Two-Dimensional Semiconducting Boron Monolayers
二维硼单分子膜在以前的理论预测和实验观察中都被报道为金属性的，然而，我们首次发现了一族具有新颖半导体性质的硼单分子膜，并通过准粒子G0W0方法的第一性原理计算证实了这一点.我们证明了金属性消失的特点是pz衍生带穿过费米能级归因于一个三重六角空位的图案，各种半导体硼单层被设计成实现带隙工程的潜在应用在电子器件。我们预测的半导体硼单分子膜有望在合适的衬底上合成，因为其稳定性与实验观察到的相似。
2017-07-31 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
2D Monolayer Molybdenum (IV) Telluride TMD: An Efficient Electrocatalyst for Hydrogen Evolution Reaction
本研究基于第一性原理杂化DFT-D方法，设计了纯2D单层MoTe2 TMD并证实其通过极低反应能垒和Tafel斜率有效催化析氢反应，为设计无贵金属电催化剂提供了新思路。
2024-04-23 cond-mat.mtrl-sci
Interaction between U-shaped amyloid beta fibril and semiconducting silicon nitride monolayer
本研究通过经典与量子分子动力学模拟，发现半导体Si$_3$N$_4$单层能通过强相互作用解构U型淀粉样β纤维，使其β-折叠含量降低并转变为其他二级结构，证实了其破坏纤维稳定性的潜力。
2024-07-28 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Multifold enhancement in magnetization of atomically thin Cobalt Telluride
半导体二维（2D）材料中的磁性由于其在存储器件、传感器、自旋电子学和生物医学应用中的潜在应用而越来越受欢迎。在这里，2D碲化钴（CoTe）已合成从其散装晶体使用一个简单的和可扩展的液相剥离方法。原子薄的CoTe显示出超过四百倍的增强，其磁饱和值相比，散装形式。UV-Vis吸收光谱显示在高能量区域中的优异吸收，表明半导体性质。通过密度泛函理论计算，解释了高磁行为的起源和带隙。二维CoTe由于表面原子配位数的减少、形状各向异性和表面电荷效应而显示出比体CoTe更大的磁性。
2021-09-02 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Experimental evidence of monolayer arsenene: An exotic two-dimensional semiconducting material
石墨烯的V族元素类似物由于其半导体能带结构而引起了人们的广泛关注，这使得它们在基于二维材料的下一代电子和光电子器件中具有很大的应用前景。理论研究预测了高电子迁移率、大带隙、通过应变调节带隙、拓扑相的形成、室温下的量子自旋霍尔效应以及超导性等。本文报道了在Ag（111）表面成功地形成了独立的单层砷烯。这是从我们的实验原子和电子结构数据通过比较我们的理论计算结果得出的结论。砷烯在Ag（111）上形成了一个弯曲的蜂窝层，晶格常数为3.6 eV，从费米能级钉扎的位置推断，间接带隙约为1.4 eV。
2018-12-14 cond-mat.mtrl-sci
Excitonic properties of semiconducting monolayer and bilayer MoTe2
MoTe 2属于半导体过渡金属二硫族化物家族，具有与其他研究充分的成员（Mo，W）（S，Se）2不同的一些性质。光学带隙在近红外区域中，并且单层和双层都可以具有直接光学带隙。我们首先用DFT-GW方法模拟了单层和双层MoTe 2的能带结构。我们发现一个直接（间接）的单（双）层电子带隙。通过求解Bethe-Salpeter方程，我们计算了单层和双层中直接激子态的相似能量。然后，我们研究了光致发光（PL）激发，时间分辨PL和功率依赖PL光谱的光学性质。我们确定了单层和双层中的B激子态具有相同的能量。在圆极化激发后，我们在大范围的激发能下没有发现任何激子极化。在低温下（T=10 K），我们测量类似的PL衰减时间的顺序为4 ps的单层和双层激子与一个稍长的双层。最后，我们观察到减少激子-激子湮灭的贡献的非辐射复合双层。
2016-06-10 cond-mat.mtrl-sci
Semiconducting Monolayer Materials as a Tunable Platform for Excitonic Solar Cells
最近出现的二维单层材料具有可调的光电性能和高载流子迁移率提供了新的机会，高效，超薄激子太阳能电池替代那些基于共轭聚合物和小分子供体。使用第一性原理密度泛函理论和多体计算，我们证明，单层的六方氮化硼和石墨烯（CBN）结合常用的受体，如PCBM富勒烯或半导体碳纳米管可以提供激子太阳能电池与可调的吸收带隙，施主-受体界面能带对准，和功率转换效率，以及新颖的设备架构。对于CBN-PCBM器件的情况下，我们预测的限制的功率转换效率是在10 - 20%的范围内，这取决于CBN单层结构。我们的研究结果表明，在可调的，高效的，无聚合物的薄膜太阳能电池，其中未开发的激子和载流子传输制度发挥作用的单层材料的可能性。
2012-06-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Magnetic ground state of semiconducting transition metal trichalcogenide monolayers
具有化学式$ABX_3$的层状过渡金属三硫属化物作为二维磁体的潜在候选物最近引起了人们的兴趣。利用密度泛函理论中的第一性原理计算，我们研究了Mn和Cr基半导体三硫族化合物单层的磁基态。我们发现，磁性离子之间的第二和第三近邻交换相互作用（$J_2$和$J_3$），这在很大程度上被忽视在以前的理论研究中，是至关重要的，在确定磁性基态。具体地说，我们发现，单层$\text{CrSiTe}_3$是一个反铁磁体的锯齿形自旋织构由于$J_3$的显着贡献，而$\text{CrGeTe}_3$是一个铁磁体的居里温度为106 K。Mn化合物的单分子膜（$\text{MnPS}_3$和$\text{MnPSe}_3$）总是表现出反铁磁Neel序。我们确定了各种交换相互作用的物理起源，并证明了应变可以是一个有效的旋钮，用于调整磁性。可能的磁有序的散装进行了讨论。我们的研究表明，$\text{ABX}_3$可以成为一个有前途的平台，探索二维磁现象。
