TMDC）和黑磷（BP）在几层限制下具有有益的电子、光学和物理性质。作为原子级薄的材料，2D TMDCs和BP对它们的环境和化学修饰高度敏感，导致它们的性质对衬底效应、本征缺陷和非本征吸附物的强烈依赖。此外，将2D半导体集成到电子和光电子器件中在金属-半导体和介电-半导体界面处引入了独特的挑战。在这里，我们回顾了新兴的努力，了解和利用化学效应影响二维TMDC和BP的属性。在某些情况下，表面化学会导致显著的降解，因此需要开发稳健的钝化方案。另一方面，适当设计的化学改性可用于有利地定制电子性质，例如控制掺杂水平和载流子浓度。总的来说，化学方法允许2D TMDC和BP的性质的实质性可调性，从而使未来有机会优化器件应用的性能。
2016-03-28 cond-mat.mtrl-sci
Far-Infrared Signatures for a Two-Steps Pressure-Driven Metallization in Transition Metal Dichalcogenides
我们提出了一个高压调查的超导体到金属的过渡MoS2和WS2进行的同步远红外光谱，调和文献中发现的金属化压力的有争议的估计，并获得新的见解统治这种电子过渡的机制。发现两个光谱描述符指示金属性的发病和在金属状态下的自由载流子的起源：吸收光谱重量，其突然增加定义的金属化压力阈值，和E1U峰的不对称线形，其压力演变，解释内的Fano模型，表明在金属状态下的电子起源于n型掺杂水平。结合我们的研究结果与文献中报道的那些，我们假设一个两步机制是在工作中的金属化过程中，其中掺杂和导带状态之间的压力诱导的杂交驱动早期的金属行为，而带隙关闭在较高的压力。
2023-01-26 cond-mat.mtrl-sci
Strain-dependent modulation of conductivity in single layer transition-metal dichalcogenides
量子电导计算的MoS $_2$和WS $_2$的机械变形单分子膜进行使用非平衡格林函数方法结合的Landauer-Büttiker方法的弹道输运连同密度泛函的紧束缚（DFTB）方法。拉伸应变和压缩导致TMD单层的电子结构发生显着变化，最终过渡超导体-金属发生高达~11%的伸长率为2D各向同性变形的六方结构。这种转变增强了半导体材料中的电子输运。
2013-02-05 cond-mat.mtrl-sci
Conditions for electronic hybridization between transition-metal dichalcogenide monolayers and physisorbed carbon-conjugated molecules
杂化效应在决定杂化无机/有机界面的电子性质方面起着至关重要的作用。为了深入了解这些重要的相互作用，我们进行了第一性原理的基础上的混合密度泛函理论，包括自旋轨道耦合，重点是八个代表性的系统形成的两个碳共轭分子芘和芘的物理吸附在过渡金属二硫属化物单分子膜（TMDC）的MoS $_2$，MoSe $_2$，WS $_2$，和WSe $_2$。通过带展开技术，我们分析了所考虑的材料的能带结构，确定了各个成分的贡献以及它们的杂交的签名。基于对称性和充满活力的参数，我们推导出共轭分子和底层TMDC之间的电子杂化的一般条件，即使前者不躺在后者的平面上，从而提供了预测它们的相互排列如何影响它们的电子相互作用的关键。
2022-04-05 cond-mat.mtrl-sci
Light-Induced Transient Polarization Reversal in Rhombohedrally Stacked Bilayer Transition Metal Dichalcogenides via an Electronic Mechanism
University of Trento（特伦托大学）
通过约束密度泛函理论和多体实时模拟，发现菱方堆叠过渡金属二硫族化物双层在光激发下无需层间滑动即可在200飞秒内实现面外极化符号的超快电子反转，为低维铁电体提供了一种新型电子控制机制。
2026-09-04 cond-mat.mtrl-sci
Mechanical properties of lateral transition metal dichalcogenide heterostructures
过渡金属二硫属化物（TMD）单分子膜由于其特殊的结构、电子和力学性质而引起人们的广泛关注。它们的横向异质结构的形成允许在工程电子和光电子器件中具有新的灵活性。然而，横向异质结构的机械性能很少被研究。本文采用密度泛函理论（DFT）计算方法，对不同TMD单分子膜（包括二硫化钼（MoS 2）、二硒化钼（MoSe 2）、二硫化钨（WS 2）和二硒化钨（WSe 2））的1H、1 T '和1H/1 T'异质结构相的力学特性进行了比较研究。我们的研究结果表明，横向异质结构有一个相对较弱的机械强度为所有的TMD单分子膜。TMD单分子膜的力学性能与其结构相之间的显著相关性可用于调节材料的刚度。因此，我们的研究结果，提出了一种新的策略来操纵的机械特性的TMD工程的结构相，为他们的实际应用。
2020-09-28 cond-mat.mtrl-sci
Stabilizing Single-Atom Catalysts on Metastable Phases of Transition Metal Dichalcogenides
本研究通过第一性原理计算，在六种过渡金属二硫属化物的三种晶相上筛选出82个热力学稳定的单原子催化剂体系，发现亚稳1T和1T'相能增强结合强度并提升稳定性，为设计新型稳定催化剂提供了指导。
