The Role of H2O and O2 Molecules and Phosphorus Vacancies in the Structure Instability of Phosphorene
磷烯在空气中的结构稳定性差通常归因于湿度和氧分子。最近剥离磷烯在脱氧水促进需要重新检查的作用H2O和O2分子。考虑到磷烯中存在大量空位，采用第一性原理计算研究了H2O和O2分子与含空位磷烯的相互作用.与通常的观点相反，物理吸附的分子往往在空位处具有更强的吸附，我们表明，H2O在空位处具有几乎相同的吸附能。电荷转移分析表明，O2是一个强的电子清除剂，它将磷原子的孤对电子转移到O2的2π* 反键轨道上.结果，用于O-O键分裂以形成O-P键的势垒从完美位点处的0.81eV降低到缺陷位点处的0.59eV，导致在室温下在缺陷位点处的氧化速率比在完美位点处快约5000倍。因此，我们的工作揭示了磷烯中的空位比完美的磷烯晶格位置显示出更强的氧亲和力。由于氧化，磷烯的结构退化可能会迅速发生在边缘和晶界，空位往往聚集。
2016-10-24 cond-mat.mtrl-sci
Towards large-area and defects-free growth of phosphorene on Nickel
基于磷原子的低维材料的合成是目前研究的热点，也是材料合成的一大挑战。磷烯是一种单层的黑磷，是原子级厚度的晶体管和光子学器件的最有前途的候选者之一。然而，缺乏大规模和无缺陷的生长显著阻碍了其器件的发展。在这里，我们展示了大规模和无缺陷的磷烯镍（Ni）基板上的合成。此外，基底取向对可能的同素异形体的可控合成的影响也已被描述。我们已经证明蓝色磷烯可以在Ni（111）和Ni（100）上生长。而γ-磷烯，以下称为海军磷烯，可以在Ni（110）上生长。此外，我们还发现磷烯的合成是通过磷五聚体（P5）进行的，P5是磷烯合成的重要前体。此外，我们证实了P-Ni势和P-P势的高精度，并表明分子动力学（M.D.）方法是模拟二维材料气相合成的有力工具。本工作为理解和控制大面积磷烯单晶单层的合成提供了坚实的参考。
2023-01-15 cond-mat.mtrl-sci
Self-assembled chiral phosphorus nanotubes from phosphorene: a molecular dynamics study
在纳米尺度结构的控制合成应该是预期的，具有预定手性的磷纳米管在具有可调带隙的电子器件中是重要的。在这里，结合分子动力学模拟与理论分析，我们表明，锯齿形磷烯纳米管可以自组装，并形成相应的手性磷纳米管周围的模板扶手椅型磷纳米管。纳米管和纳米管之间的范德华势被转换为合成管的固有变形能和化学键合能以及部分动能。自组装过程具有明显的温度依赖性和尺寸效应，形成的手性管是热稳定的。此外，手性和测量可以通过模板管的半径和原料带的纵横比来调整。该研究为磷纳米管的可控合成提供了一种新的可行的方法，因此在半导体器件应用中具有重要意义。
2017-05-08 cond-mat.mtrl-sci
Strain-Engineering Anisotropic Electrical Conductance of Phosphorene and Few-Layer Black Phosphorus
新制备的单层磷烯及其少层结构由于其有限的直接带隙和相当大的但各向异性的电子迁移率而有望在电子和光学应用中具有前景。通过第一性原理模拟，我们表明，这种独特的各向异性电导可以通过使用简单的应变条件进行控制。通过适当的双轴或单轴应变，我们可以将优选的导电方向旋转90度。这对于探索磷烯的量子霍尔效应以及奇异的电子和机械应用具有重要意义。
2014-03-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
New allotropes of phosphorene with remarkable stability and intrinsic piezoelectricity
在这封信中，我们表明，一类新的二维磷同素异形体可以通过组装以前提出的亚稳态磷纳米管到平面结构中的不同堆叠方向。基于第一性原理方法，系统地研究了这些新型二维磷同素异形体的结构、稳定性和基本电子性质。这些二维磷同素异形体具有显着的稳定性，由于强烈的管间范德华相互作用，这导致约30-70 meV/原子的能量释放取决于它们的堆叠方式。结果表明，这些二维范德瓦尔斯磷烯同素异形体中的大多数在能量上比实验上可行的黑色α-P和蓝色β-P更有利，其中三种具有较高的合成可能性，进一步证实它们是动态稳定的半导体，具有应变可调的带隙和显著的压电性，在纳米传感器、压电电子学以及便携式电子纳米设备中的能量收集。