2015-08-10 cond-mat.mtrl-sci
Structural, electronic and magnetic properties of the Manganese telluride layers AMnTe2 (A=K, Rb, Cs) from first-principles calculations
采用基于密度泛函理论的第一性原理电子结构计算方法，研究了层状三元碲化锰：AMnTe 2（A = K，Rb，Cs）的结构、电子和磁性.计算完成内的全势线性缀加平面波（FP-LAPW）使用广义梯度近似GGA形式主义的交换相关项。我们已经处理了所有的铁磁，反铁磁和非磁性相，并发现铁磁是所有研究化合物的基态。此外，所研究的所有三种化合物都是半金属，每分子式单元的总自旋磁性为4 μ_B，其主要位于Mn原子处。我们表示这些化合物的斯莱特-鲍林规则的一个新版本，并详细讨论了少数自旋间隙的起源。最后，我们还计算了其它有关的物理量，如体积模量B，压力导数B '，虚半导体带隙Eg，半金属带隙E_HM。
2018-04-11 cond-mat.mtrl-sci
Ultra-High Mechanical Flexibility of 2D Silicon Telluride
碲化硅（Si 2 Te 3）是一种具有独特可变结构的二维材料，其中硅原子形成Si-Si二聚体以填充Te层之间的“金属”位点。Si-Si二聚体具有四种可能的取向：三个面内和一个面外方向。Si 2 Te 3的结构可变性允许不寻常的性能，特别是机械性能。使用从第一性原理计算的结果，我们表明，Si 2 Te 3单层可以维持单轴拉伸应变高达38%，最高的所有二维材料报道。高机械柔性允许施加机械应变以将带隙减小1.4eV。随着应变的增加，带隙经历了一个不寻常的间接-直接-间接-直接转变。我们还表明，单轴应变可以有效地控制硅-硅二聚体的取向，这是有益的实际应用。
2019-06-27 cond-mat.mtrl-sci
Spectroscopic studies of atomic defects and bandgap renormalization in semiconducting monolayer transition metal dichalcogenides
评估原子缺陷态及其对二维范德华半导体过渡金属二硫属化物（SC TMD）的电子性质的影响是促进利用这些低维材料的下一代电学和光学器件应用的多学科努力的主要任务。在这里，我们利用电子隧穿和光学光谱测量，利用密度泛函理论，在光谱上定位了四个代表性的单层SC TMD中的硫属原子空位的中间带隙态（MoS2，WS2，MoSe2，WSe2），仔细分析了四种不同材料中原子缺陷的相似性和不同性，以及缺失硫族元素原子的物理来源和对SC mTMD的影响特性.此外，我们解决了准粒子和光学能隙的SC mTMD薄膜，并发现许多机构的相互作用显着扩大准粒子的能隙和激子的结合能，当半导体单层封装由非相互作用的六方氮化硼层。
2019-10-31 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Adsorption of water on the pristine and defective semiconducting 2D CrPX$_3$ monolayers (X: S, Se)
采用最新的密度泛函理论（DFT）方法研究了空位和水吸附对二维三硫族化合物半导体材料CrPX $_3$（X：S，Se）电子结构的影响.据发现，硫族元素空位发挥次要作用的电子结构的CrPX $_3$在附近的费米能级导致略微降低这些材料的带隙，然而，诱导强烈的局部缺陷状态被放置在由价带状态形成的能隙。我们的DFT计算表明，水分子与CrPX $_3$，原始和有缺陷的相互作用，可以被描述为物理吸附和H $_2$ O的吸附能是不敏感的原始和硫属元素缺陷表面的trichalcogenide材料之间的差异。这些结果是理论描述环境分子与二维半导体CrPX $_3$材料相互作用的第一步，这对于其未来的实验研究和可能的应用具有重要意义。
2021-12-23 cond-mat.mtrl-sci
Spin-orbital coupling effect on power factor in semiconducting transition-metal dichalcogenide monolayers
利用第一性原理和Boltzmann输运理论，包括自旋轨道耦合（SOC），研究了过渡金属二硫属化物半导体单层$\mathrm{MX_2}$（M=Zr，Hf，Mo，W，Pt; X=S，Se，Te）的电子结构和热电性质.发现当SOC打开时，在每个阳离子基团中，从S到Te，能隙减小增加。自旋-轨道劈裂随能隙的减小有相同的变化趋势。计算结果表明，SOC对p型功率因数有显著的不利影响，而对除W阳离子基团外的n型掺杂的影响可以忽略不计，这可以通过考虑SOC对价带和导带的影响来理解。对于$\mathrm{WX_2}$（X=S、Se和Te），SOC导致n型掺杂的功率因数显著增强，这可以通过SOC诱导的能带简并（即能带收敛）来解释。在所有阳离子基团中，Pt阳离子基团显示出最高的Seebeck系数，这导致最好的功率因数，如果我们假设散射时间是固定的。计算结果表明，$\mathrm{MS_2}$（M=Zr，Hf，Mo，W，Pt）对所有阳离子基团都具有最好的p型功率因子，而$\mathrm{MSe_2}$（M=Zr，Hf）、$\mathrm{WS_2}$和$\mathrm{MTe_2}$（M=Mo，Pt）对各自阳离子基团都具有较好的n型功率因子。因此，这些结果可能是有用的，进一步的理论预测或实验探索优良的热电材料从半导体过渡金属二硫属化物单层。
2016-04-20 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
Growth, stabilization and conversion of semi-metallic and semiconducting phases of MoTe2 monolayer by molecular-beam epitaxy
单层（ML）过渡金属二硫属化物以不同的相存在，例如六方（2 H）和畸变八面体或单斜（1 T '）相。不同的结构表现出截然不同的性质。例如，2 H MoTe 2 ML是直接带隙半导体，而1 T 'MoTe 2是半金属。有人提出，2 H和1 T 'MoTe 2之间的形成能相差很小，因此很有可能调整MoTe 2的结构，从而带来新的应用，如相变电子学。在这项工作中，我们报告的生长2 H和1 T 'MoTe 2 ML的分子束外延（MBE）。通过改变分子束外延的生长条件和退火，我们证明了外延MoTe 2结构域的可调谐性。我们目前的实验和理论证据表明，在分子束外延过程中，Te表面吸附在促进和稳定，否则亚稳1 T '-MoTe 2的重要作用。
