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
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
Probing low-energy hyperbolic polaritons in van der Waals crystals with an electron microscope
范德瓦尔斯（vdW）材料表现出有趣的结构、电子和光子性质。扫描透射电子显微镜（STEM）中的电子能量损失谱（EELS）允许对这些性质进行纳米级映射。然而，典型的STEM-EELS检测仅限于eV范围内的能量损失，这对于探测重要的低能激发（例如声子或中红外等离子体激元）来说太大了。在这里，我们适应了传统的STEM-EELS系统探测能量损失下降到100毫电子伏，并将其应用于映射声子态的h-BN，一个代表性的范德华（VDW）材料。令人惊讶的是，h-BN EELS光谱取决于h-BN厚度和电子束到h-BN薄片边缘的距离。为了解释这一观察，我们开发了一个经典的响应理论描述的相互作用的快电子（各向异性）板坯的vdW材料。理论和数值计算完全匹配的实验h-BN光谱，并揭示了电子损失是由双曲声子极化激元的激发，而不是体声子的经常报道。因此，STEM-EELS提供了探测VDW材料中低能极化激元的可能性，我们的理论对于解释未来的实验具有根本的重要性。
2016-11-16 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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
Phase change materials for nano-polaritonics: a case study of hBN/VO2 heterostructures
极化激子在范德华材料中的激发和控制具有传统材料所不能比拟的优点，因此为探索轻物质相互作用提供了新的希望。在这项工作中，我们创建了VDW异质结构相结合的六方氮化硼（hBN）和一个有代表性的相变材料-二氧化钒（VO 2）。使用红外纳米光谱和纳米成像，我们证明了在hBN/VO 2异质结构的双曲声子极化激元的动态可调谐性，通过温度控制在一个精确的和可逆的方式。极化激元的动态调谐源于通过温度控制通过绝缘体到金属的转变来改变VO 2子层的局部介电性质。极化激元对电子相变的高敏感性为vdW材料与相关相变材料的组合的应用开辟了可能性。
2018-09-25 cond-mat.mes-hall
Optimising Graphene Visibility in van der Waals Heterostructures
石墨烯构成许多功能性范德华异质结构中的关键元素之一。然而，由于其单层性质，其具有可忽略的光学可见度。在这里，我们研究了石墨烯在各种范德华异质结中的可见性，并包括源光谱，斜入射和探测器的光谱灵敏度的影响，以获得一个现实的模型。在不同的波长下进行了可见度实验，结果与我们的计算非常一致。这使我们能够可靠地预测范德瓦尔斯异质结构中石墨烯更好可见性的条件。在这项工作中提供的框架和代码可以扩展到研究任意范德华异质结构内的任何二维材料的可见性。
2019-06-18 cond-mat.mes-hall
Nanoscale-confined Terahertz Polaritons in a van der Waals Crystal
电磁场限制对于纳米光子技术至关重要，因为它允许增强光-物质相互作用，从而实现深亚波长尺度的光操纵。在太赫兹（THz）光谱范围内，辐射限制通常是通过特殊设计的金属结构（如天线或纳米缝）实现的，由于太赫兹辐射的波长相当长，因此具有较大的占地面积。在这种情况下，范德华（vdW）晶体中的声子极化激元-光耦合到晶格振动-已经成为控制超过衍射极限的光的有前途的解决方案，因为它们具有极端的场约束和低光学损耗。然而，在太赫兹频率的纳米尺度限制的声子极化激元的实验演示至今仍然难以捉摸。在这里，我们提供了它通过采用散射型扫描近场光学显微镜（S-SNOM）结合自由电子激光（FEL），揭示了一系列的低损耗极化激元激发频率从8至12太赫兹的VDW半导体$α-MoO_3$。我们可视化太赫兹极化激元与i）面内双曲色散，ii）极端纳米级场约束（低于$λ_o/75$）和iii）长极化激元寿命，下限> 2 ps。
2020-11-11 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
