Observation of Poiseuille Flow of Phonons in Black Phosphorus
热在绝缘体中的传播通常被描绘成沿着它们各自的轨迹散射的声子流。在极少数情况下，动量守恒碰撞事件占主导地位，热输运变成流体动力学。其中一种情况被称为声子的Poiffille流，可以发生在刚好低于热导率峰值温度的温度窗口中。本文报道了在0.1 ~ 80 K温度范围内，黑磷块体中热流的研究.我们发现在5 ~ 12 K之间的热导率表现出比立方温度更快的温度依赖性。因此，有效的声子平均自由程表现出非单调的温度依赖性在弹道制度的发病，与尺寸相关的努森最小值。这些是以前在少数固体中观察到的Poiffille流的标志。比较了黑磷和硅中的声子色散，我们发现黑磷中正常散射事件的相空间要大得多。我们的研究结果表明，Poiffille流出现的最重要的条件是声学声子分支之间的动量交换的便利性。接近结构转变可能有利于清洁系统中出现这种行为，即使它们的纯度不超过硅。
2018-07-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Anisotropic in-plane thermal conductivity observed in few-layer black phosphorus
黑磷作为一种新型的二维材料，在电子学和光电子学领域有着潜在的应用前景。在这里，我们报告的各向异性面内导热系数的悬浮少层黑磷测量的显微拉曼光谱。对于厚度大于15 nm的黑磷膜，扶手椅型和锯齿型热导率分别为~20和~40 W m $^{-1}$ K $^{-1}$，并且随着膜厚度减小，热导率降低至~10和~20 W m $^{-1}$ K $^{-1}$，表现出显著的各向异性。发现对于厚的黑磷膜，热导率各向异性比为~2，对于最薄的9.5 nm厚的膜，热导率各向异性比下降到~1.5。理论模型表明，所观察到的各向异性主要与各向异性声子色散有关，而本征声子散射率被发现是类似的扶手椅和锯齿形方向。黑磷薄膜中的表面散射强烈抑制长平均自由程声学声子的贡献。
2015-08-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Ultrafast carrier-coupled interlayer contraction, coherent intralayer motions, and phonon thermalization dynamics of black phosphorus
黑磷（BP）具有高度的各向异性性能和动力学行为是独特的，即使在二维和范德华（vdW）层状材料。在这里，我们表明，层间晶格收缩和协调一致，对称的层内振动发生在几个皮秒以下的光注入和弛豫的载流子，使用超快电子衍射的反射几何探测的面外运动。光生载流子和BP的褶皱结构之间的强耦合，与电子能带结构的对齐，是在没有光致相变的情况下，这样的定向原子运动的工作。声子热化动力学可以确定三个时间区域，其中在大约50 ps内达到没有各向异性的准平衡，随后是相干声学声子的传播和热扩散到体中。这里报道的早期的平面外动力学具有重要的意义，单层和少层BP和其他VDW材料具有强的电子晶格相关性。
2022-03-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
The phonon thermal Hall angle in black phosphorus
在各种绝缘体中观察到的声子热霍尔效应（THE）的起源尚未确定。在这里，我们报告在非磁性元素绝缘体的热霍尔电导率的观察，振幅超过了以前观察到的。在黑磷（BP）中，纵向（$κ_{ii}$）和横向（$κ_{ij}$）的热导率在相同温度下达到峰值，并且在该峰值温度下，$κ_{ij}/κ_{jj}/B $为$\approx 10^{-4}$ - $10^{-3}$ T $^{-1}$。这两个特点是共享的其他绝缘体显示的THE，尽管绝对振幅超过三个数量级。热霍尔角和声子平均自由程之间的相关性的情况下，施加了严格的限制理论方案的THE。我们发现，在BP的纵向和横向声学声子模式反交叉，促进波跨模式和周围的原子键的各向异性电荷分布的传输，铺平了道路耦合与磁场。
2023-01-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Intrinsic Charge Carrier Mobility in Single-Layer Black Phosphorus