2025-01-23 cond-mat.mtrl-sci
Ultrafast Dynamics of Electron-phonon Coupling in Transition-metal Dichalcogenides
利用飞秒激光时域光谱测量了2 H-MoTe 2大块晶体的超快晶格动力学，研究了载流子-声子相互作用对电子输运性质的影响.在室温下，即使存在非常大密度的光激发载流子，也观察到异常长寿命的相干A1 g声子模。随着激发激光能量密度的增加，衰减速率降低。基于激光能量密度的依赖性，包括诱导显着的声子软化和声子衰减率的特殊下降，我们归因于弱的非谐声子-声子耦合和载流子密度依赖的变形势的电子-声子耦合的长寿命的晶格动力学。
2018-07-28 cond-mat.mtrl-sci
Niobium doping induced mirror twin boundaries in MBE grown WSe2 monolayers
镜像孪晶晶界（MTB）为二维过渡金属二硫属化物（TMDC）带来了独特的一维物理和性质，但在非Mo基TMDC中很少观察到。在此，通过生长后Nb掺杂，高密度4| 4 E-W和4|将4P-Se MTB引入分子束外延（MBE）生长的WSe 2单层膜中。其中，4| 4 E-W MTB是首次在实验上发现的一种新结构，|4P-Se MTB呈现W和Nb的随机排列，形成一维合金系统。掺杂和未掺杂的WSe 2之间的比较证实，Nb掺杂剂是必不可少的MTB形成。此外，定量统计显示MTB的面密度与Nb掺杂剂的浓度成正比。为了揭示Nb掺杂的注入路径，采用第一性原理计算方法计算了不同构型的过剩Nb原子的形成能，并在此基础上建立了过剩金属引入MTB的模型.我们的结论是，MTBs的形成主要是由引入到主机WSe 2晶体的晶格和随后的金属原子（W或Nb）的位移过剩的Nb原子的集体演化驱动。该研究提供了一种通过适当的金属掺杂在2D TMDC材料中定制MTB的新方法，并为探索有趣的性质提供了新的机会。
2020-01-15 cond-mat.mtrl-sci
Prevalence of oxygen defects in an in-plane anisotropic transition metal dichalcogenide
半导体中的原子尺度缺陷使其技术应用和实现新的量子态成为可能。使用扫描隧道显微镜和光谱补充从头计算，我们确定的各向异性范德华层状半导体ReS $_2$中的缺陷的性质。我们展示了平面内的各向异性的晶格直接可视化链的原子形成钻石形的集群。利用扫描隧道能谱，我们测量了半导体能隙的态密度。我们揭示了晶格缺陷的存在，并通过比较它们的地形和光谱签名与从头计算，我们确定它们的起源为氧原子吸收在晶格点缺陷网站。这些结果为半导体过渡金属二硫属化物提供了一个原子尺度的视角，为理解和设计它们的特性铺平了道路。
2020-10-09 cond-mat.mtrl-sci
Transition-metal dichalcogenide bilayers: switching materials for spin- and valleytronic applications
我们报道了垂直于过渡金属双硫族化合物TX 2（M = Mo，W，X = S，Se）双层膜外加电场，产生了显著的自旋轨道分裂，电子带隙随电场强度线性减小。相反的TX 2单层，自旋轨道分裂和谷极化是不存在的双层，由于反转对称的存在。这种对称性可以被电场打破，并且价带中的自旋轨道分裂很快达到与单层中相似的值（对于MoS 2. 418 meV的WSe 2）在饱和场小于500 mV A-1。带隙闭合导致在1.25（WX 2）和1.50（MoX 2）V A-1之间的场强下的超导体-金属转变。因此，通过使用栅极电压，可以在TX 2双层中打开和关闭自旋极化，从而激活它们用于自旋电子学和谷电子学应用。
2014-06-19 cond-mat.mtrl-sci
Spin- and valley-polarized transport across line defects in monolayer MoS2
本文研究了单层过渡金属二硫属化物中载流子穿过有序线缺陷的弹道传输。我们的研究揭示了由自旋-轨道相互作用、自旋和谷滤波驱动的输运间隙的存在，这两者都源于自旋和动量守恒的简单图像，以及电荷载流子传输的电子-空穴不对称性。利用第一性原理格林函数方法，进一步研究了单层MoS $_2$中实验观察到的有序线缺陷，特别是空位线和反转畴边界的电子输运性质.我们的计算表明，在纳米电子器件的基础上，在单层过渡金属dichalcogenides工程周期线缺陷实现几乎完全的自旋极化的载流子的可能性，从而提出了一个实用的方案，为自旋输运的全电控制。
2016-06-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Role of Strain on Electronic and Mechanical Response of Semiconducting Transition-Metal Dichalcogenide Monolayers: an ab-initio study
采用基于密度泛函理论的完全相对论第一性原理计算，研究了单层过渡金属二硫属化合物MX 2（M=Mo，W，Sn，Hf，X=S，Se，Te）的电子结构和弹性性质.我们专注于应变的能带结构的作用和跨系列的二维材料的能带排列。我们发现，应变对带隙有显着的影响;双轴应变为1%的2 H结构中的带隙降低，由尽可能多的0.2 eV的MoS 2和WS 2，而增加它的1 T材料。这些结果表明，应变是一个强大的途径，以调节其性能，例如，应变能够形成，否则不可能，打破间隙异质结构内的2 H类。这些计算提供了洞察力和定量信息的异质结的合理发展的基础上，这些类的材料占应变的影响。
