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
Near Unity Molecular Doping Efficiency in Monolayer MoS2
利用有机电子给体（OED）进行表面功能化是二维（2D）材料的有效掺杂策略，其可以实现超过常规电场门控可能的掺杂水平。虽然表面官能化的有效性已在许多2D系统中得到证实，但OED的掺杂效率在很大程度上尚未测量，这与其精确合成和定制的氧化还原电位形成鲜明对比。在这里，使用单层MoS 2作为模型系统和基于4，4-联吡啶（DMAP-OED）的有机还原剂作为强有机掺杂剂，我们确定DMAP-OED对MoS 2的掺杂效率在0.63至1.26电子/分子的范围内。我们还实现了最高的掺杂水平，迄今为止在单层二硫化钼表面功能化，并证明DMAP-OED是一个更强的掺杂剂比苄基紫精，这是以前最好的OED掺杂剂。掺杂效率的测量范围与从第一性原理计算预测的值很好地一致。本文的工作为合理设计高掺杂二维材料的有机电致发光器件提供了依据。
2020-07-07 cond-mat.mtrl-sci
Half-metallicity in honeycomb-kagome-lattice Mg3C2 monolayer with carrier doping
为了获得高集成度、高性能的自旋电子器件，二维半金属材料一直是人们研究的热点。在这里，我们提出了一种具有蜂窝-kagome晶格的稳定的2D材料，即，基于第一性原理计算的Mg3 C2单分子层。该单层在其基态下是反铁磁（AFM）半导体。我们进一步证明，在这种二维材料中，从AFM半导体到铁磁半金属的转变可以通过载流子（电子或空穴）掺杂来诱导。这种磁性转变可以用Stoner判据来理解。此外，半金属度对于电子掺杂的系统来自于碳（C）原子的2 pz轨道，而对于空穴掺杂的情况来自于C2 px和2 py轨道。我们的研究结果突出了一种新的有前途的材料，具有可控的磁性和电子性能，面向2D自旋电子应用。
2018-03-15 cond-mat.mtrl-sci
Effect of modulations of doping and strain on the electron transport in monolayer MoS_2
采用基于Boltzmann输运理论的第一性原理计算，系统研究了掺杂和应变对单层MoS_2电子输运的影响.我们估计在低掺杂水平下，在无应变条件下，迁移率有一个最大值275 cm ^2/（Vs）。施加小的应变（3%）可以将最大迁移率提高到1150 cm^2/（Vs），并且在高掺杂水平下应变效应更加显著。我们证明了电阻主要是由于M动量声子散射的K谷和Q谷之间的电子跃迁。然而，应变可以通过改变K谷和Q谷之间的能量差来有效地抑制这种类型的电子-声子耦合。这种迁移率对外部应变的敏感性可能指导MoS_2的电子输运的改善。
2014-06-30 cond-mat.mtrl-sci
Controllable phase transitions between multiple charge density waves in monolayer 1T-VSe$_2$ via doping and strain engineering
已知二维（2D）材料具有在其体相对应物中未发现的涌现性质。最近的实验表明，与本体中的$4\times 4\times 3$相相反，在单层1 T-VSe $_2$中存在$\sqrt7 \times \sqrt3$电荷密度波（CDW）。在这里，通过第一性原理计算，我们表明，多个CDW相竞争单层VSe $_2$，其基态可以通过电荷掺杂和面内双轴应变调谐。在掺杂的情况下，原始VSe $_2$的$\sqrt7 \times \sqrt3$ CDW分别在约0.2个空穴/分子式单元和0.25个电子/分子式单元的临界掺杂浓度下转移到$3 \times \sqrt3$和$4\times 4$相，后者是本体对应物的投影。$4\times 4$ CDW相也可以在压缩应变下稳定。虽然电子-声子耦合是占主导地位的CDW的形成，我们表明，费米面嵌套是一个很好的起点，以解释大多数这些过渡在单层1 T-VSe $_2$。这些结果使得VSe $_2$成为基于可控CDW相变的电子器件的有吸引力的材料。
2021-03-11 cond-mat.mtrl-sci
Two-dimensional metallic ferroelectricity in PbTe monolayer by electrostatic doping
极性金属的铁电畸变和金属性同时并存的特点引起了人们的极大关注。在低维度下开发这样的材料仍然具有挑战性，因为传导电子和减小的维度都应该淬灭铁电性。在这里，基于第一性原理计算，我们报告的铁电行为的发现，在二维（2D）金属材料与静电掺杂，即使铁电性是非常规的原子尺度。我们发现PbTe单层膜是一种本征铁电体，其非中心对称的屈曲结构导致了明显的面外电极化的强度。在铁电单层中掺杂载流子可以保持铁电畸变，从而使掺杂的PbTe单层能够充当2D极性金属。从参数化的能量空间中提取有效哈密顿量，我们发现弹性-极性模相互作用对掺杂系统中存在鲁棒极性不稳定性具有重要意义.这种掺杂策略的应用并不局限于本晶体，而是相当普遍地应用于其他二维铁电体，以带来迷人的金属铁电性能。这一发现改变了人们对二维材料的传统认识，将有助于低维多功能材料的发展。
2020-03-21 cond-mat.mtrl-sci
Effect of Fe-doping on VS2 monolayer: A first-principles study
本文通过第一性原理计算研究Fe掺杂对VS2单层电子结构、磁各向异性能和光学响应的影响，为自旋电子学及癌症治疗等应用提供调控依据。
2024-11-18 cond-mat.mtrl-sci
Strain effect on power factor in monolayer $\mathrm{MoS_2}$