本文提出了一种适用于单层黑磷（BP）的各向异性二维半导体中的单声子和双声子载流子散射理论。我们表明，在对比石墨烯，其中双声子过程中，由于弯曲声子的散射占主导地位，在任何实际相关的温度和独立的载流子浓度$n$，双声子散射BP是不太重要的，可以被认为是可以忽略不计的$n\gtrsim10^{13}$厘米$^{-2}$。然而，在较小的$n$，声子进入基本上是非谐的制度。与在BP的主方向之间不表现出强各向异性的空穴迁移率（$μ_{xx}/μ_{yy}\sim1.4$ at $n=10^{13}$ cm $^{-2}$ and $T=300$ K）相比，发现电子迁移率显著更各向异性（$μ_{xx}/μ_{yy}\sim6.2$）。对于空穴（电子），$μ_{xx}$的绝对值不超过250（700）cm $^2$ V $^{-1}$ s $^{-1}$，这可以被认为是室温下BP中迁移率的上限。
2016-06-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Observation of A$_g^1$ Raman mode splitting in few layers black phosphorus encapsulated with hexagonal boron nitride
研究了六方氮化硼（h-BN）包覆对少层黑磷拉曼光谱的影响。由于声子散射率降低，封装导致黑磷的拉曼模式的线宽显著降低。我们观察到一个迄今难以捉摸的峰在拉曼光谱$\sim$ 4厘米$^{-1}$以上的A $_{\text{g}}^1$模式在三层和较厚的薄片，这还没有观察到实验。新观察到的模式起源于强烈的黑磷层间相互作用，这引起了硬化的表面原子振动相对于相应的模式的内层。该模式的观察表明h-BN封装对黑磷的性质的显著影响，并且可以作为其表面质量的指标。
2017-11-22 cond-mat.mes-hall
Unconventional Excitonic States with Phonon Sidebands in Layered Silicon Diphosphide
准粒子（电子、激子和声子）之间的多体相互作用导致了新的复杂关联态的出现，并且是凝聚态物理和材料科学的核心。在低维材料中，这些关联态的独特电子性质可能会显着影响其光学性质。结合光致发光、光学反射测量和理论计算，我们证明了层状二磷化硅（SiP $_2$）中的非常规激子态及其束缚声子边带，其中束缚电子-空穴对由一维磷$-$磷链中的电子和二维SiP $_2$层中的空穴组成.激子态和出射声子边带随温度的升高表现出线性二向色性和较大的能量红移。通过对$GW$ + Bethe $-$ Salpeter方程的计算和对广义Holstein模型的非微扰求解，我们证实了所观察到的边带特征是激子与光学声子之间的关联相互作用的结果.这种分层材料为研究激子物理和多粒子效应提供了新的平台。
2022-06-17 cond-mat.mes-hall
Ab-initio quantum transport simulation of self-heating in single-layer 2-D materials
通过先进的量子力学模拟相结合的电子和声子输运的第一性原理的自热效应进行了研究，在n型晶体管与单层二硫化钼，WS 2，和黑磷作为沟道材料。所选择的2-D晶体都表现出不同的声子限制迁移率值，以及电子和声子的性质，这有一个直接的影响，其晶格温度的增加，并在其沟道内作为所施加的栅极电压和电流大小的函数耗散的功率。这项计算研究揭示了（i）自加热在2-D材料中比在Si纳米线中起着更重要的作用，（ii）它可能会严重限制2-D器件在高电流密度下的性能，以及（iii）黑磷对这种现象的敏感性低于过渡金属二硫属化物。
2018-12-05 cond-mat.mes-hall
Lattice dynamics and elastic properties of black phosphorus
我们实验确定的晶格动力学的黑磷层状晶体通过X射线漫散射和非弹性X射线散射的组合，我们合理化我们的实验结果，使用$\textit{ab initio}$计算。从太赫兹频率的声子色散，我们推导出完整的单晶弹性张量，并将其与黑磷的宏观弹性响应，所描述的弹性模量。这里获得的弹性刚度系数提供了一个重要的基准模型的黑磷和相关材料，如磷烯和黑磷纳米管，最近出现的量子材料，揭示了巨大的潜力，纳米光子学，光电子学，和量子传感。
