Engineering a Spin-Orbit Bandgap in Graphene-Tellurium Heterostructures
本文通过在Ir(111)上石墨烯中插层Te原子，实现了约240 meV的狄拉克点自旋-轨道带隙，并证明可调控狄拉克点能量，为石墨烯量子自旋霍尔相研究提供了实验依据。
2023-11-28 cond-mat.mes-hall
Large bandgap quantum anomalous hall insulator in a designer ferromagnet-topological insulator-ferromagnet heterostructure
结合磁性和非平凡能带拓扑结构，产生量子反常霍尔（QAH）绝缘体和奇异量子相，如QAH效应，其中电流沿着量子边缘态流动而没有耗散。通过接近磁性材料在拓扑绝缘体中诱导磁有序为在高温下实现无损输运应用的QAH效应提供了一条有前途的途径。一个有前途的架构涉及一个三明治结构，包括两个单层的MnBi 2 Te 4（2D铁磁绝缘体）与超薄Bi 2 Te 3在中间，并预测产生一个强大的QAH绝缘体相，带隙远高于热能在室温下（25 meV）。在这里，我们展示了通过分子束外延生长的1 SL MnBi 2 Te 4/4 QL Bi 2 Te 3/1 SL MnBi 2 Te 4异质结，并探测电子结构的角度分辨光电子能谱学。我们观察到强大的六角形扭曲的大规模狄拉克费米子和75 meV的带隙。时间反演对称性破缺和交换Rashba效应的观察证实了带隙的磁性起源，与密度泛函理论计算结果非常一致。这些发现提供了对拓扑绝缘体中的磁邻近效应的深入了解，这将使拓扑绝缘体中的无损传输向更高的温度移动。
2021-05-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Negative photoconductance in SiO2(Co)/GaAs heterostructure in the avalanche regime
在雪崩制度中，我们观察到的负光电导的异质结构的二氧化硅薄膜含有钴纳米粒子生长在砷化镓，SiO2（Co）/GaAs。用光子能量小于GaAs的带隙能量的光照射产生被捕获在GaAs带隙内的缺陷上的空穴，抑制雪崩反馈，并导致在SiO2（Co）/GaAs中流动的电流减小。
2012-09-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Bandgap renormalization in monolayer MoS_2 on CsPbBr_3 quantum dot via charge transfer at room temperature
过渡金属双硫族化合物单层结构中的多体效应和强库仑相互作用导致了本征带隙的收缩，这是由电/光带隙、激子结合能和自旋轨道分裂的重正化引起的。这种重整化现象通常在低温下观察到，并且需要高的光子激发密度。在这里，我们提出了在室温下通过电荷转移锚定在CsPbBr_3钙钛矿量子点上的单层MoS_2的增广带隙重整化。大量的电子从钙钛矿中转移，导致MoS_2中的大的等离子体屏蔽。在最小泵浦能量下，异质结的带隙红移了84 meV，是室温下单层MoS_2的最高带隙重整化，随着泵浦能量的进一步增加，带隙重整化达到饱和。我们进一步发现，带隙重整化的大小与超导体的费米屏蔽长度成反比。这提供了足够的空间来探索现有的巨大的带隙范德华异质结构库中的带隙重整化，以实现实用的设备，如太阳能电池，光电探测器和发光二极管。
2020-10-27 cond-mat.mes-hall
High-Mobility p-Channel Wide Bandgap Transistors Based on h-BN/Diamond Heterostructures
由宽带隙半导体制成的场效应晶体管可以在高电压、温度和频率下以低能量损耗工作，并且在功率和高频电子器件中具有越来越重要的意义。然而，与n沟道晶体管的性能相比，p沟道晶体管的性能较差，这限制了具有集成n沟道和p沟道晶体管的节能互补电路的生产。氢封端金刚石的p型表面导电性为解决这个问题提供了巨大的潜力，但是通常被认为是产生导电性所必需的表面转移掺杂限制了由氢封端金刚石制成的晶体管的性能，因为它需要电离的表面受体的存在，这会导致空穴散射。在这里，我们报告的p沟道宽带隙异质结场效应晶体管的氢终止的金刚石沟道和六方氮化硼（$h$ -BN）栅极绝缘体组成的制造，而不依赖于表面转移掺杂。尽管其表面受体密度降低，但由于空穴迁移率最高（室温霍尔迁移率：$680$ cm $^2$ V $^{-1}$ s $^{-1}$），该晶体管在p沟道宽带隙晶体管中具有最低的薄层电阻（$1.4$ k $Ω$）和最大的导通电流（$1600$ $μ$ m mA mm $^{-1}$）。重要的是，该晶体管还表现出常关行为，具有超过$10^8$的高开/关比。这些特性适用于低损耗开关，并且可以根据标准传输和晶体管模型进行解释。这种制造金刚石晶体管的新方法为未来的宽带隙半导体电子铺平了道路。
2021-11-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Charge Density Wave Activated Excitons in TiSe$_2$-MoSe$_2$ Heterostructures
层状材料使得能够组装一类新的异质结构，其中晶格匹配不再是一个要求。这些异质结构中的界面因此成为未探索的物理学的肥沃土壤，因为不同的现象可以通过邻近效应耦合。在这篇文章中，我们确定了一个意想不到的光致发光（PL）峰时，MoSe $_2$与TiSe $_2$相互作用。一系列的温度依赖性和空间分辨的PL测量显示，这个峰是唯一的TiSe $_2$ -MoSe $_2$界面，能量较高的中性激子相比，并表现出激子的特性。该特征在TiSe $_2$电荷密度波跃迁处消失，表明密度波在这种新激子的形成中起着重要作用。我们提出了几个合理的情况下，这个峰值的起源，个别捕捉我们的观察的一些方面，但不能完全解释这个功能。因此，这些结果对理论界提出了新的挑战，并提供了一种通过与电荷密度波相互作用来设计激子的迷人方法。
2021-10-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
AlGaN Channel Field Effect Transistors with Graded Heterostructure Ohmic Contacts
