Diffusion quantum Monte Carlo and GW study of the electronic properties of monolayer and bulk hexagonal boron nitride
采用扩散量子蒙特卡罗（DMC）和多体$GW$方法计算了单层和块状六方氮化硼（hBN）的电子带隙。我们发现单层带隙是间接的。$GW$在单激发$G_0W_0$和部分自洽的$GW_0$水平上预测了小得多的准粒子能隙。相比之下，在$GW_0$计算之上求解Bethe-Salpeter方程会产生与DMC值非常一致的直接激子在$K$点处的激子结合能。振动重整化的电子带隙被发现是显着的单层和散装。考虑到振动效应，DMC高估了体相hBN的带隙，而$GW$理论低估了它。
2020-04-22 cond-mat.mtrl-sci
First-principles study of mechanical and electronic properties of bent monolayer transition metal dichalcogenides
采用强约束和适当赋范（SCAN）的meta-GGA（MGGA）方法，通过第一性原理计算，研究了过渡族IV、VI和X的过渡金属二硫属化物（TMD）单分子膜在机械弯曲作用下的力学和电学性质. SCAN提供了TMD单层的相稳定性的准确描述。我们计算的晶格参数和其他结构参数与实验符合得很好。我们发现，弯曲刚度（或抗弯刚度）增加的过渡金属组从IV到X到VI，与PdTe $_2$的例外。讨论了力学性质（局部应变、物理厚度）和电子性质（局部电荷密度、能带结构）随弯曲曲率的变化。在机械弯曲下，这些TMD单层的局部应变分布是高度不均匀的。机械弯曲不仅调谐TMD单层的厚度，而且还调谐局部电荷分布以及能带结构，为这些材料添加更多的功能化选择。
2019-06-11 cond-mat.mtrl-sci
Effect of Oxygen Vacancy Defects on Electronic and Optical Properties of $MgO$ Monolayers: First Principles Study
用密度泛函理论的混合水平研究了MgO（111）单分子膜中氧空位缺陷引起的光电性质。HSE计算表明，由于引入氧空位，MgO单层的电子带隙显着减少。原始单分子膜具有宽带隙（4.84 eV，间接）半导体行为，当氧空位缺陷浓度分别增加6.25%和12.5%时，带隙分别变为2.97 eV（间接）和2.28 eV（直接）。因此，氧空位的存在导致能量红移的观察到的光学现象与原始单层。最重要的是，具有两个连续空位的双空位系统显示出最强的光学吸收，并且在电磁波谱中从可见光到紫外区域的光谱范围内也变得光学响应。因此，在MgO单层中产生氧钒可能是获得合适的太阳能材料的富有成效的技术。
2022-04-19 cond-mat.mtrl-sci
The pristine atomic structure of MoS2 monolayer protected from electron radiation damage by graphene
原则上，材料可以用像差校正透射电子显微镜在单个原子的水平上成像。然而，这样的分辨率只能通过非常高的电子剂量来实现。因此，辐射损伤往往是表征敏感材料时的限制因素。在这里，我们展示了一种简单而有效的方法，通过使用石墨烯作为保护涂层来提高材料的电子辐射耐受性。这导致单层MoS2的辐射耐受性提高了三个数量级。在此基础上，我们构建了不同异质结构的样品，以分离不同辐射损伤机制的贡献。
2013-10-09 cond-mat.mtrl-sci
Spin- and valley- coupled electronic states in monolayer WSe2 on bilayer graphene
我们通过外延生长在双层石墨烯上制备了高质量的单层WSe2薄膜，并通过自旋和角度分辨光电子能谱揭示了其电子态。我们观察到一个直接的能隙在布里渊区的角落相比，间接性质的差距，在散装WSe 2，这是由于缺乏层间相互作用和破坏的空间反转对称性的单层膜。一个巨大的自旋分裂约0.5 eV，这是已知的单层过渡金属二硫属化物中最大的，观察到的能带附近的区角。目前的研究结果表明，高潜在的适用性WSe 2开发先进的设备的基础上与自旋和谷自由度的耦合。
2015-08-06 cond-mat.mtrl-sci
Impressive Electronic Transport in Be$_2$C Monolayer
基于密度泛函理论和半经典玻尔兹曼输运理论，研究了Be $_2$ C单分子膜的热电性质.电子结构计算预测这种材料作为半导体的直接带隙为2.0 eV计算使用高斯衰减Perdew-Burke-Ernzerhof（Gau-PBE）混合功能。Gau-PBE的能带结构被用来计算输运性质，通过求解玻尔兹曼输运方程下的常数弛豫时间近似。在这项工作中，我们明确地确定了弛豫时间，通过研究系统中的电子-声子相互作用，以估计绝对输运系数。结果表明，该单层膜具有高的功率因数（$\sim$ 3.44 mW/mK $^2$ K），与商业热电材料掺杂Bi $_2$ Te、$_3$和PbTe相似，表明Be $_2$ C单层膜是一种很有前途的热电材料。
2022-01-26 cond-mat.mtrl-sci
Strain-induced effects in the electronic and spin properties of a monolayer of ferromagnetic GdAg2
我们报道了单层GdAg 2的结构、电子和磁性，在Ag（111）上形成莫尔图案。结合扫描隧道显微镜和从头算自旋极化计算，我们表明，电子能带结构可以线性移动通过热依赖应变的层内原子距离在1- 7%之间的范围内，导致横向异质结构。此外，不可熔化的GdAg 2合金层与Ag（111）衬底的耦合导致空间变化的原子弛豫，从而引起次表面层屈曲、电子和自旋性质的纹理化以及跨层的磁各向异性能量的不均匀性。这些结果提供了在原子薄层的电子性质和磁有序的控制的前景。