Polariton Waveguide Modes in Two-Dimensional Van der Waals Crystals: An Analytical Model and Correlative Scanning Near-Field Optical Microscopy Studies
二维范德瓦尔斯（vdW）晶体具有强的电磁约束，可以维持各种类型的极化激元，在纳米光子学和光电子学领域具有广泛的应用前景。虽然广泛的实验和数值研究致力于极化激元的vdW晶体，分析模型是稀疏的。特别是，应用这样的模型来描述最先进的近场光学显微镜所观察到的极化子行为需要进一步的研究。在此，我们发展了一个解析波导模型来描述极化激元在vdW晶体中的传播。导出了不同极化激元波导模式的色散等值线、色散关系和电磁场分布。通过近场光学成像和对典型vdW双轴晶体α-MoO 3中声子极化激元的数值模拟，验证了该模型的正确性。该模型可以扩展到其他类型的极化激元在VDW晶体，从而允许描述和理解其本地化的电磁行为解析。
2020-10-01 cond-mat.mes-hall physics.optics
Moire pattern as a magnifying glass for strain and dislocations in van der Waals heterostructures
我们认为变形的作用，在石墨烯异质结构与六方晶体（包括应变，皱纹和位错）上的几何特性的莫尔图案特征的一对两个不相称的错位同构晶体。通过采用唯象理论描述石墨烯和六方晶体的范德华异质结构中的一般莫尔扰动，我们研究了这种异质结构的电子性质。
2014-08-07 cond-mat.mes-hall
Thermal and electrostatic tuning of surface phonon-polaritons in LaAlO3/SrTiO3 heterostructures
该研究利用低温红外近场显微镜在SrTiO3及含二维电子气的LaAlO3/SrTiO3异质结构中观测表面声子极化激元，并实现温度与静电门控调谐。
2023-11-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Moire superlattice effects in graphene/boron-nitride van der Waals heterostructures
石墨烯和六方氮化硼的范德华异质结构的特征在于石墨烯的狄拉克电子的莫尔超晶格。在这里，我们回顾了这种超晶格所产生的影响，包括一个特定的迷你带结构，具有间隙和二级狄拉克点，和分形谱的磁迷你带被称为霍夫施塔特的蝴蝶。
2014-11-05 cond-mat.mes-hall
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
Control of excitons in multi-layer van der Waals heterostructures
本文报道了由\Mo*和六方氮化硼（hBN）原子薄层构成的双量子阱范德华异质结中激子的实验研究。中性和带电激子的发射受门电压、温度以及螺旋度和光激发功率的控制。
2015-12-15 cond-mat.mes-hall
Indirect excitons in van der Waals heterostructures at room temperature
范德华过渡金属二硫属化物（TMD）异质结构中的间接激子（IX）的特征在于高结合能，使得它们在室温下稳定，并为探索激子系统中的基本现象和开发在高温下操作的激子器件提供了机会。我们提出了在室温下观察的IX的范德华TMD异质结的基础上的单层的MoS $_2$分离的原子薄的六方氮化硼。在TMD异质结构中实现的IX具有比单层TMD中的直接激子的寿命长几个数量级的寿命，并且它们的能量是门控的。
2017-09-20 cond-mat.mes-hall
Ultrahigh quality infrared polaritonic resonators based on bottom-up-synthesized van der Waals nanoribbons
支持声子极化激元准粒子的范德华纳米材料具有前所未有的光限制能力，使它们成为分子传感、热发射和亚波长成像应用的理想系统，但它们需要无缺陷的结晶度和纳米结构的形状因子来充分展示这些能力。我们引入自下而上合成的α-MoO 3结构作为纳米级声子极化激元系统，其特征在于与大块单晶一致的可剪裁的形态和晶体质量。α-MoO 3纳米带作为低损耗的双曲法布里-珀罗纳米谐振器，我们实验映射双曲共振超过四个Reststrahlen带跨越远红外和中红外光谱范围，包括超过10阶的共振模式。测得的品质因数是迄今为止声子极化激元范德华结构中最高的。我们预计，自下而上合成的极化激元范德华纳米结构将作为一个高性能和低损耗的平台，为红外光学和光电应用。