报道了一种具有异质结构低阻欧姆接触的超宽带隙（UWBG）Al 0.75Ga 0.25N沟道金属-绝缘体-半导体场效应晶体管（MISFET）。AlN的低本征电子亲和势（0.6 eV）导致金属-AlGaN界面处的大肖特基势垒，从而导致高电阻欧姆接触。在这项工作中，我们使用反向组成渐变n++ AlGaN接触层，以实现向上的电子亲和性梯度，导致1.9 × 10 -6欧姆.厘米2的低比接触电阻的n-Al 0. 75 Ga 0. 25 N沟道（带隙~ 5.3 eV）与非合金接触。我们还展示了UWBG Al0.75Ga0.25N沟道MISFET器件的操作采用组成渐变n++欧姆接触层和20 nm原子层沉积的Al 2 O3作为栅极电介质。
2016-08-24 cond-mat.mes-hall
Tunable electronic properties and electric-field-induced phase transition in phosphorene/graphene heterostructures
单组分体系的缺点，例如，石墨烯的无间隙性质、磷烯缺乏空气稳定性等已经引起人们对期望显示出令人感兴趣的电子和光学性质的堆叠材料的极大关注。利用紧束缚方法和格林函数方法，研究了扶手椅边缘的横向磷烯/石墨烯异质结构的电子性质，这些异质结构可以是半导体/半导体异质结构，也可以是半导体/金属异质结构，其电子性质取决于石墨烯带的宽度.研究发现，该系统是窄禁带的，并且可以通过调节畴的大小来调制禁带宽度。此外，对磷烯带隙随带宽变化的分析表明，在半导体/金属异质结中，磷烯带在费米能级附近不诱导任何电子态，表明磷烯带对电子输运的抑制应归因于空穴的跨界面传输.此外，我们还发现横向电场可以显著地改变异质结构的电子行为，即，异质结构经历超导体-金属相变。此外，调谐横向电场产生了一个有趣的可能性，该系统可以经历从带绝缘体到拓扑绝缘体的拓扑相变。
2020-11-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Exciton routing in the heterostructure of TMD and paraelectrics
本文提出了一种在量子顺电衬底上的过渡金属二硫属化物（TMD）单层膜中空间激子能量控制和激子路由的方案。它依赖于衬底介电常数对温度变化的超灵敏响应，允许在单层中对库仑相互作用进行空间非均匀屏蔽。作为一个例子，我们考虑的异质结构的TMD和钛酸锶氧化物SrTiO $_3$，其中大的介电屏蔽可以实现。我们研究了衬底温度对TMD单分子膜的特征电子特性的影响，如粒子带隙和激子结合能，玻尔半径和非线性（激子-激子相互作用）。粒子带隙和激子结合能调制的组合导致激子共振能量的移动。应用局部加热，我们创建不同的激子共振能量和激子流朝向样品的能量较低的区域的空间图案。
2019-10-01 cond-mat.mes-hall
Tuning the Electronic Structure of Monolayer Graphene/MoS2 van der Waals Heterostructures via Interlayer Twist
我们直接测量了扭曲的石墨烯/MoS 2范德华异质结的电子结构，其中石墨烯和MoS 2都是单层。我们使用阴极透镜显微镜和微探针角分辨光电子能谱测量图像的表面，确定扭转角，并映射这些人工异质结构的电子结构。对于单层MoS 2上的单层石墨烯，所得的能带结构揭示了石墨烯和MoS 2电子态之间不存在杂化。此外，异质结构中的石墨烯衍生的电子结构保持完整，与两种材料之间的扭转角无关。然而，相比之下，发现与MoS 2层相关联的电子结构是扭曲角依赖性的;特别地，MoS 2层在Γ和K处的价带最大值的能量的相对差从大约0到0.2 eV变化。我们的研究结果表明，单层MoS 2内的异质结构成为主要是一个间接的带隙系统的所有扭曲角，除了在30度附近。该结果使得能够在由单层结构组成的范德华异质结构中进行潜在的带隙工程。
2015-11-16 cond-mat.mes-hall
Tunable properties of excitons in double monolayer semiconductor heterostructures
本文通过切比雪夫多项式展开和连续介质模型，系统研究了带介电间隔层的TMD双层中激子结合能与能量随间隔层宽度和介电常数的可调性质。
2023-05-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Lateral Heterostructure Field-Effect Transistors Based on 2D-Material Stacks With Varying Thickness and Energy Filtering Source
带隙依赖于某些2D材料族的原子层的数量，可以用于设计和使用横向异质结构（LH）作为高性能场效应晶体管（FET）。这种选择可以提供非常好的晶格匹配以及高异质界面质量。更重要的是，这种层堆叠的带隙调制可以引起2D材料的态密度（DOS）的陡峭转变，由于能量过滤源，这最终可以用于实现LH-FET中的亚60 mV/十倍亚阈值摆幅。我们已经观察到这种效果的情况下，PdS 2 LH-FET由于其双层配置的状态的特定密度。我们的研究结果是基于从头算和多尺度材料和器件建模，并煽动探索的二维材料设计空间，以找到更突然的DOS转换和更好的合适的候选人。
2020-01-09 cond-mat.mes-hall
Anisotropic Moiré Optical Transitions in Twisted Monolayer/bilayer Phosphorene Heterostructures
范德瓦尔斯异质结构的莫尔超晶格提供了一种强大的新方法来设计二维（2D）材料的电子结构。在不同的云纹异质结构中出现了许多新的量子现象，例如石墨烯系统中的相关绝缘体、超导体和Chern绝缘体以及过渡金属二硫属化物（TMDC）系统中的云纹激子。扭曲磷烯提供了另一个有吸引力的系统来探索莫尔物理，因为磷烯具有各向异性的矩形晶格，不同于石墨烯和TMDC中的各向同性六方晶格。在这里，我们报告新兴的各向异性莫尔光学跃迁扭曲单层/双层磷烯。磷烯云纹超晶格中的光共振敏感地依赖于单层和双层之间的扭转角。令人惊讶的是，即使对于大到19°的扭转角，莫尔异质结构也表现出与构成单层和双层磷烯中的光学共振完全不同的光学共振。新的莫尔光学共振表现出很强的线偏振，其主轴与双层磷烯的光轴接近但不同。我们的从头计算结果表明，与石墨烯和TMDC的六方晶格的K点带隙不同，磷烯的Γ点直接带隙和矩形晶格导致了大扭曲角磷烯异质结构中非常强的莫尔物理。我们的研究结果突出了探索磷烯和其他具有不同晶格构型的范德华异质结构中的莫尔物理的令人兴奋的机会。