2016-12-19 cond-mat.mtrl-sci
Mechanical, optical, and thermoelectric properties of semiconducting ZnIn2X4 (X= S, Se, Te) monolayers
ZnIn 2X 4单层的机械稳定性。ZnIn 2S 4和ZnIn 2Se 4是直接带隙分别为3.94和2.77 eV的半导体，而ZnIn 2 Te 4在G 0 W 0能级处显示出1.84 eV的间接带隙。从Bethe-Salpeter方程的解决方案实现的光学性质预测的ZnIn 2S 4，ZnIn 2Se 4，和ZnIn 2 Te 4单层的激子结合能分别为0.51，0.41，和0.34 eV，这表明高稳定性的激子状态对热解离。使用机器学习原子间势加速的玻尔兹曼输运方程的迭代解，ZnIn 2S 4，ZnIn 2Se 4和ZnIn 2 Te 4单层的室温晶格热导率预测分别为5.8，2.0和0.4 W/mK。由于低的晶格热导率，高的热电势，和大的品质因数，我们提出的ZnIn 2Se 4和ZnIn 2 Te 4单层作为有前途的候选人的热电能量转换系统。这项研究提供了一个广泛的视野有关的内在物理性质的ZnIn 2X 4纳米片，并强调其特性的能量转换和光电子应用。
2022-02-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Light-controlled room temperature ferromagnetism in vanadium-doped tungsten diselenide semiconducting monolayers
原子薄的过渡金属二硫属化物（TMD）半导体在现代光电子器件和量子计算应用中具有巨大的潜力。通过引入少量的磁性掺杂剂在这些半导体中诱导长程铁磁性（FM），可以扩展它们在新兴自旋电子应用中的潜力。在这里，我们展示了光介导的，室温（RT）FM，在V掺杂WS 2（V-WS 2）单层。我们使用磁LC共振的原理来探测这种效应，该原理采用在射频（RF）范围内在其共振附近驱动的软铁磁Co基微丝线圈。LC谐振与异常巨磁阻抗效应的组合使得线圈对通过其芯的磁通量的变化高度敏感。然后，我们将V-WS 2单层放置在线圈的核心，在那里用激光激发，同时测量其磁导率的变化。值得注意的是，单层的磁导率被发现依赖于激光强度，从而确认在这个二维（2D）材料的RT磁性的光控制。由密度泛函计算的指导下，我们将这种现象归因于在传导和价带中存在过量空穴，以及被捕获在磁性掺杂状态中的载流子，这反过来又介导了V-WS 2单层的磁化。这些发现提供了一个独特的路线，利用光控铁磁性的低功率二维自旋电子器件能够在RT操作。
2020-07-03 cond-mat.mtrl-sci
Realization of room-temperature ferromagnetic semiconducting state in graphene monolayer
室温铁磁半导体在非易失性数字电路中具有重要的应用价值，它可以提供一个理想的系统，使我们可以同时利用电子的电荷和自旋。然而，寻找室温铁磁半导体至今仍只是一个诱人的想法，从未在实践中实现。在这里，我们证明了石墨烯单层，与下面的Ni（111）衬底杂交，是室温铁磁半导体，已经持续了几十年的研究。我们的自旋极化扫描隧道显微镜（STM）的实验，辅以第一性原理计算，明确表明，石墨烯和镍衬底之间的相互作用产生了一个大的间隙在石墨烯，同时导致相对移动之间的多数和少数自旋带。因此，Ni衬底上的石墨烯片即使在室温下也表现出具有几十meV能量的自旋极化带隙。这一结果使室温铁磁半导体的科学和应用成为可能，并为基于石墨烯的新型信息技术带来了希望。
2017-11-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Large-area and high-quality 2D transition metal telluride
原子薄的过渡金属二碲化物（如WTe 2和MoTe 2）由于其固有的非平凡能带结构而引起了人们极大的研究兴趣。它们也被预测为二维拓扑绝缘体和II型Weyl半金属。然而，迄今为止，大多数对二碲化物原子层的研究都依赖于产率低且耗时的机械剥离方法。大规模单层二碲化物的直接合成尚未实现。在这里，我们使用化学气相沉积（CVD）方法，展示了控制合成高质量和原子薄的碲化物的横向尺寸超过300 μm。我们发现，生长的WTe 2保持两个不同的堆叠序列的双层，其中的堆叠边界的原子结构，通过扫描透射电子显微镜（STEM）揭示。低温输运测量揭示了一种新的半金属到绝缘体的转变在WTe2层和增强的超导性在几层MoTe2。这项工作为合成原子薄的碲化物和量子自旋霍尔器件铺平了道路。
2016-06-24 cond-mat.mtrl-sci
Prediction of interesting ferromagnetism in Janus semiconducting Cr$_2$AsP monolayer
采用第一性原理预测Janus Cr$_2$AsP单层为本征铁磁半导体，发现Se掺杂与双轴应变可将其调控为半金属材料，并在特定压缩应变下诱发铁磁-反铁磁转变，展现出在自旋电子器件中的巨大应用潜力。
2023-04-10 cond-mat.mtrl-sci
Composition-dependent absorption of radiation in semiconducting MSi2Z4 Monolayers
本文通过多体第一性原理计算研究MSi2Z4单层的电子与光学性质，发现其带隙和激子结合能随组分可调，且无侧向能谷，有望用于光电器件和叠层太阳能电池。
2023-09-20 cond-mat.mtrl-sci
Non-thermal Magnetic Deicing Using Two-Dimensional Chromium Telluride
本研究发现二维Cr₂Te₃在0-25℃区间存在可逆铁磁-顺磁相变，提出利用其低温铁磁特性结合外磁场实现非热式磁除冰的方案，避免了化学试剂与高温的使用，其疏水性与偶极作用可辅助冰滴凝聚，相关特性经第一性原理计算验证。
2024-06-20 cond-mat.mtrl-sci
High thermal conductivity in semiconducting Janus and non-Janus diamanes
