Light-matter interactions in layered materials and heterostructures: from moiré physics and magneto-optical effects to ultrafast dynamics and hybrid meta-photonics
本文综述了分层二维材料及异质结构中光-物质相互作用的最新进展，涵盖莫尔物理、磁光效应、超快动力学与混合光子集成，并展望其在光电子学和下一代光子器件中的应用潜力。
2024-12-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Strong Single- and Two-Photon Luminescence Enhancement by Nonradiative Energy Transfer across Layered Heterostructure
单层过渡金属二硫属化物（TMDs）中的强光-物质相互作用具有直接带隙性质和这些材料宿主的强束缚激子的超快辐射衰减，因此在纳米光电子学中是有希望的。然而，单层的超薄性质所施加的光吸收的阻碍量损害了它们在光子应用中的可行性。使用一个分层的异质结构的单层TMD堆叠在上面的强吸收，非发光，多层SnSe 2，我们表明，单光子和双光子发光从TMD单层可以分别增强了14和7.5倍。这是通过层间偶极-偶极耦合诱导的非辐射福斯特共振能量转移（FRET）从SnSe 2下面，它作为一个清道夫的光未被单层TMD吸收。该设计策略利用了SnSe 2的直接能隙与单层TMD的激子能隙之间的近共振、范德华异质结促进的施主和受主之间的最小可能分离以及这些层状材料中偶极子的面内取向。在整个结区域上的FRET驱动的均匀的单光子和双光子发光增强优于量子点或等离子体结构集成的2D层中的局部增强，并且有希望用于提高成像、光电和光子应用中的量子效率。
2019-05-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Layered, Tunable Graphene Oxide-Nylon Heterostructures for Wearable Electrocardiogram Sensors
纳米级工程材料与可穿戴无线技术相结合，可以提供新水平的健康监测。开发并测试了还原氧化石墨烯-尼龙复合材料，通过与广泛使用的ECG传感器之一进行比较，证明了其作为可穿戴长期心电图（ECG）监测传感器材料的有用性。通过扫描电子显微镜（SEM）和原子力显微镜（AFM）的结构分析表明，在宏观尺度上的缺陷数量有限。傅里叶变换红外（FTIR）和拉曼光谱确认存在的rGOx，和D-和G-功能的比例作为厚度的函数与电阻率分析相关。缺陷的影响可以忽略不计，电学和光学特性的可调谐性，以及实时ECG数据，证明了其信号转导能力。
2022-08-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Emerging chirality and moiré dynamics in twisted layered material heterostructures
该研究预测有限尺寸的二维扭曲层状界面会因界面作用与边界约束的耦合涌现手性畸变，提出分数手性面积指标量化其手性，并发现该平衡态手性效应可介导界面从粘滑到平滑旋转的无外场连续扭转动力学转变。
2024-10-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
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
Permutations of the transverse momentum dependent effective valence-band potential for layered heterostructures. Pseudomorphic strain effects
详细研究了重空穴（\emph{hh}）和轻空穴（\emph{lh}）的横向动量相关的有效带阶（$V_{\mathrm{eff}}$）分布的演化.几个新的功能在变态的标准化的固定高度$V_{\mathrm{eff}}$配置文件的孔，在逐渐增加的价带混合和赝象应变的存在下，提出。在某些$III-V$非应变半导体层状异质结构中，固定高度电势对于\emph{lh}不再有效。事实上，我们发现-如预测的电子-，排列的$V_{\mathrm{eff}}$字符\emph{lh}，类似于一个“\emph{keyboard}“，连同带隙的变化，每当价带混合变化从低到高的强度。应变能够减弱\emph{keyboard}对$V_{\mathrm{eff}}$的影响，也会使其偶尔出现或消失。我们发现，多带混合效应和应力诱导事件，是竞争机制，不能普遍忽略假设一个固定的高度矩形空间分布的固定字符的势能，作为一个可靠的测试运行输入异质结构。在本报告之前，据我们所知，对于空穴，既没有直接的输运域测量，也没有针对这些$V_{\mathrm{eff}}$演变和排列的理论计算。我们的研究结果可能是相关的有前途的异质结构的设计指导下的价带结构模型，以提高空穴迁移率在$III-V$材料。
2014-06-10 cond-mat.mes-hall
Robust memristors based on layered two-dimensional materials
基于层状二维（2D）材料的范德华异质结构提供了前所未有的机会，通过设计来创建具有原子精度的材料。通过组合每个组件的优异特性，这种异质结构还提供了可能的解决方案来解决电子器件的各种挑战，特别是具有垂直多层结构的电子器件。在这里，我们首次报告了基于完全分层的2D材料（石墨烯/MoS 2-xOx/石墨烯）的范德华异质结构的鲁棒忆阻器的实现，并展示了传统忆阻器所缺乏的良好的热稳定性。这些器件显示出出色的开关性能，耐久性高达107，工作温度高达340 oC。通过结合原位高分辨率TEM和STEM研究，我们已经表明MoS 2-xOx开关层与石墨烯电极及其原子级尖锐界面一起负责在高温下观察到的热稳定性。一个定义明确的导电通道和开关机制的基础上的氧离子的迁移也被揭示。此外，完全分层的2D材料为柔性电子应用提供了良好的机械灵活性，我们的实验证明了对超过1000次弯曲循环的良好耐久性。我们的研究结果展示了一个通用的和令人鼓舞的途径工程所需的器件性能，通过使用二维范德华异质结构。