2019-12-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Thermally Activated Processes for Ferromagnet Intercalation in Graphene-Heavy Metal Interfaces
石墨烯（Gr）自旋电子学的发展需要设计具有高质量界面的外延Gr异质结构的能力，其中Gr的固有性质通过与铁磁体接近而被修改，以允许有效的室温自旋操纵或新的磁性纹理的稳定化。这些异质结构可以通过插入不同金属的石墨烯以受控的方式制备。利用光电子能谱学（XPS）和扫描隧道显微镜（STM），我们实现了在（111）取向重金属（HM）缓冲层上依次沉积到绝缘氧化物表面的外延Gr下面的均匀铁磁（FM）层的热激活嵌入的纳米级控制。XPS和STM表明，Co原子蒸发Gr的顶部安排在3D集群，并在热退火后，渗透和扩散Gr以下的2D方式。根据金属缓冲层的类型，金属的完全嵌入发生在特定的温度下。确定了插层过程的活化能和最佳温度。我们描述了一种可靠的方法来制造和表征原位高质量的Gr-FM/HM异质结构，使新的自旋-轨道电子器件，利用Gr的非凡性能的实现。
2019-11-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Franckeite: a naturally occurring van der Waals heterostructure
范德华异质结构是由原子级薄（2D）材料单独堆叠而成的人工材料，是2D材料研究中最有前途的方向之一。到目前为止，堆叠2D层的最广泛的方法依赖于确定性放置方法，这在制造多层堆叠时是麻烦的。此外，它们倾向于遭受对晶格取向的不良控制以及堆叠层之间不需要的吸附物的存在。在这里，我们提出了一种不同的方法来制造的块状franckeite，这是一种天然存在的和空气稳定的范德华异质结构（由交替的SnS 2-样和PbS-样层堆叠在彼此的顶部）的剥离的异质结构。提出了一个有吸引力的窄带隙（<0.7 eV）和p型掺杂，我们发现，该材料可以剥离的机械和化学的几层厚度。我们提出了广泛的理论和实验表征材料的电子性质和晶体结构，并探讨应用近红外光电探测器（利用其窄带隙）和pn结的基础上堆叠的二硫化钼（n掺杂）和franckeite（p掺杂）
2016-06-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Bandgap closing at the screw dislocations of WS2 spirals
范德瓦尔斯（vdW）层状过渡金属二硫属化合物（TMDC）材料是一类具有新颖光学和电学性质的量子材料。特别是，当应用介电屏蔽或晶界工程时，已经观察到对纳米电子技术有吸引力的带隙可调谐性高达1.1 eV。在这里，我们提出的带隙关闭的中心的螺旋位错驱动的WS 2螺旋金字塔的扫描隧道光谱，这是通过第一性原理计算验证的实验观察。观察到的巨禁带调制归因于W-S断裂引起的悬挂键的存在和位错核心局部应力的增强。实现这种金属状态和随之而来的垂直导电沟道提出了一种基于新兴半导体TMDC的3D互连VDW异质结构器件的途径。
2019-08-06 cond-mat.mes-hall
ReS2/h-BN/Graphene Heterostructure Based Multifunctional Devices: Tunnelling Diodes, FETs, Logic Gates & Memory
我们研究了一个二维（2D）异质结构组成的几层直接带隙ReS 2，一个薄的h-BN层和单层石墨烯应用于各种电子器件。具有二维（2D）范德华（vdW）异质结构的金属-绝缘体-半导体（MIS）型器件最近被研究为实现模拟和数字电子学中的各种多功能器件应用的重要组件。ReS 2/h-BN/graphene隧道二极管具有理想因子低、电特性与温度无关的光调谐整流特性。这些器件的性能类似于用于逻辑门应用的传统MIS型隧道二极管。此外，类似的垂直异质结构被示出为在具有低阈值电压的场效应晶体管和具有大存储器栅极的存储器器件中操作，以用于未来的多功能器件应用。
2020-12-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Room temperature nanocavity laser with interlayer excitons in 2D heterostructures
原子级薄的层状二维（2D）材料为基础研究和器件应用提供了丰富的库。其中一个特别的优点是，可以通过堆叠不同的2D材料来实现带隙工程和受控的材料响应。最近几种类型的激子激光器已被报道基于过渡金属二硫属化物（TMDC）单分子膜，然而，发射仍然是本征的能带隙的单分子膜和激光器利用的灵活性的范德华异质结尚未被证明。本文首次报道了MoS_2/WSe_2异质结室温层间激子激光器。激光作用的开始是由“L-L”曲线中的明显扭结和光谱线宽的明显塌陷相结合来确定的。与MoS 2和WSe 2的层内激子的可见光发射不同，我们的层间激子激光器在红外范围内工作，这与硅光子学中成熟的技术完全兼容。由于层间激子的长寿命，腔品质因数的要求放宽了几个数量级。室温层间激子激光器的演示为在硅光子学平台上开发具有定制光学特性的相干光源开辟了新的前景。
2019-11-28 cond-mat.mes-hall
Kane-Like Electrons in Type II/III Heterostructures versus Dirac-Like Electrons in Graphene
载流子在石墨烯中的传播进行比较，在II/III型异质结构的两个带凯恩模型是适当的。特别是，这两种情况之间的定量类比的条件进行搜索，并发现是相当限制性的。本文的分析表明，石墨烯的本质属性不是其波函数的旋量特征，而是线性色散关系，而这在有限能隙双带Kane-type半导体中并不成立。因此，除了在零带隙半导体超晶格中之外，类凯恩和类狄拉克载流子的行为不同。
2010-10-23 cond-mat.mes-hall
Controlled Fabrication of Native Ultra-Thin Amorphous Gallium Oxide from 2D Gallium Sulfide for Emerging Electronic Applications
该研究通过氧等离子体可控氧化二维β-GaS，制备约4 nm超薄GaSxOy及完整GaS衬底上的异质结构，并验证其低功耗ReRAM应用潜力。
2024-05-09 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Deep-ultraviolet electroluminescence and photocurrent generation in graphene/hBN/graphene heterostructures
