Strain and electric-field control of spin-spin interactions in monolayer CrI$_3$
利用密度泛函理论研究了机械应变和垂直电场对二维单层CrI $_3$的电子和磁性基态性质的影响.我们提出了一个最小的自旋模型哈密顿量，包括对称各向同性交换相互作用，磁各向异性能，和Dzyaloshinskiii-Moriya（DM）的相互作用，以捕捉最相关的磁系统的属性。我们计算了各种自旋-自旋相互作用对机械应变和电场的依赖性。我们的研究结果表明，交换相互作用的幅度和符号都可以通过应变来设计，而电场只影响它们的幅度。然而，应变和电场影响DM矢量的方向和幅度。磁各向异性能的幅度也可以通过施加的应变而被显著地修改。我们表明，在比较电场，应变可以更有效地用于操纵系统的磁性和电子性质。值得注意的是，这种系统的自旋相互作用的调整是必不可少的工程室温自旋电子纳米器件。
2020-05-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Dilute Magnetism and Edge-State Engineering in Monolayer SnO
Kwansei Gakuin University（关西学院大学）；National Institute for Materials Science (NIMS)（国立材料研究所）；Osaka University（大阪大学）
通过密度泛函理论研究过渡金属掺杂单层SnO的电子和磁性性质，发现杂质诱导局域磁矩并产生近费米能级无色散带，同时构建纳米带揭示边缘态行为，为自旋电子学和纳米电子学应用提供途径。
2026-05-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Generating nanoscale and atomically-sharp p-n junctions in graphene via monolayer-vacancy-island engineering of Cu surface
在石墨烯单层膜中建立高质量的pn结对于研究无质量狄拉克费米子的许多奇异现象至关重要。然而，即使石墨烯技术的快速发展超过十年，在石墨烯中产生纳米级和原子级尖锐的pn结仍然明显困难。在这里，我们采用铜表面的单层-空位-岛工程来实现纳米级pn结与石墨烯单层原子尖锐的边界。石墨烯-Cu分离在Cu单层-空位-岛的边缘周围的变化影响石墨烯中的狄拉克点的位置，这因此导致石墨烯中具有高达660 meV的高度的原子尖锐的pn结。所产生的尖锐pn结将Cu单层-空位-岛上方的石墨烯隔离为连续石墨烯片中的纳米级石墨烯量子点（GQD）。无质量的狄拉克费米子被限制在pn结中一段有限的时间，在量子点中形成准束缚态。利用扫描隧道显微镜观察了不同尺寸GQD中准束缚态的共振现象，直观地观察了GQD的几何结构对准束缚态量子干涉图样的影响，为在原子尺度上测试基于石墨烯的量子电子光学奠定了基础。
2017-05-31 cond-mat.mes-hall 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
Towards Intrinsic Charge Transport in Monolayer Molybdenum Disulfide by Defect and Interface Engineering
二硫化钼被认为是一种在电子和光电子器件应用中最有前途的二维半导体材料。到目前为止，单层二硫化钼中的电荷输运是由外部因素，如带电杂质，结构缺陷和陷阱，导致迁移率远低于本征极限。在这里，我们开发了一种简单的低温硫醇化学来修复硫空位并改善界面，从而显著减少带电杂质和陷阱。室温下背栅单层二硫化钼场效应晶体管的迁移率大于80 cm ~ 2 V ~（-1）s ~（-1）。此外，我们开发了一个理论模型，以定量提取控制晶体管性能的关键微观量，包括带电杂质，短程缺陷和陷阱的密度。我们的实验和理论研究相结合，提供了一个明确的路径，本征电荷输运在二维dichalcogenides为未来的高性能器件的应用。
2014-08-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Optical Band Engineering of Monolayer WSe2 in a Scanning Tunneling Microscope
本研究利用配备近场连续波激光的光学扫描隧道显微镜，直接测量单层WSe₂的光缀饰态电子结构，发现场强在带隙共振时强烈影响隧穿能隙与态密度，为纳米尺度量子材料光缀饰态的调控提供了实验依据。
2024-11-01 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Interface engineering of ferroelectricity in thin films of thiophosphate ABP 2 X 6 (A = Cu, Ag; B = In, Bi, Cr, V; and X = S, Se)
二维铁电体在存储器件的小型化、超高密度存储和低功耗方面具有广阔的应用前景。然而，许多硫代磷酸盐单层，即，CuInP $_2$ S $_6$的类似物（称为ABP $_2$ X $_6$）失去铁电性，而是表现出反铁电（AFE）或顺电有序。我们建议通过界面工程将AFE ABP $_2$ X $_6$单层调整到FE有序。其机理是ABP $_2$ X $_6$单分子膜的电荷极化和基底中的局部偶极子以及诱导电子极化之间存在耦合，这具有稳定FE有序的趋势。我们进一步对CuInP $_2$ Se $_6$和CuCrP $_2$ S $_6$单层及其范德华异质结进行了第一性原理计算。我们发现，AFE CuInP $_2$ Se $_6$单层成为FE与石墨烯，MoS $_2$，和h-BN单层界面。相反，CuCrP $_2$ S $_6$单层保持AFE，因为AFE和FE相之间存在大的能量差。将其与MoTe $_2$单层界面连接诱导异质结构的金属-绝缘体转变，而与极性表面MgO（111）界面连接可以将其驱动到FE。界面效应也可用于控制ABP $_2$ X $_6$多层膜的FE性质。我们进一步发现，在这些系统中的AFE到FE的过渡是电开关。特别是，它伴随着一个间接的直接带隙跃迁的CuInP $_2$ Se $_6$单层。我们的研究提供了一种有效的方法来调整的FE和电子性能的ABP $_2$ X $_6$薄膜…