2017-01-19 cond-mat.mtrl-sci
High stability of faceted nanotubes and fullerenes of multi-phase layered phosphorus: A computational study
我们提出了一个范例，在构建非常稳定的，刻面纳米管和富勒烯结构的横向加入纳米带或补丁不同的平面磷烯相。我们的从头计算密度泛函计算表明，这些阶段可能会形成非常稳定的，非平面关节。不同于富勒烯和纳米管通过变形的单相平面单层在大量的能量惩罚，我们发现刻面富勒烯和纳米管是几乎一样稳定的平面单相单层。由此产生的丰富多样的多晶型物允许不仅通过手性指数，而且通过不同磷烯相的组合来调节磷烯纳米管（PNTs）和富勒烯的电子性质。在所选的PNT中，金属-绝缘体转变可以由应变或改变壁的数量引起。
2014-11-05 cond-mat.mtrl-sci
Non collinear Magnetism and Phonon Dispersion Relation in Vacancy Induced Phosphorene Monolayer
采用基于rst原理的从头算方法研究了磷分子单分子膜的电子、磁性和线性声子色散行为。磷烯单层膜是一种半导体系统，其禁带宽度随尺寸变化。空位被用来研究单分子层体系的几何和物理行为。计算中包括了纯单层、空位诱导单层和空位诱导掺杂单层。通过优化算法很好地检查了掺杂剂浓度，以保持单层系统的稀磁半导体行为。态密度和分态密度表示系统中各个轨道的贡献。在空位态和掺杂空位态中观察到带闭合性质，表明了扰动相的闭合致密态和金属行为。计算中同时考虑了反铁磁有序和铁磁有序，得到了这两种有序对系统物理性质的影响。根据声子振动态密度和线性色散关系，通过具有线性色散关系的费米面映射了朗道能级分布。线性声子态密度的结果与电子态密度的结果一致。
2018-06-28 cond-mat.mtrl-sci
Superior mechanical flexibility and strained-engineered direct-indirect band gap transition of green phosphorene
最近，一个全新的磷同素异形体称为绿色磷已被预测，其直接带隙高达2.4 eV，其单层形式称为绿色磷烯显示出高稳定性。本文研究了绿色磷烯在两个垂直面内方向上的力学性质和单轴应变对电子能带结构的影响。值得注意的是，我们发现，这种材料可以维持在扶手椅方向的拉伸应变高达35%的阈值，这是大于黑色磷烯，这表明绿色磷烯更皱。计算结果还表明，Z字形方向的杨氏模量和泊松比比是扶手椅方向的四倍，这证实了材料的各向异性。此外，单轴应变可以触发绿色磷烯的直接-间接带隙转变，并揭示了带隙转变的临界应变。
2018-06-15 cond-mat.mtrl-sci
Evolution of Intrinsic Vacancies and Prolonged Lifetime of Vacancy Clusters in Black Phosphorene
由于磷烯中原子空位的形成能相对较低，且具有高度可动性，因此了解它们的演变对于磷烯的结构完整性、化学活性和应用至关重要。本文采用第一性原理计算和动力学蒙特卡罗模拟相结合的方法，研究了孤立单空位原子团簇的时间演化和形成过程，旨在揭示这些原子空位的扩散、湮灭和反应机制。我们发现，虽然孤立的MV具有高流动性的字符，他们的反应，并形成MV对具有低得多的流动性和高稳定性在环境条件下。我们还表明，在边缘的MV的消失是相当缓慢的，由于相对较高的能量势垒，因此，约80%的MV仍然存在，即使在环境条件下两年后。我们的研究结果一方面提供了有用的信息磷烯通过化学功能化这些空位团簇的结构修复，另一方面，表明这些相当稳定的空位团簇可以用作活化催化剂。
2019-10-09 cond-mat.mtrl-sci
Phase coexistence and metal-insulator transition in few-layer phosphorene: A computational study