最近，F-二金刚烷单分子层是通过双层石墨烯的沉积而实验实现的。在这项工作中，我们精心探索的电子和热导率响应的二烷晶格的同或杂官能团，包括：非Janus C2 H，C2F和C2Cl二烷和Janus对应的C4 HF，C4 HCl和C4 FCl。值得注意的是，C_2H，C_2F，C_2Cl，C_4HF，C_4HCl和C_4FCl金刚烷显示出不同的电子带隙，分别为3.86，5.68，2.42，4.17，0.86和2.05 eV。使用Boltzmann输运方程的完全迭代解获得金刚石纳米片的热导率，通过采用机器学习原子间势获得非谐力常数来大幅加速计算。根据我们的结果，石墨烯和C2 H、C2 F、C2 Cl、C4 HF、C4 HCl和C4 FCl二金刚石单层的室温晶格热导率估计分别为3636、1145、377、146、454、244和196 W/mK。深入探讨了官能团对二金刚石纳米片导热性能的影响机理。我们的研究结果突出了功能基团的电子和热传导响应的金刚石纳米片的实质性作用。
2020-06-07 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Band filling and cross quantum capacitance in ion gated semiconducting transition metal dichalcogenide monolayers
基于半导体过渡金属二硫属化物（TMD）的离子液体门控场效应晶体管（FET）被用于研究丰富多样的极其有趣的物理现象，但是载流子如何在这些系统中积累的重要方面尚不清楚。我们解决这些问题通过一个系统的实验研究的运输在单层的MoSe $_2$和WSe $_2$作为磁场和栅极电压的函数，探索范围从约10 $^{14}$ cm $^{-2}$空穴的价带中的4 × 10 $^{14}$ cm $^{-2}$电子的导带中的载流子的累积密度。我们确定的条件时，化学势进入不同的谷在单层能带结构（K和Q谷的导带和两个自旋分裂的K谷的价带），并发现一个独立的电子图片描述的占领状态。然而，出乎意料的是，当多个谷被占据时，实验显示出器件电容的非常大的变化，这与这些系统的通常预期的量子电容贡献完全不相容，$\textit{C}$ $_Q$ = $\textit{e}^2$ /（d $μ$ /d $\textit{n}$）。这种意想不到的行为归因于交叉量子电容的存在，交叉量子电容源于一个板上的电荷产生的电场与另一个板上的电荷的屏蔽。因此，我们的研究结果揭示了物理系统电容的重要贡献，而这一点到目前为止几乎完全被忽视。（由于篇幅限制，摘要较短-全文见手稿）
2019-12-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Four allotropes of semiconducting layered Arsenic which switch into a topological insulator via an electric field: A computational study
我们提出了四种不同的砷单分子膜的从头算密度泛函理论计算的基础上，所有这些都经历了一个垂直电场的应用拓扑相变的结构相。所有四种砷单层同素异形体具有宽的带隙，从1.21 eV到3.0 eV（基于GW计算）变化，并且通常它们在施加单轴层内应变时经历金属-绝缘体量子相变。此外，增加的横向电场在所有四个单层同素异形体中的Γ点处诱导带反转，导致非平凡拓扑相（对于三个同素异形体是绝缘的，对于一个同素异形体是金属的），其特征在于Z 2指数从0（带反转之前）切换到1（带反转之后）。由横向电场调谐的拓扑相位应该支持自旋分离的无带隙边缘态，这应该在量子自旋霍尔效应中表现出来。
2016-06-29 cond-mat.mtrl-sci
Outstandingly high thermal conductivity, elastic modulus, carrier mobility and piezoelectricity in two-dimensional semiconducting CrC2N4: A first-principles study
单层MoSi 2N 4的实验实现是二维（2D）材料领域的最新突破性进展之一。受此启发，本文采用第一性原理计算研究了MC_2N_4（M= Cr，Mo，W，V，Nb，Ta，Ti，Zr，Hf）单分子膜的稳定性.所获得的结果证实了MC 2N 4（M= Cr，Mo，W，V）纳米片的理想的热，动力学和机械稳定性。有趣的是，CrC 2N 4，MoC 2N 4和WC 2N 4单层被发现是半导体，带隙分别为2.32，2.76和2.86 eV，使用HSE 06功能，而VC 2N 4晶格显示金属性质。CrC 2N 4单层的直接带隙半导体性质导致可见光的优异吸收。CrC 2N 4纳米片的弹性模量和拉伸强度被预测为非常高，分别为676和54.8 GPa。基于Boltzmann输运方程的迭代解，预测CrC 2N 4单层的室温晶格热导率为350 W/mK，是二维半导体中最高的。CrC_2N_4和WC_2N_4晶格也表现出非常高的压电系数。这项研究介绍了CrC 2N 4纳米片作为一种新型的2D半导体，具有非常高的机械强度，热导率，载流子迁移率和压电系数。
2021-08-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Non collinear Magnetism and Phonon Dispersion Relation in Vacancy Induced Phosphorene Monolayer
采用基于rst原理的从头算方法研究了磷分子单分子膜的电子、磁性和线性声子色散行为。磷烯单层膜是一种半导体系统，其禁带宽度随尺寸变化。空位被用来研究单分子层体系的几何和物理行为。计算中包括了纯单层、空位诱导单层和空位诱导掺杂单层。通过优化算法很好地检查了掺杂剂浓度，以保持单层系统的稀磁半导体行为。态密度和分态密度表示系统中各个轨道的贡献。在空位态和掺杂空位态中观察到带闭合性质，表明了扰动相的闭合致密态和金属行为。计算中同时考虑了反铁磁有序和铁磁有序，得到了这两种有序对系统物理性质的影响。根据声子振动态密度和线性色散关系，通过具有线性色散关系的费米面映射了朗道能级分布。线性声子态密度的结果与电子态密度的结果一致。
2018-06-28 cond-mat.mtrl-sci
Atomically thin group-V elemental films: theoretical investigations of antimonene allotropes
包括磷烯的V族元素单层膜是具有半导体电子特性的有前途的2D材料。在这里，我们提出的第一性原理计算的稳定性，机械和电子性质的二维锑（Sb），锑烯的结果。我们的计算表明，锑烯的独立α和\b{eta}同素异形体是稳定的且半导体的。α-Sb具有两个原子亚层的褶皱结构，\b{eta} -Sb具有屈曲的六方晶格。计算的拉曼光谱和STM图像具有明显的特征，从而有助于表征这两种同素异形体。\b{eta} -Sb具有接近各向同性的力学性能，而α-Sb表现出强烈的各向异性。在适度的拉伸应变下，可以实现间接-直接的带隙转变，这为它们在光电子学中的应用开辟了可能性。