2013-12-04 cond-mat.mtrl-sci
Mapping of the dark exciton landscape in transition metal dichalcogenides
过渡金属二硫属化合物（TMD）表现出一种引人注目的激子物理性质，包括光学可及（亮）激子态以及自旋和动量禁戒（暗）激子态。到目前为止，暗激子景观还没有被揭示，特别是动量禁止暗态的光谱位置完全不清楚。这对TMD的技术应用潜力具有重大影响，因为能量最低状态的性质决定了材料是否是直接带隙半导体。在这里，我们展示了如何通过探测激子内1 s-2 p跃迁来实验揭示暗态。区分激发后不久（< 100 $\,$ fs）和激子热化后（> 1 $\,$ ps）的光学响应，使我们能够证明亮激子和暗激子的相对位置。我们发现，在理论和实验中的光学响应的一个明确的蓝移证明了第一次在单层WSe $_2$的明亮的激子到低位的动量和自旋禁止的暗激子态的过渡。
2017-08-25 cond-mat.mtrl-sci
Variant Plateau Law in Atomically Thin Transition Metal Dichalcogenide Dome Networks
自从它从肥皂泡的基础开始，高原定律引发了广泛的研究平衡状态。然而，大多数研究主要依赖于液体，泡沫或蜂窝结构，而其适用性还有待于探索在纳米级固体薄膜。在这里，我们观察到一个变体高原法律在网络的原子薄圆顶制成的固体二维（2D）过渡金属dichalcogenides（TMD）。从实验和理论上得到了不同TMD层中凸起圆顶的离散层间范德华相互作用能。显着的表面张力的差异，从层依赖vdw相互作用能体现在这个基本定律的一个变体。同时，TMD薄膜优异的力学性能、气体不渗透性和层间vdWs相互作用能使圆顶和网络能够承受高气压，并以一种根本不同的性质存在数年。我们的研究结果铺平了道路，探索不同的离散状态与应用在光机电设备。
2023-02-13 cond-mat.mtrl-sci
The impact of valley profile on the mobility and Kerr rotation of transition metal dichalcogenides
半导体过渡金属二硫属化物在室温附近的输运和光学性质由复杂的、自旋织构的和多谷电子景观内的电子-声子散射机制决定。谷的相对位置是关键的，但它们对外部参数敏感，很难直接确定。我们提出了一个第一性原理模型作为谷位置的函数来计算载流子迁移率和克尔旋转角。该模型带来了有价值的见解，以及宏观性质的定量预测范围广泛的载流子密度。掺杂依赖的迁移率显示出特征峰，峰的高度取决于谷的位置。当相同的自旋谷对齐时，克尔旋转信号增强，当相反的自旋谷填充时，克尔旋转信号猝灭。我们提供的指导方针，以优化这些数量相对于实验参数，以及\emph{in situ}表征的谷位置的理论支持。
2022-10-24 cond-mat.mtrl-sci
Biexciton fine structure in monolayer transition metal dichalcogenides
原子薄的过渡金属二硫属化物（TMDC）半导体的光学性质是由强库仑相互作用导致的相关多体复合物的出现所形成的。特殊的电子-空穴交换特性决定了TMDC可以用来研究库仑配合物的基础和应用性质，如激子的谷去极化和三电子的精细结构分裂。这些材料中的双激子较少被理解，并且直到最近才确定它们在光谱上位于激子和trion之间。在这里，我们表明，在单层TMDC的双激子表现出独特的精细结构的顺序，由于电子-空穴交换的毫电子伏。单层WSe $_2$上的超快泵浦-探测实验揭示了决定性的双激子签名和与微观理论非常一致的精细结构。我们提供了一种途径，以前所未有的精度访问双激子光谱，这是有价值的超越类TMDC，并了解更高的库仑配合物的影响下的电子-空穴交换。
2018-01-12 cond-mat.mtrl-sci
Light-Matter Interactions in Two-Dimensional Transition Metal Dichalcogenides: Dominant Excitonic Transitions in mono- and few-layer MoX$_2$ and Band Nesting
我们报告了基于Bethe Salpether方程+G $_0$ W $_0$的六个单和双层二硫属钼化合物的介电函数的从头计算，重点是激子跃迁占主导地位的吸收光谱的激发能为3\，eV。我们的计算表明，开关硫族元素原子和层间相互作用的强度应该影响的详细组成的高“C”峰的实验光谱的钼二硫族化物，并导致一个显着的自旋轨道分裂的贡献激子跃迁单层MoSe $_2$和MoTe $_2$。这可以通过沿着硫族元素系列S $\rightarrow$ Se $\rightarrow$ Te的费米能周围的电子色散的变化来解释，该变化沿着布里渊区中的\textit{$Γ$} - \textit{K}线移动二维材料的态密度中的范霍夫奇点。此外，我们确认了不同的层间特性的“\textsl{C}”峰过渡在几层的MoS $_2$，这是预测之前从实验数据，并表明，类似的行为可以预期MoSe $_2$和MoTe $_2$以及。
2016-11-16 cond-mat.mtrl-sci