基于{ \em ab initio}密度泛函计算，我们提出了$γ$ -P和$δ$ -P是层状磷的两个额外的稳定结构相，除了层状的$α$ -P（黑色）和$β$ -P（蓝色）磷同素异形体。这些同素异形体中的一些的单层具有宽的带隙，而包括$γ$ -P的其它的单层显示由层内应变或改变层数引起的金属-绝缘体转变。一个不可预见的好处是可以在没有能源成本的情况下连接不同的结构阶段。这在组装异质结构时变得特别有价值，该异质结构在一个连续层中具有良好限定的金属和半导体区域。
2014-07-07 cond-mat.mtrl-sci
Design of Phosphorene for Hydrogen Evolution Performance Comparable to Platinum
磷烯是一种单层的块状黑磷，由于其高电荷迁移率和覆盖宽光谱范围的光的可调直接带隙，因此有希望用于光收获。在这里，通过原子尺度的第一性原理模拟，我们报告了磷烯的析氢反应（HER）的活性起源于缺陷激活。对氢（H）从磷烯上脱附的吉布斯自由能（Δ_GH）的定量计算表明，原子空位和边缘在活化反应中起主导作用。我们发现，缺陷态，空的和良好的本地化周围的缺陷核心，被补偿的H物种。这诱导了符合自由能（Δ GH=0）的热中性条件的适当的氢相互作用，与铂相当。我们的研究结果的高度活化的缺陷状态表明，非金属HER催化剂的设计与地球丰富的磷结构的结构工程。
2019-10-09 cond-mat.mtrl-sci
Direct observation of structural phase transformations during continuous phosphorus deposition on Cu(111)
本研究通过原位显微镜直接观察Cu(111)上磷沉积过程，发现磷化物中间相转化为蓝磷烯层及多层岛生长的新模式，归因于高浓度P2二聚体，为二维材料生长提供新机制。
2024-08-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
The role of water in the preparation and stabilization of high quality phosphorene flakes
水被认为对磷烯的稳定性有害，相反，在以二甲基亚砜为溶剂的黑磷液相剥离中，少量水的存在可以合成高质量的材料。磷/水摩尔比在1.5和14之间使磷烯薄片的质量和它们的稳定性最大化。
2015-11-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Chemical scissors cut phosphorene nanostructures and their novel electronic properties
磷烯是近年来合成的一种具有二维褶皱蜂窝结构的磷化合物，具有良好的纳米电子学应用前景。在这项工作中，我们报告了我们的研究结果的化学剪刀效应磷烯，使用第一性原理密度泛函理论方法。研究发现，H、F、Cl和OH等基团能有效地剪切磷烯。磷链和纳米带可以使用不同的表面覆盖的化学物种获得。这些物种的光致发光效应是由于它们与P原子形成了强的化学键。诸如O、S和Se的物质由于缺乏与P的强结合而不能切割磷烯纳米结构。所产生的P链的电子结构计算显示饱和链是绝缘体，而原始链在X处展示出狄拉克点，费米速度为8* 10 E5 m/s。所得到的锯齿形磷烯纳米带显示出金属或半导体行为，这取决于边缘P原子的处理。
2014-05-06 cond-mat.mtrl-sci
One-dimensional phosphorus chain and two-dimensional blue phosphorene grown on Au(111) by molecular-beam epitaxy
单层磷（磷烯）作为一种具有应用前景的二维（2D）材料，近年来引起了相当大的研究关注。它是一种显示出优异的传输和光学特性的半导体。通过剥离法从块状晶体中成功分离出了少层或SL黑磷，并对其电子和光学性质进行了广泛的研究。蓝磷（blueP）是黑磷的同素异形体，其中原子以更平坦的原子构型排列，最近理论上已经提出在一些基底上以SL形式存在。在这项工作中，我们报告了一个蓝色的类P外延层的形成Au（111）的分子束外延。特别是，我们发现通过扫描隧道显微镜（STM）一维（1D）的原子链在低覆盖率，发展成更紧凑的岛屿或补丁的$(\sqrt{3}\times\sqrt{3})R30^\circ$结构与覆盖率增加之前，蓝色P-样岛成核和生长。我们还注意到一个有趣的生长特性，其中$(\sqrt{3}\times\sqrt{3})R30^\circ$表面在中间覆盖往往相分离成局部低覆盖率的一维链和高覆盖率的blueP-样结构，分别。因此，本实验不仅支持最近提出的半层半层（HLBHL）的生长机制，但也揭示了blueP生长过程的动力学细节。