2018-01-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Manipulating Spin-Lattice Coupling in Layered Magnetic Topological Insulator Heterostructure $via$ Interface Engineering
Indian Association for the Cultivation of Science（印度科学文化研究所）；University of Maine（缅因大学）；Bose Institute（博斯研究所）；UGC-DAE Consortium for Scientific Research, Indore Centre（UGC-DAE科学研究联盟印多尔中心）
通过构建Bi₂Te₃/FePS₃范德华异质结构，利用拉曼光谱和Ginzburg-Landau理论揭示了界面自旋-晶格耦合诱导的磁弹性模式，并通过六方氮化硼插入层实现了耦合的可逆调控。
2024-04-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Element-specific, non-destructive profiling of layered heterostructures
本文提出共振对比X射线反射测量法，利用元素芯能级共振实现硅中砷δ层的亚纳米、元素选择性无损剖析，并支持三维量子器件与层状量子材料表征。
2024-10-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Complexes of dipolar excitons in layered quasi-two-dimensional nanostructures
本文讨论了层状准二维半导体异质结构中间接激子形成的中性和带电复合物（双激子和三电子）。间接激子-不同层的长寿命中性库仑束缚电子和空穴对-已知用于半导体耦合量子阱，并且最近报道用于范德华异质结构，例如双层石墨烯和过渡金属二硫属化物。利用组态空间方法，我们推导出三子和双激子结合能随层间距变化的解析表达式。该方法捕获复杂的形成，揭示显着的结合能，高达几十毫电子伏的典型层间距离~3-5 A，与trion结合能总是大于双激子的基本运动学。我们的结果有助于理解更复杂的多体现象，如激子玻色-爱因斯坦凝聚和Wigner类电子空穴结晶在层状半导体异质结构。
2017-12-24 cond-mat.mes-hall
Highly efficient spin-orbit torque and switching of layered ferromagnet Fe3GeTe2
在范德瓦尔斯（vdW）层状铁磁体中，Fe 3GeTe 2（FGT）是形成FGT/重金属异质结构的理想材料，可用于研究自旋轨道矩（SOT）效应。它的金属性，强垂直磁各向异性建立在单原子层，相对较高的居里温度（Tc约225 K）和静电栅极可调谐性提供了一个诱人的可能性，实现最终的高SOT限制在单层全VDW纳米器件。在Pt中产生的自旋电流对FGT磁化施加阻尼式SOT。在约2.5 × 1011 A/m2的电流密度下，SOT引起FGT磁化切换，这通过FGT的异常霍尔效应来检测。为了量化SOT效应，当施加的磁场使FGT磁化在平面中旋转时，我们测量二次谐波霍尔响应。我们的分析表明，SOT效率与包含三维（3D）铁磁金属的最佳异质结构相当，并且比包含3D亚铁磁绝缘体的异质结构大得多。如此高的效率归因于原子级平坦的FGT/Pt界面，这表明了利用vdW异质结构用于高效自旋电子纳米器件的巨大潜力。
2019-03-01 cond-mat.mes-hall
Resolving Few-Layer Antimonene/Graphene Heterostructures
二维（2D）锑（Sb，antimonene）由于其独特的电子性质及其作为下一代电池阳极材料的适用性而引起了人们的兴趣。然而，Sb表现出大的多晶型/同素异形体的结构多样性，这也是由Sb的支持的影响。因此，理解Sb异质结构的形成是二维Sb集成的关键。特别是2D Sb/石墨烯界面作为电子产品中的接触件和电池中的电极至关重要。因此，我们在这里研究几层二维锑/石墨烯异质结构的原子分辨率（扫描）透射电子显微镜。我们发现两种Sb形态共存：第一种是层状β-Sb与β-Sb（001）的二维生长形态||石墨烯（001）织构。第二种是一维（1D）Sb纳米线，其可以与β-Sb匹配，其中β-Sb [2-21]垂直于石墨烯（001）织构，并且在结构上也与晶体学上非优选的立方Sb（001）密切相关。||石墨烯（001）。重要的是，两种Sb形态都显示出与石墨烯支撑的旋转范德华外延。这两种Sb形态对环境体氧化都有很好的弹性，尽管表面Sb氧化物层的形成值得考虑，包括形成新型外延Sb 2 O 3（111）/β-Sb（001）异质结构。精确的Sb生长行为对所采用的加工和衬底性质敏感，所述衬底性质包括，值得注意的是，直接石墨烯支撑物下面的支撑物的性质。这引入了直接2D支撑下的衬底作为2D Sb异质结构形成中的关键参数。我们的工作为2D Sb和2D Sb/石墨烯异质结构中的丰富相和外延景观提供了见解。
2020-09-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Strong interlayer coupling in van der Waals heterostructures built from single-layer chalcogenides
半导体异质结构是许多重要器件应用的基础平台，例如激光器、发光二极管、太阳能电池和高电子迁移率晶体管。类似于传统的异质结构，层状过渡金属二硫属化物（TMDC）异质结构可以通过将各个单层组装成功能性多层结构来设计和构建，但原则上具有原子级尖锐界面，没有原子的相互扩散，数字控制的层状组分并且没有晶格参数约束。尽管如此，这种新型的范德华（vdW）半导体异质结构的光电行为是未知的单层限制。具体来说，实验上尚不清楚这种异质双层中的光学跃迁是空间直接的还是间接的。在这里，我们研究人工半导体异质结构从单层WSe2和MoS2构建块。我们观察到的光致发光峰和最低的吸收峰，这是一致的II型带对齐空间直接吸收，但空间间接发射之间的大斯托克斯位移约100毫电子伏。值得注意的是，这种空间间接跃迁的光致发光强度很强，表明载流子的层间耦合很强。异质界面处的耦合可以通过将六方BN（h-BN）介电层插入到vdW带隙中来容易地调谐。因此，这种层间耦合的一般性质提供了带工程中的新的自由度，并且预期产生具有定制复合层的可调光电性质的新的半导体异质结构族。