Concurrent growth and formation of electrically contacted monolayer transition metal dichalcogenides on bulk metallic patterns
虽然二维（2D）材料的新物种和性质以非常规律的方式被报道，但该领域的一个重要瓶颈是可控地将材料加工成工作设备的能力。我们报告了一种化学气相沉积工艺，该工艺以确定性的方式在光刻限定的块状金属图案周围选择性地生长2D材料，该图案同时提供与材料的生长接触。在过渡金属的图案化区域上和周围可控地生长具有高达数百微米的横向范围的单层膜。通过使用金属图案和基于氧化物的前体的不同组合，也观察到异质结构的MoS 2/WS 2生长。该材料显示出强发光、单层拉曼特征和相对大的晶畴。除了在大区域上确定性地和选择性地产生高光学质量单层材料之外，金属图案保持导电性，因此具有向材料提供生长态金属接触的优点，从而为简单的器件制造和大规模生产提供了途径
2016-11-11 cond-mat.mtrl-sci
High flexoelectric constants in Janus transition-metal dichalcogenides
由于其机械刚度和柔性的组合，二维（2D）材料作为潜在的机电材料受到了极大的关注。挠曲电性是应变梯度和极化之间的机电耦合。与仅存在于非中心对称材料中的压电性不同，挠曲电理论上存在于所有介电材料中。然而，大多数关于2D材料的机电能量转换潜力的工作都集中在它们的压电行为和特性上，而不是挠曲电行为和特性。在目前的工作中，我们表明，存在于单层Janus过渡金属二硫属化物（TMDC）的固有结构不对称性，使显着的挠曲电性能。我们使用最近开发的电荷偶极模型与经典的分子动力学模拟耦合报告这些挠曲电性能。通过采用一个规定的弯曲变形，我们直接计算的挠曲电常数，同时消除了压电的贡献的极化。我们发现，Janus TMDC的挠曲电响应是正相关的，其初始程度的不对称性，这有助于更强的$σ-σ$相互作用的初始程度的不对称上升。此外，由于$π-σ$耦合，Janus TMDC中跨原子的高电荷转移导致更大的电场。发现这些增强的$σ-σ$和$π-σ$相互作用导致Janus TMDC的挠曲电系数比传统TMDC例如MoS $_{2}$高几倍，其挠曲电常数已经比石墨烯大十倍。
2022-08-20 cond-mat.mtrl-sci
Novel doping alternatives for single-layer transition metal dichalcogenides
单层过渡金属二硫属化物（TMD）的成功掺杂仍然是将其纳入一系列技术的巨大障碍。我们用密度泛函理论研究了元素周期表中大部分钼和钨的二硫属化合物的掺杂。对数千次计算的能量学、原子和电子结构进行自动分析，得出了元素周期表中有见地的趋势，并指出了有待实验研究的有前途的掺杂剂。除了以前研究的情况下，我们的预测表明，有前途的替代掺杂剂，导致p型运输，并揭示有趣的物理背后的金属网站的替代。掺杂前过渡金属（TM）导致拉伸应变和带隙的显著减小。随着d态填充到中间TM中，带隙增加并且应变减小;当我们进入晚期TM时，这些趋势相反。此外，费米能随着d-壳层从早期到中期TM填充而单调增加，并且我们观察到很少到没有间隙状态，这表明p-（早期TM）和n-（中期TM）型掺杂的可能性。相当令人惊讶的是，模拟表明的可能性，间质掺杂的TMD的能量揭示，大量的掺杂剂，从二硫化钼的数量增加到二硒化物和二碲化物，有利于吸附的间隙网站。此外，与捕获的掺杂剂进入间隙位点的活化能的计算表明，该过程是动力学上可能的。这表明，在TMD的间隙杂质是更常见的比认为到目前为止，我们提出了一系列潜在的间隙掺杂剂的TMD相关的应用在纳米电子学的基础上的预测的电子结构的详细分析。
2017-10-22 cond-mat.mtrl-sci
Photovoltaic efficiency of transition metal dichalcogenides thin films by ab initio excited-state methods
本研究采用G₀W₀-BSE从头算多体微扰理论计算2H-TMDCs薄膜的光电子特性，评估其光伏性能，得出200 nm厚WSe₂薄膜效率上限达29%，且现有合成技术下其光伏性能仍有提升空间。
2023-12-16 cond-mat.mtrl-sci
Two-Dimensional Ferroelastic Topological Insulators in Single-Layer Janus Transition Metal Dichalcogenides MSSe (M=Mo, W)
二维拓扑绝缘体和具有铁弹特性的二维材料是一种非常有趣的材料，在实验和理论上都有很多研究报道。在这里，我们提出了这两个功能的组合-一个二维铁弹拓扑绝缘体，同时具有铁弹和量子自旋霍尔特性。利用第一性原理计算，我们证明了Janus单层MSSe（M=Mo，W）稳定的二维晶体，显示长期寻求的铁弹拓扑绝缘体属性。该材料具有低开关势垒和强铁弹信号的特点，有利于非易失性存储器件的应用。此外，它们的拓扑相位具有相当大的非平凡带隙，这支持量子自旋霍尔效应。单层MSSe中优异的铁弹和量子自旋霍尔相的独特共存为实现多用途和可控器件提供了非凡的平台。
2018-06-07 cond-mat.mtrl-sci
Direct Observation of One-Dimensional Peierls-Type Charge Density Wave in Twin Boundaries of Monolayer MoTe$_2$
