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
First-principles study of two-dimensional van der Waals heterojunctions
石墨烯和其他二维材料，如硅烯、锗烯、磷烯、六方氮化硼（h-BN）、石墨碳氮化物（g-C3 N4）、石墨氧化锌（g-ZnO）和二硫化钼（MoS 2）等，由于其优异的性能和广泛的应用，近年来引起了人们极大的兴趣。展望这一领域之外，将二维材料的电子结构结合在范德华异质结中也出现了广泛的理论和实验研究，以探索其单一组分之外的一些新特性和潜在应用。本文综述了我们近年来利用密度泛函理论对石墨烯/硅、石墨烯/磷、石墨烯/g-ZnO、石墨烯/MoS 2和g-C3 N4/MoS 2等二维范德华异质结的结构、电子、电学和光学性质的理论研究。我们的理论模拟，设计和计算表明，新的二维范德华异质结提供了一个充满希望的未来的电子，电化学，光伏，光响应和存储器件的实验。
2015-05-11 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
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
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
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
Electronic and magnetic properties of silicene monolayer under bi-axial mechanical strain: a first-principles study
二维范德华异质结构的电子和磁性的机械控制为自旋电子学和信息相关技术的进一步发展提供了新的可能性。利用密度泛函理论研究了含铬原子的硅烯单分子膜在小双轴应变（$-6\%< ε< 8\%$）作用下的结构、电子和磁性.我们的研究结果表明，没有应变的Cr掺杂硅烯纳米片具有磁性金属，半金属或半导体性质取决于类型的取代。我们还表明，与单体和垂直二聚体取代的磁矩变化非常弱的应变。然而，与水平二聚体取代相关的磁矩降低时，无论是压缩或拉伸应变施加到系统。此外，我们发现，最大的半导体带隙约为0.13 eV的零应变下的垂直铬掺杂硅烯。最后，双轴压缩应变导致Cr垂直二聚体取代的磁矩的不规则变化。
2022-02-22 cond-mat.mtrl-sci
Distinct photoluminescence in multilayered van der Waals heterostructures of MoS2/WS2/ReS2 and BN
在慢动力学条件下，用脉冲激光沉积法在c面蓝宝石衬底上生长了（TMDL = 1/BNL =1-4/TMDL=1/BNL=1-4），[TMD = MoS 2，WS 2，和ReS 2]的范德华异质结构。异质结构系统在2.3 eV附近显示出强发射，在2.8，1.9，1.7和1.5 eV附近显示出辅助峰。BN和TMD形成I型异质结，观察到的发射峰解释在各种带带复合过程和考虑布里渊区的相对取向。在2.3eV附近的发射峰对于太阳能和光伏应用是有希望的。对于三种不同的异质结构系统，观察结果几乎相似。
2017-10-11 cond-mat.mtrl-sci
Atomically Thin Resonant Tunnel Diodes built from Synthetic van der Waals Heterostructures
二维范德华材料的垂直整合，预计会导致新的电子和光学性能没有发现在组成层。在此，我们将石墨烯与单层过渡金属二卤代化合物MoS 2，MoSe 2和WSe 2相结合，直接合成了两种独特的原子级薄的多结异质结构。MoS 2-WSe 2-Graphene和WSe 2-MoSe 2-Graphene异质结构的实现导致了原子级薄叠层中的共振隧穿，并具有光谱窄的室温负微分电阻特性。
2015-03-18 cond-mat.mtrl-sci
Van der Waals Heterostructures Based on Allotropes of Phosphorene and MoSe2