2014-04-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Experimental Progress on Layered Topological Semimetals
本文综述了近年来层状拓扑材料的实验研究进展，重点介绍了过渡金属二硫属化合物的1 T、Td和1 T '结构相。它们的电子量子态非常丰富，而且许多都是拓扑非平凡的，如多层膜中的Dirac/Weyl半金属相和单层膜中的量子自旋Hall绝缘体相。内容涵盖了材料合成，基本表征，角分辨光电子能谱测量，传输和光学响应的最新主要进展。在此基础上，展望了拓扑物理与二维范德华层状异质结构的结合所带来的令人兴奋的未来可能性。
2019-02-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Layer-Resolved Magnetic Proximity Effect in van der Waals Heterostructures
磁邻近效应是异质结构中自旋电子学、超导学和拓扑学现象的重要组成部分。这种效应对界面的电子性质，如电子波函数重叠和能带排列高度敏感。最近出现的范德华（vdW）磁体，使通过设计具有原子级清洁界面的异质结构来调节邻近效应成为可能。特别是，原子薄CrI 3表现出分层反铁磁性，其中相邻的铁磁单层反铁磁性耦合。利用这种磁性结构，我们发现了一个层分辨的磁性邻近效应形成的单层WSe 2和Bi/三层CrI 3的异质结构。通过对CrI 3的单层磁化强度施加磁场控制，我们发现WSe 2和CrI 3之间的自旋相关电荷转移主要由界面CrI 3层控制，而邻近交换场对整个层状磁性结构高度敏感.这些属性使我们能够使用单层WSe 2作为空间敏感的磁传感器映射出分层反铁磁畴结构在零磁场以及反铁磁/铁磁畴附近的自旋翻转过渡在双层CrI 3。我们的工作揭示了一种新的方法来控制邻近效应和探测界面磁序通过vdW工程。
2020-01-12 cond-mat.mes-hall
Structural Transition in Layered As$_{\sf\textbf{1-x}}$P$_{\sf\textbf{x}}$ Compounds: A Computational Study
作为进一步改善V族层状半导体电子性质的一种方法，我们提出形成黑磷和灰砷的层内二维异质结构。我们使用\textit{ab initio}密度泛函理论来优化几何形状，确定电子结构，并确定最稳定的同素异形体作为组成的函数。由于纯黑磷和纯灰砷单层在其平衡结构不同，我们预测的结构转变和变化的前沿状态，包括从直接间隙的变化，间接间隙半导体，随着组成的变化。
2015-07-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Tin monochalcogenide heterostructures as mechanically rigid infrared bandgap semiconductors
基于第一性原理的密度泛函计算，我们表明，SnS和SnSe层可以形成机械刚性异质结构的组分起皱或屈曲的单层。由于强的层间耦合，导带和价带边缘的电子波函数在异质结构上是离域的。所得的异质结构的带隙位于红外区域。在应变工程的作用下，异质结构的带隙在褶皱相中发生了由间接带隙向直接带隙的转变。结果表明，层状异质结构的电子波函数和机械刚度之间存在着直接的相关性。
2018-03-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Layer photovoltaic effect in van der Waals heterostructures
本文提出非中心对称范德华异质结中存在可通过光照控制的层光伏效应（LPE），系统分类了其依赖对称性的多种机制，并发现该效应在太赫兹频段具有可观的极化率，可作为体光伏探测的新手段。
2023-01-05 cond-mat.mes-hall
What Makes Effective Gating Possible in Two-Dimensional Heterostructures?
静电门控提供了一种在现代电子器件中获得关键功能并定性改变材料特性的方法。虽然这种门控的静电描述为相关的掺杂效应提供了指导，但门控的固有量子特性为材料和未开发设备的有趣修改提供了机会。利用第一性原理计算对Co/双层石墨烯、Co/BN和Co/苯三种磁性材料进行了理论计算，并结合一个简单的物理模型，证明了二维层状材料的磁性异质结构可以表现出可调的磁性邻近效应.范德华键合被认为是通过门控进行大的电子结构改变的要求。特别地，物理吸附的石墨烯中的自旋极化的幅度和符号可以通过选通来控制，这对于自旋电子器件是重要的。
2015-10-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Layered Topological Crystalline Insulators
拓扑晶体绝缘体（TCI）是其拓扑性质依赖于一般晶体对称性的绝缘材料。基于第一性原理计算，我们研究了由二维TCI层堆叠而成的三维晶体。根据层间相互作用，层状晶体可以实现不同的3D拓扑相位，其特征在于在布里渊区中的不等效镜不变平面上定义的两个镜陈数（MCN）（$μ_1,μ_2$）。作为一个例子，我们证明了新的TCI相可以实现在层状材料，如PbSe（001）单层/h-BN异质结构，并可以通过机械应变调谐。我们的研究结果揭示了MCN在倒易空间中不等价镜像对称平面上的作用，并为寻找新的拓扑材料开辟了新的可能性。
2015-03-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Parity-Dependent Moiré Superlattices in Graphene/h-BN Heterostructures: A Route to Mechanomutable Metamaterials