2022-01-11 cond-mat.mes-hall physics.app-ph physics.optics
Engineering Phonon Polaritons in van der Waals Heterostructures to Enhance In-Plane Optical Anisotropy
由二维材料层组装而成的范德华异质结构由于其新颖的光学和电学性质而引起了人们极大的兴趣。在这里，我们报告了一个散射型扫描近场光学显微镜研究六方氮化硼黑磷（h-BN/BP）异质结构，展示了第一次直接观察面内各向异性声子极化激元模式的vdW异质结构。引人注目的是，沿扶手椅和锯齿晶轴测得的面内光学各向异性超过了BP在x-y平面中的折射率之比。我们解释说，这种增强是由于高限制的声子极化激元在h-BN。在1405-1440 cm-1频谱中观察到最大的面内光学各向异性α_max=1.25。这些结果提供了新的见解极化激元在vdW异质结构的行为，和观察到的各向异性增强铺平了道路，以新的纳米光子器件和一种新的方式来表征光学各向异性的薄膜。
2018-07-09 cond-mat.mes-hall physics.optics
Electrical manipulation of plasmon-phonon polaritons in heterostructures of graphene on biaxial crystals
天然各向异性晶体中的声子极化激元在红外纳米光学中有着巨大的应用前景。然而，这些极化激元的直接电控制是困难的，阻碍了有源极化激元器件的发展。本文提出了在双轴晶体（α-相三氧化钼）平板上石墨烯的异质结构，并从色散关系、等频线和量子自旋霍尔效应三个方面理论研究了与石墨烯费米能级相关的杂化等离子体-声子极化激元.我们证明了不同的等离子体声子极化激元模式的波长可调谐性和光学拓扑从开放（双曲线）到封闭（蝴蝶结状）等频率轮廓的增加的费米能级的石墨烯。此外，我们观察到等离子体声子极化激元的量子自旋可调霍尔效应，表现出通过费米能级调谐石墨烯的传播方向切换。我们的发现为新型电调谐极化激元器件和可编程量子光网络提供了机会。
2022-06-23 cond-mat.mes-hall physics.optics
Exciton-polaritons in van der Waals heterostructures embedded in tunable microcavities
层状材料可以垂直组装以制造一种新型的几个原子层厚的范德华（VDW）异质结构，其与各种衬底和光电子器件几何形状兼容，从而实现用于控制光-物质耦合的新策略。在这里，我们将二硒化钼/氮化硼（MoSe $_2$ /hBN）量子阱（QW）在一个可调谐的光学微腔。部分光-部分物质极化激元本征态是由于MoSe $_2$激子和腔光子之间的强耦合而观察到的，这从中性激子和腔模式之间的明显的反交叉中得到证明，对于单个MoSe $_2$单层量子阱，分裂为20 meV，在MoSe $_2$ /hBN/MoSe $_2$双量子阱中增强到29 meV。共振分裂提供了激子辐射寿命为0.4 ps的估计。我们的研究结果铺平了道路的室温极化激元器件的基础上多量子阱VDW异质结构，其中极化激元凝聚和极化激元注入通过纳入石墨烯接触可能会实现。
2015-05-17 cond-mat.mes-hall
Tunable Polariton Canalization in Natural van der Waals Oxide
研究通过红外纳米成像揭示了alpha-V2O5中平面双曲性，实现无额外处理的极子单向传播，展示了可调极子通道化的新形式。
2026-07-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
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
Room-temperature polariton lasing in quantum heterostructure nanocavities
