van der Waals heterostructure for photocatalysis: Graphitic carbon nitride and Janus transition-metal dichalcogenides
通过分解水将太阳能转化为化学能是产生可持续和可再生解决方案而不对环境造成有害影响的有前途的手段。在这方面，二维半导体作为潜在的催化剂，在这里，我们结合Janus过渡金属二硫属化物（MoXY，X/Y = S，Se，Te）和石墨碳氮化物的范德华异质结构。在第一性原理计算中，我们研究了决定光催化活性的电子，光学和激子性质。由于内部电场，光生电子和空穴在MoXY层中分离，并且还产生用于氧化还原反应的高过电位。在这些异质结构纳米复合材料中，高光学吸收跨越整个可见光和近紫外区。此外，较低的激子结合，计算在二维类氢模型，表明有效的电荷分离。在这种异质结构的光催化性能的巨大的可调谐性应吸引相当大的理论和实验的关注在未来。
2019-06-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Thermalization of photoexcited carriers in two-dimensional transition metal dichalcogenides and internal quantum efficiency of van der Waals heterostructures
范德华半导体异质结构可以成为下一代光电和光伏器件中利用热光激发载流子的平台。热载流子器件的内量子效率取决于光生载流子提取率和热化率之间的关系。利用\textit{ab-initio}方法，我们证明了单层过渡金属二硫属化物的光生载流子热化时间强烈地依赖于声子谱和电子自旋轨道耦合的特性。详细地说，在价带中提升的自旋简并抑制了声学声子上的空穴散射，与电子相比，将空穴的热化减慢了一个数量级。此外，在MoS $_2$和WSe $_2$中，空穴热化时间表现不同，因为在这些看似相似的材料中自旋轨道相互作用不同。我们预测隧穿范德华半导体异质结构的内部量子效率定性地取决于是否使用MoS $_2$或WSe $_2$。
2019-12-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Mixed-Dimensional van der Waals Heterostructures
越来越多的二维（2D）材料的隔离激发了全世界将不同的2D材料集成到范德华（vdW）异质结构中的努力。考虑到任何钝化的无悬挂键表面将通过vdW力与另一个表面相互作用，vdW异质结构概念可以扩展到包括2D材料与主要通过非共价相互作用粘附的非2D材料的集成。在这篇综述中，我们提出了一个简洁和关键的调查新兴的混合维（2D + nD，其中n是0，1或3）异质结器件。通过与全二维vdW异质结构以及与竞争的传统技术的比较和对比，强调了混合维vdW异质结构的挑战和机遇。
2016-08-01 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Moiré-Bose-Hubbard model for interlayer excitons in twisted transition metal dichalcogenide heterostructures
在半导体过渡金属二硫属化物的双层中，层之间的扭转角可以用于在与单位晶胞相比大的长度尺度上引入高度规则的周期性电势调制。在这样的结构中，可以出现相关态，其中异质结构中的激子由于激子-激子相互作用而强烈地局域化到电势最小值。我们探讨莫特和扩展激子相位之间的过渡的摩尔-玻色-哈伯德哈密顿量。跳跃和现场相互作用参数从层间激子波函数的Wannier表示获得，和非本地Rytova-Keldysh模型用于属性的二维材料中的激子的介电屏蔽。对于足够小的激子浓度和基板屏蔽我们的模型预测莫特绝缘状态的出现，建立扭曲的TMD异质结构作为可能的量子模拟玻色子多体系统。
2022-03-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Electronic, optical and transport properties of van der Waals Transition-metal Dichalcogenides Heterostructures: A First-principle Study
二维过渡金属二硫属化物（TMD）MX $_2$（M = Mo，W; X= S，Se，Te）具有独特的性质和新颖的应用。在这项工作中，我们进行第一性原理计算的范德华（vdW）堆叠MX $_2$异质结构，系统地研究其电子，光学和输运性质。我们执行所谓的安德森规则分类的异质结构，提供了两种半导体材料的异质结构的能带图的建设方案。对于大多数MX $_2$异质结构，导带最大值（CBM）和价带最小值（VBM）位于两个独立的半导体中，形成II型能带结构，因此电子-空穴对在空间上分离。我们还发现在形成MX $_2$异质结构后，在$Γ$点处有很强的层间耦合，甚至导致间接带隙。而在$K$点附近的能带结构保持为独立的单分子层。讨论了MX $_2$异质结的载流子迁移率与弹性模量、有效质量和形变势常数的关系，并与单层MX $_2$的载流子迁移率进行了对比。
2018-04-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Stabilizing sample-wide Kekulé orders in graphene/transition metal dichalcogenide heterostructures
Kekulé相是石墨烯中的Peierls样晶格畸变，预测其具有石墨烯以外的新电子态（1-8）。虽然通过在高磁场中引入电子-电子相互作用（9-11）或吸附原子超晶格（12-15）在石墨烯中实现了Kekulé相，但在实验中获得大面积的石墨烯Kekulé相仍然是一个极具挑战性的问题。在这里，我们证明，样品范围内的Kekulé扭曲的石墨烯可以稳定通过使用过渡金属二硫属化物（TMD）作为衬底和诱导的Kekulé订单是相当强大的整个石墨烯/TMD异质结构与不同的扭曲角。异质结构的相称结构提供周期性散射中心，其打破石墨烯的平移对称性并耦合石墨烯中的两个谷的电子，这使石墨烯朝向全局凯库勒密度波相位倾斜。出乎意料的是，在不同能量下稳定的三种不同的Kekulé键织构在每个石墨烯/TMD异质结构中直接成像。我们的研究结果揭示了一个意想不到的敏感性，在石墨烯的电子性能的支持衬底，并提供了一个有吸引力的路线设计新的阶段在石墨烯/TMD异质结构。