在最先进的密度泛函理论框架下研究了磷烯（$α$ -和$β-P$）与MoSe 2（H-、T-、ZT-和SO-MoSe 2）的同素异形体的范德华异质结构。半导体异质结构$β$/H-MoSe 2和$α$ -P /H-MoSe 2分别形成具有I型和II型能带排列的反型结构，其能带可通过外部电场调谐。$α$ -P /ZT-MoSe 2和$α$ -P /SO-MoSe 2形成欧姆接触，而$β$ -P /T-MoSe 2中的肖特基势垒可以通过外加电场降为零，形成欧姆接触，有利于实现高性能器件。给定异质结构的模拟STM图像显示，$α$ -P可以用作帽层，以区分底层MoSe 2的各种同素异形体。所考虑的异质结构的介电响应是高度各向异性的横向和垂直极化。磷烯/MoSe_2异质结构的可调电子和介电响应在光电子器件的制备中具有潜在的应用前景。
2017-08-01 cond-mat.mtrl-sci
Buckling of graphene/MoS$_2$ van der Waals heterostructures: the misfit strain effect
范德华异质结构是由不同的原子层堆叠而成的，可以从构成原子层中继承许多新颖的电子和光学性质。机械稳定性对于基于范德华异质结构的纳米器件的高性能至关重要。特别是，屈曲不稳定性是一个关键的力学问题的异质结构，由于其二维性质。以石墨烯/MoS $_2$异质结构为例，通过分子动力学模拟，研究了异质结构中不可避免的错配应变与屈曲不稳定性之间的关系.错配应变对失稳现象的影响因错配应变的大小而异。(1)对于负的失配应变，异质结的屈曲稳定性降低的失配应变。这是因为在负失配应变的异质结构中引发屈曲过程的石墨烯层被加速石墨烯层屈曲的失配应变预压缩。(2)对于小的正失配应变，石墨烯/MoS $_2$异质结构的屈曲稳定性提高。潜在的机制是石墨烯层启动异质结构的屈曲过程，并且通过小的正失配应变被预拉伸，这减缓了石墨烯层的屈曲。(3)对于大的正失配应变，石墨烯层被预拉伸，而MoS $_2$层被显著地预压缩，因此异质结构的屈曲由MoS $_2$层引发。因此，石墨烯/MoS $_2$异质结构的屈曲稳定性由于大的正失配应变的增加而降低。这些结果对于理解范德华异质结构的力学性质具有重要意义。
2021-06-22 cond-mat.mtrl-sci
Van der Waals heterostructures
对石墨烯和其他二维原子晶体的研究正在激烈进行，并且可能多年来仍然是凝聚态物理和材料科学中最热门的话题之一。在这个领域之外，孤立的原子平面也可以被重新组装成设计师异质结构，以精确选择的顺序逐层制造。第一个-已经非常复杂-这种异质结构（称为“范德华”）最近被制造和研究，揭示了不寻常的性质和新的现象。在这里，我们回顾这一新兴的研究领域，并试图确定未来的发展方向。随着制造技术的稳步改进，范德华异质结构有望带来新的淘金热，而不是石墨烯余震。
2013-07-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Inter-layer and Intra-layer Heat Transfer in Bilayer/Monolayer Graphene van der Waals Heterostructure: Is There a Kapitza Resistance Analogous?
范德华异质结构显示出有趣的物理性质。采用非平衡分子动力学（MD）模拟方法，研究了共面双层/单层石墨烯（BL-ML）多层范德华异质结构的传热特性。BL-ML石墨烯的温度分布和层间和层内热通量表明，层之间没有充分发展的热平衡，并且台阶状BL-ML界面处的平均温度分布的下降不是由于Kapitza电阻的影响。在所研究的MD模拟中，通过将系统的长度增加到1 $μ$ m，热非平衡区域被减少到台阶状界面附近的一个小区域。所有的MD结果进行了比较，一个连续模型和一个很好的匹配，观察到两种方法之间。我们的研究结果提供了一个有用的理解纳米和微米尺度的层状二维材料和范德华异质结构的热传递。
2017-11-24 cond-mat.mtrl-sci
Thermal transport in van der Waals graphene/boron-nitride structure: a molecular dynamics study
在范德瓦尔斯异质结构中，石墨烯/h-BN异质结构是二维纳米电子器件的合适候选者。本文采用非平衡分子动力学模拟方法，研究了石墨烯/h-BN双层结构和石墨烯/h-BN范德华异质结构（即h-BN薄片周期性地插入石墨烯层的顶部和底部）中的热传输。结果表明，随着体系长度的增加，石墨烯/h-BN双层材料的热导率增加。此外，石墨烯/h-BN异质结构中的热传输比单层石墨烯或单层h-BN中的热传输增强。尺寸效应分析表明，当体系尺寸大于100 nm时，通过石墨烯/h-BN双层结构各层的热通量趋于收敛。研究结果有助于理解范德华异质结中的热传导现象，并有助于改进异质结的设计，以获得更好的热管理和散热效果。