交替的石墨烯/h-BN少层异质结构的超晶格被发现表现出强烈的依赖于堆叠内的层的数量的奇偶性。奇宇称系统表现出独特的火烈鸟状图案，而它们的偶宇称对应物表现出规则的六边形或矩形超晶格。当交替堆叠由七层或更多层组成时，火烈鸟图案变得有利，而不管奇偶性如何。值得注意的是，该系统的面外应变强烈依赖于上层结构的形状，导致其力学性能的显着宇称依赖性。预测的现象起源于在连续层的界面处发展的莫尔图案之间的复杂竞争。这种机制是一般性质的，并且预计会发生在紧密匹配的刚性层状材料的其他交替堆叠中，如扭曲石墨烯和h-BN的均匀交替结所证明的。因此，我们的研究结果允许基于范德华异质结构的机械致变超材料的合理设计。
2020-11-14 cond-mat.mes-hall
Probing the ideal limit of interfacial thermal conductance in two-dimensional van der Waals heterostructures
本研究利用机器学习势模型，通过分子动力学模拟揭示二维异质结构界面热导的理想极限及堆叠序列依赖的热传输机制。
2025-02-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Moiré excitons in MoSe$_2$-WSe$_2$ heterobilayers and heterotrilayers
层状二维材料在扭曲或晶格无公度异质结构中表现出丰富的输运和光学现象，层间杂化的空间变化来自莫尔干涉效应。在这里，我们报告的实验和理论研究的激子在扭曲的异质双层和heterotrilayers的过渡金属dichalcogenides。使用MoSe $_2$ -WSe $_2$堆叠作为扭曲范德华双层和三层异质结构的代表性实现，我们观察到对比的光学特征，并在不同自旋和谷构型的层间莫尔激子的理论框架中解释它们。我们得出结论，MoSe $_2$ -WSe $_2$异质双层的光致发光与来自辐射衰减的谷直接层间激子和来自驻留在莫尔超晶胞的空间上不同的区域中的动量间接储层的声子辅助发射的联合贡献是一致的，而异质三层发射完全是由于混合层谷的动量暗层间激子。我们的研究结果突出了过渡金属二硫属化物异质叠层和多层半导体范德华异质结构的其他实现的层间杂化的深刻作用。
2021-03-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Origin of interlayer exciton-phonon coupling in 2D heterostructures
本研究以WSe$_2$@hBN异质结构为例，通过第一性原理计算揭示了晶体对称性在层间激子-声子散射中的核心作用，阐明了形变势与杂化空穴密度相互作用导致层间耦合的机制。
2024-07-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Raman and Far Infrared Synchrotron Nanospectroscopy of Layered Crystalline Talc: Vibrational Properties, Interlayer Coupling and Symmetry Crossover
滑石粉是一种绝缘层状材料，在环境条件下稳定，具有高质量的基底解理，这是其在范德华异质结构中使用的主要优势。在这里，我们使用近场同步辐射红外纳米光谱，拉曼光谱，和第一性原理计算调查的结构和振动特性的滑石晶体，从单层到散装，在300-750 cm-1和<60 cm-1的光谱窗口。我们观察到从单层到双层滑石样品的对称交叉，归因于相邻层的堆叠。滑石的面内晶格参数和层内模式的频率显示弱依赖性与层数，与弱层间相互作用一致。另一方面，滑石的低频（<60 cm-1）刚性层（层间）模式适合于识别滑石样品中的层数，除了揭示在层间力常数和相关的单晶弹性刚度中的强的面内和面外各向异性。滑石的剪切和呼吸力常数分别比石墨低66%和28%，使滑石成为一种易于剥离的优良润滑剂。我们的研究结果拓宽了对滑石在纳米尺度下的结构和振动性质的理解，并为未来的纳米异质结构应用提供了指导。
2023-02-27 cond-mat.mes-hall 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
Pressure-driven phase transformations and phase segregation in ferrielectric CuInP$_2$S$_6$-In$_{4/3}$P$_2$S$_6$ self-assembled heterostructures
层状多铁性材料表现出多种功能特性，这些特性可以通过改变温度和压力来调节。合成的CuInP $_2$ S $_6$是在室温下显示铁电行为的层状材料。当合成Cu缺陷时，CuInP $_2$ S $_6$自发地相分离以在二维自组装异质结构中形成铁电CuInP $_2$ S $_6$（CIPS）和顺电In $_{4/3}$ P $_2$ S $_6$（IPS）域。在这里，我们研究了流体静压对铜缺陷的CuInP $_2$ S $_6$的结构的影响拉曼光谱测量高达20 GPa。拉曼峰的频率，强度和线宽的详细分析揭示了在2，10，13和17 GPa附近的光谱中的四个不连续性。在~2 GPa，我们观察到的IPS域的扩散，最终在10 GPa左右的峰的数量急剧减少的结构转变。我们将其归因于在10 GPa下可能的单斜-三角相变。在较高的压力（~ 13 GPa），显着增加的峰值强度和锐化的拉曼峰表明带隙降低和同构的电子跃迁，与金属化的可能开始在压力高于17 GPa。当压力释放时，该结构再次相分离成同一单晶框架内的两个不同的化学域-然而，这些域的尺寸比合成材料小得多，从而通过纳米限制抑制铁电性。因此，流体静压可用于调节Cu缺乏的层状CuInP $_2$ S $_6$的电子和铁电性质。
2021-08-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Observation of the Interlayer Exciton Gases in WSe$_2$ -p: WSe$_2$ Heterostructures
由于电子和空穴的空间分离，层间激子（IX）具有比层内激子长得多的寿命;因此，几十年来一直在追求它们以产生激子凝聚体。最近出现的二维（2D）材料，如过渡金属二硫属化物（TMD），和他们的范德华异质结构（HS），其中两个不同的二维材料层压在一起，创造了新的机会来研究IX。在这里，我们提出了在由hBN/WSe $_2$ /hBN/p：WSe $_2$ /hBN组成的两个堆叠结构内的IX气体的观察。由于TMD层之间hBN间隔层的不同厚度，两种不同结构的IX能量相差82 meV。我们证明了当温度和泵浦功率增加时，IXs的寿命缩短。我们把这种非线性行为归因于俄歇过程。