2022-06-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Interlayer electronic hybridization leads to exceptional thickness-dependent vibrational properties in few-layer black phosphorus
将二维（2D）材料堆叠成多层或异质结构，称为范德华（vdW）外延，是根据需求调整其特性的基本自由度。少层黑磷（FLBP）是一种具有高潜力的纳米和光电子应用材料，似乎具有比石墨烯和其他2D系统更强的层间耦合。事实上，这些耦合引起了人们的疑问，FLBP的堆叠是否只能由VDW相互作用来控制，这对外延和性能改进至关重要。在这里，我们进行的FLBP，直接反映其层间耦合的振动特性的理论研究，通过讨论六个拉曼可观察的声子，包括三个光学，呼吸，和两个剪切模式。随着样品厚度的增加，我们发现每个光学模式的频率的异常红移，但扶手椅剪切模式的蓝移。我们的计算还显示分裂的声子分支，由于异常的表面现象，和强的声子-声子耦合。通过计算单轴应力效应，原子间的力常数，和电子密度，我们提供了一个令人信服的证明，这些属性是强大的和高度定向层间相互作用的结果所产生的电子杂交的孤电子对FLBP，而不是从VDW相互作用。这种特殊的层间耦合机制控制BP层的堆叠稳定性，从而打开了一个新的途径，超越了VDW外延理解的二维异质结构的设计。
2015-04-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Amplification of surface plasmons in graphene-black phosphorus injection laser heterostructures
我们提出并评估了基于石墨烯层（GL）的异质结构（p $^+$ PL-PL-GL异质结构），该异质结构具有从侧面接触的横向电子注入和经由黑磷层（PL）的空穴垂直注入。由于从PL注入GL的空穴的能量相对较小（约100 meV，小于GL中光学声子的能量（约200 meV）），空穴注入可以有效地冷却GL中的二维电子-空穴等离子体。这简化了带间布居数反转的实现和在太赫兹（THz）频率范围内实现负动态电导率，使得能够放大表面等离子体激元模式。后者可导致等离子体激元激光。等离子体激元到输出辐射的转换可以用于新型的THz源。
2019-01-03 cond-mat.mes-hall
Prediction of hyperbolic exciton-polaritons in monolayer black phosphorus
双曲极化激元具有很大的光子态密度，并且在一定的传播方向上可以被准直。大多数双曲极化激元在人造超材料中得以维持。然而，自然存在的双曲材料也存在。特别地，层状材料中的自然面内双曲极化激元已在MoO 3和WTe 2中得到证实，它们分别基于声子和等离子体共振。在这里，通过确定各向异性的光学电导率（介电函数），通过光学光谱，我们预测，单层黑磷自然主机双曲激子极化激元由于显着的面内各向异性和强激子共振。在反射光谱中，我们同时观察到高质量单层样品中强而尖锐的基态激子峰和较弱的激发态，这使我们能够确定激子结合能为~452 meV。我们的工作为平面内自然双曲极化激元提供了另一个有吸引力的平台，它是基于激子而不是声子或等离子体激元。
2021-09-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
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
Prediction of above $20$ K superconductivity of blue phosphorus bilayer with metal intercalations
第一性原理计算预测单层蓝磷是磷的另一种二维同素异形体，就像最近发现的单层黑磷一样。由于其独特的晶体结构和电子结构，蓝磷可能是一个有前途的候选人作为BCS超导体适当的嵌入。本研究利用第一性原理计算确定了一些碱金属和碱土金属在蓝-P双层膜中的有利嵌入位置，改变了双层膜的堆积构型。然后，由于电荷从金属转移到磷，蓝磷双层从半导体转变为金属。由于强的电子-声子耦合，诱导出各向同性超导态，计算出Li-、Na-和Mg-嵌入的相变温度分别为$20.4$、$20.1$和$14.4$ K，优于其它预测或实验观察到的二维BCS超导体.