2021-08-31 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
Temperature-dependent electronic ground state charge transfer in van der Waals heterostructures
异质结构中各组分之间的电荷重排是达到电子基态的基本原理。人们承认，状态分布的组件的密度支配的电荷转移量，但尚未考虑到一个显着的依赖于温度，特别是弱相互作用的系统。在这里，我们通过实验观察到，由单层二硫化钼夹在石墨和分子电子受体层之间形成的范德华异质结构中的基态电荷转移量从7 K到室温时增加了三倍。国家的最先进的电子结构计算的全部异质结，占核热波动揭示组件内的电子-声子耦合和组件间的电子耦合的关键因素，确定的电荷转移量。这一结论是合理的模型适用于多组分范德华异质结构。
2021-03-14 cond-mat.mtrl-sci
First-principles prediction of lattice coherency in van der Waals heterostructures
轻微错位的石墨烯双层[1]和MoSe $_2$ -WSe $_2$范德华（vdW）异质结构[2]中莫尔激子中超导电性的出现与这些系统中2D超晶格的形成密切相关。不同的是，在一些vdw异质结构中也报道了组成层的完美原始晶格匹配[3-5]，突出了2D世界中界面的丰富性。在这项工作中，这种接口的性质的确定，从第一原则，证明。为此，提出了Frenkel-Kontorova（FK）模型[6]的扩展，与第一性原理计算相关联，并用于预测一组56个vdw异质结构的晶格相干性。计算预测与实验一致时，可用。新的超晶格以及完美匹配的接口进行了预测。
2019-11-15 cond-mat.mtrl-sci
Measuring the Local Twist Angle and Layer Arrangement in Van der Waals Heterostructures
范德华异质结构的性质取决于相邻层之间的扭曲角和界面以及它们的多型和堆叠。在这里，我们描述了使用光谱低能电子显微镜（LEEM）和微型低能电子衍射（μLEED）方法来测量这些属性的本地。我们目前的结果上的MoS $_{2}$ /hBN异质结构，但该方法是适用于其他材料。使用衍射点分析来评估使用hBN作为基底的益处。此外，利用晶格的旋转对称破缺，我们确定了MoS $_{2}$薄片的劈裂历史，即，这一层源于块体中的何处。
2018-06-13 cond-mat.mtrl-sci
Exploring the stability of twisted van der Waals heterostructures
最近的研究表明，在堆叠二维材料的旋转自由度产生的电子性质的巨大变化。在这里，我们关注一个经常被忽视的问题：扭曲的几何形状是稳定的吗？是什么定义了它们的旋转能景观？我们的模拟显示了外延理论在这些系统中是如何崩溃的，我们解释了所观察到的行为，弯曲声子和层间耦合之间的相互作用，受莫尔超晶格。我们的论点适用于研究充分的MoS $_2$ /石墨烯系统合理的实验结果，并可以作为指导设计双电子器件。
2020-01-15 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph physics.comp-ph
Scalable heterostructures produced through mechanical abrasion of van der Waals powders
为了充分利用范德华材料和异质结构，需要新的大规模生产路线，这些路线成本低，但保留了单晶的高电子和光学质量。在这里，我们展示了一种方法来实现各种功能的异质结构的基础上，通过散装粉末的机械磨损产生的范德华力薄膜。显着的性能改进，实现了在我们的设备相比，通过喷墨印刷的分散体制造。为了突出该技术的简单性和可扩展性，示出了多种不同的功能异质结构器件，例如电阻器、电容器、光电器件以及能量器件，例如用于析氢反应的大面积催化剂涂层和用于摩擦电纳米发电机的多层异质结构。器件制造的简单性、可扩展性以及与柔性衬底的兼容性使得这成为用于可升级的范德华异质结构的有前途的技术路线。
2019-11-28 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
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