采用局域密度近似（LDA）和自旋轨道耦合（SOC）方法研究了单层$\mathrm{MoS_2}$的电子结构和热电性质（包括压应变和张应变）与双轴应变的关系. LDA和LDA+SOC结果均表明$\mathrm{MoS_2}$是一种晶格常数优化的直接带隙半导体。研究发现，SOC对功率因数有重要影响，在n型掺杂时，SOC可以提高功率因数，但对p型掺杂有明显的不利影响。压应变和拉应变都能引起直接-间接能隙转变，对功率因数有显著影响。计算结果表明，在直接-间接带隙转变的临界应变下，压应变能显著提高n型掺杂的功率因数，而拉应变能显著提高p型掺杂的功率因数。这些可以解释为应变引起的偶然简并，这导致改进的塞贝克系数。计算结果表明，n型掺杂比p型掺杂能提供更好的功率因数。这些结果使我们相信，n型掺杂可以通过压应变改善单层$\mathrm{MoS_2}$的热电性能。
2016-02-11 cond-mat.mtrl-sci
Ab-initio study on the possible doping strategies for MoS$_2$ monolayers
利用密度泛函理论系统地研究了掺杂的MoS $_2$单分子膜的电子和磁性，其中掺杂剂通过S/Mo取代或作为吸附物引入.在Mo位点处的可能的替代掺杂剂中，Nb被确定为合适的p型掺杂剂，而Re是具有最低活化能的供体。当掺杂剂被简单地吸附在单层上时，我们发现碱金属将费米能转移到MoS $_2$导带中，使系统为n型。最后，被认为是带电分子的吸附，模仿离子液体环境。我们发现，分子吸附可以导致n型和p型导电性，这取决于吸附物种的电荷极性。
2013-04-30 cond-mat.mtrl-sci
Hole doping as an efficient route to increase the Curie temperature in monolayer CrI$_3$
Faculty of Natural Sciences and Mathematics, University of Montenegro（黑山大学自然科学与数学学院）；Department of Materials Science, University of Milan-Bicocca（米兰-比可卡大学材料科学系）；Department of Physics and NANOlab Center of Excellence, University of Antwerp（安特卫普大学物理系及NANOlab卓越中心）
针对二维范德华磁体的磁性调控问题，本研究通过多尺度理论框架揭示空穴掺杂对单层CrI₃交换相互作用的影响，发现其可增强铁磁交换与磁各向异性，使居里温度超200K，推进了掺杂调控二维材料磁性的理解。
2025-08-15 cond-mat.mtrl-sci
Tuning the Catalytic Properties of Monolayer MoS2 through doping and sulfur vacancies
车辆中的燃料电池是一氧化碳排放的主要原因。一氧化碳是大气中最危险的气体之一，因为它与血细胞中的血红蛋白结合比O2容易200倍。随着血流中CO含量的增加，氧气水平下降，这可能导致许多神经系统问题。为了减少大气中的CO含量，科学家们把重点放在了氧气的吸附上。目前使用的最好的基底是铂和钯单层，它们非常昂贵。正因为如此，研究人员一直在寻找廉价的材料，如二硫化钼，能够吸附氧气。然而，硫是氧的化学惰性位点，这大大降低了单层MoS 2片的催化潜力。因此，我们进行了第一性原理计算，研究替代掺杂和硫空位对MoS 2催化性能的影响。我们计算了O在掺杂MoS 2片上的吸附能，并将其与O在Pd单层上的吸附能进行了比较。我们发现用Ir、Rh、Co和Fe掺杂MoS 2显著降低吸附能至低于-4eV，表明掺杂的MoS 2是比Pd更有效的催化剂。将硫空位引入掺杂的MoS 2片中是非常有效的，并且将吸附能降低到-6eV以下。我们的研究结果表明，铱是最好的催化剂，因为它具有最低的吸附能之前和之后的硫空位诱导。我们得出结论，在单层MoS 2片中掺杂和产生空位的组合可以极大地影响催化行为，并使其成为比Pt和Pd更有效、更便宜的催化剂。
2019-08-26 cond-mat.mtrl-sci
Substrate-induced suppression of charge density wave in monolayer 1H-TaS2 on Au(111)
最近的实验发现，单层1H-TaS 2生长在Au（111）缺乏电荷密度波（CDW）的不稳定性所表现出的散装2 H-TaS 2。此外，角分辨光电子能谱测量表明，单层成为强电子掺杂的基板。虽然密度泛函理论（DFT）计算已经表明电子掺杂可以抑制单层1H-TaS 2中的CDW不稳定性，但是已经表明从衬底的实际电荷转移可能远小于从光电发射数据推导出的表观掺杂。本文采用密度泛函理论（DFT）计算了1H-TaS 2在Au（111）表面的单层结构，探讨了掺杂后的基底效应。我们发现，CDW的不稳定性抑制主要是由强大的S-Au相互作用，而不是通过掺杂。的S-Au相互作用的结果在TaS 2单层的结构变形，其特征在于由横向和平面外的原子位移和7 × 7的周期性所规定的相称的界面与金。这种7 × 7扭曲结构的模拟STM图像与实验STM图像一致。相比之下，我们发现一个强大的3 × 3 CDW相单层1H-TaS 2的石墨烯基板上，有最小的相互作用。
2019-03-12 cond-mat.mtrl-sci
Engineering bandgaps of monolayer MoS2 and WS2 on fluoropolymer substrates by electrostatically tuned many-body effects
本征电学和激子性质的单层过渡金属二硫属化物的CYTOP氟聚合物基板上进行了研究，大大抑制无意掺杂和介电屏蔽。采用固态回溯法在单层WS2中观察到双极输运行为。单层MoS2和WS2的激子性质由绷带重整化、泡利阻断和载流子屏蔽对载流子掺杂之间的复杂相互作用决定。
2016-04-27 cond-mat.mtrl-sci
Large enhancement of infrared absorption due to trimer comprised of doping-N and S-S divacancies in the imperfect monolayer MoS2: A first-principles study