2017-12-19 cond-mat.mtrl-sci
Structural, electronic, and magnetic properties of Vanadium-based Janus dichalcogenide monolayers: A first-principles study
利用第一性原理计算研究了VSSe，VSeTe，VSTe单分子膜在2 H和1 T相的结构、电子和磁性. 2 H相在VSSe和VSeTe中是能量有利的，而1 T相在VSTe中能量较低。对于2 H相的V基Janus单层膜，磁各向异性的计算显示出一个简单的平面的磁矩。因此，它们不应表现出铁磁相变，而是Berezinskii-Kosterlitz-无铁磁（BKT）相变。一个经典的XY模型与最近邻耦合估计临界温度（T $_{BKT}$）范围从106 K的VSSe到46 K的VSTe。
2020-10-29 cond-mat.mtrl-sci
Electronic decoupling of an epitaxial graphene monolayer by gold intercalation
石墨烯在电子器件中的应用需要大规模外延生长。然而，衬底的存在通常显著降低了载流子迁移率。我们表明，它是可能的解耦的部分sp3杂化的第一石墨层上形成的Si-终止面的碳化硅从衬底上的金插层，导致一个完全sp2杂化的石墨烯层具有改善的电子性能。
2010-03-11 cond-mat.mtrl-sci
Electronic properties and quasi-particle model of monolayer MoSi$_2$N$_4$
通过第一性原理计算和对称性分析相结合的方法，我们对单层MoSi $_2$ N $_4$的电子性质进行了理论研究.自旋-轨道耦合导致能带分裂，而水平镜像对称锁定了沿z方向的自旋极化。此外，我们还建立了一个三带紧束缚模型来描述单层MoSi $_2$ N $_4$的低能准粒子态，该模型可以推广到应变MoSi $_2$ N $_4$及其衍生物.紧束缚模型的计算结果表明，该模型与第一性原理计算的结果吻合得很好，并显示出无阻尼的$\sqrt{q}$依赖的等离激元模式.我们的模型可以扩展到适合于未来的理论和数值研究的低能性能的MoSi $_2$ N $_4$家庭材料。此外，对单层MoSi $_2$ N $_4$电子性质的研究为它在自旋电子学和等离子体学中的应用奠定了基础。
2021-10-16 cond-mat.mtrl-sci
Electronic properties of monolayer copper selenide with one-dimensional moiré patterns
应变工程是控制二维材料电学性质的重要手段。作为过渡金属单硫族化合物的典型代表，蜂窝状CuSe单层膜由于沿Cu（111）衬底三个等效取向之一的单轴应变而具有一维（1D）莫尔条纹。本文采用低温扫描隧道显微镜/光谱（STM/S）实验和密度泛函理论（DFT）计算相结合的方法，系统地研究了Cu（111）衬底上应变CuSe单层膜的电子性质.结果表明，CuSe单层膜具有半导体性质，禁带宽度为1.28eV，一维莫尔条纹对电子性质具有一维周期性调制.除了单轴应变的CuSe单层，我们观察到畴界和线缺陷的CuSe单层，在双轴应变和应变的条件下，可以分别进行调查。对三个不同应变区的STS测量表明，导带中的第一个峰将随着应变的增加而下移。DFT计算的基础上的三个CuSe原子模型与不同的应变内再现峰移动。这些结果不仅丰富了对二维极限下应变对电子性质影响的基本认识，而且为二维半导体材料的发展提供了基准。
2022-11-05 cond-mat.mtrl-sci
Electronic and Optical properties of Metallic Nitride: A comparative study between the MN (M=Al, Ga, In, Tl) monolayers
用密度泛函理论研究了金属氮化物（MN）单分子膜的电子和光学性质。在大多数这些单层中，金属原子的电子密度远高于氮化物原子的电子密度，并且在M-N键中发现离子键、共价键和金属键，从而产生迷人的电子和光学性质。的光学带隙变化从几乎$0.0$到$3.0$ ~eV的MN单层取决于金属和氮化物原子之间的键类型，以及周围的费米能的轨道的类型的贡献。计算了MN单分子膜的介电函数、激发光谱、折射率、反射率和电导率等光学性质。发现在低光子能量下，激发能和静态介电常数与带隙成反比。具有大带隙的MN单分子膜具有良好的可见光功能，而具有较低带隙的MN单分子膜被发现在红外区域是活跃的。此外，它示出的MN单分子膜的光学性质表现出较强的各向异性相对于入射光的偏振。因此，我们对MN单层的光学性质的研究结果表明，它们可能是有益的光电子器件的应用。
2022-01-01 cond-mat.mtrl-sci
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
A DFT Study of the Electronic, Optical, and Mechanical Properties of a Recently Synthesized Monolayer Fullerene Network
最近合成了紧密堆积的准六方和准四方晶相的C $_{60}$分子（命名为qHPC $_{60}$）。在这里，我们使用DFT模拟研究的电子，光学和机械性能的qHPC $_{60}$单层。qHPC $_{60}$具有适度的直接电子带隙，具有各向异性的机械性能。它们的弹性模量在50和62 GPa之间。光学性质的结果表明，qHPC $_{60}$可以充当光子能量直到5.5 eV的UV收集器，因为它们呈现出低反射率和大于1的折射率。估计的光学带隙（1.5-1.6 eV）与实验值（1.6 eV）非常吻合。
2022-07-04 cond-mat.mtrl-sci