控制固态系统中的光-物质相互作用激发了大量的研究，以产生被称为激子-极化激元的玻色子准粒子，这需要激子和腔光子之间的强耦合。超低阈值相干光发射器可以通过激子-极化激元凝聚体的激光来实现，但这通常需要复杂的器件结构和低温。室温下工作的极化激元纳米激光器是相关研究的重要方向，不仅可以探索纳米尺度下的极化激元物理，而且在量子信息系统、全光逻辑门和超低阈值激光器等方面具有潜在的应用前景。然而，目前，室温极化激元纳米激光器的进展受到激子的热不稳定性和纳米腔固有的低品质因数的限制。在这里，我们展示了室温极化激元纳米激光器，通过设计宽禁带半导体异质结构纳米腔产生热稳定的激子与纳米腔光子耦合。由此产生的激子极化激元的拉比频率约为370毫电子伏的混合状态，使持久的极化激元激光到室温，有利于实现小型化和集成的极化激元系统。
2018-09-02 cond-mat.mes-hall physics.optics
Ultrafast phonon-driven charge transfer in van der Waals heterostructures
垂直堆叠的过渡金属二硫属化合物（TMD）的范德华异质结表现出丰富的能量景观，包括层间和谷间激子。最近的实验表明，在TMD异质结构的超快电荷转移。然而，电荷转移过程的性质仍然难以捉摸。基于微观和材料现实的激子理论，我们揭示了声子介导的散射通过强烈的杂化谷间激子支配的电荷转移过程中发生的子-100 fs的时间尺度。我们跟踪的时间，动量和能量分辨的光激发激子的弛豫动力学和确定的温度和堆叠依赖的电荷转移时间为不同的TMD双层。所提供的见解提出了一个重要的步骤，在微观上理解的技术上重要的电荷转移过程中的范德华异质结构。
2022-09-08 cond-mat.mes-hall
Photon-Induced Suppression of Interlayer Tunneling in Van Der Waals Heterostructures
以石墨烯/{ \it h}-BN/石墨烯为例，发展了一个在强电磁场驱动下的范德华异质结构的层间隧穿理论.我们的理论预测，强反共振出现在偏置电压值等于光频率的整数倍。发现这些特征源自不同石墨烯层的Floquet边带之间的光子辅助共振隧穿跃迁，并且由于带内和带间隧穿跃迁的相互作用而对双带系统是独特的。我们的研究结果指出，在范德华异质结构中使用强电磁场隧穿局域化的可能性。
2018-12-27 cond-mat.mes-hall
Acoustically-driven surface and hyperbolic plasmon-phonon polaritons in graphene/h-BN heterostructures on piezoelectric substrates
石墨烯中的表面等离子体激元与极性基底中的表面声子强烈耦合，导致杂化表面等离子体激元-声子极化激元（SPPP）。我们证明，表面声波（SAW）可以用来发射传播SPPP在石墨烯/h-BN异质结构的压电基板上，如AlN，SAW诱导的表面调制作为一个动态的衍射光栅。与裸石墨烯/AlN系统相比，通过引入h-BN膜大大提高了光耦合的效率。h-BN中间层不仅显著改变了SPPP的分散性，而且还提高了它们的寿命。SPPPs的强化与石墨烯中诱导的较高载流子迁移率以及与h-BN和AlN表面声子的耦合有关。除了表面声子，双曲声子出现在多层h-BN膜的情况下，导致杂化双曲等离子体-声子极化激元（HPPPs），也介导的SAW。这些结果为工程SAW基石墨烯/h-BN等离子体器件和覆盖中红外到太赫兹范围的超材料铺平了道路。
2018-05-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Hybrid Exciton-Plasmon-Polaritons in van der Waals Semiconductor Gratings
范德瓦尔斯材料和异质结构表现出强束缚的室温激子态，表现出涌现的物理现象，并在光电应用中有很大的希望。在这里，我们证明了纳米结构的多层过渡金属二硫属化物本身提供了一个理想的平台，激发和控制激子模式，铺平了道路激子光子学。因此，我们表明，通过图案化的TMDC纳米谐振器，强色散和避免交叉的激子和混合极化激元的相互作用势超过410毫电子伏，可以控制具有很高的精度。我们进一步观察到，由于混合光子态的激发及其干扰，固有的强TMDC激子吸收共振可能被完全抑制。我们的工作为下一代集成激子光电纳米器件和光产生，计算和传感应用铺平了道路。
2019-12-31 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Magnon polaritons in a van der Waals ferromagnet coupled to a superconducting resonator