2021-12-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Strain Engineering of Spin and Rashba properties in Group-III Monochalcogenide MX (M=Ga, In and X=S, Se, Te) Monolayer
本文研究了应变作用下单层MX（M=Ga，In，X=S，Se，Te）的自旋性质。密度泛函理论被用来研究自旋性质。自旋-轨道耦合作用导致应变改变对带隙的修正，结果表明自旋-轨道耦合作用在压缩区对带隙的修正作用更强。此外，自旋分裂的导带和价带相对于应变进行了比较，六种材料。导带底的位置决定了自旋的性质。当M谷位于煤层气中时，这些具有镜像对称性的材料可以显示Rashba效应。应变调谐三个谷（K、M和$Γ$谷）中的导带最小值，并确定在每种材料的每种应变中发生了哪种自旋效应（自旋分裂、Rashba分裂或无自旋分裂）。最后，探讨了Rashba参数与原子质量之间的关系，发现原子质量与Rashba系数之间存在线性关系。
2020-02-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Two-dimensional van der Waals electrical contact to monolayer MoSi$_2$N$_4$
二维（2D）MoSi $_2$ N $_4$单层膜是一类具有优异电学和力学性能的新型二维半导体材料。尽管最近致力于揭示MoSi $_2$ N $_4$的材料性质的密集的研究努力，但是到目前为止，MoSi $_2$ N $_4$的电接触的物理学仍然在很大程度上未被探索。在这项工作中，我们研究了由MoSi $_2$ N $_4$与石墨烯和NbS $_2$单层接触的范德华异质结构，使用第一性原理密度泛函理论计算。我们发现，MoSi $_2$ N $_4$ /NbS $_2$接触具有超低的肖特基势垒高度（SBH），这是有益的纳米电子应用。对于MoSi $_2$ N $_4$ /石墨烯接触，SBH可以经由层间距离或经由外部电场来调制，从而为可重构和可调谐的纳米电子器件打开了机会。我们的研究结果提供了深入了解的物理学的2D电接触的MoSi $_2$ N $_4$，并将提供一个关键的第一步，设计高性能的电接触的MoSi $_2$ N $_4$为基础的2D纳米器件。
2020-12-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
High-energy electron-beam induced defect engineering of monolayer MoS2 for tunable optical properties
本文采用 1 MeV 电子束在单层 MoS2 中可控引入缺陷，结合光谱、显微表征与 DFT 阐明缺陷发射机制，实现光学与掺杂性质调控。
2025-09-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Phase engineering of MoS$_2$ monolayers: A pathway to enhanced lithium-polysulfide battery performance
通过MoS₂相工程优化Li-S电池性能，提升能量密度和循环稳定性
2025-06-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Phonon Bandgap Engineering of Strained Monolayer MoS2
单层MoS 2的声子能带结构的特征在于声学和光学分支之间的大能隙，这保护了声学模式的振动不被光学声子模式散射。因此，声子带隙工程是具有实际意义的声子相关的机械或热性能在单层二硫化钼的操纵。我们进行声子分析和分子动力学模拟来研究张力对声子带隙的影响和压缩引起的单层MoS 2的不稳定性。我们的关键发现是，声子带隙可以通过单轴张力变窄，并完全关闭在ε =0.145;而双轴张力对声子带隙的影响是有限的。我们还证明了压缩诱导屈曲的单层二硫化钼。通过对单层MoS 2薄膜弯曲模式的能带结构分析，得到了薄膜发生屈曲的临界应变，并通过分子动力学模拟和欧拉屈曲理论进行了验证.我们的研究表明，单轴拉伸作为一种有效的方法操纵的声子带隙的单层二硫化钼，而双轴压缩作为一个强大的工具，阴谋屈曲单层二硫化钼。
2014-08-02 cond-mat.mtrl-sci
Modulation of trion and exciton formation in monolayer WS2 by dielectric and substrate engineering
过渡金属二硫属化物（TMD）单分子膜的光致发光（PL）受到电介质环境的强烈影响。存在于衬底中的缺陷态诱导TMD单层中的不可控掺杂，从而修改PL光谱。人们已经做出了巨大的努力来调整和克服PL光谱中不可避免的扣除缺陷的影响，但仍然缺乏正确的理解和方便的方法。在这里，我们系统地研究了表面缺陷的影响，逐渐增加WS2单层和衬底之间的分离。因此，我们可以精确地调制激子和激子的贡献在发光光谱的WS2。对介电工程和图案化衬底的激发功率依赖性测量帮助我们阐明单层WS2中PL调制的机制。我们还研究了衬底缺陷所携带的电荷的性质对PL谱的影响。这些结果开辟了一条新的途径，以调制和获得所需的发光光谱的TMD的工程基板。我们的研究结果将有助于激子互连，谷电子，和单光子器件的制造。
2022-09-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Strain Engineering on the Excitonic Properties of Monolayer GaSe