2015-05-10 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Flat-band based ferromagnetic semiconducting state in the graphitic C$_4$N$_3$ monolayer
提出了一种新的晶格模型，该模型基于著名的具有单孔缺陷的蜂窝晶格（HL-D-1/2 N）的六角$\sqrt{N}\times\sqrt{N}$超胞，以实现非平凡孤立平带。通过进行紧束缚和密度泛函理论计算，我们证明了实验实现的石墨氮化碳（Adv.Mater.，22，1004，2010; Nat. Commun.，9，3366，2018），基于HL-D-1/8的C $_4$ N $_3$是托管此类平坦频带的完美系统。对于P-6 m ~ 2 C $_4$ N $_3$结构，表现出与孤立的平带无关的铁磁半金属性。然而，P-6 m2 C $_4$ N $_3$结构是动态不稳定的。利用基于群论和图论的结构搜索方法，我们发现一种新的波纹状Pca 21 C4 N3结构在所有已知的C $_4$ N $_3$结构中具有最低的能量.这种Pca 21 C $_4$ N $_3$结构是一种本征铁磁半导体（Tc $\approx$ 241 K），具有一个半导体自旋通道（1.75 eV）和一个绝缘自旋通道（3.64 eV），这在二维（2D）系统中是相当罕见的。它的铁磁半导体性质源于孤立的p $_z$态平带，因为载流子将平带向上移动到费米能级。有趣的是，发现这种Pca 21 C $_4$ N $_3$结构是压电和铁电的，这使得C $_4$ N $_3$成为不寻常的无过渡金属的2D多铁性。
2022-08-11 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Ultralow lattice thermal conductivity and electronic properties of monolayer 1T phase semimetal SiTe2 and SnTe2
二维层状过渡金属二硫属化合物（TMDs）的2 H相（三角棱柱D3 h）由于其优异的电学和光电性能而引起了人们的广泛兴趣。然而，基于2 H相的柔性电子器件和热电性能受到应变敏感电子带隙和高晶格热导率（kappa_L）的潜在限制。本文预测和计算了两种1 T（八面体Oh）相单层碲化物材料SnTe_2和SiTe_2的软力学、超低kappa_L和电子性质。计算的单层SnTe 2的面内杨氏模量比大多数1 T-MX2化合物软。此外，单层SiTe 2和SnTe 2在大的双轴应变下也具有相对柔性的电子性质，表明潜在的柔性电极材料。同时，单层SiTe 2和SnTe 2在室温下均表现出超低的\k{appa}_L（SiTe 2为2.27 W/mK，SnTe 2为1.62 W/mK）。考虑到声学和极性光学声子散射的电子弛豫时间，在600 K和900 K的品质因数（ZT）分别达到0.46和0.71单层SiTe 2和SnTe 2。
2019-06-01 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Electronic and magnetic properties of dopant atoms in SnSe monolayer: a first-principles study
具有正交晶系Pnma GeS结构的SnSe单层膜是一种重要的二维间接带隙材料。基于第一性原理密度泛函理论计算，系统研究了X（X = Ga，In，As，Sb）原子掺杂SnSe单分子膜的电磁性质.电子结构计算结果表明，Ga掺杂体系保持半导体性质，而In掺杂SnSe单层为半金属。As和Sb掺杂的SnSe系统呈现出n型半导体的特性。此外，所有考虑的替代掺杂的情况下诱导的磁基态的磁矩为1μB。此外，计算的形成能也表明，四种类型的掺杂体系是热力学稳定的。这些结果为掺杂SnSe单层膜在二维光电子和磁性半导体器件中的潜在应用提供了一条新的途径。
2015-12-03 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Exploring electronic, optical, and phononic properties of MgX (X=C, N, and O) monolayers using first principle calculations
本研究通过第一性原理计算探究三种MgX单层的多类物理特性，验证了其动力学与热力学稳定性，明确了不同材料的电学、热学及光学性能差异，为相关器件应用提供了理论依据。
2023-07-15 cond-mat.mtrl-sci
Ferromagnetism with in-plane magnetization, Dirac spin-gapless semiconducting property, and tunable topological states in two-dimensional rare-earth-metal dinitrides
随着层状结构MoN 2/ReN 2单晶体的成功合成，过渡金属二氮化物材料近年来受到了广泛的关注。在这里，我们专注于稀土金属（Rem）元素，并提出了7个稳定的Rem二氮化物单分子膜与1 T结构，即1 T-RemN 2。这些单层具有铁磁基态，具有面内磁化。在没有自旋轨道耦合（SOC）效应的情况下，能带结构是自旋极化的，狄拉克点位于费米能级。值得注意的是，1 T-LuN 2单层在xy平面中显示出具有面内磁化的各向同性磁各向异性能量，表明磁化方向易于调谐。在xy平面上旋转磁化强度矢量时，该模型能准确描述SOC带隙的变化，并出现两种具有可调性质的拓扑态（类Weyl半金属态和Chern绝缘体态）.类Weyl半金属态是两个Chern绝缘体态之间的临界点，具有相反的Chern数符号。大的非平凡的带隙（高达60.3 meV）和Weyl类半金属态是有前途的自旋电子器件的应用。
2021-07-28 cond-mat.mtrl-sci
Monolayer Vanadium-doped Tungsten Disulfide: A Room-Temperature Dilute Magnetic Semiconductor