本论文采用第一性原理方法，系统地研究了理想单层MoS 2（M）、S空位M（M@SV）、S位N掺杂M（M@ND）和S空位和S位N掺杂M（M@V-D）的晶体结构、电子结构和光吸收性质。结果表明，N原子倾向于位于Mo和S层之间，在原位留下一个空位，形成间隙N原子。因此，间隙N原子和S空位构成NI-VS二聚体。我们研究了具有五种原子构型的M@V-D，并发现具有NI-VS-VS三聚体的最稳定结构。结果表明，稳定的M@V-D体系在最远红外区的吸光度明显高于其它体系。结果表明，稳定的M@V-D的红外吸收的大幅增强主要归因于三聚体晶体结构所决定的特殊电子结构。认为M@V-D是一种很有前途的红外材料。
2019-01-03 cond-mat.mtrl-sci
Evaluation of strain and charge-transfer doping in wet-polymeric transferred monolayer MoS2: implications for field effect transistors
本研究利用拉曼和光致发光光谱系统探究了湿法转移过程中聚合物残留物对单层MoS2光学和电学性质的影响，发现不同转移方法会引入不同的应变与掺杂行为，并证实表面能辅助转移技术能最小化缺陷，为高性能二维光电器件的制造提供了优化指导。
2025-04-04 cond-mat.mtrl-sci
The coexistence of magnetism and ferroelectricity in 3d transition metal doped SnTe monolayer
实现二维纳米材料的多铁性对于设计先进的纳米电子器件如非易失性多态数据存储至关重要。在本工作中，铁磁性和铁电性共存的单层SnTe系统的过渡金属（TM）掺杂的报告。基于第一性原理计算，在铁电SnTe单层膜中进行TM掺杂可以实现自发自旋极化。在Mn（Fe）掺杂的SnTe单分子膜中，除了出现面内铁电极化外，还出现了面外铁电极化，这是由于TM从表面的内部位移引起的。有趣的是，随着掺杂元素原子序数的增加，以TM为中心的晶场以及掺杂元素与Te之间的相互作用逐渐增强，这解释了形成能降低的原因。SnTe单层膜多铁性的实现为低维多铁性材料的实验制备提供了理论指导。
2019-06-25 cond-mat.mtrl-sci
Prediction of Extraordinary Magnetoresistance in Janus Monolayer MoTeB2
基于第一性原理计算，我们研究了二维Janus MoTeB 2的几何构型、稳定性和电子结构. MoTeB_2单层膜是半金属的，其吸引电子结构显示出完美的电子-空穴补偿。此外，MoTeB 2单层膜的电子型和空穴型能带容易通过外加应变和电荷掺杂进行调节，如电荷掺杂实现载流子极性的转换，拉伸应变下的金属-半导体转变等。这些性质使得MoTeB_2单分子膜在磁场中具有非常大的磁电阻效应，是一种可控的二维材料。
2018-08-10 cond-mat.mtrl-sci
Adsorption of titanium and titanium dioxide on graphene: n and p-type doping
采用密度泛函理论的从头计算方法研究了吸附在石墨烯表面的钛和钛白单层膜的基态、电荷掺杂和电子性质.本文报道了一种新的钛原子单层吸附在石墨烯上的基态结构，该结构在500 K以下是稳定的。由于较低和较高的Ti吸附原子覆盖的影响进行了研究。我们发现，吸附的Ti提供了一个强的n型掺杂，支持最近的实验观察。另一方面，TiO_2可以在碳单层中诱导p型和n型掺杂，这取决于氧原子或钛原子是否最接近衬底。我们确定的结构，负责实验观察到的自动补偿机制，导致吸附钛氧化后的吸附质的效果逆转。
2013-01-16 cond-mat.mtrl-sci
Engineering the electronic, magnetic, and optical properties of GaP monolayer by substitutional doping: a first-principles study
本文通过第一性原理系统研究了替位掺杂对GaP单层电子、磁性和光学性质的调控，发现掺杂可实现间接-直接带隙转变、诱导磁性及半金属性，并表明该材料在纳米电子、自旋电子和光电子等领域具有广泛应用潜力。
2023-09-23 cond-mat.mtrl-sci
Transition metal (group V) doping induced spin and valley polarization in MoS$_2$ monolayer
Indian Institute of Technology（印度理工学院）
通过第一性原理计算，研究V族过渡金属（V、Nb、Ta）替代掺杂MoS₂单层，发现V掺杂产生半金属性、显著谷极化和增强压电性，为自旋电子学、谷电子学和压电纳米器件提供多功能平台。
2026-05-28 cond-mat.mtrl-sci
DFT study of tunable electronic, magnetic, thermal, and optical properties of a Ga$_2$Si$_6$ monolayer
采用密度泛函理论研究了镓掺杂硅烯的电学、磁学、热学和光学特性。掺杂的效果进行了研究，通过调整掺杂剂浓度，以及检查不同的掺杂距离，和原子掺杂剂的相互作用，为相同的替代掺杂浓度。结果表明，Ga原子在不同浓度下改变了硅烯单分子膜的能带结构和带隙，这可以归结为Ga-Ga原子间的排斥作用。带隙由Ga-Ga原子间的相互作用强度和库仑排斥力决定，并不总是随掺杂浓度的增加而变宽。此外，我们的自旋极化DFT计算表明，这些单分子膜的行为类似于半导体，表现出对称的自旋向上和自旋向下的通道。Ga原子之间的排斥作用导致了单分子膜的对称性破缺。因此，Ga掺杂剂可以打开带隙，导致更好的热电性能，例如塞贝克系数和品质因数，以及光学响应的增加。作为我们的估计的结果，Ga掺杂的硅烯单分子膜在热电和光电子器件中可能是有利的。
2021-10-11 cond-mat.mtrl-sci