Magnetic Skyrmions in Atomic Thin CrI$_3$ Monolayer
在这封信中，我们报告的可视化拓扑保护自旋纹理，在磁skyrmions的形式，在最近发现的单原子薄的二维碘化铬$_3$。结合密度泛函理论和自旋动力学模拟，我们证明了在CrI $_3$晶格中施加面外电场有利于在0 K温度下形成亚10 nm的skyrmion.自旋织构的产生是由于磁晶各向异性、Dzyaloshinskiii-Moriya相互作用和垂直电场之间的强相关性，其形状和大小可以通过磁场来调节。这一发现将为原子尺度的量子工程和精密传感开辟新的途径。
2019-03-21 cond-mat.mtrl-sci
Tuning electronic and optical properties of bismuth monolayers by molecular adsorption
我们使用第一性原理计算第一性原理计算的电子和介电性能的铋与小配体功能化。通过计算Z $_2$拓扑不变量，我们证明了所有功能化结构都具有拓扑绝缘（TI）行为，并具有相当大的间隙。此外，所有基团的吸附诱导一个准平面结构，以最初的原始铋结构。最后，我们表明，介电性能表现出较大的各向异性与两个主要的面内吸收峰。
2020-04-09 cond-mat.mtrl-sci
Electronic Phase Transformations and Energy Gap Variations in Uniaxial and Biaxial Strained Monolayer VS$_2$ TMDs: A Comprehensive DFT and Beyond-DFT Study
本研究利用DFT及多种计算方法系统分析了单层VS$_2$在-5%至+5%单轴与双轴应变下的电子结构和能隙变化，发现压缩应变可诱导半导体-金属相变，为应变工程调控二维TMD电子器件提供了理论依据。
2024-01-17 cond-mat.mtrl-sci
Evidence for metallic 1T phase, 3d1 electronic configuration and charge density wave order in molecular-beam epitaxy grown monolayer VTe2
我们提出了一个相结合的实验和理论研究的单层VTe 2生长在高取向热解石墨的分子束外延。使用各种原位显微镜和光谱技术，包括扫描隧道显微镜/光谱学、同步加速器X射线和角分辨光电子发射以及X射线吸收，以及通过密度泛函理论计算的理论分析，我们证明了在单层VTe 2中的金属1 T相和3d 1电子配置的直接证据，该单层VTe 2还具有在低温下的（4 × 4）电荷密度波序。与以前的理论预测相反，我们的元素特定的X射线磁性圆二色性表征排除了单层固有的铁磁顺序。我们的研究结果提供了必要的知识，了解这个有趣的，但较少探索的金属单层在新兴的家庭范德华磁体。
2019-07-14 cond-mat.mtrl-sci
Magnetic properties of 3d, 4d, and 5d transition-metal atomic monolayers in Fe/TM/Fe sandwiches: Systematic first-principles study
先前的研究已经准确地确定了过渡金属点缺陷对体心立方铁性能的影响。铁表面上的过渡金属单层膜的磁性也得到了同样深入的研究。本文采用密度泛函理论的全势局域轨道（FPLO）方法研究了Fe/TM/Fe三明治结构中3d、4d和5d过渡金属（TM）原子单层的磁性.我们用超原胞方法制备了Fe/TM/Fe结构模型。我们选择了我们的系统的总厚度，使铁原子层最远的TM层表现出散装铁体心立方性质。沿着垂直于TM层的方向，我们观察到自旋和电荷密度的振荡。对于Pt和W，我们得到了最大值的垂直磁晶各向异性和Lu和Ir的最大值的面内磁晶各向异性。所有TM层，除了Co和Ni，减少总自旋磁矩在所产生的模型，这是在良好的协议与斯莱特-鲍林曲线。态密度的计算表明，对于Ag，Pd，Ir，和Au单层膜，一个明显的van Hove奇异性与TM/Fe界面可以观察到在费米能级。
2021-07-08 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
Biaxial strain tuned electronic structures and power factor in Janus Transition Metal Dichalchogenide monolayers
利用应变工程技术对过渡金属二硫属化物（TMD）单分子膜的物理性质进行调控的研究最为广泛，最近又合成了Janus TMD单分子膜MoSSe。本文采用广义梯度近似（GGA）和自旋轨道耦合（SOC）方法，系统地研究了Janus TMD MXY（M = Mo或W，X/Y = S，Se或Te）单分子膜的电子结构和输运性质与双轴应变的关系.研究发现，SOC对p型MoSSe、WSSe、n型WSTe、p型MoSeTe和WSeTe的功率因数有显著的不利影响，而对n型MoSSe、MoSTe、p型WSTe和n型MoSeTe的功率因数的影响可以忽略不计。这些可以通过考虑SOC对其价带和导带的影响来理解。当应变由压应变变为拉应变时，六种单层膜的能带隙都是先增大后减小。研究发现，应变可以通过改变价带极值（VBE）或导带极值（CBE）的数目和相对位置来调节价带和导带的带会聚强度，从而对它们的电子输运性质产生重要影响。通过施加适当的压应变或拉应变，可以通过应变诱导带收敛来提高n型或p型Seebeck系数，从而提高功率因数。本文的工作进一步丰富了新型TMD单分子膜的电子结构和输运性质与应变关系的研究，并激发了进一步的实验工作。
2018-03-12 cond-mat.mtrl-sci
Direct evidence of electronic interaction at the atomic-layer-deposited MoS2 monolayer/SiO2 interface