稀磁半导体，通过取代掺杂的自旋极化过渡金属到半导体系统，使实验调制的自旋动力学的方式，持有新的磁电或磁光器件的巨大希望，特别是二维系统，如过渡金属dichalcogenides，强调相互作用和激活谷自由度。二维磁性的实际应用可能需要室温操作、空气稳定性以及（对于磁性半导体）实现最佳掺杂水平而不发生掺杂剂聚集的能力。在这里，我们描述了室温铁磁秩序在半导体钒掺杂的二硫化钨单层生产的一个可靠的单步薄膜硫化方法在非常宽的范围内的钒浓度，高达12原子%，最小的掺杂剂聚集。这些单层开发的p型运输作为钒掺入的函数，并迅速达到双极性。铁磁性在几个原子百分比的中间钒浓度处达到峰值，并且在更高的浓度下降低，这与由于在更近的钒-钒间距处的轨道杂化而导致的淬灭一致，如由透射电子显微镜、磁力测定法和第一性原理计算所支持的。室温二维稀磁半导体为拓展范德瓦尔斯异质结构的功能范围，使半导体磁性二维异质结构进入实际应用领域提供了一种新的器件。
2020-05-05 cond-mat.mtrl-sci
Two-dimensional \b{eta}-phase copper iodide: a promising candidate for low-temperature thermoelectric applications
针对碲化铋基材料的局限性，本研究通过DFT结合玻尔兹曼输运理论研究单层β-CuI和γ-CuI的热电性能，发现单层β-CuI室温下最优zT值超1.50且具显著各向异性，是低温热电应用的潜在候选材料。
2024-12-05 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Phonon Coupled Scattering Caused Ultralow Lattice Thermal Conductivity and Its Role in The Remarkable Thermoelectric Performance of Newly Predicted SiS2 and SiSe2 monolayers
为了实现高效率的热电转换，不仅需要改进材料的性能，而且需要预测和合成新的热电材料。本文利用密度泛函理论和玻尔兹曼输运方程对新近预测的IVA-VIA族二维半导体SiS 2和SiSe 2单层膜的热电性能进行了系统的研究。我们计算的晶格热导率（kph）是超低的，这导致非常高的热电优值（ZT）值为0.78（0.80）在500 K的SiS 2（SiSe 2）单层。超低的kph值归因于声学和低频光学分支的声子-声子耦合，这导致较大的散射、低群速度、较小的平均自由程和较短的声子寿命。从我们的研究中还发现，p型掺杂比n型掺杂更有效地获得最佳的功率因数（PF）和ZT。我们的理论研究表明，新预测的半导体SiS 2和SiSe 2单层可以是非常有前途的热电材料，用于制造高效率的热电发电机，将废热转换为电能。
2021-01-22 cond-mat.mtrl-sci
Interlayer and intralayer excitons in AlN/WS$_2$ heterostructure
过渡金属二硫属化合物（TMD）单分子膜具有良好的太阳光吸收性能，是下一代光电子器件的理想材料。由于它们的半导体特性，它们可以使光伏（PV）器件成为可能。此外，AlN和GAN片与MoS $_2$单层的异质组合已被认为是有效的水分解装置。根据这些有希望的发现和小的晶格失配的动机，我们采取的想法耦合半导体WS $_2$ TMD单层的AlN单层的VDW异质结，这是，以及，有前途的光催化或光伏器件。我们研究这种异质结构的第一性原理计算的装置，我们表明，多体效应改变异质结构的带排列从II型到I型，展示了他们的列入是强制性的正确预测的电子和光学性质的2D材料。
2022-11-24 cond-mat.mtrl-sci
Electronic Properties of Defective MoS$_{2}$ Monolayers Subject to Mechanical Deformations: A First-Principles Approach
第六族过渡金属二硫属化合物（transition metal dichalcogenides，TMD）单层膜是一种具有直接带隙的二维半导体材料，在纳米电子学、光电子学等领域具有广阔的应用前景。这些单分子层可以经历强的弹性形变，高达约10\%，而没有任何键断裂。此外，电子结构和输运性质，这定义了纳米电子器件中的这些TMD单层的性能，可以强烈地受到点缺陷的存在下，这是经常存在于合成样品。因此，重要的是要了解这两种影响的电子性质的单分子膜。在这项工作中，我们研究了缺陷的MoS $_{2}$单分子膜的电子结构和能量特性，受到各种应变，使用密度泛函理论模拟。我们的研究结果表明，应变导致带隙内的缺陷能级及其轨道特性的强烈修改。应变还分裂的退化缺陷能级高达450 meV的量，提出了新的应用。
2019-12-12 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Triggering superconductivity, semiconducting states, and ternary valley structure in graphene via functionalization with Si-N layers
在石墨烯基二维（2D）材料中，打开带隙和实现静态谷控制已经被长期寻求。受最近成功合成Si-N层钝化的2D材料的启发，在这里，我们通过第一性原理计算提出了两种新的石墨烯基材料，2D C2 SiN和CSiN。单层C2 SiN是金属的，并且在低温下实现超导性。单层CSiN具有优异的稳定性和机械性能。它是一种具有电子载流子的三元谷结构的半导体。与现有的valleytronic平台不同，这些谷可以通过施加单轴应变来控制。载流子的谷极化进一步表现为各向异性电导率的显著变化，这可以在简单的电学测量中检测到。强相互作用效应也导致激子结合能增大，增强了紫外光吸收。我们的工作为在二维材料中实现超导电性、三元谷结构和具有增强光吸收的半导体开辟了新的途径。
2022-09-09 cond-mat.mtrl-sci
DFT study of structural, electronic and optical properties of 2D MgO monolayer under bi-axial mechanical strain
本文基于第一性原理计算，研究了双轴机械应变下二维MgO单层的结构、电子和光学性质，发现其保持间接带隙半导体特性并准确定量了各项光学参数。
2024-05-30 cond-mat.mtrl-sci
Hybrid Density Functional Study of Structural and Electronic Properties of Functionalized \ce{Ti_{n+1}X_n} (X= C, N) monolayers