2017-05-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
The Effects of Vacancy and Oxidation on Black Phosphorus Nanoresonators
由于黑磷烯在环境条件下不稳定，因此在实验中黑磷样品中不可避免地存在原子缺陷和氧化效应。这些缺陷对黑磷纳米谐振器性能的影响尚不清楚。在这里，我们执行经典的分子动力学研究在不同温度下的空位和氧化对单层黑磷纳米谐振器的影响。我们发现，空位导致强烈的品质因数的纳米谐振器的下降，而氧化对纳米谐振器的影响较弱。更具体地，2%浓度的随机分布的单空位能够在4.2K和50K下分别降低约80%和40%的品质因数。我们也发现奈米共振器的品质因数对空位缺陷的分布型态并不敏感。
2016-11-30 cond-mat.mtrl-sci
Shear-Exfoliated Phosphorene for Rechargeable Nanoscale Battery
原子薄的黑磷（称为磷烯）的发现有望用作石墨烯和过渡金属二硫属化物的替代二维材料，特别是作为锂离子电池（LIB）的阳极材料。然而，目前散装黑磷（BP）仍然遭受快速容量衰减，这导致差的可再充电性能。在这里，我们第一次使用原位透射电子显微镜（TEM）构建纳米级磷烯LIB和可视化的能力衰减机制厚多层磷烯实时捕获脱锂诱导的结构分解，降低电导率，从而导致锂化Li 3 P相的不可逆性。我们进一步证明，少层磷烯成功地规避了结构分解，并拥有优越的结构可折叠性，即使受到多循环锂化/脱锂过程和随之而来的巨大体积膨胀。这一发现提供了新的实验见解，厚度依赖的锂在磷烯扩散动力学。此外，已经开发了一种可扩展的液相剪切剥离路线，仅通过具有剪切速率阈值的高速剪切混合器甚至家用厨房搅拌机来生产高质量的单层或少层磷烯，这将为可充电磷烯纳米电池将来可以转移到工业化放大后在LIB中的潜在大规模应用铺平道路。
2015-08-29 cond-mat.mtrl-sci
Native Point Defects in Mono-- and Bi--layer Phosphorene
我们研究了单层和双层磷烯中本征点缺陷，空位和自填隙的稳定性和电子性质。利用\textit{ab initio}密度泛函理论和电子自能的GW近似计算了这些缺陷的形成能、准粒子缺陷态和电荷跃迁能级。使用DFT + GW的两个路径的形式主义研究间隙在单层磷烯，我们表明，包括静电校正CTL可以可靠地计算。计算结果表明，所有的本征点缺陷在中性态都具有较低的形成能（0.9- 1.6eV）。此外，我们发现磷烯中的空位表现为类受主缺陷，这可以解释磷烯的p型导电性。另一方面，间质可以显示受体和供体样行为。
2020-01-13 cond-mat.mtrl-sci
Adhesion Energy of Phosphorene on Different Pristine and Oxidized Metallic Substrates
University of Bologna（博洛尼亚大学）；TU Wien（维也纳工业大学）
本研究通过密度泛函理论计算，揭示了磷烯在不同金属基底上的附着力差异，发现氧化磷烯与原始磷烯相比具有更强的附着力，且铬和铁基底表现出特别强的相互作用。
2025-12-29 cond-mat.mtrl-sci
Probing the Electronic States in Black Phosphorus Vertical Heterostructures
原子薄的黑磷（BP）是一种很有前途的二维材料，可用于制备具有高迁移率和可调带隙结构的电子和光电纳米器件。然而，在少层磷烯（单层BP）的电荷载流子迁移率主要是由杂质和无序的存在限制。在这项研究中，我们证明了垂直BP异质结器件提供了很大的优势，在探测单层和几层磷烯的电子状态，在温度下至2 K，通过电容光谱。磷烯的导带和价带中的电子态在很宽的温度和频率范围内都是可接近的。已确定指数带尾与疾病有关。一些不寻常的现象，如在少层磷烯的电子态布居的大的温度依赖性已被观察和系统的研究。结合第一性原理计算，我们发现电荷陷阱态和氧化诱导缺陷态的热激发是磷烯场效应晶体管中电子态布居和开关比随温度变化的主要原因.