2022-08-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Coupled spin-charge dynamics in magnetic van der Waals heterostructures
本文提出了磁性范德华异质结构中自旋-电荷耦合动力学的唯象理论。研究的系统由一个层状反铁磁体插入到电容vdW异质结构。最近已经证明，在这种层状反铁磁体中的电荷掺杂可以调制层间磁化强度之间的交换耦合的强度，甚至符号。这提供了用于电生成磁化动力学的机制。我们在这里预测的中心结果是，磁化动力学导致感应电荷动力学。这种动力学使得磁性范德华异质结构成为自旋电子学应用的有趣候选者。为此，我们还表明，这些系统可用于将亚太赫兹辐射诱导的磁化动力学转换为电信号。
2019-12-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Atomic Layer MoS2-Graphene van der Waals Heterostructure Nanomechanical Resonators
异质结构在现代半导体器件和微/纳米系统中在电子学、光电子学和传感器的大量应用中发挥着重要作用。虽然最先进的异质结构通常涉及晶体外延层的堆叠，每个层的厚度只有几纳米，但有趣的极限是异质原子层结构。在这里，我们报告的第一个实验演示的独立的范德华异质结构及其功能的纳米机械设备。通过将单层（1 L）MoS 2堆叠在悬浮的单层、双层、三层和四层（1 L至4L）石墨烯片上，我们实现了具有不同厚度和尺寸的MoS 2-石墨烯异质结构阵列。这些异质结构在甚高频（VHF）波段（高达~100 MHz）都表现出强大的纳米机械共振。我们观察到异质结构器件的基模共振频率落在石墨烯和MoS 2器件的值之间。异质结构谐振器的品质（Q）因子低于石墨烯的品质（Q）因子，但与MoS 2器件的品质（Q）因子相当，这表明界面阻尼与范德华异质结构中的层间相互作用有关。这项研究验证了悬浮原子层异质结构作为一个有效的器件平台，并开辟了利用机械耦合效应和层间相互作用在这样的设备的机会。
2017-12-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Ultrasensitive acoustic graphene plasmons in a graphene-transition metal dichalcogenide heterostructure: strong plasmon-phonon coupling and wavelength sensitivity enhanced by a metal screen
针对实际异质结构中屏蔽石墨烯等离激元-声子极化激元耦合强度增强难的问题，本研究用量子静电异质结构模型证明金属衬底可增强其耦合强度与波长灵敏度，实现单层分辨率的异质结构探测。
2024-06-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Intertube excitonic coupling in nanotube van der Waals heterostructures
激子在原子级薄的过渡金属二硫属化物和2D范德华异质结构的光学中占主导地位。层间2D激子（其中电子和空穴驻留在不同层中）经由直接电荷转移或经由在层之间交换能量的库仑相互作用在异质结构中快速形成。在这里，我们报告了突出的管间激子效应在准一维范德华异质结组成的C/BN/MoS $_2$核/壳/皮纳米管。值得注意的是，在半导体CNT中激子的脉冲红外激发下，我们观察到在可见光范围内从MoS $_2$皮肤的快速（亚皮秒）激子响应，我们将其归因于相干制度中偶极-偶极库仑相互作用介导的管间双激子。在较长的（$>100$ ps）时间尺度上，从CNT核到MoS $_2$表层的空穴转移进一步改变了MoS $_2$的吸收.我们的直接演示管间激子相互作用和电荷转移在一维范德华异质结表明未来的应用在红外和可见光电子学使用这些径向异质结。
2021-04-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
2D materials and van der Waals heterostructures
基于这种晶体的二维（2D）材料和异质结构的物理学发展非常迅速。随着新的2D材料，真正的2D物理已经开始出现（例如，缺乏长程序，2D激子，无公度跃迁等）。新型异质结器件也开始出现-隧穿晶体管，共振隧穿二极管，发光二极管等，由单个2D晶体组成，这些器件利用这些晶体的特性来创建我们在其他异质结中无法访问的功能。我们回顾了新型二维晶体的特性以及它们的特性如何用于新的异质结器件。
2016-08-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Field effect in stacked van der Waals heterostructures: Stacking sequence matters
堆叠的范德华（vdW）异质结构，其中半导体二维（2D）材料与覆盖的石墨烯电极接触，实现了原子级薄的柔性电子器件。我们使用第一性原理量子输运模拟石墨烯接触的MoS2器件，以显示晶体管效应如何严重依赖于相对于栅极的堆叠配置。我们可以将这种行为追溯到接触区对栅极感应的电容性电场的堆叠相关响应。接触电阻是一个中心参数，我们的观察建立了一个重要的设计规则，基于二维原子晶体的设备。
2016-08-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Electronic structures and optical properties of realistic transition metal dichalcogenide heterostructures from first principles