六方氮化硼（hBN）是一种具有约5.96 eV宽带隙的范德华半导体。尽管hBN具有间接带隙特性，但由高能电子或光子激发的载流子通过强电子-声子相互作用在深紫外（DUV）频率下有效地发射发光，这表明潜在的DUV发光器件应用。然而，迄今为止，来自hBN的电致发光尚未在DUV频率下得到证实。在这项研究中，我们报告了室温下石墨烯/hBN/石墨烯异质结构的DUV电致发光和光电流产生。从石墨烯电极到hBN的带边缘中的隧穿载流子注入使得能够在DUV频率下实现突出的电致发光。另一方面，在DUV激光照射和外部偏置电压下，石墨烯电极有效地收集hBN中的光激发载流子，这产生高光电流。激光激发显微光谱表明，异质结构中的辐射复合和光生载流子激发过程主要源于hBN的原始结构和层错。我们的工作为基于hBN的高效深紫外光发射和检测器件提供了一条途径。
2021-12-01 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Mg(OH)2 -WS2 Heterobilayer: Electric Field Tunable Bandgap Crossover
氢氧化镁（Mg（OH）2）具有层状水镁石结构，是近年来发现的一种新型二维单层材料。利用第一性原理计算研究了Mg（OH）2和WS 2单层晶体的电子和光学性质及其可能的异质双层结构.结果表明，Mg（OH）2和WS 2单分子膜均为直接带隙半导体，形成了典型的范德华异质结构，层间相互作用较弱，带隙交错，电子和空穴在空间上分离.我们还表明，一个平面外的电场诱导的过渡，从交错到跨型异质结。此外，通过求解Bethe-Salpeter方程的Single Shot G 0 W 0计算，我们表明，异质结构的层内激子的振子强度是一个数量级大于层间激子的振子强度。Mg（OH）2 -WS 2异质双层膜由于其交错的界面能隙和可调谐的能带结构，可以成为各种纳米光电子器件应用的重要候选材料。
2016-03-17 cond-mat.mes-hall
Monolithic Integration of Sub-50 nm III-V Nano-Heterostructures on Si (001) for Telecom Photonics
本文通过选择区域外延和电子束光刻，在Si(001)衬底上单片集成了亚50 nm的InAsP/InP纳米异质结构，实现了覆盖整个电信波长范围的可控发光，可作为硅基纳米激光器、纳米LED及量子光源的增益介质。
2025-04-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Giant tunable Rashba spin splitting in two-dimensional BiSb monolayer and BiSb/AlN heterostructures
寻找新型的二维巨型Rashba半导体是即将到来的纳米自旋电子学技术发展的关键一步。使用第一性原理计算，我们研究了一个稳定的二维晶体相的铋锑具有屈曲蜂窝晶格几何形状，这是尚未探索。声子、室温分子动力学和弹性常数的计算验证了单分子膜在0~K和室温下的动力学和力学稳定性。计算的电子能带结构揭示了直接带隙半导体性质的BiSb单层的存在下，高度流动的二维电子气（2DEG）费米能级附近。自旋轨道耦合（SOC）的引入产生了费米能级附近的巨大的Rashba自旋分裂的2DEG。计算得到的Rashba能量和分裂常数分别为13 meV和2.3 eV。Rashba分裂的强度是已知的最大的2D Rashba半导体之一。我们证明了Rashba自旋分裂的强度可以通过在BiSb单层上施加面内双轴应变来显着调整。巨大的Rashba自旋分裂与大的电子带隙（1.6 eV）的存在下，使这个系统的光电子应用的特殊兴趣。此外，我们还研究了界面晶格失配为1.3%的BiSb/AlN异质结的电子性质。我们的研究结果表明，BiSb单层和异质结构系统可以潜在地用于开发高效的自旋场效应晶体管，光电子学和纳米自旋电子学器件。因此，对二维BiSb系统的全面研究可以扩大未来自旋电子学技术的可能应用范围。
2017-01-22 cond-mat.mes-hall
Enhancement of thermoelectric performance in Graphene/BN heterostructures
采用原子模拟方法研究了石墨烯和六方氮化硼（BN）面内异质结构的热电性能。异质结构由扶手椅型石墨烯纳米带组成，BN薄片周期性地附接到其侧面。这种布置在带的不同部分之间产生强烈的声子模式失配，这导致非常小的声子电导，而电子传输受到微弱的影响。结合由BN诱导的带隙开放或加宽产生的大的塞贝克系数，示出了取决于石墨烯纳米晶宽度，在相对低的费米能下可以在完美结构中达到大的热电优值系数ZT > 0.8。甚至可以通过在沟道中适当地引入空位来实现高值ZT = 1.48，这是声子电导进一步退化的结果。
2015-08-18 cond-mat.mes-hall
Resonant tunneling diode based on graphene/h-BN heterostructure
在这封信中，我们提出了共振隧穿二极管（RTD）的基础上的双势垒石墨烯/氮化硼（BN）异质结构的设备适合利用的阐述原子片含有不同的领域BN和C相内的六方晶格。器件的操作和性能进行了研究，通过一个自洽模型内的非平衡格林函数形式主义紧束缚哈密顿量。该RTD表现出负微分电导效应，其涉及通过石墨烯量子阱的电子和空穴束缚态的共振隧穿。结果表明，对于无带隙石墨烯，峰谷比在室温下可以达到4的值，对于带隙为50 meV的石墨烯，峰谷比可以达到13的值。
2012-01-23 cond-mat.mes-hall
Ultrafast Charge Transfer in Atomically Thin MoS2/WS2 Heterostructures
范德华异质结构最近已经成为一类新的材料，其中堆叠的原子薄二维（2D）层（包括石墨烯，六方氮化硼和过渡金属二硫属化物（MX 2））之间的量子耦合产生了迷人的新现象。MX2异质结构对于新型光电和光伏应用特别令人兴奋，因为2D MX2单层可以在近红外到可见光谱范围内具有光学带隙，并表现出极强的光-物质相互作用。理论预测，许多堆叠的MX2异质结构形成II型半导体异质结，其促进用于光检测和捕获的有效电子-空穴分离。在这里，我们报告的第一个实验观察超快的电荷转移在光激发的MoS 2/WS 2异质结构使用光致发光映射和飞秒（fs）泵浦探测光谱。我们发现，从二硫化钼层的WS 2层的空穴传输发生在50 fs光激发后，范德华耦合的2D层的显着的速率。范德华异质结构中的这种超快电荷转移可以实现用于光电子学和光捕获的新型2D器件。