2016-04-01 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
One-dimensional electronic structure of phosphorene chains
该研究针对Ag(111)表面自组装的磷烯原子链，通过角分辨光电子能谱结合密度泛函理论计算证实其具有一维电子结构，并预测链阵列密度升高会引发半导体-金属相变。
2023-04-27 cond-mat.mtrl-sci
Phosphorene: Synthesis, Scale-up, and Quantitative Optical Spectroscopy
磷烯，一个二维（2D）单层的黑磷，吸引了相当大的理论兴趣，虽然单层，双层和少层薄片的实验实现一直是一个重大的挑战。在这里，我们系统地调查液体剥离的条件，以实现第一次大规模生产的单层，双层，少层磷，剥离证明在10克规模。我们描述了一种快速的方法，用于量化的厚度的二维磷，并表明，单层和几层薄片由我们的方法产生的结晶和未氧化的，而空气暴露导致快速氧化和酸的生产。随着大量的2D磷现在可用，我们执行材料的吸收边缘的第一个定量测量-这是几乎相同的材料的带隙在我们的实验条件下-作为薄片厚度的函数。我们的吸收光谱的解释依赖于在这项工作中介绍的分析方法，允许在量子限制半导体的多分散样品的吸收边的准确测定。使用这种方法，我们发现黑磷的带隙从本体的0.33 +/- 0.02 eV增加到双层的1.88 +/- 0.24 eV，这个范围比任何其他2D材料都大。此外，我们量化了更高能量的光学跃迁（VB-1到CB），它从2.0 eV的散装到3.23 eV的双层。这项工作描述了几种生产和分析2D磷的方法，同时也产生了一类具有前所未有的光电性能的2D材料。
2015-08-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Two Dimensional Phosphorus Oxides as Energy and Information Materials
二维（2D）黑磷（即，磷烯）已经成为电子学中的一颗冉冉升起的新星。最近，已经合成了具有更高稳定性的2D磷氧化物。本文基于全局优化方法和第一性原理计算，系统地研究了二维磷氧化物的结构和性质。我们发现二维磷氧化物PxOy的结构特征随氧浓度而变化。当氧含量较低时，氧原子吸附在磷烯上，可以得到最稳定的二维PxOy。然而，当氧浓度变得丰富时，稳定的结构不再基于磷烯，而是包含P-O-P基序。对于二维P4 O 4，我们发现它具有直接带隙（约2.24 eV），良好的光吸收，在水中的高稳定性，这表明它可能是光化学水裂解应用的良好候选者。有趣的是，2D P2 O3采用两种可能的稳定铁电结构（P2 O3-I和P2 O3-II）作为给定层厚度内的最低能量配置。P_2O_3-I和P_2O_3-II的电极化的强度分别垂直和平行于侧面。我们建议，二维P2 O3可以用于一种新的纳米级多态存储器设备。我们的工作表明，二维磷氧化物可能是优秀的功能材料。
2016-05-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Phosphorene and Transition Metal Dichalcogenide 2D Heterojunctions: Application in Excitonic Solar Cells
利用第一性原理GW-Bethe-Salpeter方程方法，研究了二维黑磷原子层磷烯的激发态性质，包括准粒子能带结构和光谱.单层磷烯的准粒子带隙为2.15 eV，光学带隙为1.6 eV，适合于激子薄膜太阳能电池的应用。接下来，这种潜在的应用进行了分析，考虑与单层磷烯和过渡金属二硫属化物（TMD）的II型异质结构。这些异质结具有高达12%的潜在最大功率转换效率，通过应变工程可以进一步提高到20%。研究结果表明，磷烯不仅是一种很有前途的纳米电子学新材料，而且在光电子学中也有着广阔的应用前景。
2015-07-27 cond-mat.mtrl-sci
The role of resonant bonding in governing the thermal transport properties of two-dimensional black phosphorus
对晶格动力学和声子输运的基本了解对于热流的有效操纵至关重要，热流是具有巨大实际意义的吸引人的热物理问题之一。磷烯是一种新型的二维半导体材料，具有高载流子迁移率和大的直接带隙，具有不同于其他二维材料的独特的物理和化学性质。磷烯在纳米/光电子学和热电学中的快速增长的应用要求对热输运性质的基本理解。在本研究中，基于电子结构和晶格动力学的分析，我们证明了磷烯中共振成键的形成。通过讨论共振成键在驱动长程相互作用和强声子非谐性中的作用，提供了对磷烯热输运的基本认识。我们发现，强声子非谐性与软横光学（TO）声子模式，并产生由轨道控制的共振成键驱动的长程相互作用。该研究揭示了磷烯声子非谐性的物理根源，并从轨道态的角度对声子输运提供了新的认识，这对设计和开发高性能磷烯基纳米器件具有重要意义.