过渡金属双硫族化合物（transition metal dichalcogenides，TMDC）中的一维金属镜孪晶界（metal mirror-twin boundaries，MTB）具有周期性的电荷调制，为研究受限体系中的集体电子行为提供了一个理想的平台。电荷调制的基本机制以及电子如何在一维结构中移动仍然存在争议。在这里，第一次，我们观察到原子级结构的电荷分布在一个周期内的MTB的单层MoTe 2通过使用扫描隧道显微镜/光谱（STM/STS）。同时存在的周期性晶格畸变和U型能隙清楚地表明了Peierls型电荷密度波（CDW）。沿着金属MTB在CDW带隙外还发现了周期性变化的等距离量子化能级。密度泛函理论（DFT）计算结果与能隙电子结构符合得很好，表明它们主要来自Mo的4d轨道.我们的工作提出了标志性的证据，1D Peierls型CDW的金属MTB，并提供了机会，研究的基础物理的1D电荷调制。
2020-07-15 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
Structural, elastic, bonding, optoelectronic, and some thermo-physical properties of transition metal dichalcogenides ZrX2 (X = S, Se, Te): Insights from ab-initio calculations
过渡金属二硫属化合物（TMDCs）是一类重要的工业化合物。本论文采用从头算方法对ZrX_2（X = S，Se，Te）TMDC的结构、弹性、成键、光电性能和热物理性能进行了详细的研究。首次研究了弹性各向异性指数、原子成键特征、光电性质和热物理参数，包括熔化温度和最小声子热导率。研究中的TMDC均具有明显的弹性各向异性和层状结构特征。ZrX_2（X = S，Se，Te）化合物是相当可加工的，而ZrS_2和ZrSe_2是中等硬度的。另一方面，ZrTe2明显更软。共价键和离子键都对晶体有贡献。电子能带结构计算显示半导体行为的ZrS2和ZrSe2和金属行为的ZrTe2。能量相关的光电参数表现出良好的对应关系与潜在的电子能量密度的状态功能。ZrX_2（X = S，Se，Te）化合物对紫外线有很好的吸收作用。对于ZrTe 2，在0 eV至20 eV的能量范围内，反射率谱R（w）保持在50%以上。因此，这种TMDC具有宽带和非选择性的高反射率，可以用作有效的反射器来减少太阳加热。所研究的化合物的德拜温度、熔点和最小声子热导率都很低，并且彼此之间以及与弹性和键合特性之间表现出良好的对应关系。
2021-02-24 cond-mat.mtrl-sci
Recent Advancements in the Development of Two-dimensional Transition Metal Dichalcogenides (TMDs) and their potential application
本文综述了MoS2等二维过渡金属二硫族化物的最新进展，探讨了其创新生长策略以解决规模化无缺陷制备的挑战，并概述了其在电子、光电子、能源和传感领域的潜在应用。
2025-09-16 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
High-temperature Anomalous Hall Effect in Transition Metal Dichalcogenide-Ferromagnetic Insulator Heterostructure
过渡金属二硫属化物（TMD）在铁磁材料（FM）上的集成可能会产生迷人的物理学和电子学和自旋电子学应用的前景。在这项工作中，高温反常霍尔效应（AHE）的TMD ZrTe 2薄膜的异质结构的方法，通过沉积在亚铁磁绝缘体YIG（Y3 Fe 5 O 12，钇铁石榴石）的表现。在该异质结构中，在高达至少400 K的温度下可以观察到显著的异常霍尔效应，这是在TMD中观察AHE的记录高温，并且大的RAHE比先前报道的基于拓扑绝缘体或TMD的异质结构中的值大一个数量级以上。YIG和ZrTe 2之间界面反应诱导的ZrO 2的磁化被认为对ZrTe 2中诱导的高温反常霍尔效应起着至关重要的作用。这些结果揭示了一个有前途的系统，为室温自旋电子器件的应用，它也可能打开一个新的途径，引入磁性的TMD和探索量子AHE在更高的温度下考虑到非平凡的拓扑结构的预测在ZrTe 2。
2020-02-27 cond-mat.mtrl-sci
Electrically tuneable nonlinear anomalous Hall effect in two-dimensional transition-metal dichalcogenides WTe2 and MoTe2
我们研究了WTe_2和MoTe_2单分子膜的非线性电响应。当反演对称性破缺而时间反演对称性保持不变时，由于非平衡费米面的Berry曲率不为零，产生了二阶霍尔效应，称为非线性反常霍尔效应（NLAHE）。我们揭示了一个强大的NLAHE的霍尔电压是二次的纵向电流。在这些二维（2D）材料中，最佳电流方向垂直于镜面。NLAHE可以通过面外电场敏感地调谐，其诱导从拓扑绝缘体到正常绝缘体的转变。越过临界转变点，NLAHE的幅度增加，其符号反转。我们的工作为发现反转对称破缺二维材料中的奇异非线性现象铺平了道路。
2018-04-30 cond-mat.mtrl-sci