2016-07-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
Phonon-limited carrier mobility in monolayer Black Phosphorous
采用紧束缚和玻尔兹曼方法计算了黑磷单分子膜的电子-声子散射和本征输运性质随温度、载流子密度和电场的变化关系。低场迁移率对密度的依赖性较弱，室温下，扶手椅方向的迁移率在300 ~ 1000 cm ^2/Vs之间，锯齿方向的迁移率在50 ~ 120 cm ^2/Vs之间，由于有效质量差而具有各向异性。在高场条件下，漂移速度与电场呈线性关系，最高可达1 - 2 V/μ m，在扶手椅方向上可达10^7 cm/s，除非考虑自热效应。
2017-04-04 cond-mat.mes-hall
Quantum Hall Effect in Ultrahigh Mobility Two-dimensional Hole Gas of Black Phosphorus
我们证明了在真空中由几层黑磷（BP）封装在六方氮化硼（h-BN）中制成的场效应晶体管（FET），证实了室温空穴迁移率为5200 $cm^2/Vs$仅受声子散射的限制。在低温下，FET迁移率增加到45，000 $cm^2/Vs$，与早期报告中获得的迁移率相比高8倍。在常规实验室磁场中，h-BN/BP/h-BN异质结构表现出Shubnikov-de Haas振荡和量子霍尔效应，朗道能级（LL）填充因子可达v=2。此外，载流子密度无关的有效质量m=0.26 m_0的测量，和朗德g因子g=2.47的报告。此外，一个不同的空穴传输行为与向上和向下自旋取向的指示被发现。
2016-05-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.quant-gas
Negative terahertz conductivity at vertical carrier injection in a black-Arsenic-Phosphorus-Graphene heterostructure integrated with a light-emitting diode
我们提出并分析了异质结构，包括黑砷磷层（b-As $_{1-x}$ P $_x$ L）和石墨烯层（GL）集成与发光二极管（LED）。集成的b-As $_{1-x}$ P $_x$ L-GL-LED异质结构可以作为太赫兹（THz）激光器的有源部分，使用GL中的带间辐射跃迁。所提出的概念的可行性通过b-As $_{1-x}$ P $_x$ L中相对窄的能隙和与GL的适当能带对准的组合来实现。所讨论的器件的操作与由b-As $_{1-x}$ P $_x$ L中的LED发射的近红外辐射产生电子-空穴对、该层中的光生电子和空穴的冷却以及它们注入GL中相关联。由于b-As $_{1-x}$ PL的最小能隙能隙小于GL中光学声子的能量，因此注入GL可以导致GL中二维电子-空穴等离子体（2D-EHP）的相对弱的加热。在略低于室温的温度下，注入可以冷却2D-EHP。这有利于GL的带间布居数反转，增强其在THz范围内的负动态电导率，以及实现支持新型THz辐射源的光学和等离子体激元模式激光。
2019-01-30 cond-mat.mes-hall
Thermal transport in semiconductor nanostructures, graphene and related two-dimensional materials
我们回顾了半导体纳米结构（多层薄膜，核/壳和分段纳米线），单层和少层石墨烯，六方氮化硼，二硫化钼和黑磷的热输运的实验和理论结果。声子工程优化的电和热传导的不同可能性进行了讨论。揭示了声子能谱修正对半导体纳米结构热导率的影响。分析了石墨烯及相关二维材料的热导率与温度、薄片尺寸、缺陷浓度、边缘粗糙度和应变的关系。
2018-03-14 cond-mat.mes-hall
Control of superconducting pairing symmetries in monolayer black phosphorus
受最近实验进展的启发，我们研究了机械形变对单层黑磷（MBP）超导对对称性的影响。从声子介导的谷间自旋-单重态电子-电子配对出发，利用第一性原理计算得到的实际能带参数，我们证明了在MBP平面内施加弱机械应变可以将超导关联的有效$s$波对称性和$p$波对称性分别转变为有效$d$波对称性和$f$波对称性.这种对对称性变化的预测可能通过角度依赖性高分辨率隧穿光谱、迈斯纳效应和临界温度实验得到证实。通过施加平面机械应变来操纵超导对称类的想法也可以扩展到其他各向异性材料，并且可能有助于提供序参量对称性的重要信息，甚至可能在某些高$T_c$超导体中。
2019-05-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