我们从第一性原理计算的电子结构和光学性质的过渡金属二硫属化物（TMD）的双层异质结构组成的二硫化钼层夹着WS 2，MoSe 2，MoTe 2，BN，或石墨烯片。与以前的工作相反，系统的构造方式，即组成无公度单层的无应变晶格常数被保留。我们发现在所有的TMD/TMD异质结构中，Γ-点态之间都存在强相互作用，这种相互作用可以导致间接带隙。另一方面，在K点附近的状态保持在单层中。当TMD与BN或石墨烯层配对时，Γ点周围的相互作用可以忽略不计，并且电子结构类似于两个独立的单层。对MoS 2/WS 2系统的光学性质的计算表明，即使当价带和导带边缘位于不同的层中时，光学跃迁的混合也是最小的，并且单层的光学特性在很大程度上保留在这些异质结构中。层间跃迁的强度被发现是可以忽略不计的小，一个令人沮丧的结果工程的TMD的光学间隙的异质结构。
2013-09-11 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
The hot pick-up technique for batch assembly of van der Waals heterostructures
将单个二维材料组装成范德华异质结构使得能够构造具有期望的电子和光学性质的层状三维材料。制造这些结构的核心问题是在单个二维材料之间形成干净的界面，这将影响器件性能。我们在这里提出了一种快速批量制造范德华异质结构的技术，通过控制生产22个单层，双层和三层石墨烯堆叠封装在六方氮化硼中，产率接近100%。对于单层器件，我们发现半经典的平均自由程高达0.9微米，与crowest样品显示出明确的迹象，运输受到边界散射。所提出的方法很容易适用于在环境和受控气氛中制造范德华异质结构，而组装预图案化层的能力为复杂的三维结构铺平了道路。
2016-05-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Demonstration of a polariton step potential by local variation of light-matter coupling in a van-der-Waals heterostructure
过渡金属二硫属化物层中激子的大振子强度促进了嵌入光学微腔中的单层和范德华异质结构的激子-极化激元共振的形成。在这里，我们表明，局部改变嵌入在单片，高品质因数腔体中的WSe 2/hBN/WSe 2范德华异质结中的层数引起耦合强度的局部变化。这种效应产生极化激子阶梯势，我们证明在室温下。我们的结果铺平了道路工程局部极化激子势的长度尺度下降到原子尖锐的接口，纯粹的基础上修改其实部的贡献，通过相干光-物质耦合强度g。
2020-07-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Second harmonic generation control in twisted bilayers of transition metal dichalcogenides
过渡金属二硫属化物（TMD）异质双层中的扭转角是一个强制性的自由度，决定了电子相关性和莫尔激子的横向约束周期。在这里，我们进行偏振分辨二次谐波产生（SHG）光谱的MoS 2/WSe 2异质结构。我们证明，通过选择合适的激光能量的两个单层之间的扭曲角可以直接测量组装异质结构。我们表明，从异质结构的SHG信号的振幅和偏振度的层之间的扭曲角和激子共振在SH能量确定。对于扭转角接近于零的异质结，我们观察到激子共振能量的变化和新的共振的出现在线性和非线性极化率。
2021-10-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Band alignment and interlayer hybridisation in transition metal dichalcogenide/hexagonal boron nitride heterostructures
在范德华异质结构中，层间能带的相对排列以及由此产生的能带杂化是决定一系列电子性质的关键因素。这项工作研究这些影响的异质结构的过渡金属二硫属化物（TMD）和六方氮化硼（hBN），一个无处不在的组合作为封装材料的hBN的作用。通过与实验的角度分辨光电子能谱（ARPES）的结果进行比较的密度泛函计算的结果，我们探讨的TMD和hBN层的价态之间的杂化，并表明，它引入了避免TMD和hBN带之间的交叉点，与umklapp过程打开“鬼”避免在个别频带的交叉点。MoSe $_2$ /hBN异质结构的DFT和ARPES谱之间的比较表明，与DFT相比，实验中MoSe $_2$和hBN的价带在能量上显著进一步分离。然后，我们表明，一种新的bandwidth运营商可以应用到hBN价态的DFT计算，校正的频带对齐，并使定量比较ARPES，解释避免交叉和其他功能的带可见性的ARPES光谱。
2022-10-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
One-step synthesis of van der Waals heterostructures of graphene and 2D superconducting a-Mo2C
将不同的二维（2D）晶体组装成范德华（vdW）异质结构，涵盖了非常广泛的特性，使在一种目标材料中组合最佳的不同成分成为前所未有的可能性。到目前为止，金属，半导体和绝缘的二维晶体已成功地用于制造功能性的vdW异质结构的设计性能。在这里，我们扩展2D超导晶体的VDW herestructures的积木。报道了用化学气相沉积（CVD）方法一步生长大规模高质量的石墨烯和二维超导a-Mo 2C的vdW异质结构。超导电性及其异质结构的二维性质的特征在于我们的扫描隧道显微镜（STM）测量。这将二维超导性（凝聚态物理最吸引人的性质）添加到vdW异质结构。
2017-03-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Intrinsic disorder in graphene on transition metal dichalcogenide heterostructures
石墨烯等二维材料的电子性质对其环境非常敏感，尤其是底层衬底。与非晶绝缘衬底相比，平面范德华键合衬底（诸如六方氮化硼（hBN））已经显示出通过减少形貌变化和电荷波动而大大改善石墨烯器件的电性能。半导体过渡金属二硫属化物（TMD）是范德华键合材料的另一个家族，其最近作为石墨烯的hBN的替代基底以及新型石墨烯基器件异质结构中的组分而受到关注。此外，它们的半导体性质允许动态栅极电压控制与石墨烯的相互作用强度。通过局部扫描探针测量，我们发现TMD固有的晶体缺陷诱导石墨烯中的散射，这导致异质结构质量的显著退化，特别是与hBN器件上的类似石墨烯相比。