Strong magnetization and Chern insulators in compressed graphene/CrI$_{3}$ van der Waals heterostructures
石墨烯基异质结构是一种很有前途的材料体系，可用于设计拓扑非平凡的Chern绝缘器件。最近，在实验中成功地合成了二维（2D）单层铁磁绝缘体CrI $_{3}$ [Huang等人，Nature 546，270（2017）]。在这里，这两个有趣的材料被提出来构建异质结构（Gr/CrI $_{3}$）。我们的第一性原理计算表明，该系统形成了一个范德华（vdW）异质结构，相对容易在实验中制造。当vdW带隙被外加压力压缩到一定程度时，Gr/CrI $_{3}$异质结中出现了陈氏绝缘态.令人惊讶的是，非常强的磁化（约150 meV）被发现在石墨烯中，由衬底CrI $_{3}$引起的，尽管它们之间的vdW相互作用。一个低能量有效的模型来理解的机制。还研究了Gr/CrI $_{3}$异质结系统的功函数、接触类型和能带排列。我们的工作表明，Gr/CrI $_{3}$异质结是一个很有希望在实验中观察到高温（45 K）下量子反常霍尔效应的体系。
2017-10-17 cond-mat.mtrl-sci
Two-Dimensional graphene-HfS$_2$ van der Waals heterostructure as electrode material for Alkali-ion batteries
在反复充电和放电期间，导电性差和体积膨胀大是当前使用的许多电池电极材料的特征。这导致2D材料，特别是多层2D系统，被认为是替代品。在这些2D多层系统中，基于石墨烯的范德华异质结构具有作为层之一的过渡金属二硫族化物（TMDC）。因此，在本研究中，石墨烯-二硫化铪（Gr-HfS $_2$）系统作为原型Gr-TMDC系统被研究用于作为电池电极的应用。密度泛函理论计算表明，Gr-HfS $_2$范德华异质结构的形成是积极的青睐。为了探索其电池电极应用能力，在异质结构的层间引入Li、Na和K嵌入剂。发现Li和K是良好的嵌入剂，因为它们具有低的扩散势垒以及正的开路电压。与双层石墨烯和双层HfS $_2$的比较表明，Gr-HfS $_2$是有利的电池电极系统。
2020-05-13 cond-mat.mtrl-sci
Tunable interlayer magnetism and band topology in van der Waals heterostructures of MnBi2Te4-family materials
控制范德华磁性材料和异质结构的层间磁耦合是调整其磁性和电子性质以用于各种电子应用和凝聚态物理基础研究的关键。以MnBi_2Te_4族化合物及其异质结构为模型体系，采用第一性原理计算，系统地研究了层间磁耦合的符号和强度对组成元素的依赖关系.结果表明，这种耦合是由相邻七层磁性原子之间的p轨道链介导的长程超交换相互作用。层间交换在纯化合物中总是反铁磁性的，但在某些异质结构的组合中可以被调谐为铁磁性的，由d轨道占据决定。如果中间p电子离域，磁性原子的d带位于费米能级附近，则可以实现较强的层间磁耦合。对层间耦合机制的了解使我们能够设计MnBi2Te4系列材料以及许多其他绝缘范德华磁性材料和异质结构的磁性和拓扑性质。
2020-03-30 cond-mat.mtrl-sci
Exchange bias in van der Waals MnBi$_2$Te$_4$/Cr$_2$Ge$_2$Te$_6$ heterostructure
层状范德华（vdW）材料MnBi $_2$ Te $_4$是一种内禀磁性拓扑绝缘体，具有多种拓扑相，如量子反常霍尔效应（QAHE）和轴子态。然而，零场和高温QAHE都不容易实现。从理论上提出了在MnBi 2 Te 4/铁磁绝缘体异质结构中引入交换偏置，从而打开表面态能隙，使零场或高温QAHE更容易实现.本文报道了范德华MnBi $_2$ Te $_4$ /Cr $_2$ Ge $_2$ Te $_6$异质结中的电可调交换偏置。交换偏置出现在一个临界磁场上，并在磁性带隙附近达到最大值。此外，交换偏置由反铁磁（AFM）MnBi $_2$ Te $_4$层而不是FM层经历。这种范德华异质结为研究新型交换偏置效应和探索可能的高温QAHE提供了一个有前途的平台。
2022-04-21 cond-mat.mtrl-sci
Dielectric Engineering of Electronic Correlations in a van der Waals Heterostructure