2014-07-23 cond-mat.mes-hall
Exploring the structural and optoelectronic properties of natural insulating phlogopite in van der Waals heterostructures
近年来，自然界中存在的范德瓦尔斯晶体给纳米材料研究人员带来了前所未有的兴趣。到目前为止，已经确定了1800多种层状材料（LM），但只有少数绝缘和天然存在的LM进行了深入研究。层状硅酸盐矿物是一类天然丰富的层状矿物，近年来被认为是一种低成本的绝缘纳米材料来源。在这个家族中，出现了一种几乎没有探索过的材料：金云母[KMg 3（AlSi 3）O 10（OH）2]。在这里，我们进行了高通量的表征，这LM采用几种实验技术，证实了与第一性原理计算的主要研究结果。我们发现，这种材料的单层（1 L）和几层是空气和温度稳定的，以及容易通过标准的机械剥离技术获得，具有原子级平坦的表面，和较低的带隙比其散装对应物，在LM中的一个不寻常的趋势。我们还系统地研究了金云母的基本性质，并证明天然金云母在其晶格中存在铁杂质，这使其带隙从约7 eV降低到3.6 eV。最后，我们将金云母晶体与1 L-WS 2结合在范德华异质结构中，并进行了光致发光研究，揭示了1 L-WS 2光学质量的显著增强（即，通过中性激子获得更高的重组效率），类似于在1 L-WS 2/hBN异质结构上获得的结果。我们的概念验证研究表明，金云母应被视为一个很好的和有前途的候选人为LM为基础的应用作为一种低成本的层状纳米材料。
2022-05-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Stacking transition in bilayer graphene caused by thermally activated rotation
范德华异质结构中二维晶体之间的晶体学排列带来了许多深刻的物理现象，包括观察到霍夫施塔特蝴蝶和拓扑电流，以及有前途的新应用，如共振隧穿晶体管。在这里，通过使用石墨烯-六方氮化硼隧穿晶体管探测石墨烯中的电子态密度，我们证明了由于宏观石墨烯自旋转，双层石墨烯从无公度扭曲堆叠状态到公度AB堆叠的结构转变。这种结构转变是伴随着在倒易空间的拓扑转变和赝自旋织构。堆叠转变由两个石墨烯层的范德华相互作用能驱动，并且通过解钉扎微观化学吸附剂而被热激活，然后通过石墨烯的自清洁去除微观化学吸附剂。
2016-12-07 cond-mat.mes-hall
Enhancement of gaps in thin graphitic films for heterostructure formation
存在大量具有与石墨烯类似结构的原子级薄的石墨膜。这些膜具有与它们的离子性相关的带隙的扩展，并且还与它们在其上生长的衬底相关。这样的薄膜可以在数字电子领域有一系列应用，而在这些领域石墨烯很难使用。我用动态集群近似显示如何电子-声子之间的耦合膜和基板可以提高这些差距的方式，取决于耦合的范围和强度。这种效应的驱动因素之一是蜂窝晶格上的电子接近电荷密度波不稳定性。在中间耦合的增强是足够大的，空间变化的基板和覆层可以用来创建异质结构在薄石墨膜与位置相关的电子-声子耦合和间隙，导致先进的电子元件。
2014-03-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Electrical characterization of fully encapsulated ultra thin black phosphorus-based heterostructures with graphene contacts
半导体少层黑磷具有有限的禁带宽度和高的迁移率，这为该材料在未来的二维电子器件中的应用提供了诱人的前景。在这里，我们展示了第一次完全封装的双（双层）黑磷场效应晶体管在范德华异质结，以排除其稳定性和退化的问题，限制了他们的应用潜力。在我们的器件架构中引入单层石墨烯用于单原子厚的共形源极-漏极电极，使得化学惰性的氮化硼电介质能够紧密密封黑磷表面。这种架构，一般适用于其他敏感的二维晶体，结果在高真空和环境条件下，在稳定的传输特性是无滞后和相同的。值得注意的是，我们的石墨烯电极导致接触不受电子发射的支配，解决了技术相关的双端场效应晶体管几何结构中肖特基势垒限制传输的问题。
2014-12-03 cond-mat.mes-hall
Electron Transport across Vertical Silicon / MoS${_2}$ / Graphene Heterostructures: Towards Efficient Emitter Diodes for Graphene-Base Hot Electron Transistors
异质结构包括硅（Si），二硫化钼（MoS ${_2}$）和石墨烯的垂直电流传导机制进行了研究。测得的电流-电压（I-V）特性表现出温度依赖的不对称电流，表明热激活的载流子运输。数据进行了比较，并拟合到当前的传输模型，该模型确认电子发射作为跨设备的负责任的传输机制。理论计算与实验数据相结合表明，从Si到MoS的异质结势垒${_2}$在T = 200~300 K范围内与温度呈线性关系，具有正的温度系数。温度依赖性可以归因于Si和MoS ${_2}$之间的带隙差的变化、Si/MoS ${_2}$界面处的应变或Si和MoS ${_2}$中的不同电子有效质量，从而导致可能的熵变化，所述熵变化源于电子从Si移动到MoS ${_2}$时的态密度的变化。在Si和MoS ${_2}$之间形成的低势垒以及在此展示的所得到的电子发射使得本器件成为用于未来高速电子器件的石墨烯基热电子晶体管的发射极二极管的潜在候选者。
2019-12-23 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Phonon-tunable THz magnonic emission in multiferroic heterostructures