Monolayer enhanced thermoelectric properties compared with bulk for BiTeBr
纳米结构被认为是获得优异热电性能的有效途径。本文采用第一性原理计算和半经典Boltzmann输运理论相结合的方法，研究了BiTeBr体材料和单层材料的热电性质，包括电子输运和声子输运。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，由于SOC对能带结构有明显的影响，SOC对电子输运系数有重要的影响。在p型掺杂中，单层材料在较宽的掺杂范围内具有比体材料更大的塞贝克系数，这有利于获得优异的热电性能。计算得到的室温下体材料的平均晶格热导率为1.71 $\mathrm{W m^{-1} K^{-1}}$，与实验值1.3 $\mathrm{W m^{-1} K^{-1}}$接近。计算结果表明，单层材料具有比块体材料更好的$ZT_e$和更低的晶格热导率，表明单层材料具有比块体材料更好的热电性能。由于声子寿命较短，单层材料的晶格热导率比体材料低。通过比较体相电导率的实验值和计算值，确定了$\times$ $10^{-14}$的散射时间为3.3 s。基于电子和声子输运系数，计算了体材料和单层材料的热电优值$ZT$。结果表明，室温下，单层膜的$ZT$峰值比体膜高，n型掺杂时单层膜的$ZT$峰值可达0.55，p型掺杂时单层膜的峰值可达0.75。这些结果表明，单层BiTeBr可能是一个潜在的二维（2D）热电材料，这可以刺激进一步的实验工作，合成单层BiTeBr。
2017-06-25 cond-mat.mtrl-sci
Dependence of the magnetic interactions in MoS$_2$ monolayer on Mn-doping configurations
理解在$2H$ -MoS $_2$单层中可能遇到的各种Mn掺杂配置的磁性可能对其在自旋电子学中的使用是有益的。采用密度泛函理论加Hubbard U（DFT $+$ U）方法，研究了MoS $_2$单层中Mn原子的单取代、双取代和三取代构型对MoS单层总磁化强度的影响.我们发现，掺杂配置起着关键作用，在稳定的铁磁态Mn掺杂的MoS $_2$单层。事实上，Mn-Mn磁性相互作用被发现是铁磁的，并且对于Mn在等距替代位置处的磁性相互作用是强的，其中平均间隔范围为6-11 μ m。最强的铁磁相互作用被发现时，取代是在第二近邻的扶手椅链的Mo-网站。成簇在能量上是有利的，但它强烈地降低了铁磁交换能。我们的研究结果表明，有序的Mn掺杂剂的MoS $_2$单层需要增加其潜在的铁磁性。
2019-05-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Microscopic model of the doping dependence of line widths in monolayer transition metal dichalcogenides
本文研究了低温低掺杂条件下单层过渡金属二硫属化物吸收光谱中激子和三电子谱线宽度随掺杂浓度变化的微观模型。该方法是基于微扰理论，避免了使用唯象参数。在低掺杂制度，我们发现，trion线宽度是相对不敏感的掺杂水平，而激子线宽度单调增加掺杂。另一方面，我们认为，trion线宽度显示出更强的温度依赖性。线宽的幅度很可能被掩盖的声子散射$T \geq 20$ K封装样品中的低掺杂制度。我们讨论了微扰理论的崩溃，这应该发生在相对较低的掺杂水平和较低的温度。我们的工作还为理解各种相关的散射过程铺平了道路，包括清洁2D样品中的碰撞电离和俄歇散射。
2020-03-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Antifferomagnetic FeSe monolayer on SiTiO$_{3}$: The charge doping and electric field effects
从理论上研究了TiO $_{2}$封端的SrTiO $_{3}$（001）表面反铁磁（AFM）FeSe单层膜的电子结构.结果表明，布里渊区（BZ）中心附近费米面的显著消失可以很好地用反铁磁（AFM）相来解释。结果表明，该体系具有从SrTiO $_{3}$（001）衬底到FeSe单层膜的电荷转移，并具有自构电场. BZ中心附近的FeSe单层能带结构对电荷掺杂敏感，BZ角处的自旋分辨能带在垂直电场作用下发生畸变而变平。我们提出了一个紧束缚模型的哈密顿量考虑到这些关键因素。结果表明，该复合结构是一个理想的电子-空穴双层体系，电子和空穴分别形成于FeSe单层和TiO $_{2}$表面层。
2013-02-13 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
Electron doping induced stable ferromagnetism in two-dimensional GdI_3 monolayer
通过第一性原理计算，发现适当Mg/Ca掺杂可诱导二维GdI3从反铁磁转变为半金属铁磁态，机制为电子转移至Gd-5d轨道并增强5d-4f杂化，缩短Gd-Gd键长实现稳定铁磁耦合。
2023-05-10 cond-mat.mtrl-sci
Niobium doping induced mirror twin boundaries in MBE grown WSe2 monolayers
镜像孪晶晶界（MTB）为二维过渡金属二硫属化物（TMDC）带来了独特的一维物理和性质，但在非Mo基TMDC中很少观察到。在此，通过生长后Nb掺杂，高密度4| 4 E-W和4|将4P-Se MTB引入分子束外延（MBE）生长的WSe 2单层膜中。其中，4| 4 E-W MTB是首次在实验上发现的一种新结构，|4P-Se MTB呈现W和Nb的随机排列，形成一维合金系统。掺杂和未掺杂的WSe 2之间的比较证实，Nb掺杂剂是必不可少的MTB形成。此外，定量统计显示MTB的面密度与Nb掺杂剂的浓度成正比。为了揭示Nb掺杂的注入路径，采用第一性原理计算方法计算了不同构型的过剩Nb原子的形成能，并在此基础上建立了过剩金属引入MTB的模型.我们的结论是，MTBs的形成主要是由引入到主机WSe 2晶体的晶格和随后的金属原子（W或Nb）的位移过剩的Nb原子的集体演化驱动。该研究提供了一种通过适当的金属掺杂在2D TMDC材料中定制MTB的新方法，并为探索有趣的性质提供了新的机会。