2014-11-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
3D Hypersound Microscopy of Van der Waals Heterostructures
我们在这里采用皮秒超声波技术来研究范德瓦耳斯异质结构。采用具有空间分辨率的干涉测量技术，测量了蓝宝石衬底上覆盖Van der Waals hBN/WSe $_2$ /hBN异质结构的Al膜在飞秒激光脉冲激发后反射系数的时间变化。激光脉冲在铝膜中产生宽带声波包，声波包垂直于平面方向传播，部分从异质结界面反射。所证明的技术具有足够的灵敏度来分辨包埋在hBN中的WSe $_2$单层。我们应用多层模型的光学和声学响应，允许评估的机械参数，特别是，接口的刚度，从其他测量无法访问。响应的傅立叶频谱的映射清楚地可视化不同的组成区域，因此可以作为声学层析成像工具。我们的研究结果表明，在150 GHz以下的界面和层，使范德华异质结构的纳米声学应用前景声学声子耗散几乎为零。
2021-11-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Intrinsic quantum anomalous Hall phase induced by proximity in germanene/Cr$_2$Ge$_2$Te$_6$ van der Waals heterostructure
范德华异质结结合内禀磁性和拓扑有序性为实现量子反常霍尔效应开辟了一条新的途径。在这项工作中，我们使用第一性原理计算和有效的模型分析，提出了强大的量子反常霍尔态与相当大的带隙出现在范德华异质结的锗烯/Cr $_2$ Ge $_2$ Te $_6$。这种异质结构具有很高的热力学稳定性，从而有利于其实验制备。此外，我们发现，邻近效应增强了锗烯和Cr $_2$ Ge $_2$ Te $_6$层之间的耦合，诱导非平凡的带隙在很宽的范围从29 meV到72 meV。带隙内的手征边缘状态，导致霍尔电导量子化为$-e^2/h$，是清晰可见的。这一发现为探测量子反常霍尔态和实现高温下非平凡量子输运的进一步应用提供了理想的候选者。
2020-02-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Ultra-confined q2/3- plasmons and optical properties of graphene-transition metal dichalcogenide heterostructures
我们报告了与等离子体激元和光电子学的关键参数，如吸光度和透射率，在2D过渡金属二硫属化物（GrTMD）衬底上的石墨烯单层的范德华异质结构中的有趣的可能性。我们得到的禁带与Rashba自旋轨道耦合依赖的赝塞曼场由于衬底诱导的相互作用的相互作用。这使我们能够获得在有限掺杂的情况下，完全忽略自旋翻转散射事件的介电函数的表达式。我们观察到屏蔽的相对强度几乎是一个常数，相对于载流子密度的变化。与独立的石墨烯相比，GrTMD等离子体激元（可调）的更强的限制能力是我们分析的主要结果;等离子体激元色散产生q2/3行为，而不是众所周知的q1/2行为。我们还发现，吸收率和透射率是频率和栅电压的增函数。这一结果对于利用光电导和光电效应的器件是有用的。
2017-03-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Charge quenching at defect states in transition metal dichalcogenide-graphene van der Waals heterobilayers
我们研究了WS $_2$ -石墨烯和MoS $_2$ -石墨烯异质双层膜中以单原子硫族元素空位为代表的点状缺陷的动力学性质。采用基于从头算、模型哈密顿量和密度矩阵技术相结合的多学科方法，我们提出了一个最小相互作用模型，该模型允许计算与空位的布居和减少有关的电子跃迁时间。半经典动力学的主方程方法，并讨论杂质准简并态的内部动力学中的虚电荷涨落的潜在作用。详细研究了晶格对称性和自旋自由度之间的相互作用及其对电荷猝灭的影响。
2022-11-11 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Trapping Interlayer Excitons in van der Waals Heterostructures by Potential Arrays
过渡金属二硫属化物异质结构可以容纳层间激子（IX），其由在不同层中空间分离的电子和空穴组成。IX拥有永久偶极子，并已被证明提供了丰富的新颖物理学。我们开发了一个离散的，随机行走模型，其中包括湮灭和IX之间的排斥相互作用。利用这个模型，我们模拟了不同深度、密度和形状的陷阱中IX的捕获。我们的研究结果表明，偶极-偶极相互作用在调节IX捕获中起着重要的作用。偶极相互作用的影响可以用小而深的陷阱来减轻，这些陷阱可以用原子缺陷和莫尔势来实现。
2021-07-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Visualizing Van der Waals Epitaxial Growth of Two-Dimensional Heterostructures
了解二维范德华异质结的生长机制对于探索其功能和器件应用具有重要意义。采用物理气相沉积和光学显微镜/拉曼光谱相结合的方法，研究了二维vdW异质结构的动态生长过程。这使我们能够识别一种新的生长模式，其生长速率和形态与传统的线性生长模式明显不同。我们提出了一个模型，解释了形态的差异，并考虑到表面扩散的作用，量化的两种模式的增长率。我们系统地研究了一系列的材料组合，包括CdI 2/WS 2，CdI 2/MoS 2，CdI 2/WSe 2，PbI 2/WS 2，PbI 2/MoS 2，PbI 2/WSe 2和Bi 2Se 3/WS 2。这些发现可以推广到许多其他二维异质结构的合成与控制的形态和物理性能，有利于未来的设备应用。
2021-10-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Tunable mechanical properties of the graphene/MoS2 tubal van der Waals heterostructure