Hydrogen Transport Between Layers of Transition Metal-Dichalcogenides
本文通过well-tempered metadynamics模拟研究过渡金属二硫属化物层组成与堆叠方式对氢原子输运和自扩散的影响，发现不同多型体间自由能势垒差异显著，可为离子或原子筛分材料设计提供依据。
2023-08-07 cond-mat.mtrl-sci
Spectroscopic view of ultrafast charge carrier dynamics in single- and bilayer transition metal dichalcogenide semiconductors
准粒子光谱的原子薄的半导体过渡金属二硫属化物（TMDC）和他们的响应的超快光激发关键取决于与底层衬底的相互作用。在这里，我们提出了一个比较的时间和角度分辨光电子能谱（TR-ARPES）的瞬态电子结构和超快载流子动力学的研究在单层和双层TMDC MoS $_2$和WS $_2$在三个不同的衬底：金（111），银（111）和石墨烯/SiC。光激发准粒子的带隙被观察到在我们的系统之间的1.9-2.3 eV的范围内变化。金属上的瞬态导带信号在低于100 fs的时间尺度上衰减，这意味着光致载流子被有效地去除到体金属态。相反，在石墨烯上，我们观察到两个时间尺度上的顺序分别为200 fs和50 ps，在MoS $_2$的导带衰减。这些多个时间尺度的解释俄歇复合涉及MoS $_2$和间隙缺陷状态。在金属上的双层TMDCs中，我们观察到沿价带的激发空穴的复杂的重新分布，该重新分布实质上受到与体金属态的连续体的相互作用的影响。
2021-03-31 cond-mat.mtrl-sci
Dark excitons in transition metal dichalcogenides
单层过渡金属二硫属化物（TMD）表现出非常强的库仑相互作用，表现在紧密结合的激子。由于复杂的电子能带结构在导带和价带中表现出多个自旋分裂谷，可以形成暗激子态。由于所需的自旋翻转和/或动量转移，它们是不可接近的光。这些暗态相对于光学上可接近的亮激子的相对位置对这些材料的发射效率具有至关重要的影响，从而对它们的技术潜力具有至关重要的影响。基于Wannier方程的解，我们给出了研究最多的TMD材料的激子景观，包括动量和自旋禁戒激子态的光谱位置。我们表明，知识的电子色散不允许得出结论的性质的材料的带隙，因为激子效应可以引起显着的变化。此外，我们发现，指数降低的光致发光产率并不一定反映从直接到非直接的间隙材料的过渡，但在大多数情况下可以归因于明亮和黑暗的激子状态之间的相对光谱距离的变化。
2017-09-04 cond-mat.mtrl-sci
Enhanced Optoelectronic Response in Bilayer Lateral Heterostructures of Transition Metal Dichalcogenides
二维横向异质结是低功耗和柔性光电子学的基本元件。与单层相比，基于少层横向异质结构的器件由于其对环境条件的敏感性较低而可以提供优异的性能。在这里，我们报告了基于MoS 2-WS 2和MoSe 2-WSe 2的多结双层横向异质结构的受控合成，其中异质结是通过在第一层和第二层中同时发生的顺序横向边缘外延创建的。相对于它们的单层对应物，双层横向异质结构产生近一个数量级的更高的整流电流。它们还显示出清晰的光伏响应，除了室温电致发光外，短路电流比从单层中提取的电流大约103倍。双层异质结构的优异性能显著扩展了2D晶体的功能。
2019-03-31 cond-mat.mtrl-sci
Topological electronic states and thermoelectric transport at phase boundaries in single-layer WSe$_2$: An effective Hamiltonian theory
单层过渡金属二硫属化物在扭曲的八面体1 T $^\prime$相表现出大的体带隙和无带隙边界状态，这是一个资产，在正在进行的追求拓扑电子学。在单层二硒化钨（WSe $_2$）中，在1 T $^\prime$和半导体（1H）相之间的有序界面处观察到边界态。本文提出了单层WSe $_2$中边界态的有效四带理论，描述了一对Kramers带隙内态以及1 T $^\prime$相导带和价带上光谱终止点的行为。光谱终止点决定了弹道电导和热电势在相边界的温度和化学势的依赖性。值得注意的是，热电势显示出双极行为，改变了1 T $^\prime$ - WSe $_2$的带隙中的符号，并反映了其粒子-空穴不对称性。该理论建立了单层WSe $_2$的体能带结构和弹道边界传输之间的联系，并适用于一系列相关的拓扑材料。
2020-11-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
2D Magnetic Semiconductors via Substitutional Doping of Transition Metal Dichalcogenides
本文综述了通过CVD方法对TMDs单层进行掺杂以制备二维磁性半导体的研究，探讨了掺杂对材料结构与光电磁性质的影响，并重点介绍了掺杂诱导的铁磁性与谷泽曼位移等磁学性质，为自旋电子学等应用提供指导。
2023-03-20 cond-mat.mtrl-sci