2020-06-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Crystal and Magnetic Structures in Layered, Transition Metal Dihalides and Trihalides
由通过弱范德华相互作用彼此结合的二维层组成的材料通常表现出强烈的各向异性行为，并且可以被切割成非常薄的样品，有时甚至是单层晶体。对这种材料的兴趣是由低维物理学的研究和功能异质结构的设计驱动的。具有组成MX2和MX3的二元化合物（其中M是金属阳离子，X是卤素阴离子）通常形成这样的结构。磁性可以通过选择具有部分填充的d-壳层的过渡金属M来结合，从而实现铁磁响应以增强功能性。本文简要介绍了二元过渡金属二卤化物和三卤化物，总结了它们的晶体学性质和长程有序的磁性结构，重点介绍了那些具有层状晶体结构和部分填充的d-壳层的材料，这些材料需要将低维性和可劈裂性与磁性结合起来。
2017-04-26 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
Designing isoelectronic counterparts to layered group V semiconductors
在类比III-V族化合物，这大大拓宽了IV族半导体的范围，我们提出了IV-VI化合物作为层状V族半导体的等电子对应物。利用{ \em ab initio}密度泛函理论，我们研究了一硫化硅（SiS）尚未实现的结构相.我们发现黑磷样$α$ -SiS与蓝磷样$β$ -SiS几乎同样稳定。$α$ -SiS和$β$ -SiS单层都显示出显著的间接带隙，该带隙敏感地依赖于层内应变。与具有相应非平面结构的V族元素的2D半导体不同，不同的SiS同素异形体在层内或垂直于层显示出强极化。我们发现，SiS可以形成横向和纵向异质结构与磷烯在一个非常小的能量惩罚，提供了前所未有的可调谐性的SiS-P化合物的结构和电子性质。
2015-05-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
On the nature of wettability of van der Waals heterostructures
表面的润湿行为被认为受到范德华力（vdW）的影响，然而，没有明确的证明。随着二维vdW分层材料的隔离，有可能测试这一假设。在本文中，我们报告的vdW异质结构，其中包括，化学气相沉积（CVD）生长的石墨烯，二硫化钼（MoS 2）和二硫化钨（WS 2）上的六边形氮化硼（h-BN）和SiO2/Si的几层的润湿行为。我们的研究清楚地表明，虽然这一类的二维材料是不润湿透明的，似乎有一个显着的量的影响，其润湿性能的底层基板由于占主导地位的vdW力。接触角测量表明，石墨烯和石墨烯样层状过渡金属二硫属化物总是具有固有分散的表面，具有主导的伦敦-vdW力介导的润湿性。电场控制的润湿的MoS 2/WS 2/SiO2/Si异质结构的研究进行，并没有显着的变化，水的接触角与施加的电压，虽然观察到两个数量级的电阻变化。我们假设，这些表面所产生的主要伦敦VDW部队的高度分散的性质可能是这样的观察的原因。
2015-12-13 cond-mat.mes-hall
Moiré of Moiré: Modeling Mechanical Relaxation in Incommensurate Trilayer van der Waals Heterostructures
多层二维材料的无公度堆叠是一个具有挑战性的问题，从理论的角度和一个有趣的途径来操纵他们的物理性质。在这里，我们提出了一个多尺度模型，以获得扭曲的三层范德华（vdW）异质结构的机械弛豫模式与两个独立的扭曲角，一个一般不相称的系统没有超原胞的描述。我们采用的配置空间作为一个自然的描述，这种不相称的分层材料，基于原子位置的局部环境，绕过相称的近似的需要。为了获得松弛模式，我们执行能量最小化相对于松弛位移向量。我们使用一个连续介质模型结合广义层错能来描述层间耦合，从第一性原理计算的基础上密度泛函理论。我们发现扭曲的三层石墨烯和$\mathrm{WSe_2}$的弛豫图案是“莫尔的莫尔"，作为无公度耦合两个双层莫尔图案的结果。我们还表明，在扭曲双层膜中，相对于保持对称性的平面内弛豫，三层弛豫可以打破关于xy平面的两重旋转对称性时，两个扭曲角相等。
2020-04-20 cond-mat.mes-hall
Cross-sectional imaging of individual layers and buried interfaces of graphene-based heterostructures and superlattices
通过将各种二维（2D）原子晶体[1]堆叠在彼此的顶部，可以创建具有设计的电子特性的多层异质结构和器件[2-5]。然而，在组装过程中，各种吸附物被困在层之间，这不仅影响了所得的质量，而且还阻止了由范德华相互作用维持的真正的人造层状晶体的形成，而是通过污染物形成胶合在一起的层压材料。透射电子显微镜（TEM）显示，石墨烯和氮化硼单层（两种最佳表征的2D晶体）被碳氢化合物密集覆盖（即使在高真空中热退火后），并且仅显示出适合原子分辨率成像的小的干净斑块[6-10]。这一观察似乎不利于创造具有原子级尖锐界面的范德华材料和异质结构的任何现实前景。在这里，我们采用横截面TEM来观察几种石墨烯-氮化硼异质结构的侧视图。我们发现，被困的碳氢化合物分离成孤立的口袋，离开界面原子清洁。此外，我们观察到一个明确的界面粗糙度和封装的石墨烯的电子质量之间的相关性。这项工作证明了原子层精度组装异质结构的概念，并提供了他们的第一个TEM图像。
2012-09-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Interfacial Magnetism in Complex Oxide Heterostructures Probed by Neutrons and X-rays
磁性复合氧化物异质结构是人们非常感兴趣的，因为在不同材料的界面处的大量现象可以产生全新的物理和潜在的有价值的功能。在外延层氧化物界面处的改变的磁化强度、新颖的磁耦合和涌现的界面磁性正在进行深入的研究，这形成了我们对如何利用这些材料的理解，特别是对于自旋电子学。基于中子和X射线的技术在表征界面磁结构和澄清这一快速发展领域的基础物理方面发挥了决定性作用。在这里，我们回顾了最近的一些实验结果，重点是那些通过极化中子反射计和极化x射线吸收光谱研究。最后，我们提出一些观点。