Kavli Institute of Nanoscience, Delft University of Technology（代尔夫特理工大学卡弗里纳米科学研究所）
研究在二维范德瓦耳斯铁磁体中实现磁极子与光子杂化，通过低阻抗超导谐振腔设计观察到六种设备中可重复的避让交叉，揭示了厚度与耦合强度的平方根关系，表明单层极限下的杂化可能实现。
2026-05-12 cond-mat.mes-hall
Observation of topological polaritons and photonic magic angles in twisted van der Waals bi-layers
扭曲的二维双层通过层间旋转和耦合提供对电子能带结构的精细控制，从而实现魔角平带超导性和莫尔激子。在这里，我们演示了如何类似的原则，结合大的各向异性，使极端的控制和操纵的声子极化激元（PhPs）在范德华（VDW）双层的光子色散。我们在实验上观察到了在光子魔角下，由极化激元杂化诱导的扭曲双层α-MoO 3中从开放（双曲型）到封闭（椭圆型）色散轮廓的可调拓扑转变，并通过拓扑量进行了鲁棒控制.在这些转变处，双层色散发生突变，表现出低损耗的可调谐极化激元通道化和分辨率低于λ0/40的无衍射传播。我们的研究结果将双电子学和莫尔物理学扩展到纳米光子学和极化电子学，在纳米成像，纳米光传播，能量转移和量子应用方面具有巨大的潜力。
2020-04-29 cond-mat.mes-hall physics.optics
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
In situ twistronics of van der Waals heterostructures
在范德华异质结构中，二维（2D）材料的电子能带，它们的非平凡拓扑结构和电子-电子相互作用可以通过不同层之间的扭曲角引起的莫尔图案而显著改变。这种过程被称为双电子学，其中扭转角的调谐可以通过2D材料的机械操纵来实现。在这里，我们展示了一种实验技术，可以实现在范德瓦尔斯异质结构中的二维材料的原位动态旋转和操纵。使用这种技术，我们制造了异质结构，其中石墨烯与六方氮化硼的顶部和底部封装层完美对齐。我们的技术使扭曲的二维材料系统在一个单一的堆栈动态可调的光学，机械和电子性能。
2020-10-08 cond-mat.mes-hall
Ferron-Polaritons in Superconductor/Ferroelectric/Superconductor Heterostructures
Moscow Institute of Physics and Technology（莫斯科物理技术学院）；School of Physics, Huazhong University of Science and Technology（华中科技大学物理学院）
研究通过超导/铁电/超导异质结实现铁电极化子与光子的强耦合，揭示了太赫兹频率下极端光-物质耦合的新型平台。
2026-02-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
Charge-Transfer Hyperbolic Polaritons in $α$-MoO$_3$/graphene heterostructures
该研究在$α$-MoO$_3$/石墨烯外延范德华异质结构中首次观测到极化激元材料间的直接电荷转移及对应的双曲极化激元，明确了其费米能级、色散特性与界面机制，为纳米光子器件研发提供了新基础。
2024-05-14 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
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
Magnetic Proximity Effect in 2D Ferromagnetic CrBr3/Graphene van der Waals Heterostructures
二维（2D）范德华异质结作为一个有前途的平台，利用各种物理现象在各种各样的新型自旋电子器件的应用。有效的自旋注入是这些器件的先决条件。最近发现的磁性2D材料导致了通过磁邻近效应（MPE）实现自旋注入的完全2D范德华自旋电子学器件的可能性。本文报道了利用塞曼自旋霍尔效应通过非局域测量研究二维CrBr 3/graphene范德华异质结构中的磁邻近效应。塞曼分裂场估计表明，即使在低磁场中也存在显著的磁邻近交换场。此外，在v = 0时，随着磁场的增加，在Dirac点R_（XX，D）处观察到的反常纵向电阻变化可能是MPE诱导新的基态相的结果。因此，在我们的CrBr 3/石墨烯范德华异质结构中揭示的这种MPE为下一代2D自旋逻辑和存储器件提供了坚实的物理基础和关键功能。