范德华键合层状材料的异质结构提供了独特的手段来定制原子层精度的介电屏蔽，开辟了基础研究的肥沃领域。到目前为止，所使用的光学分析依赖于带间光谱。在这里，我们演示了如何覆盖层的六方氮化硼（hBN）重整WSe $_2$单层使用带内跃迁的激子的内部结构。超宽带太赫兹探针灵敏地绘制出$1s$ A激子光注入后异质结构的全复值中红外电导率。这种方法使我们能够追踪光学亮和暗激子的类原子$1s$ - $2p$跃迁的能量和线宽以及这些准粒子的密度。WSe $_2$ /hBN异质结构中的激子共振与裸单分子层相比发生了红移和变窄。此外，中红外响应函数的超快时间演化证明了光学暗激子从初始明亮的人口形成。我们的研究结果提供了关键的洞察非局域屏蔽的电子-空穴相关性的影响，并打开了新的可能性的介电工程的范德华异质结构。
2018-06-29 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
One million percent tunnel magnetoresistance in a magnetic van der Waals heterostructure
我们报告的观察一个非常大的负磁阻效应的范德华隧道结纳入薄的磁性半导体，CrI3，作为有源层。在恒定的电压偏置下，在施加2特斯拉的场时，电流增加近百万%。这种效应是由不同CrI3层的自旋从反平行到平行排列之间的变化引起的。我们的研究结果阐明的性质的磁态在Cr13Cr13和自旋电子学的基础上的二维材料提出了新的机会。
2018-07-18 cond-mat.mtrl-sci
Flattening van der Waals heterostructure interfaces by local thermal treatment
基于堆叠的2D材料的定制异质结构的制造提供了可控地调谐电子和光学性质的有效方法。为此，优化制造这些异质结构的制造技术势在必行。在2D材料的逐层组装中的常见挑战是在原子级薄的界面处形成气泡。我们提出了一种技术，用于解决这个问题，通过消除在异质结界面处形成的气泡，在一个自定义的区域，使用由激光器产生的热量，配备光栅扫描功能。我们证明，在石墨烯-ReS 2界面处形成的气泡的密度可以使用该方法可控地降低。我们讨论了通过考虑两个原子级薄的二维材料之间的界面热导率和粘附能的相互作用的平坦化机制的理解。
2020-10-15 cond-mat.mtrl-sci
Electrostatics of electron-hole interactions in van der Waals heterostructures
从理论上研究了范德华异质结中电介质屏蔽对电子-空穴相互作用的影响。在文献中描述这些相互作用的模型之间的比较和这些方法的局限性进行了讨论。基于传输矩阵方法，提出了一种简单的电介质板叠层Poisson方程的数值解法，使得电子-空穴相互作用势的计算具有较低的计算成本和合理的精度。使用不同的潜在的模型，在这些系统中的直接和间接激子结合能计算Wannier-Mott理论，并与最近的实验激子在二维材料的理论结果进行了比较讨论。
2017-10-31 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
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
Temperature driven phase transition at the antimonene/Bi2Se3 van der Waals heterostructure
本文报道了锑烯α-β结构间温度诱导相变的发现。当锑在室温下沉积在硒化铋上时，它形成相对于衬底具有不同取向的α-锑烯畴。在温和的退火过程中，β相生长并超过α相，最终形成与硒化铋表面晶格结构完全匹配的单畴。第一性原理热力学计算解释了这两个相的不同温度依赖的稳定性，并揭示了一个最小的能量跃迁路径。虽然独立的α-和β-锑烯的形成能量只有轻微的差异，最终有利于β相退火异质结构由于增加与衬底的相互作用介导的完美的晶格匹配。
2019-06-05 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
Interfacial properties of black phosphorus/transition metal carbide van der Waals heterostructures