2015-09-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Absorption and emission modulation in MoS2-GaN (0001) heterostructure by interface phonon-exciton coupling
基于层状二维过渡金属二硫属化物（TMD）与氮化镓（GAN）界面的半导体异质结构是实现宽带光发射器和吸收器的优良材料系统。极性半导体如GAN的表面性质由界面声子控制，因此垂直异质结构的光学性质强烈依赖于界面激子-声子耦合。在单层MoS 2-GAN（0001）异质结构中，由于界面声子与光生载流子的耦合，观察到异质结构中不同拉曼模式的起源和激活。这种耦合强烈地影响了MoS 2的非平衡吸收特性和两种半导体的发射特性。采用密度泛函理论（DFT）计算了界面的能带排列，发现界面为I型异质结构。MoS 2在K点处的带间跃迁的光激发强烈地调制MoS 2中的C激子带。GAN的吸收带和发射带与MoS 2的吸收带的重叠引起了能量和电荷在界面上的转移，并在Γ点处产生光激发。利用瞬态光抽运-探测光谱技术，在GAN衬底上的MoS 2中观察到激子吸收态的强调制。载流子与声子和缺陷态的相互作用导致了GAN衬底上MoS 2发光的增强和蓝移。我们的研究结果表明，声子和载流子之间的界面耦合的光学和电子应用的发展的相关性。
2019-06-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Signature of large-gap quantum spin Hall state in the layered mineral jacutingaite
量子自旋霍尔（QSH）绝缘体是一种具有绝缘体和受时间反转对称性保护的主体边缘态的材料。在这些状态下，自旋和动量的螺旋锁定抑制了电荷载流子的背散射，从低功率电子学到量子计算都有着广阔的应用前景。应用的一个主要挑战是大间隙QSH材料的识别，这将使室温下无耗散传输在其边缘状态。在这里，我们表明，层状矿物jacutingaite（Pt $_2$ HgSe $_3$）是一个候选的QSH材料，实现了长期追求的凯恩-梅勒绝缘体。使用扫描隧道显微镜，我们测量的带隙为110毫电子伏，高于室温，并确定了标志性的边缘状态。通过计算$\mathbb{Z}_2$不变量，我们确认了能隙的拓扑性质。作为一种层状矿物，它在空气中是稳定的，可以通过机械剥离减薄到几个原子层。此外，我们证明，它可以集成到异质结构与其他二维材料。这将拓扑绝缘体添加到2D量子材料库中，极大地扩展了使用分层材料堆叠来调谐2D电子系统的可能性。
2020-06-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Modulation of skyrmionic magnetic textures in two-dimensional vdW materials and their heterostructures
在二维（2D）范德华（vdW）材料中观察到的内禀磁性为探索2D拓扑磁性织构，特别是包括skyrmion及其拓扑等价物的skyrmion磁性织构（SMTs）提供了独特的机会。自从在2D vdW材料及其异质结构中实验发现skyrmion以来，一个关键的挑战在于控制这些SMT将其有趣的功能转化为自旋电子学应用。本文综述了2D vdW单层材料及其异质结构中SMT调制的实验和理论研究进展。除了温度、磁场和样品厚度等基本调制因素外，我们还提出了电流驱动的迁移率和跃迁的实验实现，以及电场对各种磁电调制的理论预测。考虑到vdW层状材料的二维特性，应变和堆叠方式也是调节磁性织构的有效方法。
2023-03-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Engineering quantum interference in van der Waals heterostructures
在本文中，我们提出了一种新的路线，可调谐的自发谷相干的异质结构的二维谷电子材料与其他层状材料托管各向异性极化激元模式。我们首先讨论的依赖性的一般异质结构的各向异性部分的电导率张量和它的几何配置上的这种一致性。随后，我们提出了两个实现-一个，使用各向异性等离子体在磷烯和另一个双曲声子极化激元在MoO 3。在这两个系统中，我们第一次展示了自发谷相干性的静电可调谐性，在室温下在近中红外波长处达到了前所未有的高达80%的值。这些异质结构中所显示的这种谷相干性的可调谐性将使有源谷电子量子电路的实现成为可能。
2019-10-09 cond-mat.mes-hall physics.optics
Confinement of long-lived interlayer excitons in WS$_2$/WSe$_2$ heterostructures
层状材料中的层间激子是研究量子粒子间长程相互作用所引起的多体现象的一个新平台。在势能陷阱中定位单个层间激子的能力是在人工晶格中模拟哈伯德物理的关键一步。在这里，我们证明了空间定位的长寿命层间激子在一个强烈的限制陷阱阵列使用WS $_{2}$ /WSe $_{2}$异质结构的纳米图案衬底上。我们检测到长寿命的层间激子的寿命接近0.2毫秒，并表明，他们的限制结果在微秒范围内的寿命减少和更强的发射率与持续的光学选择规则。永久偶极矩、空间限制和长寿命的组合将层间激子置于满足在光学可分辨的陷阱晶格中观察长程动力学的要求之一的制度中。
2020-05-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Second-Order Topological Insulator in van der Waals Heterostructures of CoBr$_2$/Pt$_2$HgSe$_3$/CoBr$_2$