Laboratoire Albert Fert, CNRS, Thales, Université Paris-Saclay（阿尔贝·费朗实验室，法国国家科学研究中心，泰雷兹，巴黎萨克雷大学）；Université Paris-Saclay, CentraleSupélec, CNRS, Laboratoire SPMS（巴黎萨克雷大学，中央苏伊茨高等学院，法国国家科学研究中心，SPMS实验室）；Laboratoire de Physique de l’Ecole Normale Supérieure, ENS, Université PSL, CNRS, Sorbonne Université, Université Paris Cité（巴黎高等师范学院物理实验室，巴黎高等师范学院，巴黎文理研究大学，法国国家科学研究中心，索邦大学，巴黎西岱大学）；Centre de Nanosciences et de Nanotechnologies, CNRS, Université Paris-Saclay（纳米科学与纳米技术中心，法国国家科学研究中心，巴黎萨克雷大学）
研究通过Pt/BiFeO3双层结构实现可调谐窄带太赫兹发射，利用电磁振子与超快应变波耦合，展示了多铁体中声子、磁振子和磁声动力学的协同作用。
2025-11-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Near-Infrared and Visible-range Optoelectronics in 2D Hybrid Perovskite/Transition Metal Dichalcogenide Heterostructures
二维钙钛矿结构由于其固有的宽禁带、大的激子结合能和较低的高波长光吸收，限制了其在近红外和可见光光电子学中的应用。在这里，我们表明，通过与低维材料，如单层过渡金属二硫属化物（TMD）共轭定制界面带排列，2D钙钛矿的功能可以扩展到不同的，可见范围的物理应用。基于对二维钙钛矿/TMD异质结构中各个组分的选择，我们的第一性原理计算证明了广泛可调的II型带隙、载流子有效质量和带偏移，从而能够有效分离光生激子，以增强光电探测和光伏应用。此外，我们还展示了实现基于复合的光发射器的I型能带对准以及隧道器件的III型配置的可能性。此外，我们评估应变对异质结构的电子性质的影响，以显示出显着的应变耐受性，使它们成为柔性光传感器的潜在候选者。
2021-08-17 cond-mat.mes-hall
Exchange and spin-orbit proximity driven topological and transport phenomena in twisted graphene/CrI$_3$ heterostructures
通过第一性原理和kp方法研究扭转石墨烯/CrI$_3$异质结构，推导低能有效哈密顿量并揭示伴随磁基态变化的拓扑相变，突显应变工程控制二维异质结构拓扑与磁相的潜力。
2025-09-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Excitonic Complexes and Emerging Interlayer Electron-Phonon Coupling in BN Encapsulated Monolayer Semiconductor Alloy: WS0.6Se1.4
过渡金属二硫属化合物（TMD）单层膜具有优异的光学性质，包括可以通过一定螺旋度的激发光获得的谷自由度。虽然WS 2和WSe 2由于强自旋轨道耦合而以其优异的谷偏振而闻名，但光学带隙受到仅从这两种材料中选择的能力的限制。这种限制可以通过单层合金半导体WS 2xSe 2（1-x）来克服，它有望成为具有可调带隙的原子级薄半导体。在这项工作中，我们表明，高品质的BN封装单层WS0.6Se1.4继承了钨基TMD的优越的光学性能，包括~ 6 meV的trion分裂和高达~ 60%的谷偏振。特别是，我们首次证明了新兴的和门可调层间电子-声子耦合在BN/WS0.6Se1.4/BN范德华异质结构，这使得否则光学沉默拉曼模式可见。此外，新兴的拉曼信号可以大大增强的共振耦合到单层WS0.6Se1.4 A激子的2s状态。BN/WS 2xSe 2（1-x）/BN范德华异质结具有可调的带隙，从而为探索谷自由度和新兴的二维激子物理提供了一个令人兴奋的平台。
2018-12-17 cond-mat.mes-hall
Van Der Waals Heteroepitaxy of GaSe and InSe, Quantum Wells and Superlattices
半导体异质结构中的带隙工程和量子限制提供了在宽光谱范围内微调材料对电磁场和光的响应的手段。尽管如此，在晶格失配的衬底上形成半导体异质结构几十年来一直是一个挑战，导致器件集成的限制和在重要波长带中缺乏有效器件。在这里，我们表明，范德华外延的二维（2D）的GaSe和InSe异质结发生在基板上具有显著不同的晶格参数，即硅和蓝宝石。GaSe/InSe异质结被应用于量子阱和超晶格的生长，表现出与带间跃迁相关的光致发光和吸收。此外，我们展示了自供电的光电探测器的基础上，这种异质结构的硅，工作在可见光-近红外波长范围。在晶圆级制造，这些结果铺平了道路，在当前的硅技术的基础上，这些分层的2D材料的光电子集成。
2022-10-11 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Photo-thermionic effect in vertical graphene heterostructures
寻找克服传统半导体器件局限性的替代光电机制对于探测和收集低能光子至关重要。一种非常有前途的方法是从由于光吸收而添加到自由电子浴的热能驱动电流。这一策略的成功实施需要一个宽带吸收器，其中载流子之间的相互作用比声子更强烈，以及能量选择性接触，以提取多余的电子热。在这里，我们表明石墨烯-WSe 2-石墨烯异质结构器件通过光电子效应提供了这种可能性：石墨烯中吸收的光子能量有效地转移到电子浴中，导致热化的热载流子分布。能量高于石墨烯和WSe 2之间肖特基势垒的载流子可以在势垒上方发射，从而产生光电流。我们的实验表明，光电子效应，使子带隙光子的检测，同时尺寸可扩展，电可调，宽带和超快。
2016-06-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Exciton-based sensing of remote electron correlations in 2D heterostructures
本文提出激子频移理论，用于定量解释二维异质结构中远程电子关联的传感实验，并以WSe₂邻近石墨烯为例验证。
2025-10-24 cond-mat.mes-hall
Proximity-induced topological transition and strain-induced charge transfer in graphene/MoS2 bilayer heterostructures