黑磷（BP）具有优异的电学性能，被认为是下一代光电子器件的理想材料。本文采用第一性原理计算设计了BP/MXene（Zrn+1CnT 2，T = O，F，OH，n = 1，2）vanderWaals（vdW）异质结器件。具有适当功函数的Zrn+1CnT 2组分导致与BP在垂直方向上形成欧姆接触。在BP/Zr_2CF_2、BP/Zr_2CO_2H_2、BP/Zr_3C_2F_2和BP/Zr_3C_2O_2H_2双层膜中，沿横向发现了低的肖特基势垒，BP/Zr_3C_2O_2甚至表现出欧姆接触行为。BP/Zr_2CO_2是一种半导体异质结构，具有II型能带排列，有利于电子-空穴对的分离。BP/Zr 2CO 2的能带结构可以通过一个垂直的电场进行有效的调谐，并预测BP在0.4 V/m2的电场下经历了从施主到受主的转变。在这项工作中检查的BP/MXene异质结构的多功能电子特性突出了它们在电子学中的应用前景。
2018-02-10 cond-mat.mtrl-sci
Electronic structure of 2D van der Waals crystals and heterostructures investigated by spatially- and angle-resolved photoemission
角分辨光电子能谱是动量分辨电子结构的一种直接探测方法，在研究具有新颖电子性质的大块晶体中具有重要意义。由于最近的技术进步，这项技术现在可以首次应用于研究通过堆叠二维晶体构建的范德华异质结构。在这篇文章中，我们将介绍目前的艺术状态在二维材料的角度分辨光电发射测量和审查这个仍然年轻的领域。我们将特别关注与传输和光学实验中使用的设备类似的设备，包括魔角扭曲双层石墨烯的最新进展和门可调设备的操作特性。
2022-01-19 cond-mat.mtrl-sci
The dielectric impact of layer distances on exciton and trion binding energies in van der Waals heterostructures
单层过渡金属二硫属化物（TMD）和范德华异质结构的电学和光学性质强烈地受其介电环境的影响。在每一层中，库仑相互作用的场线被相邻的材料屏蔽，这降低了单粒子带隙以及激子和三重子的结合能。通过结合半导体多粒子方法的电介质异质多层环境的静电模型，我们证明了电子和光学性质是敏感的原子尺度上的层间距离。光谱测量结合直接解决方案的三粒子薛定谔方程揭示了正确预测最近测得的层间距离的trion结合能。
2017-12-15 cond-mat.mtrl-sci
Enhanced Light-Matter Interaction in Graphene/h-BN van der Waals Heterostructures
通过研究原型石墨烯/六方氮化硼（h-BN）异质结构的光电特性，我们展示了这些材料的纳米结构组合如何导致光-物质相互作用的显着增强，并产生独特的激发。在从头算多体微扰理论的框架下，我们表明，这种异质结构吸收光在一个广泛的频率范围内，从近红外到紫外线（UV），每个光谱区域的特征在于由一个特定类型的激发。石墨烯中的离域电子-空穴对在光谱的低能量部分占主导地位，而h-BN中的强束缚电子-空穴对在近UV中被保留。除了这些特征，原始成分的特征，电荷转移激发出现在整个可见光区。值得注意的是，电子和空穴的空间分布可以通过调节各个构建块的堆叠排列来选择性地调节。我们的研究结果开辟了前所未有的前景，鉴于设计范德华异质结构与定制的光电功能。
2017-03-17 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
New Family of Robust 2D Topological Insulators in van der Waals Heterostructures
我们预测了一个新的家庭的强大的二维（2D）拓扑绝缘体的范德瓦尔斯异质结构，包括石墨烯和硫属化物BiTeX（X=Cl，Br和I）。两种构成材料的层状结构产生自然光滑的界面，这有利于邻近诱导的新拓扑状态。第一性原理计算揭示了高达70-80 meV的内在拓扑非平凡体能隙，通过压缩可以进一步增强到120 meV。BiTeX中强的自旋轨道耦合对石墨烯的Dirac态有显著的影响，导致了拓扑非平凡的能带结构，这一点通过计算非平凡的Z2指数和金属边缘态的明确证明得到了证实.这种异质结构提供了一个独特的狄拉克输运系统，它结合了石墨烯的二维狄拉克态和拓扑绝缘体的一维狄拉克边缘态，并为创新器件设计提供了新的思路。
2014-06-12 cond-mat.mtrl-sci
Stacking-configuration-enriched essential properties in bilayer silicenes