本文采用第一性原理计算研究了应变对单层GaSe电子和光学性质的影响。变形显着改变能量色散，带隙，和带边状态的GaSe。带隙随应变的变化既有线性变化也有非线性变化，并强烈依赖于变形的类型和变形的方向。外部机械应变也显著地剪裁GaSe的光学性质，当施加拉伸应变时，激子结合能强烈地降低，而对于压缩应力则相反。此外，非均匀应变也导致吸收光谱中的强极化。我们的计算表明，利用应变工程可以显著地调节GaSe单层膜的电学和光学性质，这对于设计新型光电子器件是一种很有前途的方法。
2023-01-02 cond-mat.mtrl-sci
Strain engineering of magnetic states of vacancy-decorated hexagonal boron nitride
具有可调磁态的新型材料在下一代自旋电子器件的发展中起着重要的作用。本文采用密度泛函理论计算研究了双轴应变对空位修饰六方氮化硼（h-BN）单分子膜电子性质的影响。我们发现，应变可以导致具有硼空位或双空位的h-BN单层的磁状态的切换。我们的发现为低维自旋电子器件的操作提供了一条新的途径。
2013-05-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Strain-Induced Band Engineering in Monolayer Stanene on Sb(111)
锡的二维同素异形体锡烯具有低屈曲的蜂窝状结构，是一种理想的二维拓扑绝缘体，其带隙大于0.1 eV.理论工作还指出，锡烯的拓扑性质是通过应变调谐实现的。本文报道了利用分子束外延技术在Sb（111）表面成功地制备出了高质量的锡烯单层薄膜和锡烯单层纳米带，为锡烯的研究提供了一个理想的平台。更重要的是，我们观察到了一个连续的演变的电子带的锡烯整个纳米取向，这是有关的应变场梯度锡烯。实验证实了应变是锡烯能带工程的有效方法，这对锡烯的基础研究和应用具有重要意义。
2017-06-29 cond-mat.mtrl-sci
Electrically Tunable Low Density Superconductivity in a Monolayer Topological Insulator
在物质的超导态和绝缘态之间进行电切换的能力代表了相关电子系统的最先进工程中的一种新范式。一个令人兴奋的可能性是在拓扑非平凡绝缘体中开启超导性，这为寻找非阿贝尔拓扑态提供了一条途径。然而，现有的超导体-绝缘体开关的演示只涉及拓扑上微不足道的系统，甚至那些是罕见的，由于严格的要求，以调整载流子密度在很宽的范围内。在这里，我们报告可逆的，在原位静电开关超导最近建立的量子自旋霍尔绝缘体，即单层钨二碲化（WTe 2）。制造成范德瓦尔斯场效应晶体管，单层的基态可以连续地从拓扑绝缘到超导状态进行栅极调谐，临界温度Tc高达~ 1开尔文。据估计，超导开始的临界密度约为5 x 10^12 cm^-2，是二维（2D）超导体中最低的密度之一。我们的研究结果建立单层WTe 2作为工程新型超导纳米器件和拓扑相的物质的材料平台。
2018-09-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Towards Topological Quasi-Freestanding Stanene via Substrate Engineering
为了寻找新一代的自旋电子学硬件，室温量子自旋霍尔效应（QSHE）的候选材料已成为当代研究的热点。受石墨烯中QSHE的原始提议的启发，已经合成了几种异质结构，目的是为了通过增加自旋-轨道耦合来促进QSHE体带隙的较重IV族元素的六边形单层。然而，到目前为止，单层/基板耦合，这可以体现在应变，变形和杂交，已被证明是有害的所期望的QSHE条件的单层。具体集中在锡烯，锡类似物的石墨烯，我们研究如何插入缓冲层介导之间的单层和基板，以优化QSHE设置。从一个详细的密度泛函理论研究，我们突出了这样的缓冲层诱导的主要机制，以完成准自由站立的锡烯在其QSHE阶段。我们补充我们的理论预测，提出了第一个真正的尝试，生长在SiC（0001）上的锡烯可以沉积的缓冲层。
2018-11-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
High Strain Engineering of a Suspended WSSe Monolayer Membrane by Indentation and Measured by Tip-enhanced Photoluminescence
本研究通过AFM压痕和尖端增强光致发光技术，对悬浮WSSe单层膜施加高达10%的应变，观测到每单位应变64 meV的光致发光偏移，并测得273 GPa的高杨氏模量，展示了二维三元材料在应变电子学中的潜力。
2024-02-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Enhancing thermoelectric performance of 2D Janus ISbTe by strain engineering: A first principle study
本研究利用第一性原理计算表明，拉伸应变与 p 型掺杂可显著提升二维 Janus ISbTe 单层的室温热电优值 ZT。
2024-03-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Electrically switchable valley polarization, spin/valley filter, and valve effects in transition-metal dichalcogenide monolayers interfaced with two-dimensional ferromagnetic semiconductors