2020-01-15 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
Low Resistance P-type Contacts to Monolayer WSe$_2$ through Chlorinated Solvent Doping
本文提出利用氯仿对单层WSe$_2$进行简单稳定的p型掺杂，显著降低接触电阻并提升空穴电流，实现了高性能且高产率的p型WSe$_2$晶体管。
2025-04-29 cond-mat.mtrl-sci
Tailoring the electronic properties of TiO$_2$ monolayers for solar driven catalysis through transition metal doping
本研究基于DFT方法在TiO$_2$单层进行过渡金属掺杂构建Janus结构，发现掺杂Ag、Au、Pd和Pt不仅可减小带隙增强可见光响应，还诱发铁磁性并促进电荷分离，从而显著提升光催化析氢反应活性。
2024-10-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Emergence of half-semiconductor behavior and tunable magnetism via carrier doping in Janus VXSe (X=Cl, Br, I) monolayers
Southwest University（西南大学）；Hanhong College, Southwest University（汉弘学院，西南大学）；AECC Hunan Aviation Powerplant Research Institute（中国航发湖南航空发动机研究所）；Chengdu University of Technology（成都理工大学）；Leshan Normal University（乐山师范学院）；Shanghai Jiao Tong University（上海交通大学）
第一性原理预测Janus VXSe单层为铁磁半导体，其中VISe是本征半半导体，载流子掺杂可诱导VClSe和VBrSe的全自旋极化态并调控磁各向异性，为二维自旋电子学提供平台。
2026-06-27 cond-mat.mtrl-sci
Strain, doping and electronic transport of large area monolayer MoS2 exfoliated on gold and transferred to an insulating substrate
金辅助的机械剥离目前代表了一种有前途的方法，从母体范德华（vdW）晶体中分离具有优异的电子和光学性质的超大（cm级）过渡金属二硫属化物（TMD）单层（1 L）。$Au$和硫族元素原子之间的强相互作用是实现这种近乎完美的1 L剥离产率的关键。另一方面，它可能会显着影响与Au接触的1 L TMD的掺杂和应变。在本文中，我们系统地研究了形态，应变，掺杂，和电性能的大面积1 L $MoS_{2}$剥离超平坦的$Au$薄膜（$0.16-0.21 nm$粗糙度），并最终转移到绝缘$Al_{2}O_{3}$衬底。对$E'$和$A1'$峰位置的拉曼映射和相关分析揭示了与$Au$接触的1 L $MoS_{2}$的适度拉伸应变（$0.2\%$）和p型掺杂（$n=-0.25 \times 10^{13} cm^{-2}$）。纳米级分辨率的电流映射和电流-电压（I-V）测量导电原子力显微镜（C-AFM）显示直接隧穿在1 L的$MoS_{2}$上的$Au$，具有广泛的分布的隧穿势垒值（从0.7到1.7 eV）与p型掺杂的$MoS_{2}$一致。在$1L-MoS_{2}$最终转移到$Al_{2}O_{3}/Si$上后，应变转化为压缩应变（$-0.25\%$）。此外，n型掺杂（$n=0.5 \times 10^{13} cm^{-2}$）推断通过拉曼映射和确认的$Al_{2}O_{3}/Si$背栅1 L $Mo…
2021-04-27 cond-mat.mtrl-sci
First-principles study of the impact of As doping on the structural and electronic properties of MoS$_2$ monolayer
Echahid Cheick Larbi Tebessi University（埃查希德·谢赫·拉里·特贝西大学）
通过DFT计算研究As掺杂及空位对MoS₂单层电子性质的影响，发现缺陷引入中隙态，As掺杂可调控p/n型行为，在光催化、光伏和FET中有应用潜力。
2026-07-01 cond-mat.mtrl-sci
Wafer-Scale, Sub-5 nm Junction Formation by Monolayer Doping and Conventional Spike Annealing
我们报告的形成亚5 nm ultrashallow结在4英寸的硅晶片，使分子单层掺杂的磷和硼原子和使用传统的尖峰退火。的交界处，其特征在于二次离子质谱和非接触式薄层电阻测量。发现大部分（~70%）的掺入的掺杂剂是电活性的，因此，对于给定的掺杂剂面积剂量，能够实现低的薄层电阻。晶圆级的均匀性进行了调查，发现是有限的尖峰退火工具在实验中使用的温度均匀性。值得注意的是，观察到最小的结漏电流（<1 μ A/cm 2），这突出了通过该工艺形成的结的质量。结果清楚地表明了单层掺杂方法的多功能性和潜力，用于实现受控的分子级超浅结形成，而不会在半导体中引入缺陷。
2009-01-10 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
1-octadecene monolayers on Si(111) hydrogen-terminated surfaces: effects of substrate doping