First principles study of electron transport through diarythylene transition metal dichalcogenide molecular switch
计算方法正迅速成为纳米电子设计过程中不可或缺的一部分。随着计算能力的提高，电子输运模拟方法如非平衡格林函数（NEGF）方法现在在新电子器件的研究和设计中具有希望。单分子电路作为优化的器件尺寸涵盖了重要的电子传输，这源于分子的固有性质。在本研究中，我们研究并设计了一种基于过渡金属二硫属化物（TMD）电极（二硫化钼（MoS 2））和光致变色分子的单分子开关。选择的分子，二芳基乙烯，是仅有的几个热不可逆的光致变色剂之一。TMD单层膜的1 T相具有金属性质，可以作为这些分子开关的导电电极。此外，1 T相可以使用硫醇化学进行官能化，这导致共价C-S键的形成，其使得能够将官能光致变色基团进一步添加到TMD表面。在这份报告中，我们比较和对比不同的化学和间隔基团相对于他们的响应作为一个分子开关，专注于在费米能级的ON/OFF传输比。我们确定化学品进行进一步的实验。如果在实验上实现，这些开关有望成为各种应用的组成部分，包括分子存储器，光子探测器和逻辑器件。
2021-09-27 cond-mat.mtrl-sci
Very large Dzyaloshinskii-Moriya interaction in two-dimensional Janus manganese dichalcogenides and its application to realize skyrmion states
Dzyaloshinskiii-Moriya相互作用（Dzyaloshinskiii-Moriya interaction，Dzyaloshinskii-Moriya interaction）只存在于非中心对称系统中，是形成奇异手征磁态的主要原因。在大多数二维（2D）磁性材料中，由于其固有的反转对称性，因此不存在磁性。在这里，使用第一性原理计算，我们证明了显着的双金属氧化物锰的Janus单层MnXY中，在Mn的相对侧的X和Y之间的差异打破了反转对称性，可以得到一系列的Janus单层。特别是，MnSeTe和MnSTe的磁共振振幅与最先进的铁磁体/重金属（FM/HM）异质结构的磁共振振幅相当。另外，通过蒙特卡罗模拟，我们发现在低温下，外加磁场可以使MnSeTe和MnSTe单层膜的基态从具有蠕虫状磁畴的铁磁态转变为skyrmion态.随着温度的升高，Skyrmion态开始在50 K以上波动，然后在更高的温度下演变为完全无序的结构。目前的研究结果铺平了道路，新的设备概念，利用专门设计的2D铁磁材料的手性磁结构。
2020-03-30 cond-mat.mtrl-sci
Optical fingerprint of dark 2p-states in transition metal dichalcogenides
我们提出了一个微观研究在无序存在下的过渡金属二硫属化合物的高激子态。我们发现，几何相位取消了2s和2p状态的退化，一个显着的无序诱导的耦合亮暗态提供了一个策略，以规避光学选择规则。作为证明，我们在WS $_2$的吸收光谱中发现了暗2p态的直接指纹。通过激子无序耦合的光学选择规则的预测软化是一般性的，因此适用于相关的二维半导体。
2016-05-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Highly tunable nonlinear Hall effects induced by spin-orbit couplings in strained polar transition-metal dichalcogenides
最近，在原子级薄的~ 1 T '/Td-WTe $_2$中发现了由Berry曲率偶极子引起的非线性霍尔效应。在这项工作中，我们表明，在应变极性过渡金属二硫属化物（TMD）与2 H-结构，贝里曲率偶极子的自旋自由度产生强的非线性霍尔效应。在0.2%量级的单轴应变下，在电子掺杂的极性TMD如MoSSe中出现了强非线性霍尔信号，其特征在于1 μ m量级的Berry曲率偶极子，并且这在实验上很容易检测到。此外，非线性霍尔电流的大小和符号可以很容易地通过电动门控和应变进行调谐。这些性质可用于区分非线性霍尔效应与经典机制，如棘轮效应。重要的是，我们的系统提供了一个潜在的方案，用于构建电开关能量收集整流器。
2020-02-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Unidirectional Alignment of AgCN Microwires on Distorted Transition Metal Dichalcogenide Crystals
二维层状晶体表面的范德瓦尔斯外延在有序纳米结构的组装和基于二维晶体的垂直异质结构的制备方面获得了重要的研究兴趣。虽然过渡金属二硫属化合物（TMDCs）六方相的范德华外延组装已经得到了比较好的表征，但对TMDCs扭曲八面体相（1 T '或Td）的类似研究还很缺乏。在这里，我们研究了一维（1D）AgCN微丝在各种变形TMDC晶体，即1 T '-MoTe 2，Td-WTe 2，和1 T'-ReS 2上的组装行为。在这些晶体上观察到AgCN链的单向排列，反映了底层扭曲TMDC的对称性。偏振拉曼光谱和透射电子显微镜直接证实了AgCN链沿TMDCs扭曲的链方向显示出显著的取向行为。所观察到的单向组装行为可以归因于一维链沿基底扭曲的有利吸附构型，这得到了我们的理论计算和不同氰化物链的类似组装行为的观察的支持。排列的AgCN微丝可以作为简单的标记物来识别TMDC的多晶型物和晶体取向。