过渡金属二硫属化物单层中的电子谷驱动新的物理学，并允许设计多功能架构的应用。我们建议通过能带工程来操纵这些系统中的自旋/谷滤波器和阀器件的电子谷。在我们的策略中，电子谷直接耦合到二维铁磁体的自旋极化态，而不是在以前的研究中广泛使用的磁邻近效应。我们发现，这种耦合的结果在谷选择性的间隙开放，由于自旋动量锁定在过渡金属二硫属化物单层。这种物理现象引起了各种意想不到的电子性质和现象，包括半金属性，电可切换的谷极化，自旋/谷过滤器和阀效应的过渡金属二硫属化物单层。基于第一性原理计算，我们在MoTe $_2$/CoCl $_2$和CoCl $_2$/MoTe $_2$/CoCl $_2$ van der Waals异质结中进一步证明了我们的想法.因此，我们的研究提供了一种新概念器件的过渡金属二硫属化物单分子膜的电子谷工程的方法。
2021-11-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Valley engineering electron-hole liquids in TMDC monolayers
电子空穴液体（EHLs），一种物质的相关态和热力学液体，最近被发现在室温下存在于MoS2的悬浮单层中。与自由激子相比，液体内部的辐射复合速率明显更高，这为诸如宽带激光之类的光电应用带来了希望。在本文中，我们表明，利用MoS2中的谷物理可能是实现EHL的特定特性（如发射波长，线宽，最重要的是，液体密度）的可调谐性的途径。在体半导体以及TMDC单层中形成EHL的条件是相当严格的，需要体半导体中的高晶体纯度和低温温度，以及单层中的悬浮液。使用一个简单而强大的模型来描述自由激子，并表明在衬底支撑的单层样品中，到EHL状态的相变可能是可行的。更多可重复的实验实现的EHL可能是必不可少的回答问题的性质的电子空穴相关性，以及它们如何可能被用来产生非平凡的光的状态。
2022-03-21 cond-mat.mtrl-sci
The anisotropic ultrahigh hole mobility in strain-engineering two-dimensional penta-SiC$_2$
采用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法，系统地研究了单层penta-SiC $_2$的应变工程（拉伸和压缩应变）、电子、力学和输运性质.通过施加面内拉伸或压缩应变，很容易调制单层penta-SiC $_2$的电子能带结构，这随后改变载流子的有效质量。此外，所获得的电子性质的预测，从间接半导体金属的变化。更有趣的是，在室温下，单轴应变可以将penta-SiC $_2$沿着特定方向的空穴迁移率提高几乎三个数量级，$i.e.$从2.59 $\times10^3 cm^2/V s$提高到1.14 $\times10^6 cm^2/V s$（大于石墨烯的载流子迁移率，3.5 $\times10^5 cm^2/V s$），而对电子迁移率的影响很小。单层penta-SiC $_2$的高载流子迁移率在高性能电子器件和光电子器件中具有潜在的应用前景
2017-01-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Strain engineering and the hidden role of magnetism in monolayer VTe$_2$
二维过渡金属二硫属化合物是近年来研究的热点。受最近研究的结晶体VTe $_2$的启发，我们从理论上研究了单层VTe $_2$中的自旋-电荷-晶格相互作用。为了理解关于几种不同电荷密度波基态的有争议的实验报告，我们特别注意了反铁磁性的“隐藏”作用，因为直接实验检测可能具有挑战性。我们的第一性原理计算表明，4 $\times$ 1电荷密度波和相应的晶格形变伴随着“双条纹”反铁磁自旋序在其基态。该相位不仅具有最低的总能量，而且具有动力学声子稳定性，这支持了先前的一组实验。有趣的是，只有假设基本的自旋序，这个基态才能稳定。通过注意到磁性和其他自由度之间这种有趣的和以前未知的相互作用，我们进一步提出了一种可能的应变工程。通过施加拉伸应变，单层VTe $_2$表现出相变第一个不同的电荷密度波相，然后最终铁磁有序的。
2022-06-22 cond-mat.mtrl-sci
Controlling relaxation dynamics of excitonic states in monolayer transition metal dichalcogenides WS2 through interface engineering
已知过渡金属二硫属化物（TMD）支持复杂的激子态。揭示不同激子物种弛豫动力学的差异，阐明它们之间的跃迁动力学，可以为设计基于TMD的激子器件提供重要的指导。结合光致发光（PL）和反射率对比度测量与超快泵浦-探测光谱在低温下，我们在这里研究的弛豫动力学中性和带电激子在背栅控制的单层器件。泵浦-探测结果揭示了不同界面条件下激子态的弛豫动力学差异：单层WS 2中中性激子的寿命远长于trions，而WS 2/h-BN异质结构中的中性激子的寿命则相反。结果表明，在TMD单层膜和衬底之间插入h-BN层对不同激子态的寿命有很大的影响。h-BN薄片不仅可以屏蔽界面处的杂质和缺陷的影响，而且还有助于在低温下建立从中性激子到三重子的非辐射跃迁作为主要弛豫途径。我们的研究结果强调了界面在控制二维半导体中载流子的瞬态特性方面可能发挥的重要作用，并且也可能对基于TMD的发光和光检测器件的设计产生影响。
2021-02-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Spin-orbit engineering in transition metal dichalcogenide alloy monolayers