石墨烯/MoS 2异质结构通过将石墨烯纳米片和单层MoS 2组合而形成。由于层之间的弱范德华相互作用，两个组成单层的电子特征在所得异质结构中相当好地保留。然而，MoS 2的接近在石墨烯中诱导强度约为1 meV的强自旋轨道耦合效应，这比原始石墨烯的固有自旋轨道耦合大近三个数量级。这打开了石墨烯中的带隙，并进一步导致狄拉克点附近的自旋非简并带的反交叉。晶格无公度石墨烯/MoS 2异质结构表现出有趣的莫尔条纹，在实验中已经观察到。异质结的电子能带结构对双轴应变和层间扭曲非常敏感。尽管石墨烯的狄拉克锥保持完整，并且在环境条件下石墨烯和MoS 2层之间没有发生电荷转移，但在石墨烯/MoS 2异质结构中可以实现应变诱导的电荷转移。施加栅极电压揭示了石墨烯/MoS 2异质结构中拓扑相变的发生。在本章中，我们讨论了石墨烯/MoS 2异质结构的晶体结构，层间效应，电子结构，自旋态，以及应变和衬底邻近对电子性质的影响。我们进一步提出了不同的拓扑量子相的石墨烯/二硫化钼异质结构的概述和审查在这一领域的最新进展。
2018-06-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Thermo Activated Hysteresis on High Quality Graphene/h-BN Devices
我们报告了高质量石墨烯/h-BN器件的栅极电阻滞后。我们观察到一个热激活的滞后行为的电阻作为施加的栅极电压的函数在温度高于375 K。为了研究滞后现象的起源，我们设计了涉及石墨烯/h-BN器件的异质结构，其具有不同的底层衬底，例如：SiO2/Si和石墨;其中重掺杂的硅和石墨分别用作背栅电极。显示的电阻的栅极滞后行为是存在的，只有在与h-BN/SiO2接口的设备，是依赖于所施加的栅极电场和扫描速率的方向。最后，我们提出了一个唯象模型，它捕获了我们所有的研究结果的基础上被困在h-BN/SiO2的电荷。当然，石墨烯电阻的这种滞后行为代表了石墨烯器件在高温下应用的技术问题，但相反，它可以为数字电子和石墨烯存储器件的应用开辟新的途径。
2016-03-15 cond-mat.mes-hall
The inherently absent 2-dimensional electron gas in ultra-pure GaN/AlGaN heterostructures
氮化镓（GAN）由于其3.4eV的大直接带隙而成为节能照明和电子应用的基本半导体材料。目前的GAN/AlGaN异质结构似乎具有固有存在的高度移动的二维电子气（2DEG），这导致常导通晶体管特性。在这里，我们报告的超纯GAN/AlGaN层堆叠生长的分子束外延，其中这样的2DEG是不存在的，在300 K的黑暗中，以前没有证明的属性。然而，用紫外光照射在GAN/AlGaN界面处产生2DEG，并且异质结构变得导电。在低于150 K的温度下，这种光电导性是持久的，2D通道密度对光激发功率的依赖性不明显。GAN/AlGaN层堆叠中低于10 $^{17}$ cm $^{-3}$的残余施主杂质浓度是我们观察的一个必要条件。制造的晶体管表明，这些特性使未来一代的常关型以及光敏GaN基器件的概念。
2018-12-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Investigation of the Nonlinear Optical Frequency Conversion in Ultrathin Franckeite Heterostructures
本研究探究超薄弗兰克矿异质结构的非线性光学频率转换，发现其高度各向异性的三次谐波发射随厚度变化，并借助理论模型验证，提出可推广的轴表征方法。
2024-02-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Bandgap and doping effects in MoS2 measured by Scanning Tunneling Microscopy and Spectroscopy
石墨烯的发现使人们关注其他层状材料，包括过渡金属二硫属化合物（TMD），作为由堆叠的原子层组装的新型异质结构的构建块。二硫化钼（MoS 2）是TMD家族中的一种半导体，具有显着的热稳定性和化学稳定性以及高迁移率，已成为后硅应用（如开关，光子学和柔性电子学）的有前途的候选者。由于这些依赖于控制费米能（EF）的位置，因此了解其对掺杂和门控的依赖性至关重要。在这里，我们采用扫描隧道显微镜（STM）和光谱（STS）与门控能力，以测量带隙和EF在二硫化钼的位置，并跟踪其演变与栅极电压。对于体样品，测量的带隙（~1.3eV）与通过光致发光获得的值相当，并且EF（~0.35eV）低于导带的位置与该材料中报道的n掺杂一致。使用地形与光谱一起，我们追踪的源的n-掺杂在散装二硫化钼样品的点缺陷，我们归因于S空位。相比之下，对于薄膜上沉积的二氧化硅，我们发现显着更高的水平的n-掺杂，不能归因于S空位。通过结合门控STS与场效应晶体管（FET）配置中的传输测量，我们证明了在薄膜样品中的n-掺杂的较高水平是由于在样品-衬底界面的电荷陷阱。
2014-05-09 cond-mat.mes-hall
Fe intercalation under graphene and hexagonal boron nitride in-plane heterostructure on Pt(111)
限制在sp2杂化二维材料和固体载体之间的金属纳米结构由于其在新纳米技术中的潜在应用而引起人们的关注。在明确定义的条件下进行模型研究对于理解2D覆盖下的现象的基本方面是有价值的。在这项工作中，我们使用光谱和显微镜技术相结合，研究了铁原子通过单层混合石墨烯和六方氮化硼在Pt（111）上的嵌入。铁的热激活扩散优先在石墨烯下进行，并且仅部分在六方氮化硼区域下进行。当氧与铁共吸附时，插层速率较高，并观察到B_2O_3和含氧B-C物种的形成。我们的研究结果表明，限制铁磁层下的异质结构的石墨烯和六方氮化硼与潜在的技术影响，在自旋电子学，磁数据存储或化学领域的2D覆盖的可能性。
2018-04-11 cond-mat.mes-hall physics.chem-ph
Bandgap manipulation of hBN by alloying with aluminum: absorption properties of hexagonal BAlN
本文通过MOVPE生长不同铝浓度的hBAlN合金，首次实验证明铝合金化可调控hBN带隙宽度及间接/直接跃迁特性，并揭示K、M导带谷电子态混合增强间接跃迁吸收的机制。
2023-05-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
A high-$κ$ wide-gap layered dielectric for two-dimensional van der Waals heterostructures