利用X射线吸收谱（XAS）和同步辐射X射线光电子能谱学（XPS）研究了在SiO2上原子层沉积的MoS 2单层膜的电子结构。采用从头算电子结构模拟方法详细分析了XAS谱随角度的演化和XPS谱随光子能量的演化。虽然类似的理论光谱的一个理想的独立的MoS 2 ML，实验光谱表现出的功能，是从一个理想的ML，这可以解释为S-O范德华（vdW）相互作用的结果不同。实验和理论光谱之间的强烈共识表明，MoS 2和相邻的SiO2层之间的vdW相互作用可以影响系统的电子结构，表现出大量的电子相互作用在MoS 2-SiO2界面。
2021-04-27 cond-mat.mtrl-sci
Enhanced electronic correlations and altermagnetic ground state of two-dimensional CsCr3Sb5 monolayers
South China Normal University（华南师范大学）；Guangdong Polytechnic Normal University（广东技术师范大学）；Nanjing University（南京大学）
通过第一性原理计算，发现二维Cr3Sb5和CsCr3Sb5单层中平带和范霍夫奇点靠近费米能级，增强电子关联，且拉伸应变可进一步调控，同时揭示交变磁基态。
2026-06-19 cond-mat.mtrl-sci
Interplay between magnetic, electronic and vibrational effects in monolayer Mn_3O_4 grown on Pd(100)
的表面稳定的MnO（100）样单层，其特征在于由一个规则的c（4x2）分布的Mn空位，研究了混合泛函和讨论的光可用的扫描隧道显微镜和高分辨率电子能量损失谱数据。我们表明，使用混合泛函是至关重要的磁相互作用，电子本地化，结构扭曲和表面声子的混合性质。所提出的Pd（100）负载Mn3O4结构与文献报道的实验结果具有很好的一致性。
2009-02-11 cond-mat.mtrl-sci
Modulating Electronic Structure of Monolayer Transition Metal Dichalcogenides by Substitutional Nb-Doping
调节单层过渡金属二硫属化合物（TMDCs）的电子结构对于许多应用是重要的，掺杂是实现这一目标的有效方法，但控制是具有挑战性的。在这里，我们报告的原位替代掺杂的铌（Nb）到TMDC与可调浓度在化学气相沉积。以单层WS2为例，将Nb掺杂到其晶格中导致带隙变化在1.98 eV至1.65 eV的范围内。值得注意的是，电输运测量和密度泛函理论计算表明，Nb掺杂剂的4d电子轨道有助于在费米能级附近的Nb掺杂的WS2的态密度，导致n到p型转换。Nb掺杂还降低了WS2中吸氢的能垒，从而改善了电催化析氢性能。这些结果突出了控制掺杂在调节TMDC的电子结构及其在电子相关应用中的用途中的有效性。
2020-12-05 cond-mat.mtrl-sci
Moiré induced electronic structure modifications in monolayer V$_{2}$S$_{3}$ on Au(111)
人们对局部环境如何影响单层极限下材料的电子结构有着极大的兴趣。利用低温扫描隧道显微镜和光谱仪研究了Au（111）衬底上原位生长单层V2 S3薄膜电子结构的莫尔效应.我们观察到的集成局域态密度（LDOS）的长程调制，并量化这种调制相对于莫尔超结构的多个取向的单层相对于衬底。扫描隧道光谱揭示了LDOS中的一个突出峰，其在莫尔超结构的不同点处的能量发生了偏移。比较从头计算与角分辨光电发射，我们能够属性这个峰值的频带，表现出一个大的平面外d-轨道字符。这表明莫尔条纹驱动的测量态密度的变化是由单层-衬底杂化的周期性调制驱动的。
2021-01-05 cond-mat.mtrl-sci
Electronic Janus lattice and kagome-like bands in coloring-triangular MoTe2 monolayers
本研究通过分子束外延在MoTe2单层中引入镜像孪晶界构建着色三角晶格，发现其具有电子Janus晶格和类狄拉克及平坦能带，并验证了其作为能量可调电子隧穿势垒的潜力。
2023-02-13 cond-mat.mtrl-sci
Illuminating Invisible Grain Boundaries in Coalesced Single-Orientation WS2 Monolayer Films
原子级缺陷的工程化对于实现用于电子器件的晶片级单晶过渡金属二硫属化物单层至关重要。然而，将原子级缺陷与更大的形态相联系是一个重大的挑战。使用电子显微镜和原子模拟，我们提供了WS2晶体生长机制的见解，提供了合成条件和微观结构之间的直接联系。暗场TEM成像的聚结单层WS2膜照亮缺陷阵列，原子分辨率STEM成像识别为平移晶界。成像显示膜具有几乎单一的取向，具有不完美的缝合域。通过原子分辨率成像和基于ReaxFF反应力场的分子动力学模拟，我们观察到两种类型的平移失配，并讨论了它们的原子结构和起源。我们的研究结果表明，不匹配的结果相对较快的增长率。通过对>1300个刻面的统计分析，我们证明了宏观结构特征是由纳米尺度的构建块构建的，描述了从亚微米到多微米长度尺度的系统。
2020-06-20 cond-mat.mtrl-sci
Epitaxial single-crystal growth of transition metal dichalcogenide monolayers via atomic sawtooth Au surface