2019-10-23 cond-mat.mes-hall
Negative differential resistance in Van der Waals heterostructures due to moiré-induced spectral reconstruction
在范德瓦尔斯异质结构中，由于晶格常数之间的失配和组成二维晶体的晶体学方向的错位，莫尔超晶格的形成是常见的。我们从理论上讨论了范德华隧道晶体管中的电子输运，其中一个电极由两个晶体制成，在其界面形成莫尔超晶格。通过研究含有对齐的石墨烯/六方氮化硼异质结构或扭曲的双层石墨烯的结构，我们表明，负微分电阻是可能的，在这样的晶体管作为超晶格引起的电子态密度的变化的结果，而不需要动量守恒隧道存在于高品质的剥离设备。
2018-08-08 cond-mat.mes-hall
Twist Angle Tuning of Moiré Exciton Polaritons in van der Waals Heterostructures
扭曲的原子薄半导体的特征是莫尔激子。它们的光学特征和选择规则是很好理解的。然而，它们与光子在强耦合区的杂化，对于集成在光学腔中的异质结构，还没有成为研究的焦点。在这里，我们结合了激子密度矩阵形式主义与Hopfield方法提供微观的见解莫尔激子极化激元。特别是，我们表明，激子光耦合，极化激元能量，甚至极化激元分支的数量可以通过扭转角控制。我们发现，这些新的混合光激子态成为离域相对于组成激子由于光和更高能量的激子的混合。该系统可以被解释为具有周期性的自然量子超材料，该周期性可以通过扭转角来设计。我们的研究在微观上理解和控制扭曲原子薄半导体中的莫尔激子极化激元方面取得了重大进展。
2022-01-20 cond-mat.mes-hall physics.optics
Thermal conductivity of one-dimensional carbon-boron nitride van der Waals heterostructure: A molecular dynamics study
研究范德华异质结中的热输运问题，对于它们的广泛应用具有重要的科学意义和实际意义。本文采用分子动力学模拟系统地研究了碳纳米管和氮化硼纳米管组成的一维异质结构的热导率。热导率被发现有很强的依赖于温度，长度和直径。此外，轴向应变和范德华相互作用的强度被证明能够调制热导率高达约43%和37%，分别。此外，还研究了组分纳米管的手征性对热导率的影响。这些结果解释的基础上晶格动力学的见解。这项工作不仅提供了可行的策略来调制热导率，而且还增强了对一维异质结构中声子输运基本物理的理解。
2020-12-30 cond-mat.mes-hall
Hybrid plasmon-magnon polaritons in graphene-antiferromagnet heterostructures
我们考虑由石墨烯和绝缘反铁磁体形成的混合结构，由厚度高达$d\simeq 500 \,nm$的电介质分隔。当解耦合时，石墨烯和反铁磁表面都拥有它们自己的极化子模式，在石墨烯的情况下将电磁场与等离子体耦合，在反铁磁体的情况下将电磁场与磁振子耦合。我们表明，混合结构可以主机两种新类型的混合极化激元模式。首先，表面磁振子-等离子体激元极化激元，其色散被石墨烯层的载流子密度从根本上改变，包括群速度的符号变化。第二，表面等离子体-磁振子极化激元形成为石墨烯表面等离子体和反铁磁裸磁振子的线性叠加。这种极化激元具有两个分支的色散，由色散表面等离子体和磁振子之间的反交叉形成。我们讨论了这些新的模式结合光子，磁振子和等离子体激元，以达到新的功能的潜力。
2019-02-02 cond-mat.mes-hall
Electrical control of inter-layer excitons in van der Waals heterostructures
本文研究了垂直电场作用下过渡金属二硫属化物（TMDC）叠层中的激子，这里是MoSe $_2$ /WSe $_2$ van der Waals异质结.用密度泛函理论计算得到了能带结构，以及分别在导带和价带中的电子和空穴波函数。尽管异质结构的II型性质导致完全电荷分离的层间激子，但层间的载流子分布被示出为容易通过外场来调谐。我们的研究结果表明，中等值的电场产生更均匀分布的波函数沿异质结构，从而提高层间激子结合能，最显着的是，它的振子强度。
2017-09-25 cond-mat.mes-hall