我们提出了一种管状的范德华异质结构，通过卷起的石墨烯和二硫化钼原子层成管状的形式。我们说明，层间空间的管状范德华异质结构可以在一个特定的范围内变化，这是由层间范德华力和原子层的机械性能之间的竞争。可以利用层间空间的可变性来有效地调节管状范德华异质结构的机械性能。更具体地说，我们证明了管范德华异质结构的泊松比可以通过改变层间距从1.44到4.44的两个因素来操纵。我们的工作促进了一个新的成员与可调泊松比的范德华异质结构家庭。
2018-04-28 cond-mat.mtrl-sci
Electronic structure of transferred graphene/h-BN van der Waals heterostructures with nonzero stacking angles by nano-ARPES
在范德华异质结构中，来自莫尔超晶格的周期性电势可以用作控制旋钮来调节组成材料的电子结构。在这里，我们提出了一个纳米角度分辨光电子能谱（Nano-ARPES）研究转移石墨烯/h-BN异质结构与两个不同的堆叠角分别为2.4°和4.3°。我们的测量揭示了超晶格布里渊区（SBZ）中心的石墨烯狄拉克锥的六个副本。SBZ的大小和它相对于石墨烯BZ的旋转角与从原子力显微镜（AFM）测量中提取的莫尔超晶格周期吻合得很好。与具有0°堆叠角的外延石墨烯/h-BN的比较表明，石墨烯和h-BN之间的相互作用随着堆叠角的增加而降低。
2017-01-31 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Transition-metal dichalcogenide heterostructure solar cells: A numerical study
我们评估了$p$ - $i$-$n$太阳能电池中的隧穿短路电流密度$J_{TU}$，其中过渡金属二硫属化物异质结构（MoS $_2$ /WS $_2$超晶格）嵌入本征$i$区域中。研究了不同阱宽、势垒宽、费米能级和$i$区量子阱数对$J_{TU}$的影响。对于由于$i$ -区域中相邻势阱之间的电荷载流子的逃逸和重新捕获而产生的电子电流$J_{TH}$执行类似的分析。研究了在300 K - 330 K温度范围内$J_{TU}$和$J_{TH}$之间的相互作用。在超过310 K的温度下，电子电流明显超过隧穿电流，这是异质结构太阳能电池的理想属性。这项工作证明了单层过渡金属二硫属化物的多功能性时，用作制造材料的范德华异质结构太阳能电池。
2016-07-24 cond-mat.mtrl-sci
Direct band gap and strong Rashba effect in van der Waals heterostructures of InSe and Sb single layers
通过堆叠不同类型的二维材料形成的范德华异质结构由于诸如层间激子等新的物理性质而引起越来越多的关注。最近合成的原子薄硒化铟（InSe）和锑（Sb）分别表现出有趣的电子特性，如高电子迁移率在前者和高空穴迁移率在后者。在这项工作中，我们提出了第一性原理研究的稳定性和电子性质的双层异质结构组成的InSe和Sb单层。计算的电子能带结构揭示了InSe/Sb异质结构的直接带隙半导体性质，与堆叠模式无关。在考虑自旋轨道耦合的情况下，我们发现在导带底部存在一个较大的Rashba自旋劈裂，这是由于异质结中原子的自旋轨道耦合引起的对称性破缺。Rashba自旋分裂的强度可以通过施加面内双轴应变或面外电场来调节。由于InSe/Sb双层异质结构具有较大的Rashba自旋分裂和合适的禁带宽度，使其成为自旋场效应晶体管和光电子器件的理想材料。
2021-12-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Intra-band and Inter-band Plasmons in Transition Metal Dichalcogenide-Graphene van der Waals Heterostructures
在早期的工作中，已经表明石墨烯单层的范德华异质结构（vdWHs）在2D过渡金属二硫属化物（GrTMD）衬底上的分散包括自旋分裂的带隙带。使用这些，它也表明，带内等离子体色散的有限掺杂和长波长限制涉及的Q2/3（非常规）的行为，而不是众所周知的Q1/2的行为。本文报道了这种vdWH的光学电导率和光学性质。我们发现，有没有（带间）等离激元的电子掺杂，只要Gr-TMD异质结构是由正介电常数材料上下包围。然而，如果异质结构被负介电常数（NDC）材料包围，人们发现将有声学等离子体激元。对于空穴掺杂的情况，不需要NDC材料。我们发现，当载流子密度大于一个适度的临界值时，也会出现栅电压可调的带内声等离子体激元。与掺杂石墨烯相比，GrTMD等离子体激元的更强的嵌顿能力是本工作的另一个值得注意的结果。人们发现，带内吸收率是随着频率在一个给定的栅极电压，并在一个给定的频率与栅极电压增加;带间透射率，然而，是一个递减的函数的频率和栅极电压。
2018-04-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Large Exchange Bias Effect and Coverage-Dependent Interfacial Coupling in CrI3/MnBi2Te4 van der Waals Heterostructures
通过构建范德华异质结构来实现磁性拓扑绝缘体的界面磁有序，有助于揭示新颖的量子态和设计功能器件。在这里，我们观察到一个有趣的交换偏置效应，表明成功的界面磁耦合，在CrI 3/MnBi 2 Te 4铁磁绝缘体/反铁磁拓扑绝缘体（FMI/AFM-TI）异质结器件。该器件最初表现出负交换偏置场，其随着温度的升高而衰减，并且不受背栅电压的影响。当我们改变设备配置被CrI 3半覆盖时，交换偏置变为正的，具有超过300 mT的非常大的交换偏置场。这种敏感的操纵解释之间的竞争的FM和AFM耦合CrI 3和MnBi 2 Te 4的界面，指向覆盖依赖的界面磁相互作用。我们的工作将促进拓扑和反铁磁器件的发展。
2022-12-13 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
Ultrafast exciton transport in van der Waals heterostructures
