Technological advancement towards the quantum era requires secure communication, quantum computation, and ultra-sensitive sensing capabilities. Layered quantum materials (LQMs) have remarkable optoelectronic and quantum properties that can usher us into the quantum era. Electron microscopy is the tool of choice for measuring these LQMs at an atomic and nanometer scale. On the other hand, electron-irradiation of LQMs can modify various material properties, including the creation of structural defects. We review different types of structural defects, as well as electron elastic- and inelastic-scattering induced processes. Controlled modification of optoelectronic and quantum properties of LQMs using electron-irradiation, including creation of single photon emitters is discussed. Protection of electron-irradiation induced damage of LQMs via encapsulation by other layered materials is encouraged. We finally give insights into challenges and opportunities, including creating novel structures using an electron beam.
Wannier Function Approach to Realistic Coulomb Interactions in Layered Materials and Heterostructures
我们介绍了一种方法来获得现实的库仑相互作用项在独立的层状材料和垂直异质结构从从头计算模拟相应的散装材料。为此，我们建立了一个组合的计算框架内的约束随机相位近似，Wannier函数表示的库仑矩阵元素在一些低能量希尔伯特空间和连续介质静电，我们称之为Wannier函数连续静电（WFCE）。对于单层和双层石墨烯，我们再现完整的从头计算的库仑矩阵元素的精度为$0.2$ eV或更好。我们表明，在双层石墨烯中的现实库仑相互作用可以通过不同的电介质和金属环境在eV尺度上进行操纵。与[M. M. Scherer等人，Phys.Rev.B85，235408（2012）]提出双层石墨烯的电子基态是层状反铁磁体，并且令人惊讶地保持不受库仑相互作用中的这些强变化的影响。
Single-Layered Hittorf's Phosphorus: A Wide-Bandgap High Mobility 2D Material
我们在这里提出了一个二维材料的基础上的一个单一的紫色或希托夫的磷层。使用第一性原理密度泛函理论，我们发现它是非常稳定的，与其他以前提出的单层磷结构。它只需要一个小的能量成本约$0.04~\text{eV/atom}$从它的本体结构，希托夫的磷，或结合能$0.3-0.4~\text{J/m}^2$每层创建，这表明在实验中剥离的可能性。我们发现单层Hittorf磷是一种宽带隙半导体，其直接带隙约为$2.5$ ~eV，并且我们的计算表明，它预计具有高且高度各向异性的空穴迁移率，其上限介于$3000-7000$ ~cm $^2$ V $^{-1}$ s $^{-1}$之间。这些综合性能使得单层Hittorf磷成为未来应用于各种技术的非常好的候选者，特别是用于高频电子学和在低波长蓝色范围内操作的光电子器件。
Light-matter interactions in layered materials and heterostructures: from moiré physics and magneto-optical effects to ultrafast dynamics and hybrid meta-photonics
Cleaning Interfaces in Layered Materials Heterostructures
通过堆叠层状材料形成的异质结构需要原子级清洁的界面。然而，污染物通常被困在层之间，聚集成水泡。我们报告了一个过程，以消除这种水泡，导致干净的接口。我们制造封装在$\sim$ 5000 $μ$ m $^{2}$的六方氮化硼中的石墨烯的无气泡区域，仅受剥离薄片的尺寸限制。它们在室温下的迁移率高达$\sim$ 180000 cm $^2$ V $^{-1}$ s $^{-1}$，在9K下的迁移率高达$\sim$ 1.8 $\times$ 10 $^6$ cm $^2$ V $^{-1}$ s $^{-1}$。我们进一步证明了我们的方法的有效性，通过清洁异质结构组装使用石墨烯故意暴露于聚合物和溶剂。清洗后，这些样品达到相似的高迁移率。我们还展示了我们的方法的一般适用性，分层材料的清洗水泡在其他异质结的基础上MoS $_{2}$。这表明，石墨烯暴露于加工相关的污染物与实现高迁移率样品是相容的，为开发基于晶圆厂的工艺铺平了道路，用于将层状材料集成到（光）电子器件中。
Ab-Initio Theory of Moiré Superlattice Bands in Layered Two-Dimensional Materials
当原子级薄的二维（2D）材料被分层时，它们通常形成不相称的非晶体结构，当通过扫描探针检查时，这些结构表现出长周期莫尔图案。在本文中，我们提出了一种方法，它使用从{ \it ab initio}计算获得的信息进行短周期晶体结构，以获得有效的哈密顿量，能够有效地描述莫尔{\' e}图案超晶格的电子性质的影响。我们将我们的方法应用于石墨烯上的石墨烯（G/G）和六方氮化硼上的石墨烯（G/BN）的情况，推导出具有莫尔图案的周期性的显式有效哈密顿量，并且可以用于计算任意扭曲角和晶格常数的感兴趣的电子性质。