2018-01-13 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph physics.chem-ph
Novel two-dimensional materials for electronics: computational modelling as a tool to enable the use of phosphorene in real applications
二维和层状材料，例如石墨烯，近年来已经出现，因为它们在技术中的若干应用中的潜在用途，例如在电子学、生物电子学、光电子学和相关领域中。磷烯，可以被认为是由磷原子制成的石墨烯的类似物，是一种相对较新的二维系统，具有独特的结构，电子和机械性能。尽管磷烯有着巨大的应用潜力，但它受到严重的限制，阻碍了它在实际应用中的应用。例如，磷烯在普通环境中经历严重的降解现象，导致非常有限的稳定性。因此，磷烯在实际应用中非常难以处理。在本文中，我们简要概述了预测计算方法应用于基于磷烯的复杂系统背后的概念，从而定义了可应用于开发稳定，高性能电子设备的实用策略。
2020-07-09 cond-mat.mtrl-sci
Native point defects in few-layer phosphorene
采用混合密度泛函理论结合半经验vanderWaals色散修正，研究了缺陷少层磷烯中空位和自发光的结构和电子性质.我们发现，无论是空位和自填隙缺陷是更稳定的外层比在内层。空位和自填隙P缺陷的形成能和跃迁能均随膜厚的增加而降低，这主要是由于基质价带最大值相对于真空能级的上移所致.因此，空位和自激子都可以作为浅受主，这很好地解释了实验观察到的p型导电性的少层磷烯。另一方面，由于这些原生点缺陷具有中等的形成能，并且在带负电荷的状态下是稳定的，因此它们也可以作为n型少层磷烯中的电子补偿中心。
2015-08-20 cond-mat.mtrl-sci
Semiconducting Black Phosphorus: Synthesis, Transport Properties and Electronic Applications
磷是地球中保存最丰富的元素之一，约占地壳的0.1%。一般来说，磷有几种同素异形体。白磷和赤磷是两种最常见的同素异形体，广泛用于炸药和安全火柴。此外，黑磷是一种层状半导体，虽然很少被提及，但在光学和电子应用方面具有很大的潜力。值得注意的是，由于范德华结构（称为磷烯），这种层状材料可以在垂直方向上减少到一个单一的原子层，其中物理性质可以与其大块对应物截然不同。本文从黑磷的合成到材料性质，追溯了近百年来黑磷的研究历史，并将黑磷的研究主题扩展到磷烯。着重介绍了其物理和输运性质，旨在进一步应用于电子和光电子器件。
2014-11-01 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Ab initio study of phosphorus effect on vacancy-mediated process in nickel alloys - an insight into Ni2Cr ordering
镍-铬合金中长程序的发展具有很大的技术意义，但对其转变的动力学和机制知之甚少。本文采用计算和实验相结合的方法研究了磷对Ni-Cr合金中化学计量比Ni_2Cr有序化速率的促进作用。制备了一系列Ni-33% Cr-x%P样品（以原子百分比计），其中磷浓度x = <0.005-0.1原子%。并在373和470°C之间老化长达3000小时。第一性原理模型认为fcc Ni与稀P作为一个合理的近似复杂的Ni-Cr-P合金系统。计算结果表明，通过与磷原子相关的空位的连续交换和旋转跳跃的空位溶质对扩散的空位输运的显着增强。这两种迁移路径的能垒至少比纯Ni溶剂中空位原子交换的能垒低0.35 eV。分析扩散模型预测，对于0.1at.%，P在400-500°C。模型预测结果与显微硬度的变化趋势吻合较好。我们用动力学有序化模型表征了显微硬度的结果，表明有序化转变的激活能显著降低。这些结果有助于衡量工业合金发展长程序的风险，这种长程序增加了强度，但降低了延展性和韧性。微量合金化元素与多余空位结合，降低空位迁移势垒，可显著促进Ni_2Cr沉淀硬化。
2019-04-22 cond-mat.mtrl-sci
Symmetric Versus Nonsymmetric Structure of the Phosphorus Vacancy on InP(110)
通过结合扫描隧道显微镜、光电子能谱学和密度泛函理论计算，确定了InP（110）表面带正电荷的P空位的原子和电子结构.空位呈现非对称的重键原子组态，电荷转移能级在价带最大值以上0.75 ± 0.1eV。扫描隧道显微镜（STM）的图像显示只有两个退化的几何形状的时间平均值，由于热翻转运动之间的反射镜配置。这导致一个明显对称的STM图像，虽然基态原子结构是不对称的。
2000-06-08 cond-mat.mtrl-sci
Electron-beam-induced adatom-vacancy-complexes in mono- and bilayer phosphorene
该研究针对磷烯缺陷表征与电子辐照缺陷特性研究不足的问题，通过实验观测到60kV电子辐照下单双层磷烯的稳定吸附原子-空位复合体，测得相关参数并结合模拟揭示其复合特性，为缺陷工程化磷烯器件研究提供支撑。
2024-09-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Is phosphorene with intrinsic defect still an ideal anode material?