通过第一性原理计算，硅相关体系的几何、电子和磁性呈现出多样化的现象。同时考虑了双层复合材料的四族单元素、屈曲/平面结构、堆叠结构、层数和范德华相互作用等关键因素。发展的理论框架负责简洁的物理和化学图像。对最佳晶格、原子- $\&$自旋主导能带、原子-、轨道- $\&$自旋投影vanHove奇异性和磁矩进行了细致的计算和分析。最重要的是，它们实现了决定性的机制，屈曲/平面蜂窝晶格，多/单轨道杂化，以及显著/可忽略的自旋轨道耦合。此外，我们研究了堆叠配置引起的戏剧性的转变的基本性质的相对移动的双层石墨烯和硅烯。晶格常数、层间距、屈曲高度和总能量基本上取决于相对位移的大小和方向：AA $\rightarrow$ AB $\rightarrow$ AA $^{\prime}$ $\rightarrow$ AA。显然，滑动双层系统在硅烯和石墨烯之间在电子性质方面有很大不同，强烈依赖于屈曲/平面蜂窝晶格，多/单轨道杂化，主导/可观察到的层间跳跃积分，以及显著/可忽略的自旋相互作用。预测结果可以解释最新的实验测量。
2019-12-21 cond-mat.mtrl-sci
Large Enhancement and Tunable Band Gap in Silicene by Small Organic Molecule Adsorption
采用vanderWaals密度泛函理论（DFT-D）研究了丙酮、乙腈、氨、苯、甲烷、甲醇、乙醇和甲苯等8种有机分子在硅烯表面的吸附行为.吸附能的计算值在$-0.11$ eV至$-0.95$ eV之间变化。定量地，这些值高于吸附在石墨烯上的分子的相应吸附能。此外，电子结构的计算已经进行。得到的值的带隙范围从0.006 eV到0.35 eV的乙腈丙酮，分别。此外，电子的有效质量的估计和发现是比较小的，这是预期的结果在高电子迁移率。此外，我们还研究了锂原子掺杂对纯硅和丙酮吸附硅的影响。特别是，我们专注于相对于系统中的Li原子的数目的吸附能的变化。我们的研究结果提出了新的方法，使用硅烯分子为基础的能量存储和转换以及电子器件。
2014-09-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Quantitative prediction of excitons in lattice-mismatched van der Waals heterostructures
Technical University of Denmark（丹麦技术大学）
提出微观量子静电异质结构(mQEH)方法，结合层投影Bethe-Salpeter方程，高效预测晶格失配范德华异质结构的光学性质，计算结果与实验高度吻合。
2026-06-19 cond-mat.mtrl-sci
Great enhancement of Curie temperature and magnetic anisotropy in two-dimensional van der Waals magnetic semiconductor heterostructures
根据Mermin-Wagner定理，在二维磁系统中，需要大的磁各向异性来稳定磁序。基于密度泛函理论（DFT）计算，提出了在范德华异质结构中，通过附加一个具有大自旋轨道耦合的铁磁半导体单层，可以大大增强二维铁磁半导体的磁各向异性能（MAE）.我们研究了Cr_2Ge_2Te_6/PtSe_2双层异质结构，其中每一层都已在最近的实验中实现。DFT计算表明，Cr2Ge2Te6/PtSe2的MAE提高了70%，居里温度TC远高于室温。提出了一个模型哈密顿量来分析DFT结果，表明Dzyaloshinskiii-Moriya相互作用和单离子各向异性都有助于MAE的增强。基于超交换图象，我们发现Cr的3d轨道和Te的5p轨道之间的能量差的减小部分地有助于TC的增加。我们目前的工作表明，一个有前途的方式来提高MAE和TC通过构建范德华半导体异质结构，这将启发进一步研究的二维磁性半导体系统。
2020-09-01 cond-mat.mtrl-sci
Structural, electronic, and optical properties of periodic graphene/h-BN van der Waals heterostructures
范德华异质结构作为光电子学和光子学的新材料引起了人们的兴趣，对它们的稳定性和结构-性能关系提出了问题。在密度泛函和多体微扰理论的框架下，我们研究了石墨烯和六方氮化硼（h-BN）形成的周期性异质结构的结构、电子和光学性质.为了了解组分如何根据层堆叠相互影响，我们研究了12个相称的安排。我们发现，与石墨烯的相互作用提高了散装h-BN的稳定性，也在那些被预测为能量亚稳的配置。反过来，与h-BN的相互作用可以在石墨烯中打开几百meV的带隙。它的实际大小可以通过层的排列来调整。在半导体结构中，光激发的特征和空间分布受到特定堆叠的影响，从而决定了跃迁所涉及的电子状态。值得注意的是，12个探索的异质结构中有6个仍然是半金属的。