使用常规（PBE）和混合（HSE 06）泛函进行密度泛函理论模拟以研究具有由O、F、H和OH基团封端的表面的MXene单层、\ce{Ti_{n+1}C_n}和\ce{Ti_{n+1}N_n}（$n$ = 1- 9）的结构和电子性质。我们发现PBE和HSE 06给出了类似的结果。在没有官能团的情况下，MXene具有磁有序的基态。除了\ce{Ti_{2}CO_{2}}外，所有研究的材料都是金属的，我们预测它是半导体的。较厚MXene（$n$ $\geqslant$ 5）的费米能级处的计算态密度比薄MXene高得多，表明诸如电子导电性和表面化学的性质将是不同的。一般来说，碳化物和氮化物在相同的官能团下表现不同。
2013-06-28 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Raman scattering excitation in monolayers of semiconducting transition metal dichalcogenides
该研究对四种封装于六方BN的高质量半导体过渡金属二硫化物单层开展低温拉曼散射激发（RSE）光谱研究，揭示了出射/入射共振下的声子模特征及激子-声子耦合对基态激子类型的依赖关系，证明RSE是研究该体系激子-声子耦合的有力工具。
2023-08-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
A family of high-temperature ferromagnetic monolayers with locked spin-dichroism-mobility anisotropy: MnNX and CrCX (X=Cl, Br, I; C=S, Se, Te)
自2017年Cr2 Ge 2 Te 6和CrI 3被实验剥离和测量以来，二维磁体越来越受到关注。虽然层状铁磁金属在室温下被证明，但具有高居里温度（Tc）的层状铁磁半导体尚未被揭开。在这里，我们从理论上预测了一个家庭的高Tc铁磁单层，即MnNX和CrCX（X=Cl，Br和I; C=S，Se和Te）。采用各向异性海森堡模型，用蒙特卡罗模拟预测了它们的Tc值从100 K到500 K。其中八个成员显示半导体带隙从大约0.23到1.85 eV不等。这些半导体单层也显示出极大的各向异性，即沿这些层的两个面内晶格方向的有效质量约为101，载流子迁移率约为102。额外的轨道各向异性导致自旋锁定的线性二向色性，不同于先前已知的层状材料中的圆和线性二向色性。与迁移率各向异性一起，它提供了自旋、二向色性和迁移率各向异性锁定。这些结果表明，这种二维家庭的基础研究和高性能的自旋相关的电子和光电子器件的潜力。
2019-03-02 cond-mat.mtrl-sci
Electronic structure of Sn(1-x)Mn(x)Te semiconducting solid solution: a resonant photoemission study
Institute of Physics, Polish Academy of Sciences（波兰科学院物理研究所）
本文通过共振光电发射研究Sn(1-x)Mn(x)Te的电子结构，揭示Mn对价带的影响及热电性能提升机制。
2026-01-08 cond-mat.mtrl-sci
Directional Dependence of the Electronic and Transport Properties of 2D Monolayer Orthorhombic Diboron Dinitride (o-B2N2): DFT coupled with NEGF Study
二维纳米材料的结构和电子性质的调控为电子器件应用提供了新的研究范式。在这项工作中，第一性原理密度泛函理论为基础的方法被用来调查的结构，电子和输运性质的正交二硼二氮化物为基础的多晶型。有趣的是，与绝缘体和各向同性的六方氮化硼相比，它描绘了具有稳健的各向异性行为的低带隙半导体性质。我们还可以通过外部面内机械应变来调整半导体B2N2基结构的结构和电子性质。此外，通过采用Landauer Buttiker方法，电子传输函数和电流计算揭示了基于二硼二氮化物的多晶型物显示出稳健的量子输运性质的方向依赖性各向异性。我们已经证明了方向依赖性的电流在两个垂直的方向，我们已经观察到的电流比约61.75在0.8 V.所有这些发现，如方向依赖性各向异性的传输函数，电流电压特性，和带隙调谐，表明这种基于B2N2的单层的适用性可以是有前途的未来电子器件的应用。
2021-04-29 cond-mat.mtrl-sci
Electronic Properties of MoS2/MX2/MoS2 Trilayer Heterostructures: A First Principle Study
本文采用第一性原理模拟研究了MoS_2/MX_2/MoS_2（M=Mo或W; X=S或Se）三层异质结的电子性质。研究了叠层结构、双轴压应变和双轴拉应变对三层异质结电子性质的影响。在我们的研究中发现，在弛豫条件下，所有的三层异质结构在不同的堆叠配置显示半导体性质。然而，带隙的性质取决于顶部和底部MoS 2层之间插入的TMDC单层及其堆叠配置。与双层异质结构一样，三层结构在拉伸应变下也表现出半导体到金属的转变。随着拉伸应变的增加，导带最低点移动到K点的布里渊区和降低的电子有效质量在导带最低观察。对投影态密度的研究表明，导带最低态主要由MoS 2层贡献，价带最高态主要由中间的TMDC单层贡献。
2018-02-26 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Epitaxial growth of a two-dimensional topological insulator candidate: monolayer Si2Te2
半导体Si 2 Te 2单层（ML-Si 2 Te 2）被预测为半导体和室温量子自旋霍尔相之间的应变相关的带交叉。然而，对这种人工二维（2D）材料的研究主要限于理论计算，因为它的大块对应物不自然存在。本文报道了在Sb_2 Te_3薄膜衬底上成功地外延生长ML-Si_2 Te_2薄膜。通过扫描隧道显微镜观察，得到了覆盖率高达95%的高质量（1*1）ML-Si_2 Te_2薄膜。X-射线光电子能谱学证实了在界面处没有Si 2 Te 2和Sb 2 Te 3之间的混合。结合扫描隧道光谱和密度泛函理论计算，我们证明了ML-Si_2 Te_2在Sb_2 Te_3上的半导体能带结构.此外，理论上预测，系统可以驱动到非平凡相通过减少4.4%的应变，使用应变工程。我们的研究结果铺平了道路，在这个二维拓扑绝缘体候选人的深入调查。