锂在电极材料中的扩散是影响锂离子电池充放电倍率容量的关键因素。最近，二维磷烯由于其超快和定向的锂扩散以及大的能量容量而被提出作为非常有前途的电极材料。本文基于密度泛函理论，研究了本征点缺陷（包括空位和Stone-Wales缺陷）对锂在磷烯中定向超快扩散的阻碍作用。在无缺陷的磷烯上，Li沿锯齿形晶格方向的扩散比沿扶手椅形晶格方向快16亿倍，比在石墨中快260倍。通过引入本征空位和Stone-Wales缺陷，Li沿Z字形晶格方向的扩散能垒急剧增加到0.17 ~ 0.49 eV，阻碍了Li沿Z字形晶格方向的超快迁移。同时，开路电压随着缺陷的出现而增加，这对于阳极材料来说是不合适的。此外，磷烯中缺陷的形成能远低于石墨烯和硅烯片中的缺陷的形成能，因此，对于LIB应用，高度要求生成无缺陷的磷烯。
2015-09-07 cond-mat.mtrl-sci
Surface Structure Determination of Black Phosphorus Using Photoelectron Diffraction
用高分辨同步辐射光电子衍射（XPD）研究了黑磷单晶的原子结构。结果表明，在黑磷中的最顶层的磷烯层是轻微位移相比，体结构，并提出了一个小的收缩方向垂直于表面。此外，XPD的结果表明，表面原子之间存在一个小的屈曲，与先前报道的扫描隧道显微镜的结果。表面层的收缩加上屈曲的存在表明在表面的P原子之间的sp3键的大小的均匀性。
2015-11-09 cond-mat.mtrl-sci
The electronic origin of shear-induced direct to indirect gap transition and anisotropy diminution in phosphorene
人工单层黑磷，即所谓的磷烯，以其优异的各向异性光电性能引起了全球的关注。在这里，我们揭示了剪切诱导的直接到间接的间隙转变和各向异性减少磷烯的基础上第一性原理计算。晶格动力学分析表明磷烯可以承受高达10%的剪切应变。当剪切应变为5%时，磷烯的带隙发生了直接到间接的转变。通过计算磷烯的最大声速、有效质量和分解电荷密度，探讨了磷烯从室温下的1.54 eV到10%剪切应变下的1.22 eV的直接到间接能隙跃迁的电子起源，并讨论了磷烯各向异性的减小。这表明在用于电子学和光电子学的磷烯应用中不希望的剪切诱导的直接到间接的能隙转变。另一方面，剪切诱导的电子各向异性性质表明磷烯可以用作纳米电子应用中的开关。
2015-05-13 cond-mat.mtrl-sci
Surface buckling of phosphorene materials: determination, origin and influence on electronic structure
利用高空间分辨低能电子显微镜（LEEM）系统，利用表面灵敏动态微斑低能电子衍射（μLEED）分析技术，对磷烯晶体材料的表面结构进行了研究。研究了300 K下（\textit{i}）晶体解理的黑磷（BP）样品和573 K真空退火的（\textit{ii}）剥离的约10 nm厚的少层磷烯（FLP）样品。在这两个样品中，分别测量到0.22 μ m和0.30 μ m的显著表面屈曲，这比先前报道的大一个数量级。使用第一性原理计算，表面空位的存在不仅归因于BP和FLP中的表面屈曲，而且还归因于先前报道的磷烯材料的本征空穴掺杂。
2017-04-23 cond-mat.mtrl-sci
Direct Observation of Layer-Dependent Electronic Structure in Phosphorene
磷烯是一种黑磷的单原子层，最近成为一种新的二维（2D）材料，有望用于电子和光子技术。在这里，我们的实验表明，电子结构的少层磷烯显着变化的层数，与理论预测吻合得很好。带间光学跃迁覆盖了从可见光到中红外的宽的、技术上重要的光谱范围。此外，我们观察到强烈的光致发光在几层磷烯的能量匹配以及与吸收边，表明它们是直接带隙半导体。磷烯的强层依赖性电子结构，结合其高的电迁移率，使其在电子和光电应用中比其他二维材料具有明显优势。
2016-01-12 cond-mat.mtrl-sci
Origins of electromagnetic anisotropy in monolayer black phosphorus
与经验观察相反，最低阶$k\cdot\hat{p}$理论预测单层黑磷（“磷烯”）在带隙能量处完全不受荧光偏振光激发的影响。利用对称性参数，我们推导出了包含高阶修正的$k\cdot\hat{p}$形式下的$2\times2$哈密顿量，它被用来表明实验测量的具有锯齿偏振的带隙跃迁由带间光学矩阵元中的三阶$k\cdot\hat{p}$微扰主导，而在这种材料中自旋-轨道相互作用的影响可以忽略不计，与对$\textit{g}$因子的微小轨道反磁性贡献一致。
2019-08-29 cond-mat.mtrl-sci