过渡金属二硫属化物（TMDC）单层膜是近年来发现的一种新型半导体材料，在电子学和光电子学领域有着广泛的应用。大多数研究都集中在具有共同特性的二元单层膜上：直接光学带隙，数百meV的自旋轨道（SO）分裂，由强大的激子和耦合的电子自旋谷态主导的光-物质相互作用。对合金基单层的研究是最近的，但它们不仅可以通过特定的工程扩展TMDC应用的可能性，而且还有助于理解每种二元材料之间的差异。在这里，我们合成了高度结晶的Mo $_{(1-x)}$ W $_{x}$ Se $_2$，以显示在三元合金单层中的直接光学带隙和SO耦合的工程。我们研究了SO自旋分裂的调谐对光学和偏振性质的影响。我们示出了作为钨浓度的函数的光学产生的谷偏振的非线性增加，其中40%的钨掺入足以实现与二元WSe 2一样高的谷偏振。我们还探测了导带SO自旋分裂的调谐对亮态与暗态人口的影响，即PL发射强度。我们发现，MoSe2的PL强度作为温度的函数降低了一个数量级，而对于WSe2，我们测量到令人惊讶的数量级增加在相同的温度范围内（T = 4 - 300 K）。三元材料显示出介于这两种极端行为之间的趋势。这些结果表明，在三元TMDC合金的光电子和应用的基础上的电子自旋和谷控制的SO工程的强大潜力。
2015-06-26 cond-mat.mtrl-sci
First-principles calculations on the mechanical, electronic, magnetic and optical properties of two-dimensional Janus Cr$_2$TeX (X= P, As, Sb) monolayers
本研究通过第一性原理计算系统探究二维Janus Cr$_2$TeX单层的多类物理性质，发现其为本征铁磁半金属，居里温度较高，宽应变范围下保持特性且可见光吸收性能有差异，为纳米器件应用提供候选材料。
2023-05-06 cond-mat.mtrl-sci
Thermal transport of amorphous carbon and boron-nitride monolayers
二维（2D）材料如石墨烯和h-BN通常显示出高热导率，这使得在散热和纳米器件中具有丰富的应用。另一方面，无序通常存在于2D材料中。结构无序引起电子和声子的局域化，并改变电子、机械、热和磁性。在这里，我们计算了在平面内的导热系数的单层碳和单层氮化硼的非晶形式，反向非平衡分子动力学模拟。我们发现，单层无定形碳（MAC）和单层无定形氮化硼（ma-BN）的热导率约两个数量级小于其结晶对应物。此外，由于这些非晶材料中的声子平均自由程极短，因此超低热导率与温度无关。从振动态密度和参与率两个方面分析了结构无序与热导率降低的关系。ma-BN在整个频率范围内显示出强的振动局域化，而MAC由于其sp2杂化和破缺的E2 g对称性而在高频下显示出独特的扩展G'模式。本研究结果为MAC和ma-BN在热管理中的潜在应用铺平了道路。
2021-12-10 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci
CMOS-compatible Strain Engineering for High-Performance Monolayer Semiconductor Transistors
本文提出用CMOS兼容的氮化硅覆盖层在350 °C下向单层MoS2晶体管引入拉伸应变，显著提升短沟道器件电流，增益主要来自肖特基势垒降低。
2024-06-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Performance Analysis of uniaxially strained Monolayer Black Phosphorus and Blue Phosphorus n-MOSFET and p-MOSFET
在这项工作中，我们提出了一个计算研究的可能性应变工程在单层黑磷（黑P）和蓝磷（蓝P）的MOSFET。利用密度泛函理论中的广义梯度近似（GGA）计算了器件的能带结构、载流子有效质量、能带极值处的载流子密度等材料特性，并利用自洽非平衡格林函数（NEGF）模拟了器件的输出特性、导通电流、击穿电压等性能指标。这种应变黑色P和蓝色P基MOSFET。我们的模拟表明，蓝色P中的载流子有效质量对Z字形和扶手椅方向上施加的应变更敏感。蓝P在n-MOS和p-MOS的应变工程中更敏感。除了在扶手椅方向上具有应变的黑色P基FET之外，总体上蓝色P（黑色P）n-MOSFET（p-MOSFET）在传输方向上具有拉伸（压缩）应变的情况下显示出性能的中度至显著的改善。
2016-02-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Atomically Flat Dielectric Patterns for Band Gap Engineering and Lateral Junction Formation in MoSe$_2$ Monolayers
本文通过在原子层沉积腔室内结合溅射刻蚀与AlO$_x$生长，制备原子级平坦的SiO$_2$/AlO$_x$横向介电图案，并将其用于MoSe$_2$单层的带隙工程和横向结形成，系统揭示了介电环境对激子行为、费米能级和载流子动力学的调控作用。
2024-10-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Phase engineering in tantalum sulfide monolayers on Au(111)
我们在H $_2$ S的反应背景下，通过蒸发Ta在Au（111）上制备了硫化钽单层膜。在富硫条件下，形成2 H-TaS $_2$的单层，而在贫硫条件下形成TaS，该结构可通过除去底部S层而从2 H-TaS $_2$衍生。我们用扫描隧道显微镜（STM）分析了Au（111）人字形重构中各层相对于衬底的取向以及与畴的关系。借助密度泛函理论（DFT）计算，我们可以确定这两个阶段与衬底的注册。我们开发了一种生长方法，可以在Au（111）上制备独特取向的2 H-TaS $_2$。2 H-TaS $_2$和TaS具有非常相似的面内晶格结构，我们观察到横向2 H-TaS $_2$ -TaS异质结构的形成，其具有原子级定义良好且无缺陷的边界。我们观察到镜像孪晶边界内2 H-TaS $_2$沿S-和Ta-边缘。
2022-11-28 cond-mat.mtrl-sci
Tunable Ferromagnetism and Thermally Induced Spin Flip in Vanadium-doped Tungsten Diselenide Monolayers at Room Temperature