二维范德瓦尔斯层状单晶（SC）薄膜的生长是非常需要的，以体现本征材料科学和前所未有的工业应用设备。虽然已经成功地生长了圆片级SC六方氮化硼薄膜，但迄今为止还没有建立理想的双原子过渡金属二硫属化物（TMdC）薄膜生长平台。在这里，我们报告的SC生长的TMdC单分子膜在厘米尺度上通过原子镀金表面作为一个通用的生长模板。透射电子显微镜观察表明，金液一步凝固形成了原子齿槽表面。各向异性吸附能的TMdC集群，密度泛函计算证实，占上风的周期性原子阶边缘产生单向外延生长的三角形TMdC晶粒，最终形成SC膜，无论米勒指数。利用原子金表面作为通用生长模板生长了几种TMdC单层膜，包括WS_2、WSe_2、MoS_2、MoSe_2/WSe_2异质结构和W_1-xMoxS_2合金。我们的策略提供了一个一般的途径，SC生长的双原子范德华异质结在晶圆级，以进一步促进TMdCs在后硅技术的应用。
2020-10-20 cond-mat.mtrl-sci
Unlocking the Potential of GeS Monolayer: Strain-Enabled Control of Electronic Transports and Exciton Radiative Lifetimes
本研究采用多种理论方法探究GeS单层的电子输运与激子辐射寿命，发现应变可大幅调控载流子迁移率与激子复合时间，为定制其光电性质适配器件需求提供了途径。
2023-06-11 cond-mat.mtrl-sci
Aluminum Oxide at the Monolayer Limit via Oxidant-free Plasma-Assisted Atomic Layer Deposition on GaN
原子层沉积（ALD）是半导体器件制造中的重要工具，其允许外延和保形膜的生长以精确地形成异质结构并调节界面性质。ALD过程中化学反应的自限性提供了对层厚度的极好控制。然而，与理想化的生长模型相反，通过ALD产生连续单层在实验上是具有挑战性的，因为表面不均匀性和前体空间相互作用导致膜成核期间的岛状生长。因此，通过ALD产生无针孔单层的能力将为控制半导体器件中的界面电荷和质量传输以及定制表面化学提供新的机会。在这里，我们报告的c-平面氮化镓（GAN）与最终薄（~3微米）的氧化铝（AlOx）单层，这是通过使用三甲基铝沉积和氢等离子体暴露的组合的GAN表面氧化物的部分转化为AlOx实现的完全封装。单层AlOx的引入显著地改变了表面的物理和化学性质，降低了功函数并向GAN表面引入了新的化学反应性。这种可调的界面化学突出的改性表面与膦酸在标准条件下的反应性，这导致在自组装单分子膜的密度接近理论极限。更广泛地说，所提出的单层AlOx沉积方案可以扩展到其他基于III-V族和III-V族的半导体，与光电子学、化学传感和（光）电催化的应用具有显著的相关性。
2021-02-06 cond-mat.mtrl-sci
Electronic and Optical Properties of Ta$_2$NiSe$_5$ Monolayer: A First-principles Study
本文基于第一性原理与Bethe-Salpeter方程研究了Ta$_2$NiSe$_5$单层，发现其作为稳定的窄带隙半导体，具有室温可存的光学活性激子，在红外光电探测和偏振传感中极具应用价值。
2024-12-19 cond-mat.mtrl-sci
Electronic and optical properties of arsenic monolayers: from planar honeycomb to the puckered phase
Case Western Reserve University（凯斯西储大学）
研究砷单层在不同相（平面和凹陷结构）中的电子和光学性质，采用DFT和QS$GW$方法，探讨自旋轨道耦合和轨道组成的影响，分析光响应和激子起源。
2026-04-27 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
The electronic structure and elastic property of monolayer and bilayer transition metal dichalcogenides MX$_2$ (M=Mo,W;X=O,S,Se,Te): A comparative first-principles study
采用第一性原理方法，采用不同的交换关联泛函，包括LDA、PBE和OptB 88-vdW形式的vdW-DF泛函，研究了分子式为MX $_2$（M=Mo，W; X=O，S，Se，Te）的二维过渡金属二硫属化物（TMDC）单层和双层结构的电子和弹性性质.计算的能带结构表明，除了MoO $_2$和WO $_2$外，单层TMDC在K点处具有直接带隙。当单层堆叠成双层时，除了双层WTe $_2$在K点处仍然存在直接带隙外，发现间接带隙减小。计算的面内杨氏模量与石墨烯相当，这预示着TMDC在未来柔性和可拉伸电子器件中的可能应用。我们还评估了不同的泛函，包括LDA，PBE，和optB 88-vdW在描述TMDC的弹性模量的性能，发现LDA似乎是最合格的方法。此外，我们的计算表明，双层的杨氏模量是不敏感的堆叠顺序和单层之间的机械耦合似乎可以忽略不计。
2015-05-07 cond-mat.mtrl-sci
Tunable electronic and magneto-optical properties of monolayer arsenene from GW approximation to large-scale tight-binding simulations
随着黑磷的兴起，VA族元素的单分子膜引起了人们的极大关注。在这里，我们推导出一个简单的紧束缚模型单层灰色砷，被称为砷烯（ML-As），部分自洽GW 0方法内的第一性原理计算的基础上。由此产生的能带结构来自六个p-类轨道符合准粒子能量从GW 0计算与高精度。在存在垂直磁场的情况下，ML-As表现出两组朗道能级与磁场和能级指数成线性关系。数值计算表明，所得到的光学带隙非常接近GW 0值，并且可以通过外加磁场进行有效的调谐。因此，我们提出的TB模型可以用于进一步的大规模模拟的电子，光学和输运性质的ML-As。