2022-06-02 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Coulomb-Engineered Heterojunctions and Dynamical Screening in Transition Metal Dichalcogenide Monolayers
通过介电环境操纵二维材料提供了控制电子和光学特性的新机会，并允许以非侵入性方式压印纳米结构。在这里，我们评估的潜力，单层半导体过渡金属二硫属化物（TMDC）的库仑工程在材料现实和定量的方式。我们比较不同的TMDC材料的电介质周围的修改的响应，分析动态基板屏蔽的影响，即在介电函数的频率依赖性，并讨论固有的长度尺度的库仑工程异质结。我们发现对称的和刚性的位移一样的准粒子带隙调制，瞬时和动态基板筛选。从这个，我们得到一个有效的多尺度建模的库仑工程异质结放置在空间结构的基板上的均匀单层组成的短程自能量。对于这些异质结，我们表明，几个晶格常数的长度尺度上的带隙调制是可能的渲染外部限制的基板结构比内部效应更重要。我们发现，所有的半导体TMDC同样非常适合这些外部和非侵入性的修改。
2020-10-01 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Magnetic Properties of NbSi2N4, VSi2N4, and VSi2P4 Monolayers
MoSi2N4及其对空气、水、酸和热的特殊稳定性的最近展示引起了人们对这一二维（2D）材料家族的浓厚兴趣。在这些材料中，NbSi2N4、VSi2N4和VSi2P4是半导体的易平面铁磁体，具有可忽略的平面内磁各向异性。因此，它们满足一个必要条件，表现出无耗散自旋超流模式。用Monte Carlo和密度泛函理论计算了VSi_2P_4和VSi_2N_4单层膜的居里温度。VSi_2N_4的磁矩可以通过施加拉伸双轴应变或电子掺杂从面内切换到面外。
2021-08-02 cond-mat.mtrl-sci
Beyond Janus Atomic Ordering: High-Throughput First-Principles Search for Hidden MoSO Monolayer Structures
College of Physical Science and Technology, Guangxi Normal University（广西师范大学物理科学与技术学院）；College of Physical Science and Technology, Yangzhou University（扬州大学物理科学与技术学院）
研究通过高通量第一性原理计算，结合多种理论方法，从众多候选结构中筛选出新型非Janus二维MoSO单层，其具有低结合能、高稳定性、独特电学特性及良好析氢活性，为二维材料研究提供了新策略。
2026-07-21 cond-mat.mtrl-sci
Phase Transition in a Memristive Suspended MoS2 Monolayer Probed by Opto- and Electro-Mechanics
二维材料的半导体单层能够将多个有趣的特性连接到单个组件中。在这里，通过结合光机械和电子测量，我们证明了部分2 H-1 T相变在悬浮的2D单层膜的二硫化钼2的存在。在没有任何外部掺杂剂的情况下，电子传输在二硫化钼膜中显示出意想不到的忆阻特性。一个强大的机械软化的膜同时测量，并可能只涉及到相2 H-1 T相变，它强加了3%的拓扑1 T相相对于半导体2 H的方向伸长率。我们注意到，只有百分之几的2 H-1 T相位切换足以观察到可测量的忆阻效应。我们的实验结果结合第一性原理总能量计算表明，硫空位扩散起着关键作用的初始成核的相变。我们的研究清楚地表明，纳米力学是一种超灵敏的技术，可以探测二维材料或薄膜中的晶体相变。最后，更好地控制微观机制，负责在二硫化钼中观察到的忆阻效应是重要的未来设备的实施。
2020-11-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Review of Ultrafast Spectroscopy Studies of Valley Carrier Dynamics in Two Dimensional Semiconducting Transition Metal Dichalcogenides
二维层状过渡金属二硫属化合物为未来基于谷的信息处理提供了新的机会，也为研究激子效应提供了理想的平台。在各种器件物理的中心，对他们可能的电子和光电应用是理解各种多粒子电子态的动态演化，特别是激子占主导地位的TMD的光电响应，在新的背景下的自由度谷。在这里，我们提供了一个简单的回顾，在使用螺旋度分辨超快光谱，特别是超快泵浦探测光谱，研究半导体单层过渡金属二硫属化物谷相关的多粒子电子态的动态演化的实验进展。
2016-12-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Theoretical Analysis of a Two-Dimensional Metallic/Semiconducting Transition-Metal Dichalcogenide NbS2//WSe2 Hybrid Interface
我们报告了一个单层厚的横向异质结构（LH）加入两个不同的过渡金属二硫属化物（TMDC）：NbS 2和WSe 2的第一原理理论研究。NbS 2//WSe 2 LH可以被认为是导电（NbS 2）/半导体（WSe 2）二维（2D）混合异质结的原型示例。我们首先生成和验证现实的NbS 2//WSe 2 LH的原子模型，推导出它们的能带结构，并将其进行碎片分解和静电势分析，以提取一个简单但定量的模型，这个界面系统。还研究了化学计量波动模型，发现不会改变定性情况。然后我们进行电子输运模拟，通过能带排列分析来分析它们。我们的结论是，NbS 2//WSe 2 LH出现作为一个强大的无缝面内2D模块化结的光电器件超越目前的小型化技术的潜在用途。
2020-06-17 cond-mat.mtrl-sci
Defect-induced conductivity anisotropy in MoS2 monolayers
各种类型的缺陷在二硫化钼单层及其对电子结构和输运性质的影响进行了研究，使用密度泛函为基础的紧束缚方法结合格林函数的方法。MoS2单分子膜中的本征缺陷显著影响其电子性质。即使在低浓度下，它们也会显著改变量子电导。虽然电子输运实际上是各向同性的原始二硫化钼，强烈的各向异性中观察到的缺陷的存在。在半导体MoS2中观察到局部中间带隙状态，其对电导率没有贡献，但方向相关的散射电流，并且电导率在线缺陷和选定的晶界模型之间强烈降低。
2013-12-12 cond-mat.mtrl-sci