二阶拓扑绝缘体具有（d-2）维拓扑铰链或角态，在三维材料中已被观察到，但在二维系统中尚未观察到。本文从理论上提出了在CoBr $_2$ /Pt $_2$ HgSe $_3$ /CoBr $_2$的范德华异质结中实现二阶拓扑绝缘体的方法。Pt $_2$ HgSe $_3$是大带隙$\mathbb{Z}_2$拓扑绝缘体。与来自相邻的CoBr $_2$的面内交换场，大于70 meV的大的带隙打开的边缘。角状态，这是强大的边缘紊乱和不规则的形状，证实了在纳米片。我们进一步证明了二阶拓扑态也可以在硅铜矾族$\mathbb{Z}_2$拓扑绝缘体的异质结构中实现。我们相信，我们的工作将有利于实验实现二阶拓扑绝缘体在范德瓦尔斯层状材料。
2022-02-01 cond-mat.mes-hall
Revealing Interfaces of Two-Dimensional Lateral Heterostructures by Second Harmonic Generation
两种不同半导体之间的界面在决定异质结的电子特性方面至关重要，因此可以探测这些区域的新技术特别令人感兴趣。最近的研究表明，二维过渡金属二硫属化物异质结具有尖锐的外延界面，可用于下一代柔性和片上光电子器件。在这里，我们表明，二次谐波产生（SHG）可以用作一种光学工具，以揭示这些原子尖锐的界面在不同的横向异质结构。我们观察到异质结处SH强度的增强，并表明这是由于来自每种材料的SH发射的相干叠加造成的。这种建设性的干涉图案揭示了一个相位差所产生的两种材料在界面处的不同的二阶介电常数。我们的研究结果表明，SHG显微镜是一种敏感的表征技术，揭示纳米功能的层状材料及其异质结构。
2021-08-10 cond-mat.mes-hall
2D Magnetic Heterostructures: Spintronics and Quantum Future
本综述梳理二维磁性异质结的最新研究进展，阐明其界面机制与器件研发情况，重点介绍拓扑型二维磁性异质结的应用潜力，并展望该领域在未来电子学中的发展机遇与挑战。
2023-11-06 cond-mat.mes-hall
Topological superconductivity in a van der Waals heterostructure
设计者方法已经成为一种新的范式，在访问新的量子相的物质。此外，实现诸如拓扑绝缘体、超导体和量子自旋液体等奇异状态常常对任何单一材料提出挑战性甚至矛盾的要求。例如，目前还不清楚拓扑超导性是否存在于任何自然产生的材料中，拓扑超导性被认为是拓扑量子计算的关键成分。这个问题可以通过使用结合不同材料的设计师异质结构来规避，其中所需的物理特性来自不同组件之间的工程相互作用。在这里，我们采用设计师的方法来证明两个重大突破-制造的范德华（vdW）异质结构相结合的二维铁磁性与超导性和观察的二维拓扑超导性。我们使用分子束外延（MBE）生长二维岛的铁磁三溴化铬（CrBr $_3$）超导二硒化铌（NbSe $_2$）和显示的签名的一维马约拉纳边缘模式使用低温扫描隧道显微镜（STM）和光谱（STS）。所制造的二维vdW异质结构提供了一个高质量的可控平台，可以集成在利用拓扑超导性的器件结构。最后，分层异质结构可以很容易地通过各种各样的外部刺激，潜在地允许通过电气，机械，化学或光学手段的2D拓扑超导性的外部控制。
2021-03-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
Electron-hole pairing in graphene-GaAs heterostructures
垂直异质结结合不同的层状材料提供了新的机会，应用和层间库仑耦合驱动的集体行为的基础研究。在这里，我们报告异质结构，包括一个单层（或双层）石墨烯携带无质量（大规模）手性载体的流体，和量子阱中创建的GaAs 31.5 nm以下的表面，支持高迁移率的二维电子气。这是一类由空间分离的电子和空穴流体组成的新型双层器件。我们发现，库仑阻力电阻率显着增加的温度低于5-10 K，以下的对数律。这种异常行为是强层间相关性开始的标志，与永久激子凝聚物的形成相容。诱导强关联电子-空穴态的能力为实现具有最小耗散的相干电路和包括模数转换器和拓扑保护的量子比特的纳米器件铺平了道路。
2014-01-05 cond-mat.mes-hall
Fano resonance and incoherent interlayer excitons in molecular van der Waals heterostructures
来自层状分子堆叠的复杂范德华异质结构是有前途的光电材料，提供了有效的、模块化的电荷分离和收集层的手段。这种混合有机-无机二维材料的电动力学中的堆叠效应在很大程度上仍未被探索，由此分子尺度工程可以导致先进的光学现象。例如，可调Fano工程可以按需制造透明导电层或光敏元件，以及被动冷却。我们采用改进的Gersten-Nitzan模型和实时含时密度泛函紧束缚方法研究了石墨烯纳米带自组装单分子膜的光电特性。我们发现法诺共振，导致电磁感应的不透明性和透明度，并揭示了一个额外的不相干的过程，导致层间激子形成的特征电荷转移率。这些结果展示了混合范德华异质结构作为典型的2D光电堆叠，具有可调Fano光学器件和非常规电荷转移通道。
2022-01-22 cond-mat.mes-hall physics.chem-ph
Proximitization: Opportunities for Manipulating Correlations in Hybrid Organic / 2D Materials
本文提出利用有机分子薄层与二维材料构建异质结构，通过邻近化与对称性破缺相结合的新视角，为调控范德瓦尔斯材料中的关联自由度提供独特机遇。
2023-08-11 cond-mat.mes-hall
Tuning the magnetic properties in MPS3 (M = Mn, Fe, and Ni) by proximity-induced Dzyaloshinskii Moriya interactions
本研究通过构建过渡金属三硫化磷与MoTe2的异质结构，利用界面邻近诱导的DM相互作用调控前者磁性质，揭示了该作用受磁性层自旋特性及SOC层态密度的影响，为层状材料磁性调控提供新途径。
2023-07-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.atm-clus
Moiré-induced symmetry breaking of charge order in van der Waals heterostructures