2021-02-16 cond-mat.mtrl-sci
Optical signature of symmetry variations and spin-valley coupling in atomically thin tungsten dichalcogenides
由于石墨烯在电子应用中的成功和局限性，第VI族过渡金属二硫属化物的原子薄层作为一类在可见频率范围内具有所需带隙的石墨烯类半导体引起了广泛的兴趣。在第一布里渊区的两个谷中存在一个符号相反的价带自旋分裂。这种自旋-谷耦合，特别是在钨二硫属化物中显著，可以有益于潜在的自旋电子学和谷电子学，具有自旋-谷相互作用以及抑制自旋和谷弛豫的重要后果。在这里，我们报告的第一个光学研究WS 2和WSe 2单层和多层膜。二次谐波产生的效率显示出戏剧性的偶奇振荡的层数，一致的存在（不存在）的反转对称的偶数层（奇数层）。光致发光（PL）的测量表明，从一个间接带隙半导体在多层膜的直接带隙在单层的交叉。PL光谱和第一性原理计算一致地揭示了0.4 eV的自旋-谷耦合，其抑制了层间跳跃，并表现为在K点附近的价带边缘处的厚度无关的分裂图案。这种巨大的自旋谷耦合，连同谷依赖的物理性质，可能会导致丰富的可能性操纵自旋和谷自由度在这些原子薄的二维材料。
2012-08-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Optically bright $p$-excitons indicating strong Coulomb coupling in transition-metal dichalcogenides
结果表明，本征悬浮半导体过渡金属二硫属化物中的强库仑耦合可以超过激子基态所需的临界值。偶极允许的光学激发则对应于激子内跃迁，使得狄拉克点附近的光学亮激子跃迁具有类$p$对称性，而类$s$态是偶极禁止的。大的本征耦合强度似乎是半导体过渡金属二硫属化物的一般性质，并且即使在像SiO $_2$这样的典型衬底上生长的样品中也可以观察到以光学选择规则形式的强库仑耦合签名。对于WS $_2$和WSe $_2$的例子，计算的激子共振能量与最近的实验表现出良好的协议。
2015-07-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Emerging Device Applications for Semiconducting Two-Dimensional Transition Metal Dichalcogenides
随着剥离和合成技术的进步，最近已经分离和表征了半导体过渡金属二硫属化物的原子薄膜。它们的二维结构，加上在电磁波谱的可见光部分的直接带隙，表明适合于数字电子学和光电子学。为此，已经报道了几类高性能设备，以及在理解其物理特性方面的重大进展。在这里，我们提出了一个审查的架构，工作原理和物理的电子和光电子器件的基础上，过渡金属二硫族化物半导体。通过严格评估和比较这些器件与竞争技术的性能，确定了这类新兴电子材料的优缺点，从而为未来的发展提供了路线图。
2014-02-01 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Polycrystalline graphene and other two-dimensional materials
石墨烯是一种石墨碳的单原子层，由于其非凡的特性而引起了人们的强烈关注，这些特性使其成为广泛技术应用的合适材料。工业应用所需的大面积石墨烯膜通常是多晶的，即由通过晶界连接的不同取向的单晶晶粒组成。在这里，我们提出了一个审查的研究报告在过去几年中的多晶石墨烯的大机构。我们讨论了它的生长和形成，晶界的微观结构及其与其他类型的拓扑缺陷，如位错的关系。综述还包括与晶界表征有关的电子输运、光学和机械性质以及多晶石墨烯的应用。我们还讨论了研究，仍处于起步阶段，对其他二维材料，如过渡金属dichalcogenides，并提供未来的研究方向的前景。
2015-02-17 cond-mat.dis-nn cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Splitting between Bright and Dark excitons in Transition Metal Dichalcogenide Monolayers
过渡金属二硫属化物单分子膜如二维半导体MoS $_2$和WSe $_2$的光学性质由激子、库仑束缚电子-空穴对主导。发光产率取决于电子-空穴跃迁是光学允许的（亮）还是禁止的（暗）。通过在密度泛函理论计算的$GW$波函数上求解Bethe Salpeter方程，我们确定了亮、暗激子态分裂的符号和振幅。我们评估了自旋轨道耦合对光谱的影响，清楚地表明了谷内库仑交换项对暗-亮激子精细结构分裂的强烈影响。
2016-01-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Two-dimensional electrons at mirror and twistronic twin boundaries in van der Waals ferroelectrics
本研究预测范德华铁电体3R相过渡金属二硫化物的孪晶界可承载高面密度二维载流子，且n型掺杂结合能更优，还提出魔角组装孪晶薄膜可诱导强关联电子态并给出对应角度值。
2024-07-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