我们研究了1-十八烯在氢封端的（111）硅表面上的单分子膜的电子性质及其与结构性质的关系。分子通过紫外线照射激活的C=C和Si-H之间的自由基反应连接。我们比较了在不同类型（n型和p型）和不同掺杂浓度（从低掺杂（~ 1 E14 cm-3）到高掺杂（~ 1 E19 cm-3））的硅衬底上形成的单分子膜的结构和电学性质。我们表明，在n-，p-和p+硅上的单层是致密的，它们作为非常好的绝缘膜在纳米厚度的漏电流低至~ 1 E-7 A.cm-2和高品质的电容-电压特性。在n+型硅上形成的单层更加无序，因此当嵌入硅/单层/金属结中时表现出更大的漏电流密度（> 1 E-4 A.cm-2）。用n+型硅获得的劣质结构和电子性质指出了有机单层的化学吸附过程中表面电势和表面费米能级的位置的重要作用。
2004-05-17 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Tailoring electronic properties on Bi$_2$O$_2$Se under surface modification and magnetic doping
本研究针对非范德华二维材料Bi$_2$O$_2$Se单层，探究表面修饰引入额外电子及磁性原子掺杂对其电子性质的调控机制，揭示了掺杂诱导的低色散能带、价态变化与对称性破缺效应，为该材料在自旋电子学和光电子学领域的应用提供理论支撑。
2023-10-03 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
Interfacial Oxidation Enables Charge-Transfer Contacts and Degenerate n-Doping in Monolayer MoS$_2$
Elettra - Sincrotrone Trieste S.C.p.A（的里雅斯特电子同步加速器股份有限公司）；University of Udine（乌迪内大学）；University of Trieste（的里雅斯特大学）；Instituto de Ciencia de Materiales de Madrid (ICMM - CSIC)（马德里材料科学研究所（CSIC））；CNR - Istituto Officina dei Materiali (IOM)（国家研究委员会材料工坊研究所）；ArtemisProgram,U.K.Central Laser Facility, STFC Rutherford Appleton Laboratory（英国中央激光设施，STFC鲁瑟福阿普尔顿实验室）；School of Physics and Astronomy, University of St Andrews（圣安德鲁斯大学物理与天文学学院）；Department of Physics and Astronomy, Aarhus University（奥胡斯大学物理与天文学系）
通过界面氧化将单层MoS₂退化n掺杂并实现电荷转移接触
2026-02-27 cond-mat.mtrl-sci
Monolayer Fe$_{3}$GaX$_{2}$ (X=I, Br, Sb): high-temperature two-dimensional magnets and a novel partially ordered spin state
本研究提出三种新型二维磁体Fe3GaX2 (X=I, Br, Sb)，通过电荷掺杂效应调控磁性，其中Fe3GaI2和Fe3GaBr2具有高温铁磁性（Tc达867 K和844 K），Fe3GaSb2呈现部分有序磁态，为自旋电子学提供新材料。
2024-01-09 cond-mat.mtrl-sci
Half-metallic ferromagnetism in layered CdOHCl induced by hole doping
下一代自旋电子器件将受益于低维性、铁磁性和半金属性，可能由电场控制。我们发现这些技术上有吸引力的功能相结合的异国情调的微观起源的磁性掺杂CdOHCl，范德华材料，从2D层可以剥离。通过第一性原理模拟，我们预测均匀空穴掺杂会在体相和单层相中产生$p$带磁性，并根据Stoner不稳定性解释我们的发现：由于费米能级通过类2D态密度中的奇异性经由空穴掺杂来调谐，铁磁性以每个空穴1 $μ_B$的大饱和磁化强度发展，导致层载流子密度为10 $^{14}$ cm $^{-2}$量级的半金属行为。此外，我们提出了静电掺杂作为一个额外的处理，以诱导磁性的CdOHCl的单层和双层。当施加垂直于原子薄膜的临界电场（在双层和单层情况下分别低至0.2 V/ $A°$和0.5 V/ $A°$）时，我们设想磁性半金属态的出现。单层与双层系统的不同行为，以及所观察到的不对称的响应，积极和消极的电场在双层，被解释在CdOHCl原子堆，材料的一个显着特点的固有极性。在透视图中，给定CdOHCl双层中实验可获得的临界场的幅度，可以设想在小型化自旋电子器件中利用$p$带磁性。
2020-08-13 cond-mat.mtrl-sci
DFT+U Investigation of magnetocrystalline anisotropy of Mn-doped transition-metal dichalcogenides monolayers
掺杂的过渡金属二硫属化物单层膜表现出令人兴奋的磁性，有利于二维自旋电子器件。采用密度泛函理论（DFT）结合Hubbard型修正（DFT $+U$）来解释电子相关，研究了Mn掺杂MS $_2$（M=Mo，W）单分子膜的磁晶各向异性能（MAE）.在Mn掺杂WS $_2$（MoS $_2$）单层的情况下，单个隔离的Mn掺杂剂表现出35 meV（8 meV）的大的垂直磁各向异性。该值源于Mn面内轨道由于自旋-轨道耦合引起的简并提升。在成对掺杂中，与单一Mn掺杂相比，磁化易轴改变为具有弱MAE的面内方向。我们的研究结果表明，稀释的Mn掺杂MS $_2$单层，其中Mn掺杂剂被很好地分离，可能是一个潜在的候选人实现最终的纳米磁体单元。
2021-03-15 cond-mat.mtrl-sci