Donostia International Physics Center (DIPC)（圣塞巴斯蒂安国际物理中心）；Institute of Theoretical Physics, University of Hamburg（汉堡大学理论物理研究所）；Department of Physics, Indian Institute of Science Education and Research Bhopal（博帕尔印度科学教育研究系物理系）；The Hamburg Centre for Ultrafast Imaging（汉堡超快成像中心）；Centro de Física de Materiales (CSIC-UPV/EHU)（材料物理中心（西班牙国家科研委员会-巴斯克国立大学/巴斯克国立理工大学））；Max Planck Institute for the Structure and Dynamics of Matter（马克斯·普朗克物质结构与动力学研究所）；Yusuf Hamied Department of Chemistry, University of Cambridge（剑桥大学尤瑟夫·哈米德化学系）；Dept. Polymers and Advanced Materials, University of the Basque Country (UPV/EHU)（巴斯克国立大学（UPV/EHU）聚合物与先进材料系）；Ikerbasque, Basque Foundation for Science（伊克拉巴斯科，巴斯克科学基金会）
研究通过莫尔效应诱导电荷有序对称性破缺，揭示了异质结构中电子相变机制。
2026-03-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Exciton-polaritons in van der Waals heterostructures embedded in tunable microcavities
层状材料可以垂直组装以制造一种新型的几个原子层厚的范德华（VDW）异质结构，其与各种衬底和光电子器件几何形状兼容，从而实现用于控制光-物质耦合的新策略。在这里，我们将二硒化钼/氮化硼（MoSe $_2$ /hBN）量子阱（QW）在一个可调谐的光学微腔。部分光-部分物质极化激元本征态是由于MoSe $_2$激子和腔光子之间的强耦合而观察到的，这从中性激子和腔模式之间的明显的反交叉中得到证明，对于单个MoSe $_2$单层量子阱，分裂为20 meV，在MoSe $_2$ /hBN/MoSe $_2$双量子阱中增强到29 meV。共振分裂提供了激子辐射寿命为0.4 ps的估计。我们的研究结果铺平了道路的室温极化激元器件的基础上多量子阱VDW异质结构，其中极化激元凝聚和极化激元注入通过纳入石墨烯接触可能会实现。
2015-05-17 cond-mat.mes-hall
Multiple Parameter Dynamic Photoresponse Microscopy for data-intensive optoelectronic measurements of van der Waals heterostructures
由二维（2D）材料的范德华（vdW）异质结构制成的量子器件可能预示着设计材料的新前沿，其表现出新颖的电子性质和不寻常的电子相。然而，由于层状原子结构的复杂性和出现的物理特性，具有定制的物理特性的设备的实验实现将需要跨越材料和设备参数的大范围的全面测量。这种多参数测量需要新的策略，将数据密集型技术（通常应用于天文学和高能物理学）与固态物理学和材料科学的实验工具相结合。我们讨论了全面的实验科学的挑战，并提出了一种技术，称为多参数动态光响应显微镜（MPEST），利用超快激光，衍射限制扫描束流光学，和硬件自动化来表征二维异质结构的光响应在一个时间有效的方式。在VDW异质结上使用综合方法会导致大量复杂的数据集;在MPT的情况下，我们测量了大量需要高级图像分析以提取底层物理的图像。我们讨论如何处理这样的数据集一般，并在特定情况下的石墨烯-氮化硼-石墨异质结构光电池。
2018-12-07 cond-mat.mes-hall physics.ins-det
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
Quantum confined Stark effect in a MoS$_2$ monolayer van der Waals heterostructure
含过渡金属二硫族化物的无悬挂键范德华异质结构的光学性质主要由激子决定。受限激子的一个重要性质是量子受限斯塔克效应（QCSE）。在这里，这样的异质结构被用来探测QCSE通过施加均匀的垂直电场横跨二硫化钼（MoS $_2$）单层。中性和带电激子的光致发光发射能量与所施加的电场成二次方移动，只要电子密度保持恒定，表明激子可以被极化。斯塔克位移对应于约一半的均匀线宽实现。分别提取了$(7.8~\pm~1.0)\times 10^{-10}~\tr{D~m~V}^{-1}$和$(6.4~\pm~0.9)\times 10^{-10}~\tr{D~m~V}^{-1}$在相对低电子密度下的中性和带电激子极化率（$8 \times 10^{11}~\tr{cm}^{-2}$）。这些值比以前报告的值低一个数量级，但与理论计算一致。这里提出的方法是通用的，也可以应用于其他半导体层状材料。
2017-10-26 cond-mat.mes-hall physics.optics
Wavelength-Controlled Photocurrent Polarity Switching in BP-MoS$_2$ Heterostructure
层状二维范德华（vdW）半导体及其异质结构在许多研究中表现出正光电导（PPC）。最近的一些报道已经证明了负光电导（NPC），以及可以实现宽带光电探测，除了多电平光电逻辑和存储器。PPC和NPC之间的可控和可逆切换是这些应用的关键要求。该报告演示了可见光到近红外波长驱动的NPC和PPC，以及两者之间的可逆切换，在空气中稳定，高迁移率，宽带黑磷（BP）场效应晶体管（FET）覆盖有几层MoS $_2$薄片。交叉开关波长可以通过改变MoS $_2$的带隙通过其薄片厚度和NPC和PPC的光响应度可以使用静电门控以及激光功率调制。放电驱动的NPC和PPC允许在几秒的合理时间尺度上进行可逆切换。此外，门电压依赖性负持续光电导实现了非常适合于光突触应用的突触行为。
2021-11-01 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