过渡金属二硫属化合物（TMDs）优异的光电和谷电子性能引起了科学界的广泛关注。在TMD中诱导长程铁磁性（FM）的替代方案是通过引入磁性掺杂剂以形成稀磁半导体。增强这些半导体中的铁磁性不仅代表了现代TMD自旋电子学的关键一步，而且还可以探索新的令人兴奋的维度驱动的磁性现象。为此，我们在室温下和热诱导自旋翻转（TISF）在单层的V-掺杂WSe 2的可调铁磁性。随着钒浓度的增加，饱和磁化强度增加，并且在~4at. %钒;有史以来最高的掺杂/合金化水平达到V掺杂的WSe2单层。TISF发生在~175 K，并在向室温增加温度时变得更加明显。我们表明，TISF可以通过改变WSe 2单层内的钒浓度来操纵。我们归因于TISF的磁场和温度依赖翻转的最近的W-网站的磁矩是反铁磁耦合到的V磁矩在基态。这是完全支持最近的自旋极化密度泛函理论计算。我们的研究结果为基于原子级薄磁性半导体的新型自旋电子和谷电子纳米器件的开发铺平了道路，并刺激了在这一迅速扩大的二维磁性研究领域的进一步研究。
2020-05-01 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
Floquet engineering of strongly-driven excitons in monolayer tungsten disulfide
量子材料与强激光场相互作用可以诱导出奇异的非平衡电子态。单层过渡金属二硫属化物是一类具有显著量子限制的新型直接带隙半导体，为准粒子电子空穴态或激子的Floquet工程提供了绝佳的机会。强场驱动有可能实现对电子能带结构的增强控制，从而有可能开辟激子光-物质相互作用的新领域。然而，强驱动激子的实验实现迄今为止仍然遥不可及。在这里，我们使用低于光学带隙的中红外激光脉冲激发单层二硫化钨高达0.3 V/nm的场强，并证明强场光敷料的激子超过一亿电子伏。我们的高灵敏度瞬态吸收光谱进一步揭示了在1 s激子共振以下形成的虚拟吸收特征，该特征被分配给来自暗2 p激子状态的光修饰边带。量子力学模拟证实了实验结果，使我们能够检索激子动力学的真实空间电影。这项研究推进了我们对强场区激子动力学的理解，并展示了利用超快，强场现象在二维材料器件应用中的可能性。
2022-10-31 cond-mat.mtrl-sci
Air-stable lithiation engineering of $\mathrm{MoS}_{2}$ for direct-bandgap multilayers
本研究通过新开发的Li-ion平台实现探针诱导的空气稳定Li插层，将多层$\mathrm{MoS}_{2}$转化为多个单层堆叠，使其表现出直接带隙和强光致发光，光致发光增强26倍。
2025-03-01 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Resonant Band Engineering of Ferroelectric Tunnel Junctions
提出了利用能带工程增强铁电隧道结隧穿电阻的方法。我们预测，具有较小的带隙，嵌入到铁电阻挡层的介电层，作为开关控制高和低电导状态的FTJ取决于极化方向。使用基于密度泛函理论的第一性原理建模，我们研究了这种现象的原型SrRuO 3/BaTiO 3/SrRuO 3 FTJ与BaSnO 3单层嵌入在BaTiO 3屏障。我们发现，在这样的复合屏障FTJ，钛酸钡的铁电极化转移的BaSnO 3单层的导带最小值以上或以下的费米能取决于极化方向。由此产生的直接和共振隧穿之间的切换导致一个巨大的开/关电导比TER效应。所提出的FTJ的谐振带工程可以作为一个可行的工具，以提高其性能，器件应用。
2021-02-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Crystal engineering using functionalized adamantane
我们进行了第一性原理的化学功能化金刚烷分子的晶体的结构，电子和光学性质的调查。由硼和氮取代官能化形成的几种分子构建块被认为是用于构建氧化锌和纤锌矿晶体，并且所得结构呈现出大的体积模量和内聚能、宽的和直接的带隙以及低介电常数（低- $κ$材料）。这些性质为这种结构提供了高达室温的稳定性，优于典型的分子晶体。这表明了一个可能的路线图，晶体工程使用功能化金刚石，与潜在的应用范围从纳米器件的导线之间的空间填充纳米机电系统。
2012-04-13 cond-mat.mtrl-sci
Strain-engineering quantum anomalous Hall effect in janus MnBi2SexTe4-x monolayers
本研究通过理论计算发现，在Janus MnBi2TexSe4-x单层中，两种结构因自旋轨道耦合产生能带反转，具有非零陈数，且压缩应变可提高陈数至2并增强磁性稳定性，为磁性拓扑绝缘体设计提供新策略。
2025-02-25 cond-mat.mtrl-sci
Intrinsic Spin Photogalvanic Effect in Nonmagnetic Insulator
我们发现，在自旋轨道耦合的帮助下，非线性光-物质相互作用可以有效地与自旋和谷自由度耦合。这表明自旋光电流效应可以在非中心对称的异质结绝缘体中产生长期追求的本征纯自旋电流（PSC）。与自旋和谷霍尔效应不同，这种光驱动的自旋电流具有普适性，并且不需要外加偏置场即可产生。使用第一性原理模拟，我们研究单层过渡金属二硫属化物（TMDs），以证明这种效果，并确认增强PSC下的线性偏振光激发。PSC的振幅比在单层TMD中观察到的电荷电流的振幅大一个数量级。这种奇特的非线性光-自旋相互作用表明，光可以作为一种快速的方式来操纵自旋极化电流，这对未来的低耗散纳米器件至关重要。
2020-06-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Strain-Enhanced Mobility of Monolayer MoS2