Femtosecond photo-switching of interface polaritons in black phosphorus heterostructures
将集体电子运动与中红外（中IR）光混合以形成表面极化激元的可能性使范德华层状材料成为极端光限制和定制纳米光子学的通用平台。石墨烯及其异质结构已经引起了特别的关注，因为能隙的不存在允许等离子体激元被连续调谐。在这里，我们介绍黑磷（BP）作为一种有前途的新材料在表面极化，具有超快开关的关键优势。与石墨烯不同，BP是一种范德华键合半导体，它可以通过超短近红外（近红外）脉冲实现电子-空穴对的高对比度带间激发。我们设计了一种SiO $_2$ /BP/SiO $_2$异质结构，其中SiO $_2$层的表面声子模式与BP中的表面等离子体模式杂交，可以通过光诱导的带间激发来激活。在SiO $_2$的Reststrahlen带内，混合界面极化激元呈现出类似表面声子的性质，具有明确的频率和动量以及良好的相干性。在光生电子-空穴等离子体的寿命期间，相干极化激元波可以由耦合到散射型扫描近场光学显微镜（s-SNOM）装置的尖端的宽带中红外脉冲发射。散射辐射使我们能够在时间、能量和空间上追踪新的混合模式。我们发现，表面模式可以在50 fs内激活，并在5 ps内消失，作为电子空穴对在BP重组。这种瞬态模式的优异的切换对比度和切换速度、相干性和恒定的波长使其成为超快纳米光子器件的有希望的候选者。
2017-09-28 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
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
Mobility anisotropy of two-dimensional semiconductors
利用形变势理论研究了各向异性二维半导体在纵向声声子散射作用下的载流子迁移率。基于弛豫时间近似下的Boltzmann方程，推导了本征各向异性迁移率的解析表达式，表明有效质量对迁移率各向异性的影响大于形变势常数和弹性模量的影响。收集各种各向异性2D材料（黑磷、希托夫磷、BC $_2$ N、MXene、TiS $_3$、GeCH $_3$）的参数以计算它们的迁移率各向异性。结果表明，各向异性比在过去被高估。
2016-09-21 cond-mat.mes-hall physics.comp-ph
Understanding angle-resolved polarized Raman scattering from black phosphorus at normal and oblique laser incidences
由于双折射和线性二向色性效应，各向异性层状材料（ALMs）中标准群论方法对各向同性材料中声子角分辨偏振拉曼（ARPR）强度的选择规则将被打破。这两种效应导致入射激光的偏振和强度与深度相关，并在ALM内散射信号，从而使预测ARPR强度在任何激光入射方向的挑战。在此，以面内各向异性黑磷为原型，我们开发了一个所谓的双折射线性二向色性（BLD）模型，定量地了解它的ARPR强度在垂直和倾斜的激光入射由同一套真正的拉曼张量为一定的激光激发。在复折射率下考虑了双折射和线性二向色效应后，不需要拟合参数。提出了一种根据菲涅耳$'$定律，由沿其主轴的相对拉曼强度和入射角分辨反射率分别实验确定真实拉曼张量和复折射率的方法。结果表明，先前报道的在垂直激光入射下沉积在多层基底上的Al 2 O3/Al 2 O3薄片的ARPR强度也可以基于BLD模型通过考虑入射激光的深度依赖性偏振和强度以及由Al 2 O3薄片内的双折射和线性二向色性效应以及多层结构中的干涉效应引起的散射拉曼信号来理解，其取决于激发波长、ALM薄片的厚度和基底的介电层。这项工作可以普遍适用于任何不透明的各向异性晶体，提供了一个有前途的路线来预测和操纵相关的声子的偏振行为。
2020-08-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Electron spin relaxation of single phosphorus donors in metal-oxide-semiconductor nanoscale devices
我们分析了电子自旋弛豫速率$1/T_1$的个人离子注入$^{31}$ P捐助者，在一个大的金属氧化物半导体（MOS）硅纳米级器件，识别自旋弛豫机制特有的环境的自旋的目的。测量在低温（$T\approx 100$ ~mK）下进行，作为外部磁场$B_0$和供体电化学电势$μ_{\rm D}$的函数。我们观察到磁场依赖性的形式$1/T_1\propto B_0^5$的$B_0\gtrsim 3\,$ T，对应于声子诱导弛豫典型的施主在散装。然而，弛豫速率在不同器件之间变化多达两个数量级。我们将这些差异归因于在施主位置处的晶格应变的变化。对于$B_0\lesssim 3\,$ T，两个器械的弛豫速率变为$1/T_1\propto B_0$。这与由在施主上方制造的金属结构产生的倏逝波约翰逊噪声引起的弛豫是一致的。在这样的低场，其中$T_1>1\,$ s，我们还观察和量化的虚假增加$1/T_1$时，自旋激发态$|\uparrow\rangle$的电化学电位接近空状态的电荷库，导致自旋相关的隧道重置自旋$|\downarrow\rangle$。这些结果提供了宝贵的见解的微观现象，影响自旋弛豫的MOS纳米器件，并提供了工程自旋量子比特与改善自旋寿命的策略。