本文针对范德华异质结中激子的超快非扩散传播现象，提出了一种基于波导模式形成及其辐射传输的替代激子传输模型。
2024-04-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Misfit strain-induced buckling for transition-metal dichalcogenide lateral heterostructures: a molecular dynamics study
采用分子动力学模拟研究了过渡金属二硫族化物（TMD）横向异质结构的失配应变诱导屈曲，即不同TMD沿面内方向的无缝外延生长. Stillinger-Weber势被用来描述每个TMD的相互作用和不同TMD之间的耦合，即，MX2（其中M=Mo、W并且X=S、Se、Te）。研究发现，由于TMD的原子厚度特性，失配应变会引起大面积TMD横向异质结构的强烈屈曲。屈曲现象发生在各种不同成分和不同图案的TMD横向异质结构中。我们的研究结果提出了一个基本的机械挑战的独立TMD横向异质结构的结构稳定性。
2018-08-09 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
Interlayer Coupling Effect in van der Waals Heterostructures of Transition Metal Dichalcogenides
由二维过渡金属二硫属化合物（TMDC）形成的范德华（vdW）异质双层膜为各种电子和光学性质创造了一个有前途的平台。从头算能带结果表明，在TMDCs vdW异质双分子层中引入Janus WSSe单层可以改变第二类能带的能带偏移，而不需要外加电场.在对称性分析的基础上，确定了TMDCs vdW异质双层膜允许的层间跳跃通道，并建立了一个四能级kp模型来计算层间跳跃。结果表明，层间电极化的强度具有不同的能带偏移，可以调节层间耦合强度。此外，还阐明了不同层间跳跃强度的TMDCs vdW异质层中层间谷激子形成机制的差异。
2020-09-03 cond-mat.mtrl-sci
Direct Optical-Structure Correlation in Atomically Thin Dichalcogenides and Heterostructures
原子薄的过渡金属二硫属化物（TMD）具有独特的光电性能，包括增强的发光和高的开关电流比，可以通过制备更复杂的TMD异质结构来进一步调制。然而，传统的光学方法的分辨率限制不允许在这些材料中，特别是在TMD异质结构中的掩埋界面的直接光学结构相关测量。在这里，我们使用，第一次，在扫描透射电子显微镜（CL-STEM）中的电子束诱导阴极射线发光测量单层TMD（WS 2，二硫化钼和WSSe合金）之间的hBN层封装的光学性质。我们观察到暗区局部（~ 100 nm）的不完美的界面和单层折叠，这表明，在这个应用相关的异质结构层之间的紧密接触所需的适当的层间耦合。我们还实现了一个合适的成像方法，最大限度地减少电子束引起的变化，并提供测量的内在属性。为了克服TMD单层中小的电子相互作用体积的限制（因此光子产率低），我们发现用hBN封装TMD单层并随后退火是重要的。CL-STEM提供了一种强大的方法来直接测量横向或垂直异质结构和合金中的结构-光学对应关系。
2019-10-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Interfacial interaction in monolayer transition metal dichalcogenides (MX2)/metal oxide heterostructures and its effects on electronic and optical properties: The case of MX2/CeO2
二维过渡金属二硫属化物（MX 2）/金属氧化物异质结构显示出独特的物理性质，使其成为从太阳能到太阳能转换的各种应用的有前途的材料。理解界面相互作用对于设计具有优异性能的异质结构是非常期望的。本文利用密度泛函理论系统地研究了MX2（M=Mo，W; X=S，Se）/CeO 2异质结中的界面相互作用及其对电子和光学性质的影响。结果表明，MX_2/CeO_2界面相互作用主要取决于硫族元素（X）。特别地，异质结构的带隙变化和导带最低或价带最高处的重要电子态由界面相互作用的强度决定。具有相同硫族元素（X）的MX 2/CeO 2异质结构具有从紫外到近红外的相似吸收光谱。这些结果表明硫属元素（X）是调整MX2/金属氧化物异质结构性能的关键因素。
2016-11-09 cond-mat.mtrl-sci
Room Temperature Valley Polarization and Coherence in Transition Metal Dichalcogenide-Graphene van der Waals Heterostructures
由石墨烯和过渡金属二硫属化物（TMD）制成的范德华异质结构是用于光电、自旋电子和谷电子器件的新兴平台，其可以受益于（i）TMD中的强的光-物质相互作用和自旋谷锁定以及（ii）石墨烯中的特殊的电子和自旋输运。这种器件的操作需要显著的谷极化和谷相干性，理想地高达室温。在这里，使用一个全面的穆勒偏振分析，我们报告\textit{artifact-free}室温度的谷极化高达$40~\%$，值得注意的是，谷相干高达$20~\%$在单层二硫化钨（WS $_2$）/石墨烯异质结构。即使在低温下，二硒化钼（MoSe $_2$）中的谷反差也特别难以实现。在将单层MoSe $_2$与石墨烯接合时，谷极化和相干性的室温程度分别与$14~\%$和$20~\%$一样高。我们的研究结果进行了讨论，根据最近的报道，高效的层间耦合和激子转移的TMD/石墨烯异质结构和室温手性轻物质相互作用和相干光谷电子器件的承诺。
2018-04-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Impurity-induced excitations in a topological two-dimensional ferromagnet/superconductor van der Waals moiré heterostructure