应变工程是调整半导体特性的重要方法，几十年来一直用于提高硅晶体管的迁移率。最近，理论研究已经预测，应变也可以提高二维（2D）半导体的迁移率，例如通过减少谷间散射或降低有效质量。在这里，我们的实验表明，应变增强的电子迁移率在单层二硫化钼晶体管与单轴拉伸应变，在柔性基板上。当拉伸应变达到0.7%时，通态电流和迁移率几乎增加一倍，应变释放后，器件恢复到初始状态。我们还显示了一个栅电压依赖的规范因子高达200单层二硫化钼，这是高于以前的值报告的子1纳米薄压阻膜。这些结果证明了应变工程2D半导体对于集成电路性能增强或柔性应变传感器等应用的重要性。
2022-10-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Strain-engineering spin-valley locking effect in altermagnetic monolayer with multipiezo properties
本文提出反铁磁单层 Janus Nb2SeTeO，利用单轴与双轴应变工程调控自旋-能谷锁定及压电能谷效应，实现 AVHE、QAHE、QSHE 与拓扑相变。
2024-12-07 cond-mat.mtrl-sci
Engineering Thermal and Electrical Interface Properties of Phase Change Memory with Monolayer MoS2
相变存储器（PCM）是一种新兴的数据存储技术，然而其编程本质上是热的并且通常不是能量高效的。在这里，我们降低PCM的开关功率，通过结合的方法，间接接触和热约束。通过在底部电极上的氧化TiN层形成辅助接触，并且使用单层半导体界面（三原子厚的MoS 2）来实现热约束。前者减少了相变材料的开关体积，并且与典型的150 nm直径的蘑菇单元相比，复位电流减少了70%。通过超薄（~6 μ m）MoS 2实现的增强的热约束使开关电流和功率额外降低30%。我们还使用详细的模拟表明，进一步调整这种PCM电池的电和热界面，使其接近其基本极限，可能会使功率效率提高六倍。
2019-03-02 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Tunable Thermal Conductivity and Mechanical Properties of Metastable Silicon by Phase Engineering
本文提出利用相工程策略调控亚稳态硅的热导率与力学性质，发现不同硅相间热导率具有广泛可调性，Si-IV硬度和杨氏模量显著优于Si-III/XII混合物，且压力诱导缺陷会降低性能，为设计新型半导体提供可行途径。
2025-03-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Quantum-phase two-dimensional materials
电子能带结构的改变以及随后的电学、光学和热学材料性质的调整是固态系统的工程和基本理解的中心主题。在这种情况下，原子级薄的材料提供了一个有吸引力的平台，因为它们非常容易受到电和磁门控的影响，以及堆叠配置中的层间杂化，从而提供了定制和主动调节其响应功能的手段。在这里，我们介绍了一种完全不同的材料工程方法，它依赖于二维材料中的电子在其附近放置电中性结构时所经历的自相互作用。采用严格的理论方法，我们表明，在半导体原子单层的电子获得量子相位，从图像电位的存在下诱导的相邻的导电带，这反过来又产生强烈的修改，在光学，电学和热性能的单层，特别是引起带间光吸收，等离子体杂化，和金属-绝缘体转变。除了它的基本利益，材料工程的基础上的量子相诱导的非接触相邻结构代表了一种破坏性的方法来定制应用在纳米器件中的原子层的属性。
2022-01-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Strain Engineering of Selective Chemical Adsorption on Monolayer MoS_2
纳米材料由于其大的表面积与体积比，容易受到化学吸附的影响。这使得能够灵敏地检测所吸附的化学物质，这进而可以调节主体材料的性质。近年来研究发现，单层和多层二硫化钼（MoS_2）薄膜对几种重要的环境分子具有超灵敏度。在这里，我们报告了从头计算的新发现，揭示了显着增强的吸附NO和NH3上应变monolyaer二硫化钼的吸附物和二硫化钼层的性质具有显着的影响。吸附态NO的磁矩可在0 ~ 1 μ B之间变化，应变还引起半金属与金属之间的电子相变。NH3的吸附大大削弱了MoS 2层，这解释了实验测得的强度和断裂应变的MoS 2膜从以前的理论预测之间的巨大差异。另一方面，NO2、CO和CO2的吸附对MoS 2层中的应变条件不敏感。这种对比行为允许在MoS 2上进行选择性化学吸附的敏感应变工程，并有效调节机械、电子和磁性。这些结果提出了新的设计策略，用于构建基于MoS 2的纳米级灵敏度传感器和机电器件。
2013-12-20 cond-mat.mtrl-sci
Engineering Multifunctional Response in Monolayer Fe3O4 via Zr Adsorption: From Half-Metallicity to Enhanced Piezoelectricity
通过Zr吸附调控单层Fe3O4的磁性、光学和压电性能，实现多功能响应增强。
2025-12-11 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Strain engineering of two-dimensional piezo-photocatalytic materials for hydrogen production
低维过渡金属二硫属化合物（TMDC）具有良好的光催化性能和可调谐性。在这项工作中，使用基于密度泛函理论（DFT）的第一性原理模拟，我们表明，外部电偏压可以进一步提高光催化制氢效率的六个AB $_{2}$（A=Mo，W和B=S，Se，Te）TMDC单层利用其压电响应。特别地，当受到适量的电诱导拉伸双轴应变时，大多数TMDC单分子膜变成潜在的理想的光催化剂朝向析氢反应（HER）。在TMDC单层上引入拉伸双轴应变的有益效果不仅限于带隙的减小和带边位置的适当调整，而且还以明显有利于HER反应的方式修改H吸附自由能。