Dynamical mean-field theory study of a ferromagnetic CrI3 monolayer
采用密度泛函理论和动力学平均场论（DFT + DMFT）方法研究了CrI3铁磁单层膜的电子结构随温度和空穴掺杂浓度的变化.计算的磁化率符合居里定律，表明单层CrI3的铁磁性来源于Cr原子的局域磁矩，而不是Stoner型的巡游磁矩。DFT + DMFT计算表明，不同的相干温度为每个自旋组件，表现出明显的强自旋相关的电子相关效应在单层碘化铬。此外，我们还研究了单层CrI3的掺杂电子结构，发现其电子和磁性很容易通过空穴掺杂来调节。
2022-04-15 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Transferable mechanism of perpendicular magnetic anisotropy switching by hole doping in V$X_2$ ($X$=Te, Se, S) monolayers
Scuola Internazionale Superiore di Studi Avanzati (SISSA)（高级研究所）；The Abdus Salam International Centre for Theoretical Physics (ICTP)（阿卜杜勒·萨拉姆理论物理国际中心）
研究通过密度泛函理论计算揭示了空穴掺杂如何通过第一阶自旋轨道耦合增强垂直磁各向异性，并提出两个可转移设计原则以增强磁各向异性。
2026-04-20 cond-mat.mtrl-sci
In-Situ Monitoring of Thermal Annealing Induced Evolution in Film Morphology and Film-Substrate Bonding in a Monolayer MoS2 Film
我们进行原位两个周期的热循环和退火的研究转移CVD生长的单层MoS 2的SiO2/Si衬底上，使用空间分辨显微拉曼光谱和PL光谱。在热循环和在305摄氏度下退火两次之后，膜形态和膜-基底结合被显著地改变，这与聚合物残留物的去除一起导致膜上的应变和掺杂分布的重大变化，并且因此光学性质。退火前，在转移膜中的波纹相关的应变占主导地位的PL峰的位置和强度的空间分布的膜;退火后，在膜-衬底键合的变化，影响应变和掺杂，成为主导因素。这项工作表明，薄膜-衬底键合，从而应变和掺杂，在热应力下是不稳定的，这对于理解衬底对2D材料的光学和输运性质的影响及其对器件应用的影响是重要的。
2016-09-16 cond-mat.mtrl-sci
Few-monolayer yttria-doped zirconia films: Segregation and phase stabilization
对于大多数应用，氧化锆（ZrO 2）掺杂有氧化钇。掺杂导致四方相或立方相的稳定化，并增加氧离子电导率。然而，大多数以前的氧化钇掺杂氧化锆的表面研究受到杂质的困扰。利用X射线光电子能谱学（XPS）、扫描隧道显微镜（STM）和低能电子衍射（LEED）研究了Rh（111）衬底上纯的5层ZrO_2薄膜的掺杂。STM和LEED表明，tetraphite相是稳定的，出乎意料的低掺杂剂浓度，0.5摩尔%的Y2 O3，即使当膜基本上完全氧化（如XPS核心能级位移证明）。XPS还显示Y向表面偏析，估计偏析焓为$-23 \pm 4$ 1，kJ/mol。
2020-01-21 cond-mat.mtrl-sci
Doping-Induced Brightening of Dark Excitons and Trions in a WSe$_2$ Monolayer
University of Warsaw（华沙大学）；Charles University（查理大学）；National Institute for Materials Science（国立材料研究所）
研究通过电荷掺杂调控单层WSe$_2$中暗激子和三重态的发光行为，揭示了掺杂对载流子相互作用和稳态人口的非平凡影响。
2026-04-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Theoretical investigation of quantum capacitance in the functionalized MoS$_2$-monolayer
在这项工作中，我们研究了功能化的MoS $_2$单分子膜的电子结构和量子电容。通过在Mo $S_2$单分子层上使用不同的吸附原子进行了功能化。采用密度泛函理论计算了不同掺杂浓度下的掺杂原子MoS $_2$单层膜的电子结构.随后估计了系统的量子电容。已观察到高于200 $μ$ F/cm $^2$的显著量子电容。计算结果表明，Mo原子与过渡金属ad原子置换掺杂后，MoS $_2$单分子膜的量子电容显著增强.分析了该体系量子电容增强的微观原因。我们基于DFT的计算表明，在带边附近的新的电子态的产生和费米能级的移动所造成的ad原子的吸附导致在系统中的一个非常高的量子电容。
2020-11-24 cond-mat.mtrl-sci
Controlling magnetism in 2D CrI3 by electrostatic doping
二维（2D）材料的原子厚度提供了一个独特的机会，通过静电掺杂来控制材料性能和设计新的功能。静电掺杂已经被证明可以在很宽的范围内调节2D材料的电学和光学性质，以及驱动电子相变。最近发现的原子级薄的磁性绝缘体开辟了电控制磁和具有前所未有的性能的新器件的前景。在这里，我们展示了单层和双层碘化铬的磁性控制静电掺杂使用双栅场效应器件结构。在单层CrI3，掺杂显着修改的饱和磁化强度，矫顽力和居里温度，表现出增强（减弱）磁序与空穴（电子）掺杂。值得注意的是，在双层CrI3掺杂急剧改变层间磁秩序，导致从反铁磁基态在原始形式的铁磁基态以上的临界电子密度的过渡。结果表明，强烈的掺杂依赖的层间交换耦合，这使得在双层CrI3的磁化强度的小的栅极电压的鲁棒切换。
2018-02-20 cond-mat.mtrl-sci