Recent progress in the assembly of nanodevices and van der Waals heterostructures by deterministic placement of 2D materials
由于最近开发的确定性放置方法可以转移二维（2D）材料，设计师异质结构现在可以以无与伦比的精度逐层组装。这种可能性构成了一个非常活跃的研究领域的诞生，所谓的范德华异质结构。此外，这些确定性的放置方法也打开了大门，以制造复杂的设备，这将是非常困难的，否则通过传统的自下而上的纳米制造方法，并制造具有精致的电子性能的完全封装的设备。二维材料与现有技术的集成，如光子和超导波导和纤维光学是另一个令人兴奋的可能性。在这里，我们回顾了最先进的确定性布局方法，描述和比较文献中提供的不同的替代方法，我们说明了它们的潜力，制造范德华异质结构，将二维材料集成到复杂的设备和制造人工双层结构，其中层呈现用户定义的旋转扭转角。
2017-11-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Ferroelectric valley valves with graphene/MoTe$_2$ van der Waals heterostructures
铁电范德华异质结构提供了一个天然的平台，设计各种电控设备。在这项工作中，我们证明了AB双层石墨烯封装在MoTe $_2$作为一个谷阀，显示一个可切换的内置拓扑间隙，导致铁电驱动的拓扑通道。使用从头计算和低能量模型的组合，我们表明，铁电秩序的MoTe $_2$允许控制的间隙开放的双层石墨烯，并导致不同的铁电畴之间的拓扑通道。此外，我们分析了MoTe $_2$和石墨烯层之间的莫尔调制在拓扑模式中的效果，证明了边缘状态对铁电感应电势的莫尔调制是鲁棒的。我们的研究结果提出了铁电/石墨烯异质结构作为多功能平台，以设计可切换的内置拓扑通道，而无需外部电偏压。
2023-01-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Focusing of in-plane hyperbolic polaritons in van der Waals crystals with tailored infrared nanoantennas
声子极化激元（PhPs），光耦合到晶格振动，具有面内双曲色散，表现出类似射线的传播，具有大的波矢和增强的光学态密度沿表面上的某些方向。因此，它们引起了人们极大的兴趣，因为它们承诺了用平面电路和纳米尺度操纵红外线的前所未有的可能性。在这里，我们展示了，第一次，在平面内的双曲型PhPs沿薄板MoO 3传播的聚焦。为此，我们开发了凸形几何形状的金属纳米天线，用于极化激元的有效发射和聚焦。值得注意的是，所获得的焦点表现出增强的近场限制和吸收相比，由面内各向同性PhPs产生的焦点。更有趣的是，实现了小至λ ap/5 = λ 0/50的焦点尺寸（λ ap是极化子波长，λ 0是光子波长）。平面内双曲型极化激元的聚焦引入了利用平面内各向异性范德华材料和超颖表面开发平面极化激元光学的第一和最基本的构建块。
2021-03-19 cond-mat.mes-hall physics.optics
Charge detection using a WSe$_2$ van der Waals heterostructure
检测量子器件中的单次充电事件是实现用于量子信息处理的实用量子线路的重要一步。在这项工作中，我们证明了范德瓦尔斯异质结器件与门控纳米收缩在单层WSe 2可以用作附近的量子点的电荷检测器。这些结果开启了在复杂的量子线路中实现基于二维材料的电荷检测方案的可能性。
2022-03-22 cond-mat.mes-hall
Plasmon-Enhanced Interface Charge Transfer Exciton of 2D In-Plane Lateral and van Der Waals MoS$_2$/WS$_2$ Heterostructures
采用第一性原理计算和有限元电磁模拟相结合的多尺度计算方法，研究了二维横向和范德华2 H相MoS 2/WS 2异质结构的等离子体增强层间电荷转移激子.在2 H横向和范德华MoS $_2$ /WS $_2$异质结中观察到弱ICT激子。理论结果揭示了等离子激元与ICT激子强耦合产生激子的物理原理。金属等离子体激元能强烈增强弱CT激子，为观察弱CT激子提供了新的途径。我们的研究结果有助于加深对横向和范德华异质结中激子与等离子体激元强耦合作用所产生的激子的理解。
2020-03-27 cond-mat.mes-hall physics.optics