2019-03-26 cond-mat.mes-hall
Thermal stability and Thermal conductivity of pillared black phosphorene hybrid nanostructures:A molecular dynamics Study
本研究构建了一种新型柱撑黑色磷烯杂化纳米结构（PBP），并通过平衡态分子动力学模拟（EMD）研究了其热稳定性和热导率。结果表明，纳米管的弯曲和原子的强烈热振动是导致PBP在有限温度下失效的原因。归一化HCACF和运行热导率（RTC）随关联时间的变化表明，热导率随温度的升高而显著降低，这是由声子谱分析得到的声子耦合和散射引起的.我们的研究结果表明，柱撑黑磷烯的热导率是相对较低的柱撑石墨烯，黑磷，黑磷纳米管，这可能是有前途的一些特定的低维纳米结构为基础的热和纳米电子器件的应用。
2020-10-22 cond-mat.mes-hall
Rediscovering Black Phosphorus: A Unique Anisotropic 2D Material for Optoelectronics and Electronics
各向异性是指材料表现出方向相关特征的性质。在本文中，我们介绍了黑磷（BP），最稳定的同素异形体的磷在层状正交结构的带隙为0.3 eV的散装，作为一种独特的二维材料，其中电子，声子和它们与光子的相互作用表现在一个高度各向异性的方式内的层的平面。BP薄膜独特的各向异性性质揭示了使用角分辨拉曼光谱和红外光谱，以及角分辨输运研究。对于15 nm厚的BP，我们在120 K下测量了空穴沿轻（x）和重（y）有效质量方向的霍尔迁移率分别为1000和600 cm ^2/Vs。这些BP薄膜还表现出从2至5微米波长的大的和各向异性的面内光学电导率。采用4 ~ 30层BP（2 ~ 15 nm）作为沟道材料的场效应晶体管在室温下的开关电流比超过10^5，场效应迁移率为205 cm^2/Vs，饱和特性良好，表明其在高性能薄膜电子学中具有广阔的应用前景。通过在二维材料家族中引入窄带隙BP，我们填补了半金属石墨烯和大禁带TMDCs之间的空白，在红外光电子学方面具有巨大的潜力。最重要的是，这种有趣的材料的独特的各向异性性质为实现概念上新的光电和电子器件创造了前所未有的可能性，在这些器件中，依赖于角度的物理特性是非常理想的。
2014-02-11 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Revealing the Anisotropic Thermal Conductivity of Black Phosphorus using the Time-Resolved Magneto-Optical Kerr Effect
黑磷（BP）是一种直接带隙半导体材料，在电子学、光子学和能量转换等领域具有巨大的应用潜力。然而，由于缺乏可靠和准确的测量技术来表征微米尺寸的各向异性样品，BP的各向异性热性能的实验表征极具挑战性。在这里，我们报告的各向异性导热系数的散装BP沿三个主要的晶体取向的测量结果，使用新的时间分辨磁光克尔效应（TR-MOKE）与增强的测量灵敏度。二维束偏TR-MOKE信号测得沿锯齿晶向的热导率为84 ~ 101 W/（m*K），是沿扶手椅晶向热导率（26 ~ 36 W/（m*K））的近3倍。BP的贯通面热导率范围为4.3至5.5 W/（m*K）。首次采用第一性原理计算预测了BP中声子沿面内Z字形和扶手椅方向以及沿穿面方向的输运。这项工作成功地揭示了各向异性热传输的基本机制，沿三个结晶方向在散装BP，我们的第一性原理为基础的理论预测和实验表征散装BP的各向异性热导率之间的良好协议所证明的。
2015-12-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Fingerprints of hot-phonon physics in time-resolved correlated quantum lattice dynamics
泵-探测装置中从电子到晶格自由度的能流的时间动态可能会受到热声子瓶颈的存在的强烈影响，热声子瓶颈可以维持光激发电子态的更长时间的相干性。最近，热声子物理在MgB $_2$中得到了实验观察和理论描述，MgB $_2$是一种电子-声子超导体，具有$T_{\rm c}\approx 39$ K。采用从头算和量子场论相结合的方法，以MgB $_2$为例，提出了一种通过直接分析晶格原子间关联信息来揭示热声子存在和表征热声子性质的新途径.这种方法利用了$E_{2g}$热模的基本对称性，其特征在于两个硼原子的异相面内运动。由于热声子通常发生在布里渊区的高对称点，具有晶格位移的特定对称性，因此本分析是相当普遍的，它可以帮助揭示其他有前途的材料中的热声子物理，如石墨烯，氮化硼或黑磷。