范德华异质结中拓扑超导态的出现为探索控制拓扑超导体的新策略提供了一个新的平台。特别是，范德华异质结构中的杂质，一般具有莫尔图案，可能会导致原子和莫尔长度尺度之间的独特相互作用，这是一般拓扑超导体中不存在的特征。在这里，我们解决的拓扑莫尔超导体上的非磁性杂质的影响，无论是在弱和强制度，考虑周期性阵列和单一杂质，否则原始的无限莫尔系统。我们证明了一个很好的杂质诱导模式和莫尔长度之间的相互作用，导致从根本上不同的光谱和拓扑性质取决于相对杂质的位置和莫尔长度。我们的研究结果突出了杂质在范德瓦尔斯异质结构中的关键作用，其特征在于莫尔图案，揭示了人工莫尔系统中长度和能量尺度之间的关键相互作用。
2022-09-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
Pulsed thermal deposition of binary and ternary transition metal dichalcogenide monolayers and heterostructures
过渡金属二硫属化物（TMDC）在光子器件、光电器件或谷电子器件中的应用需要在单一工艺中生长不同材料的连续单层、异质结构和合金。我们提出了一种简便的脉冲热沉积方法，它提供了精确的控制层厚度和化学计量的二维系统。该方法的通用性被证明在三元单层的钼$_{1-x}$ W $_{x}$ S $_{2}$和异质结构相结合的金属TaS $_{2}$和半导体MoS $_{2}$层。制备的三元单分子膜覆盖了$x$ = 0. 1、无相分离。带隙工程和控制的自旋轨道耦合强度的吸收和光致发光光谱证明。垂直异质结构的生长没有相互混合。清洁和原子突变界面的形成是由高分辨率透射电子显微镜证明。由于金属组分以及硫族化物都是热蒸发的，因此可以制备复杂的合金和异质结构。
2019-02-11 cond-mat.mtrl-sci
Zero Poisson' s Ratio and Suppressed Mechanical Anisotropy in BP/SnSe Van der Waals Heterostructure: A First-principles Study
黑磷烯及其类似物由于其独特的褶皱结构、各向异性和负泊松比等特性而引起人们的广泛关注。通过不同材料的堆叠而形成的范德华异质结构可以显示出母体材料所不具备的新的物理性质。本文采用第一性原理计算研究了BP/SnSe范德华异质结构的力学性质。有趣的是，在BP/SnSe异质结构中发现了接近于零的泊松比vzx。此外，与具有强面内各向异性力学性能的母体材料BP和SnSe相比，BP/SnSe异质结构显示出强烈抑制的各向异性。我们的研究结果表明，vdW异质结构可以显示出与母体材料相当不同的机械性能，并为异质结构的机械应用提供了新的机会。
2021-09-22 cond-mat.mtrl-sci
Tip-induced excitonic luminescence nanoscopy of an atomically-resolved van der Waals heterostructure
利用低温扫描隧道显微镜以原子级分辨率探测范德华异质结构的本征发光，揭示了激子发射随纳米环境变化的规律，为原子尺度理解与控制莫尔超晶格光电现象奠定基础。
2022-04-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Multifunctional Two-dimensional van der Waals Janus Magnet Cr-based Dichalcogenide Halides
二维范德华Janus材料及其异质结构为设计迷人的功能提供了肥沃的平台。本文通过对Cr基二硫族卤化物CrYX（Y=S，Se，Te; X=Cl，Br，I）的van der Waals Janus单层结构的第一性原理研究，发现CrSX（X= Cl，Br，I）是一种理想的具有面外磁化的高TC铁磁半导体材料。令人兴奋的是，由于配体S2-阴离子上的大磁矩，通过磁邻近效应，可以分别在CrSBr/Bi 2Se 3/CrSBr和MoTe 2/CrSBr中实现大带隙量子反常霍尔效应和相当大的谷分裂.此外，我们还发现，在外加磁场下，大的Dzyaloshinskiii-Moriya相互作用会导致CrTeX（X=Cl，Br，I）中的skyrmion态。我们的工作揭示了二维Janus磁体铬基二硫族卤化物在拓扑电子和谷电子器件中具有吸引人的多功能性。
2022-05-09 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
High Photovoltaic Quantum Efficiency in Ultrathin van der Waals Heterostructures
我们报告了对具有超过50%的外量子效率的双（< 15 nm）范德华异质结构的实验测量，并且表明这些结构可以实现> 90%的实验吸收。通过耦合电磁模拟和实验测量，我们表明，pn WSe 2/MoS 2异质结垂直载流子收集可以有超过70%的内部光生载流子收集效率。
2017-06-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Longitudinal optical conductivity of graphene in van der Waals heterostructures composed of graphene and transition metal dichalcogenides
本文研究石墨烯/TMDC范德华异质结构中Rashba自旋轨道耦合、扭转角和温度对石墨烯纵向光学电导率的影响，揭示了双峰结构、硫族原子主导的扭转角效应及室温下热-光联合跃迁新能带的形成机制。
2023-12-01 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Ferroelectrics and Photovoltaics in Endohedral Fullerenes-based van der Waals Heterostructures
采用密度泛函理论计算方法，研究了系列偏压可控内嵌富勒烯（TM@C28，TM= Ti-Ni）的铁电、电学和光学性质.重要的发现是，Cr@C28具有大的电偶极矩和适当的带隙（~1.2eV）作为铁电光伏材料的构建块。通过将Cr@C28分子夹在两个范德华层之间，例如，在石墨烯或过渡金属二硫属化物的情况下，异质结构可以具有具有高可调谐性和性能的奇异铁电和光伏性质。