2020-09-01 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
Interfacial Control of both Magnetism and Polarization in a van der Waals Ferromagnet/Ferroelectric Heterostructure
基于第一性原理计算提出 Fe₃GaTe₂/In₂Se₃ 多铁异质结构，通过间隙 Fe 原子诱导的界面杂化显著增强垂直磁各向异性并调控极化。
2025-09-02 cond-mat.mtrl-sci
Nanotube-based one-dimensional heterostructures coupled by van der Waals forces
基于碳纳米管模板的一维（1D）范德华异质结构引起了人们的极大兴奋，因为它可以通过将分子限制在其中空核心内或通过在纳米管外部添加层来创造新的光学和电子特性。与它们的2D类似物相比，其中构成层的层数、原子类型和相对取向是定义物理性质的主要参数，1D异质结构提供了额外的自由度，即它们的特定直径和手性结构，用于设计它们的特性。这篇评论讨论了目前最先进的合成一维异质结构，特别是专注于其产生的光学性能，并详细介绍了巨大的参数空间，可用于设计异质结构与定制的属性，可以集成到各种各样的应用。综述从描述范德华耦合对最简单和研究最多的一维异质结构，即双壁碳纳米管的性质的影响开始，然后考虑从内部和外部构建的异质结构，它们都使用纳米管作为模板，最后，对这一研究领域的未来进行了展望。
2021-07-21 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Unraveling the 3D atomic structure of a suspended graphene/hBN van der Waals heterostructure
在这项工作中，我们证明了一个独立的范德华异质结构，通常被认为是一个平面的对象，可以表现出一个内在的屈曲原子结构之间的相互作用产生的一个小的晶格失配层。利用透射电子显微镜（TEM）和扫描电子显微镜（STEM）研究了石墨烯在六方氮化硼（hBN）单层上的自由悬浮膜。我们在STEM中开发了一种检测方法，该方法能够记录散射电子束的方向，并且对原子的局部堆叠非常敏感。实验数据和模拟模型之间的比较表明，异质结构有效地弯曲在面外方向，产生具有匹配的莫尔波长的周期性的起伏结构。我们将这种波纹归因于层间相互作用，并展示了这如何影响每层中的层内应变。
2017-02-09 cond-mat.mtrl-sci
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
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
Versatility of type-II van der Waals heterostructures: a case study with SiH-CdCl2
以SiH-CdCl2为例，研究证明II型范德华异质结特性取决于组成单层间的电势差，在压电性、光催化水分解和TFET等应用中具多功能潜力，为下一代器件提供庞大材料库。
2023-06-03 cond-mat.mtrl-sci
Electronic band structure of Two-Dimensional WS2/Graphene van der Waals Heterostructures
将单层二维半导体过渡金属二硫属化物（TMD）与范德华异质结构中的石墨烯层结合提供了通过这些异质结构控制电子性质的有趣手段。在这里，我们报告的电子和结构特性的转移单层WS2外延石墨烯使用显微拉曼光谱，角分辨光电子能谱测量（ARPES）和密度泛函理论（DFT）计算。结果表明，WS_2的电子性质良好，单层结构的价带在K点处有很强的分裂，最大分裂为0.44 eV，形成了清晰的能带.通过与局域泛函和杂化泛函的比较，我们发现实验异质结的顶价带与悬浮单层WS2的计算结果接近。.我们的研究结果为进一步研究WS2的电子性质及其在电子谷器件中的应用提供了重要的参考。
2018-06-13 cond-mat.mtrl-sci