2022-01-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Phonon thermal Hall as a lattice Aharonov-Bohm effect
本文将绝缘体中的声子热霍尔效应解释为晶格 Aharonov-Bohm 效应：磁场诱导原子相位并产生声子 Berry 相位与干涉，由此给出热霍尔角界限及峰值温度，并与黑磷、锗、硅实验吻合。
2025-09-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.quant-gas
Designing graphene/hexagonal boron nitride superlattice monolayer with high thermoelectric performance
我们设计了一种石墨烯/六方氮化硼超晶格杂化单层膜，并利用密度泛函理论和Boltzmann输运方程研究了其热电性能，其中弛豫时间通过电子-声子耦合计算得到精确处理.与原始石墨烯相比，超晶格结构的晶格热导率降低了两个数量级以上，这是由于混合键特性引起的增强的三声子散射过程。此外，费米能级附近轻重带的共存导致了Z字形方向上的高功率因数，在1100 K时n型系统的ZT值最高可达~2.5.此外，应注意，价带最小值附近的载流子输运几乎完全由超晶格的石墨烯部分贡献。结果表明，适当的磷取代氮原子可以使p型系统的热电性能提高到与n型系统相当，这可以抑制晶格热导率，但对空穴输运几乎没有影响。
2019-05-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Quantitatively predicting angle-resolved polarized Raman intensity of anisotropic layered materials
本文提出基于本征拉曼张量和多层干涉效应的框架，定量预测各向异性层状材料角分辨偏振拉曼强度对厚度、衬底和波长的依赖。
2025-07-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Distinct Correlation between the Vibrational and Thermal Transport Properties of Group \textrm{VA} Monolayer Crystals
研究新型二维材料的热输运性质对于评估其在未来技术应用（如热电发电）中的潜力至关重要。在这方面，研究了\textrm{VA}族元素的单层结构的晶格热输运性质（P，As，Sb，Bi，PAs，PSb，PBi，AsSb，AsBi，SbBi，P $_{3}$ As $_{1}$，P $_{3}$ Sb $_{1}$，P $_{1}$ As $_{3}$，作为$_{3}$ Sb $_{1}$）采用第一性原理计算和声子迭代法对具有类黑磷结构的Puckered结构进行了系统的研究玻耳兹曼输运方程磷被发现具有最高的晶格热导率，$κ$，由于其低的平均原子质量和强的原子间键合特性。作为一个问题，当然，各向异性$κ$得到所有考虑的材料，由于各向异性的声子群速度和散射率（弛豫时间）计算这些结构。然而，P、As和Sb的$κ$中的各向异性之间的确定的线性相关性是显著的。对应于所研究的化合物结构的结果清楚地指出，原始单分子膜的热（电子）导电性可能会被抑制（改善），通过将它们与相同的族元素合金化。例如，PBi沿扶手椅方向的室温$κ$预测为低至1.5 Wm $^{-1}$ K $^{-1}$，而P的预测为21 Wm $^{-1}$ K $^{-1}$。尽管在结构和振动性质的明显差异，我们特别揭示了一个有趣的相关性$κ$的所有考虑的材料$κ$ =c $_{1}$ + c $_{2}$ / $m^{2}$，特别是沿Z字形…
2017-12-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Picosecond volume expansion drives a later-time insulator-metal transition in a nano-textured Mott Insulator
本研究通过时间分辨X射线衍射与反射率测量，揭示了外延应变Ca2RuO4薄膜中光致绝缘体-金属转变的延迟机制，指出皮秒体积膨胀及晶格动力学在无畴形成条件下主导转变过程，并强调了应变对时间尺度的调控作用。
2023-04-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