2018-06-12 cond-mat.mtrl-sci
Spin-resolved Visible Optical Spectra and Electronic Characteristics of Defect-mediated Hexagonal Boron Nitride Monolayer
缺陷介导的六方氮化硼（hBN）超晶胞具有可见光谱和电子特性。hBN超晶胞中的缺陷包括原子空位、反位、反位空位以及外来原子对硼或氮的取代。具有VB、CB和NB-VN的hBN超晶胞具有跨费米能级的高电子态密度，这表明高导电电子特性。含原子空位、反位空位、杂质原子取代硼或氮等缺陷的hBN具有明显的自旋分辨光学和电子学特性，而含硼和氮反位缺陷的hBN不具有自旋分辨光学特性。带正电荷缺陷的hBN在较长的光谱区域具有主导的光学和电子特性。
2019-12-12 cond-mat.mtrl-sci
Strong phonon anharmonicity and low thermal conductivity of monolayer tin oxides driven by lone-pair electrons
基于二维锡氧化物优异的电子和光电性能，采用第一性原理计算对单层SnO和SnO 2的热导率进行了系统的研究.单层SnO和SnO 2的室温热导率分别达到9.6 W/（mK）和98.8 W/（mK）。单层SnO的尺寸效应比单层SnO 2的要弱得多，这是由于单层SnO的热导率中存在尺寸相关成分和尺寸无关成分。二维锡氧化物的热导率之间的巨大差异可以归因于单层SnO的小的声子群速度和强的非谐强度。进一步的电子结构分析表明，Sn-5s孤对电子的存在是单层SnO小\k{appa}的关键因素。这些结果为基于2D锡氧化物的电子或热电器件中的热传输控制提供了指导。
2019-02-28 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
Effects of biaxial strain and local constant potential on electronic structure of monolayer SnSe
利用考虑自旋轨道耦合效应的修正Becke-Johnson交换势（mBJ）研究了双轴应变和局域恒电位对单层SnSe电子结构的影响.我们的研究结果表明，基本带隙的大小可以通过双轴应变调谐。压应变（拉应变）使带隙变窄（变大），压应变使带隙由准直接带隙转变为间接带隙。此外，考虑到任何电子结构的调整是通过改变晶体中的周期性电位分布来实现的，我们直接向松饼锡球添加恒定电位（CP）。结果表明，正电荷态和负电荷态的电荷态分别使带隙变窄和变大。在0.9 Ry的CP，超导体-金属转变出现，有趣的是，一种新的类型的近线性色散发生在带边。本文的工作对进一步开展实验和理论研究具有一定的启发意义。
2020-02-19 cond-mat.mtrl-sci
Effect of O-doping or N-vacancy on the structural, electronic and magnetic properties of MoSi2N4 monolayer
本文采用第一性原理计算研究了四种缺陷（ONout，ONin，VNout和VNin）对MoSi_2N_4单层膜结构、电学和磁学性质的影响。计算结果表明，这四种缺陷都导致了O掺杂或N空位周围的结构畸变，从而改变了晶格常数和单层高度h.具体地，ONout或ONin增加晶格参数，但VNout或VNin相反。ONout或VNout增加单层高度，而ONin或VNin的高度降低。这四种缺陷对MoSi_2N_4单层膜的电子性质都有重要影响，它们都能引起MoSi_2N_4从半导体到金属的转变。ONin或VNin在MoSi_2N_4单层中从非磁性到亚铁磁性的转变中起着至关重要的作用。随后研究了双轴应变对两个具有ONin和VNin的系统的磁性能的影响。结果表明，当应变从-3%增加到10%和从-9%增加到10%时，ONin和VNin两个系统的总磁矩对双轴应变的敏感性降低，而Mo原子上的局部磁矩则增加.此外，亚铁磁态和顺磁态之间的磁相变被发现发生在约-4%应变和范围从-10%到-9%的范围内的两个系统与ONin和VNin，分别。该研究可为MoSi 2 N4单层在自旋电子和磁性材料中的应用提供指导。
2020-12-08 cond-mat.mtrl-sci
Atomic process of oxidative etching in monolayer molybdenum disulfide
利用相关的透射电镜刻蚀研究了二维二硫化钼（2DMoS 2）在原子尺度上的氧化刻蚀微观过程。石墨烯TEM网格上的MoS2薄片在氧化蚀刻之前和之后通过TEM精确地跟踪和表征。这使我们能够确定的结构变化与原子分辨率上的域的边缘，良好的取向的三角形坑和沿晶界。我们观察到蚀刻主要从开口边缘、晶界和预先存在的原子缺陷开始。锯齿形钼边缘被分配为占主导地位的终止三角形坑，深刻的梯田和凹槽上观察到的蚀刻边缘。基于统计TEM分析，我们揭示了可能的路线的氧化蚀刻动力学在二维二硫化钼，这也应该适用于其他二维过渡金属二硫属化物材料，如MoSe 2和WS2。
2018-11-10 cond-mat.mtrl-sci
Plasma-enhanced atomic layer deposition of Al$_2$O$_3$ on graphene using monolayer hBN as interfacial layer
在石墨烯上沉积介电材料是释放石墨烯在电子应用中潜力的瓶颈之一。在本文中，我们展示了等离子体增强原子层沉积的10 nm薄的高品质的Al $_2$ O $_3$石墨烯使用单层的hBN作为保护层。进行拉曼光谱以分析由等离子体沉积引起的石墨烯晶格的可能的结构变化。结果表明，hBN单层结合优化的沉积工艺可以有效地保护石墨烯免受损伤，而在没有hBN层的情况下观察到显著的损伤。双栅极石墨烯场效应器件的电特性证实了石墨烯在Al $_2$ O $_3$的等离子体沉积期间没有降解。对于高达8 MV/cm的绝缘体上的电场，泄漏电流密度始终低于1 nA/mm，并且不可逆击穿发生在上面。这样的击穿电场对于Al $_2$ O $_3$是典型的，并且可以被看作是高质量介电膜的指标。