2022-01-10 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
Exciton fine structure in twisted transition metal dichalcogenide heterostructures
过渡金属二硫属化物（TMD）异质结构的莫尔超晶格中存在丰富的激子现象，这些现象与层间扭曲角和所涉及的量子态的诱导变化有关。这种系统中激子的理论计算通常基于模型莫尔势以减轻计算成本。然而，从头开始理解的电子-空穴耦合主导的激发是至关重要的，以实现扭曲诱导的光学选择规则的修改。本文利用多体微扰理论计算和分析了扭曲TMD异质结构中扭曲角与激子性质的关系。我们提出了一个一般的方法来展开激子态从莫尔布里渊区到布里渊区的分离层。将该方法应用于扭曲的MoS $_2$ /MoSe $_2$双层膜，发现其光激发谱主要由单层膜中不同动量的电子和空穴之间的混合跃迁所控制，导致层间和层内激子之间的非预期的和角度相关的杂化.我们的研究结果提供了一个设计途径，调谐激子层的本地化在TMD异质结作为扭转角的函数。
2022-09-12 cond-mat.mtrl-sci
Enhanced interlayer neutral excitons and trions in trilayer van der Waals heterostructures
垂直堆叠的范德华异质结构构成了一个有前途的平台，提供定制的带对齐增强激子系统。在这里，我们报告的中性和带电的层间激子在三层WSe 2-MoSe 2-WSe 2范德华异质结及其动力学的观察。在三层中添加WSe 2层导致显着更高的光致发光量子产率和可调光谱共振相比，其双层异质结构在低温下。观察到的光致发光量子产率的增强是由于显着更大的电子-空穴重叠和更高的光吸收的三层异质结构，通过第一原理赝势计算的基础上自旋极化密度泛函理论的支持。我们进一步揭示了三层异质结层间中性激子和三重激子的温度和功率依赖性，以及时间分辨的光致发光。我们的研究阐明了利用第一性原理控制层间激子发光和设计原子异质结构的光电子学前景。
2018-09-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Interlayer coupling and gate-tunable excitons in transition metal dichalcogenide heterostructures
双层范德华（vdW）异质结构如MoS 2/WS 2和MoSe 2/WSe 2最近引起了人们的广泛关注，特别是因为它们的II型能带排列和层间激子作为最低能量激子态的形成。在这项工作中，我们计算了这种异质结构的电子和光学性质的第一性原理GW+Bethe-Salpeter方程（BSE）方法，揭示了层间耦合在决定激发态性质，包括能带排列和激子性质的重要作用。计算表明，由于层间耦合，低能激子可以通过垂直栅场进行宽范围的调谐。特别地，在这些双层异质结构中的最低能量激子的偶极振子强度和辐射寿命在实际的外部栅极场内变化超过一个数量级。我们还建立了一个简单的模型，捕捉背后的可调谐性的基本物理，并允许扩展的从头计算结果的大范围的电场。我们的工作阐明了双层vdW异质结构中层间激子的物理图像，并预测了二维光电子器件的宽范围的门可调激发态特性。
2017-12-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Misfit strain effect on the thermal expansion coefficient of graphene/MoS$_2$ van der Waals heterostructures
范德华异质结构，如石墨烯/MoS $_2$是有前途的候选人，为大量的光学或电子应用，由于先进的性能继承了从组成的原子层。热膨胀是范德华异质结构的热稳定性要考虑的重要现象，因为在纳米器件的操作期间温度通常升高。在目前的工作中，热膨胀系数的石墨烯/MoS $_2$异质结构的分子动力学模拟研究，从不可避免的失配应变上的热膨胀系数的影响被揭示。失配应变可以将热膨胀系数调节六倍，并且这种效应在对异质结构的尺寸或方向不敏感的意义上是相当稳健的。推导出了异质结的热膨胀系数与失配应变之间的关系式，该关系式虽然低估了失配应变的影响，但与数值计算结果定性一致。进一步的分析表明，失配应变可以有效地工程化热致波纹，这是失配应变影响热膨胀系数的关键机制。这些发现为研究范德华异质结的热稳定性提供了有价值的信息，并将有利于基于范德华异质结的纳米器件的实际应用。
2021-06-28 cond-mat.mtrl-sci
Antisymmetric magnetoresistance in van der Waals Fe3GeTe2/graphite/Fe3GeTe2 tri-layer heterostructures
范德华（vdW）铁磁材料正在迅速成为下一代自旋电子器件的有效构建模块。当用非磁性vdW材料（诸如石墨烯和/或拓扑绝缘体）分层时，vdW异质结构可以被组装（不需要晶格匹配）以提供否则无法获得的器件结构和功能。我们报道了范德华异质结构Fe 3GeTe 2/石墨/Fe 3GeTe 2器件中迄今为止罕见的反对称磁电阻（MR）效应。与传统的巨磁电阻（GMR）的特点是由两个电阻状态，在这些vdW异质结构的MR功能不同的高，中，低电阻状态。这种独特的特征暗示了与以前观察到的不同的潜在物理机制。理论计算表明，这三个电阻的产生是由于石墨/FGT界面上的自旋动量锁定引起的自旋极化电流。我们的工作表明，从VDW材料组装的铁磁异质结可以表现出实质上不同的性质，在真空中生长的类似异质结所表现出的。因此，它突出了新的物理和新的自旋电子应用的潜力被发现使用VDW异质结构。
2019-04-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Manipulating the wavelength of single photons in insulating van der Waals heterostructures: theory and application to bilayer hexagonal boron nitride
本文提出一种阐明绝缘范德华异质结影响单层单光子发射能量机制的通用方法，并以双层六方氮化硼中的碳取代情形开展具体研究。
2024-03-05 cond-mat.mtrl-sci