Disentangling the effects of doping, strain and defects in monolayer WS2 by optical spectroscopy
过渡金属二硫属化合物（TMdC）单层膜是实现新一代光电子器件的理想材料。然而，这些二维材料的光学性质在薄片之间或甚至在单个薄片之间变化，并且随着时间的推移而变化，所有这些都使得光电性质的控制具有挑战性。有许多不同的扰动可以改变光学性质，包括电荷掺杂、缺陷、应变、氧化和水嵌入。识别存在哪些扰动通常并不简单，需要使用多种实验模式进行多次测量，这在尝试优化这些材料的制备时存在障碍。在这里，我们应用高分辨率光致发光和差分反射高光谱成像原位CVD生长的WS 2单层。通过结合这两个光学测量和使用统计相关分析，我们能够解开三个贡献调制这些材料的光电性能：电子掺杂，应变和缺陷。在分离这些贡献，我们还观察到，B-激子的能量是不太敏感的掺杂密度比A-激子的变化。
2019-09-18 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph physics.optics
Transition metal doped ZnS monolayer: The first principles insights
在密度泛函理论的框架下研究了纯ZnS和过渡金属掺杂ZnS单层膜的结构和电子性质。原始ZnS单层显示出约2.8eV的直接带隙。研究的过渡金属掺杂显示从非磁性半导体到磁性系统的过渡，例如Co掺杂的ZnS的磁性半导体和Ni掺杂的ZnS单层的半金属。Co掺杂的ZnS单层显示出更高的形成能，证实了比Ni掺杂的ZnS单层更强的成键。电子差密度显示了过渡金属（Ni和Co）和S之间的电荷共享，证实了共价键形成。
2017-11-15 cond-mat.mtrl-sci
Thermoelectric properties of orthorhombic group IV-VI monolayers from the first-principles calculations
二维（2D）材料可能在热电器件中具有潜在的应用。本文采用第一性原理计算和半经典Boltzmann输运理论，系统地研究了正交晶系IV-VI族$\mathrm{AB}$（A=Ge和Sn; B=S和Se）单分子膜的热电性质.自旋轨道耦合（SOC）被包括在研究它们的电子输运，产生可观察到的影响的功率因数，特别是对于n型掺杂。根据计算的$ZT$，四个单分子膜表现出不同的各向异性的热电性能，虽然他们有类似的铰链状晶体结构。GeS沿Z字形和扶手椅方向表现出最强的各向异性，而SnS和SnSe表现出各向同性的热电转换效率，这可以通过它们各自的功率因数、电子和晶格热导率的各向异性强度来理解。计算结果表明，对于GeS、SnS和SnSe，不同n型和p型载流子的$ZT$差别不大。结果表明，GeSe、SnS和SnSe在n型掺杂时表现出比GeS更好的热电性能，而SnS和SnSe在p型掺杂时表现出更高的热电转换效率。与许多二维材料相比，正交晶系IV-VI族单层$\mathrm{AB}$（A=Ge和Sn; B=S和Se）由于较高的功率因数和较低的热导率而具有更好的热电性能。本工作为进一步的实验研究奠定了基础。
2016-08-01 cond-mat.mtrl-sci
Visualizing Individual Nitrogen Dopants in Monolayer Graphene
在单层石墨烯中，生长期间的替代掺杂可用于改变其电子性质。我们使用扫描隧道显微镜（STM），拉曼光谱，X射线光谱，和第一性原理计算，以表征在铜基板上生长的单层石墨烯中的单个氮掺杂剂。将单个氮原子作为石墨掺杂剂掺入，并且每个氮原子上的一部分额外电子离域到石墨烯晶格中。氮掺杂的石墨烯的电子结构仅在氮掺杂剂的位置的几个晶格间距内被强烈地修改。这些发现表明，化学掺杂是获得具有大载流子浓度的高质量石墨烯膜的有希望的途径。
2011-08-19 cond-mat.mtrl-sci
Atomic-Resolution Visualization and Doping Effects of Complex Structures in Intercalated Bilayer Graphene
分子嵌入二维（2D）材料形成复杂的结构，其主要特征在于空间平均技术。在这里，我们使用像差校正扫描透射电子显微镜和密度泛函理论（DFT）计算研究双层石墨烯（BLG）和少层石墨烯（FLG）插入FeCl $_3$的原子结构。在BLG中，我们发现了两种不同的插层结构，我们确定为单层FeCl $_3$和单层FeCl $_2$。这两种结构由原子级尖锐边界分开，并在石墨烯层中诱导大但不同的自由载流子密度，分别为$7.1\times10^{13}$ cm $^{-2}$和$7.1\times10^{13}$ cm $^{-2}$。在FLG中，我们观察到多个FeCl $_3$层堆叠在各种可能的配置相对于彼此。最后，我们发现显微镜的电子束可以将FeCl $_3$单层转化为矩形晶格的FeOCl单层。这些结果揭示了需要结合原子分辨显微镜，光谱学和DFT计算，以确定插层结构和研究其性能。
2019-03-02 cond-mat.mtrl-sci
The Doping effect of Chalcogen on the Two-Dimensional Ferromagnetic Material Chromium Tribromide
近年来，二维单层三卤化铬磁性有序的发现为二维材料的研究开辟了新的领域。我们使用第一性原理计算系统地研究了硫族元素对CrBr 3的掺杂效应。在S掺杂的情况下，四种稳定构型Cr2 Br 5S，Cr2 Br 4S 2-A，Cr2 Br 4S 2-B和Cr2 Br 3S 3-A被预测为铁磁半导体。结果表明，在原始禁带中出现的新带由S-p和Cr-d-egorbits组成，导致禁带宽度明显减小，可见光吸收增强。硫族元素掺杂后，由于价电子数减少，磁矩也随着S原子数的增加而减小，在较宽的应变范围内仍保持铁磁半导体的特性。结果表明，硫族元素掺杂CrBr 3单层膜为控制磁性和拓展光电应用提供了一条有效途径。
2018-12-17 cond-mat.mtrl-sci