2022-08-24 cond-mat.mtrl-sci
Uniaxial Strain-Induced Electronic Properties Alteration of MoS$_2$ Monolayer
该研究利用第一性原理计算揭示单轴应变对 MoS2 单层带隙、轨道态密度及电子跃迁的调控机制。
2022-01-03 cond-mat.mtrl-sci
Invariant Wide Bandgaps in Honeycomb Monolayer and Single-Walled Nanotubes of IIB-VI Semiconductors
寻找具有独特电子性质的低维材料对于纳米尺度电子器件的发展具有重要意义。通过系统的第一性原理计算，我们发现IIB-VI族半导体（ZnO，CdO，ZnS和CdS）的二维蜂窝状单层和一维单壁纳米管的带隙几乎与手性无关，并且与直径有弱的相关性。电子结构分析表明，导带最低峰由阳离子的球对称$s$轨道贡献，价带最高峰由平面内$(d_{xy}-p_y)$和$(d_{x^2-y^2}-p_x)$杂化占据.这些电子态对曲率半径具有很强的鲁棒性，使得从蜂窝单层结构到单壁纳米管结构的带隙具有不变的特征。这些材料的禁带宽度在2.3 ~ 4.7 eV之间，在电子器件和光电子器件中具有潜在的应用价值。我们的研究表明，寻找和设计特定的电子结构可以促进探索未来应用的新型纳米材料的过程。
2018-03-22 cond-mat.mtrl-sci
Imaging Spin Reorientation Transitions in Consecutive Atomic Co layers
通过自旋极化低能电子显微镜（SPLEEM），我们表明，磁易轴的一到三个原子层厚的钴膜钌晶体在沉积过程中改变其取向两次：一个单层和三个单层厚的膜被磁化在平面内，而两个单层膜被磁化出平面，居里温度远高于室温。基于屏蔽Korringa-Kohn-Rostoker（SKKR）方法的完全相对论计算表明，只有两个单层钴膜之间的相互作用的应变，表面和界面效应导致垂直磁化。
2006-04-02 cond-mat.mtrl-sci
Variability of structural and electronic properties of bulk and monolayer Si2Te3
自从单层石墨烯作为一种有前途的二维材料出现以来，许多其他单层和少层材料被广泛研究。最近报道了少层Si2Te3的实验研究，表明该材料具有多种特性，可用于硅基器件，从完全集成的热电器件到光电子器件到化学传感器。这种材料具有独特的层状结构：它具有六方密堆积的Te亚晶格，Si二聚体占据八面体嵌入位点。在这里，我们报告了这种材料在散装和单层形式的理论研究，揭示了一个迷人的阵列所产生的不同性质的重新取向的硅二聚体之间的Te原子的平面。的晶格常数变化高达5%，带隙变化高达40%，这取决于二聚体取向。的单层带隙是0.4 eV大于体相值的最低能量配置的Si二聚体。这些特性在原则上是可控的温度和应变，使Si2T3纳米级的机械，光学和忆阻器件的一个有前途的候选材料。
2016-05-11 cond-mat.mtrl-sci
Exploring the Electronic and Magnetic Properties of New Metal Halides from Bulk to Two-Dimensional Monolayer: RuX3 (X=Br, I)
理论和实验研究表明，MX $_3$形式的金属卤素在其体相和单层相中可以显示非常有趣的电子和磁性。许多MX $_3$材料在其体相中具有层状结构，而RuBr $_3$和RuI $_3$在平面上具有一维链。在本文中，我们表明，这些金属卤素也可以形成二维层状结构的体相类似于其他金属卤素，和裂解能值证实，单分子膜的RuX $_3$可以被合成。我们还发现，单层的RuX $_3$更喜欢铁磁自旋取向的平面Ru原子。但当U的引入使它们的铁磁基态转变为反铁磁锯齿态。计算使用PBE+U与SOC预测的间接带隙为0.70 eV和0.32 eV的RuBr $_3$和RuI $_3$的优化结构，分别。蒙特卡罗模拟的基础上的计算揭示了有趣的磁性质的RuBr $_3$，如大居里温度对RuI $_3$，无论是在散装和单层的情况下。此外，由于相邻磁矩之间的交换耦合的变化，RuBr $_3$和RuI $_3$的磁性可以经历从体到单层的剧烈变化。我们希望我们的研究结果可以用于尝试制备RuBr $_3$和RuI $_3$的块体和单层。
2018-04-04 cond-mat.mtrl-sci
Electronic and Excitonic Properties of MSi2Z4 Monolayers
MA 2 Z4单层形成了一类新的六方非中心对称材料，具有非凡的自旋谷物理学。虽然最近只合成了两种化合物（MoSi 2N 4和WSi 2N 4），但理论预测了这种二维材料的全新家族的有趣（光）电子特性。本文从第一性原理出发，研究了MSi_2 Z_4（M = Mo，W; Z = N，P，As，Sb）化合物的带隙和能带的自旋轨道分裂的化学趋势。有效的Bethe-Salpeter方程为基础的计算显示高激子结合能。外磁场下的激子能量的演化预测提供其有效的g因子和抗磁性系数，这可以直接与实验值进行比较。特别是，大的积极的g-因子预测涉及更高的导带的激子。鉴于这些预测，MSi 2 Z 4单层产生了一个新的平台来研究激子，并有吸引力的光电子器件，也在异质结构的形式。此外，自旋轨道诱导带反转观察到最重的研究化合物，WSi 2Sb 4，其拓扑性质的标志。
2022-10-19 cond-mat.mtrl-sci
Electronic and Magnetic Characterization of Epitaxial VSe$_2$ Monolayers on Superconducting NbSe$_2$