2022-10-05 cond-mat.mtrl-sci
Individual Vanadium Dopants Form Deep In-Gap States in Monolayer WS2
University of California, Santa Cruz（加州大学圣克鲁兹分校）；University of Wisconsin – Madison（威斯康星大学麦迪逊分校）；National Institute for Materials Science（日本国立材料研究所）
本研究通过化学气相沉积制备V-WS2，结合多种扫描探针技术确定其钒掺杂剂形成0.35 eV深隙内态，证实V-WS2是量子信息科学与工程的有前景平台。
2026-08-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Effect of Rashba spin-orbit coupling on topological phases in monolayer ZnIn2Te4
以单层ZnIn2Te4为案例，研究了内禀与Rashba自旋轨道耦合的竞争，确定了Rashba自旋劈裂与量子自旋霍尔相共存的条件，为设计增强自旋电子学能力的拓扑绝缘体提供指导。
2025-06-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Origin of the n-type and p-type conductivity of MoS2 monolayers on a SiO2 substrate
采用从头算密度泛函理论研究了在SiO2衬底上沉积的MoS 2单层膜在界面杂质和缺陷存在下的电子性质.当MoS 2被放置在无缺陷的衬底上时，氧化物起着不重要的作用，因为MoS 2的导带顶和价带最小值大约位于SiO2带隙的中间。然而，如果Na杂质和O悬挂键在SiO2表面引入，这些导致局部状态，调制的导电性的二硫化钼单层从n型到p型。我们的研究结果表明，沉积在SiO2上的MoS 2的导电性能主要是由MoS 2/SiO2界面的详细结构决定的，并建议掺杂衬底可以代表一个可行的策略工程MoS 2为基础的设备。
2013-01-11 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Alloy engineering of excitonic properties in TMD monolayers
Foundation for Research and Technology-Hellas（希腊研究与技术基金会）；Univ Toulouse, INSA, CNRS, LPCNO（图卢兹大学、国立应用科学学院、法国国家科学研究中心、低压与纳米电子物理实验室）；Department of Materials Science and Engineering, University of Crete（克里特大学材料科学与工程系）；Research Center for Materials Nanoarchitectonics, National Institute for Materials Science（日本国立材料研究所材料纳米架构研究中心）；Research Center for Electronic and Optical Materials, National Institute for Materials Science（日本国立材料研究所电子与光学材料研究中心）；Department of Inorganic Chemistry, University of Chemistry and Technology Prague（布拉格化工大学无机化学系）；Key Laboratory of Advanced Optoelectronic Quantum Architecture and Measurement, Ministry of Education, School of Physics and Beijing Key Laboratory of Nanophotonics and Ultrafine Optoelectronic Systems, Beijing Institute of Technology（北京理工大学物理学院教育部先进光电子量子结构与测量重点实验室及北京市纳米光子学与超精细光电系统重点实验室）；Institut Universitaire de France（法兰西学院）
该研究通过光谱学调控TMD单层MoS$_{2x}$Se$_{2(1-x)}$的激子性质，实现光学带隙、圆偏振度等的连续可调，证明合金工程是调控其激子性质的有效策略。
2026-08-05 cond-mat.mtrl-sci
Quantum Geometric Engineering of Dual Hall Effects in 2D Antiferromagnetic Bilayers via Interlayer Magnetic Coupling
本文通过第一性原理计算证明，二维CoPSe3双层的层间磁耦合可精确控制量子几何机制，实现交变磁相的巨大各向异性反常霍尔效应与PT对称反铁磁相的二阶非线性反常霍尔效应间的可逆切换，为多功能纳米器件架构提供了新平台。
2025-03-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Atomic Engineering of Triangular Nanopores in Monolayer hBN: A Decoupled Seeding and Growth Approach
本研究针对二维纳米孔难以兼顾高精度与高产量的制备难题，提出解耦成核与生长法，可在单层hBN上可控制备尺寸均匀的三角形纳米孔，还提供热退火生长路线以适配大面积制备，助力下一代膜器件发展。
2024-08-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