本研究提出易复现的LaOBr合成方法，剥离为二维高κ宽禁带介电材料，用于高性能范德华晶体管和激子器件电门控。
2023-07-25 cond-mat.mes-hall
THz Emission from Spintronic Microstructure
本研究通过微结构异质结（Ni80Fe20/AlGaN/GaN）实现太赫兹发射，调控亚波长柱尺寸使发射强度提升三倍以上，推动可定制频率与强度的下一代自旋电子太赫兹源发展。
2025-04-24 cond-mat.mes-hall
Identification of exciton complexes in a charge-tuneable Janus WSeS monolayer
Janus过渡金属二硫属化物单层是完全人造的材料，其中硫属元素原子的一个平面被不同类型的硫属元素原子取代。理论预测了一个内置的平面外电场，产生长寿命的偶极激子，同时在均匀的电势景观中保持直接带隙光学跃迁。先前的Janus研究具有宽的光致发光（>15 meV）光谱，混淆了它们的激子起源。在这里，我们确定了中性，带负电荷的谷间和谷内激子转换在Janus WSeS单层$\sim 6$毫微电子伏的光学线宽。我们结合了最近开发的合成技术，Janus单层垂直异质结构的整合，允许掺杂控制。此外，磁光测量表明，单层WSeS在K点处具有直接带隙。这项工作为纳米级传感等应用提供了基础，纳米级传感依赖于解决激子能量转移，光伏能量收集需要有效地创建长寿命激子并集成到垂直异质结构中。
2022-10-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Fast multicolor photodetectors based on graphene-contacted p-GaSe/n-InSe van der Waals heterostructures
在多层范德华（vdW）异质结构中集成不同的二维材料为实现高性能光电器件（如光电探测器和光源1 -3）提供了一种有前途的技术。过渡金属二硫属化物，例如MoS 2和WSe 2，已经被用作最近开发的异质结中的光学活性层。然而，MoS 2和WSe 2仅以单层或双层形式成为直接带隙半导体4，5。相比之下，金属单硫族化物InSe和GaSe在从大块晶体到仅几个原子单层厚的剥落薄片的宽范围的层厚度上保留直接带隙6，7。在这里，我们报告基于InSe和GaSe的VDW异质结二极管：两种材料之间的II型能带排列及其独特的光谱响应，结合透明石墨烯电极的低电阻，即使在没有施加外部电压的情况下，也可以有效地分离和提取异质结构中的光激发载流子。我们的器件是快速（< 10 μs）的自驱动光电探测器，具有从紫外到近红外的快速光响应，并且有可能通过创建超越现有技术的小型化光电子学的新路线来加速二维vdW晶体的开发。
2017-03-07 cond-mat.mes-hall physics.ins-det
On-Chip Terahertz Spectroscopy for Dual-Gated van der Waals Heterostructures at Cryogenic Temperatures
本文提出一种结合半导体栅极和光控栅极的片上太赫兹光谱方案，在液氦温度下成功测量双栅极双层石墨烯器件的纯净太赫兹响应，观察到电场诱导带隙打开特征并提取了Drude电导率等关键参数，为研究双栅极二维材料的新颖涌现现象奠定基础。
2024-11-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Scalable synthesis of 2D van der Waals superlattices
异质结构材料构成了许多现代电子产品的基础，从晶体管到激光器和发光二极管。近年来，人们重新关注通过二维材料的垂直集成来创建异质结构，包括石墨烯、六方氮化硼和过渡金属二硫属化物（TMDC）。然而，与材料加工相关的基本挑战限制了材料质量并阻碍了可扩展性。我们展示了一种通过气相工艺将沉积在硅和蓝宝石上的亚纳米金属薄膜转化为TMDC异质结构的方法。与独立的TMDC相比，所得到的异质结构和超晶格表现出新颖的性质，包括降低的带隙、增强的轻物质耦合和改进的催化性能。这种强大的和可扩展的合成方法提供了新的机会，以产生广泛的人工堆叠的二维超晶格与控制的形态和组成。
2021-11-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Two-Dimensional Material Nanophotonics
新兴的二维（2D）材料表现出广泛的电子特性，从绝缘六方氮化硼，半导体过渡金属二硫属化物如二硫化钼，到半金属石墨烯。在这里，我们首先回顾了各种二维材料的光学特性和应用，然后通过两种不同的方法来增强它们与光的相互作用：通过它们与外部光子结构的集成和通过它们的固有极化激元共振。最后，我们介绍了一种窄带隙层状材料，黑磷，它意外地桥接了零隙石墨烯和相对大的带隙TMDC。大量的二维材料及其异质结构，以及增强光-物质相互作用的方法，为科学发现和纳米光子技术在广泛的电磁波谱中提供了希望。
2014-10-16 cond-mat.mes-hall
Tuning Electrical and Thermal Transport in AlGaN/GaN Heterostructures via Buffer Layer Engineering
在过去十年中，基于氮化镓（GAN）的宽带隙III-V材料系统的进展已经成为实现高功率和高频电子器件的主要驱动力。由于AlGaN/GAN界面处的高导电性二维电子气（2DEG）基于内置极化场（非掺杂）并且被限制在非常小的厚度，因此其载流子与其掺杂对应物相比表现出高得多的迁移率。在这项研究中，我们表明，这种异质结构的材料还提供了独特的能力，操纵电输运分开从热输运通过检查全悬浮AlGaN/GAN隔膜的不同GAN缓冲层厚度。值得注意的是，我们表明，$100$纳米薄GAN层可以大大阻碍热流而不电输运退化，并且在基于2DEG的异质结构中观察到热电优值（$\it zT$）的显著改善（~ $4$ x）。我们还观察到最先进的热电功率因子（$4-7\times$ $10^{-3}$ $\,Wm^{-1}K^{-2}$）在室温下）在该材料系统的2DEG。这种显着的调谐行为和热电增强，阐述了在这里第一次在基于极化的异质结构，是实现的，因为电子是在异质结构的界面，而声子的材料系统内。这些结果突出了在III-V族材料中使用2DEG用于片上热传感和能量收集的潜力。
2018-02-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