具有不同量子基态的二维（2D）范德华（vdW）材料的垂直整合被预测将导致在组成层中没有发现的新颖的电子性质。在这里，我们提出了直接合成超导磁体混合异质结构的超导二硒化铌（NbSe $_2$）与单层（ML）二硒化钒（VSe $_2$）。更重要的是，在超高真空（UHV）中原位生长允许产生干净和原子级尖锐的界面。结合不同的表征技术和密度泛函理论（DFT）计算，我们研究了VSe $_2$在NbSe $_2$上的电子和磁性.低温扫描隧道显微镜（STM）测量表明，减少的超导能隙的VSe $_2$层。这与缺乏电荷密度波签名一起指示片材的磁化，但不是常规巡回铁磁体的磁化。
2019-11-12 cond-mat.mtrl-sci
Unusual negative formation enthalpies and atomic ordering in isovalent alloys of transition metal dichalcogenide monolayers
常见的替代式等价半导体合金通常形成具有正的过量形成势（ΔH）的无序亚稳相。相反，过渡金属二硫属化物（TMDs）MX2（M = Mo，W; X = S，Se）的单层合金总是具有负ΔH，表明原子有序，然而，这尚未在实验中观察到。通过第一性原理计算，我们发现阳离子混合TMD合金的负ΔH是由弱Mo-X键向最近的强W-X键的电荷转移引起的，而阴离子混合TMD合金的负ΔH是由Se原子向最近的S原子的电荷转移引起的能量增益大于晶格失配引起的能量损失引起的.因此，阳离子混合和阴离子混合的合金应该积极地分别优选具有Mo-X-W和S-M-Se有序。然而，原子的顺序，只是局部有序，但无序的长期范围内，由于TMD单层的对称性，如所示的许多能量简并结构为给定的合金组合物。此外，局域有序和无序对宏观性质如带隙和光学损耗的影响可以忽略不计，使得局域有序TMD合金的实验观察具有挑战性。我们建议利用微观性质，如强烈依赖于本地原子配置的实验缺陷，以确定在TMD合金的无序和本地有序的优势。最后，通过混合阳离子和阴离子的四元TMD合金被研究为具有宽范围的光电应用的带隙。本文的工作对TMD合金的制备和应用具有一定的指导意义。
2017-10-13 cond-mat.mtrl-sci
Thermoelectric properties of $β$-As, Sb and Bi monolayers
具有类石墨烯弯曲结构的VA族元素（As、Sb、Bi）的单层半导体提供了实现纳米级电子、光电和热电器件的潜力。受最近制备的Sb单层的启发，我们采用第一性原理计算和半经典Boltzmann输运理论相结合的方法，系统地研究了$β$ -As，Sb和Bi单层的热电性质.电子部分采用广义梯度近似（GGA）加自旋轨道耦合（SOC），声子部分采用GGA。研究发现，SOC对它们的电子结构有重要的影响，特别是对于Bi单层膜，它可以引起可观察到的SOC效应的电子输运系数。更具体地，SOC不仅对电子输运系数具有不利影响，而且还产生增强效应。计算得到的晶格热导率从As到Bi单层逐渐减小，对应的室温薄片热导率分别为161.10 $\mathrm{W K^{-1}}$、46.62 $\mathrm{W K^{-1}}$和16.02 $\mathrm{W K^{-1}}$，除以2D材料的厚度可以换算成常见的晶格热导率。Bi单分子膜的薄层热导率低于其他二维材料，如半导体过渡金属二硫属化物单分子膜和正交IV-VI族单分子膜。采用一系列散射时间来估计热电优值$ZT$。结果表明，对于As和Bi单分子膜，n型掺杂比p型掺杂具有更好的热电性能，而在Bi单分子膜中，n型掺杂和p型掺杂的热电性能相差不大，但存在$ZT$。这些结果可以激发进一步的实验工作，为基于VA族单元的单层热电器件的研究开辟新的领域。
2017-02-09 cond-mat.mtrl-sci
Importance of magnetic shape anisotropy in determining magnetic and electronic properties of monolayer $\mathrm{VSi_2P_4}$
二维铁磁体是一个非常有趣的研究课题，而磁各向异性是稳定二维磁序所必不可少的。本文采用广义梯度近似加$U$（GGA + $U$）方法研究了$\mathrm{VSi_2P_4}$的磁各向异性能（MAE）、磁性和电子性质.对于大的$U$，磁形状各向异性（MSA）能对MAE的贡献更大，可以克服磁晶各向异性（MCA）能，表现出易平面。对于固定的面外MA，随着$U$的增加，单层$\mathrm{VSi_2P_4}$经历铁谷态（FV）、半谷金属态（HVM）、谷极化量子反常霍尔绝缘体态（VQAHI）、HVM和FV态。然而，对于平面内自适应MA，在所考虑的$U$范围内，不存在特殊的量子反常霍尔（QAH）态和自发谷极化。根据MAE和电子结构，在固定的面外或面内MA下，本征相图显示单层$\mathrm{VSi_2P_4}$中的普通磁性半导体（CMS）、FV和VQAHI。在参考文献中广泛使用的代表性$U$ $=$ 3 eV处，$\mathrm{VSi_2P_4}$可以被视为2D-$XY$磁体，而不是在先前的工作中仅考虑MCA能量预测的Ising类2D长程序磁体。我们的研究结果揭示了MSA在确定单层$\mathrm{VSi_2P_4}$的磁性和电子性质的重要性。
2022-07-27 cond-mat.mtrl-sci
An investigation on electronic and magnetic properties of Cr substituted MoS$_2$ monolayer and multilayers-Hybrid functional calculations
本文利用DFT、DFT+U和HSE06杂化泛函计算，研究了Cr掺杂MoS$_2$单层与多层的电子和磁学性质，发现Cr掺杂使带隙变为间接且未诱导出磁性。
2024-03-22 cond-mat.mtrl-sci