Electronic Self-passivation of Single Vacancy in Black Phosphorus via a Controlled Ionization
本文报道了一元黑磷的单空位电子自钝化机制。通过低温扫描隧道显微镜和键分辨非接触原子力显微镜，我们证明了SV局部重构和电离成带负电荷的$\mathrm{SV}^-$导致悬挂键的钝化，从而导致带隙态的淬灭，这可以通过温和的热退火或STM针尖操作来实现。SV表现出强烈的对称Friedel振荡（FO）模式，而$\mathrm{SV}^-$则表现出局部扰动幅度减小一个数量级的非对称FO模式，衰减速率更快。通过形成$\mathrm{SV}^-$增强的钝化可以归因于其弱的类偶极微扰，与密度泛函理论和数值计算一致。因此，自钝化的$\mathrm{SV}^-$是电子良性的，并且充当弱得多的散射中心，这可能是进一步增强BP及其类似物的电荷迁移率的关键。
2021-07-07 cond-mat.mtrl-sci
Black-Phosphorus Terahertz Photodetectors
石墨烯的发现和相关的迷人功能引发了对无机二维（2D）材料的前所未有的兴趣。尽管在各种光子学应用中有着令人印象深刻的影响，但能隙的缺乏阻碍了它在许多光电子器件中的广泛应用。新型二维材料的最新进展，如过渡金属二硫属化物或原子薄的元素材料（如硅烯，锗烯和磷烯），承诺革命性的步骤变化。在这里，我们设计了第一个利用少层磷烯的室温太赫兹（THz）频率探测器，例如，一种10 nm厚的片状剥落的结晶黑磷（BP），作为场效应晶体管（FET）的有源沟道。通过利用BP的直接带隙在绝缘和导电状态之间完全切换，并通过设计适当的天线进行有效的光捕获，我们达到了与商业检测技术相当的检测性能，提供了基于磷的有源THz器件的第一个技术演示。
2018-05-02 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Dirac Fermions in Blue-Phosphorus
我们提出了在磷烯中可以设计出具有四配位磷原子的狄拉克锥。关键是通过$sp^2$组态在能量上分离面内轨道（$s$、$p_x$和$p_y$）和面外轨道（$p_z$），产生相应的$σ$和$π$特征狄拉克锥，然后淬灭后者。作为原理验证的研究，我们实现了$σ$ -字符狄拉克锥在氢化/氟化磷与蜂窝晶格。所得到的狄拉克锥位于$K$点，具有轻微的各向异性，沿$Γ$ K/KM方向的费米速度分别为石墨烯的0.91/1.23倍，并且对空穴保持良好的线性，直到$\sim$ 2 eV. $σ$型狄拉克锥的一个实质性优点是可以方便地通过面内应变调节狄拉克能隙。我们的研究结果为基于Dirac材料的高性能电子器件的开发铺平了新的道路。
2014-11-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Electronic Structure and the Properties of Phosphorene Systems
2014年，在实验上实现了黑磷的单原子层，磷烯。它具有褶皱的蜂窝晶格结构和半导体电子结构。本文第一部分利用一个简单的LCAO模型，定性地讨论了磷烯体系在电场和磁场作用下的电子结构，特别是带隙边缘态。第二部分是对磷烯自2014年问世以来近一年来的研究进展进行综述。磷烯是研究原子层半导体物理的典型对象。
2015-07-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Tunable Band Gap and Anisotropic Optical Response in Few-layer Black Phosphorus
我们报告了准粒子带隙，激子，和高度各向异性的光学响应的几层黑磷（磷烯）。结果表明，这些新材料表现出独特的多电子效应，电子结构基本上是沿一维分散，导致特别增强的自能校正和激子效应。此外，在宽的能量范围内，包括红外线和部分可见光，少层黑磷吸收沿结构的扶手椅方向偏振的光，并且对沿Z字形方向偏振的光是透明的，使它们成为用于应用的可行的线偏振器。最后，堆叠中包含的磷烯层的数量控制材料的带隙、光吸收光谱和宽范围内的各向异性偏振能量窗口。
2014-04-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Unusual Scaling Laws of the Band Gap and Optical Absorption of Phosphorene Nanoribbons
通过第一性原理模拟，我们报道了单层黑磷（磷烯）纳米带（PNR）的电子结构和光学吸收光谱。PNR的带隙被量子限制强烈增强。然而，不同取向的PNR表现出不同的带隙与带宽度（w）的比例定律。扶手椅型PNR的带隙为1/（w^2），而锯齿型PNR表现出1/w行为。这些不同的标度律反映了磷烯能带色散的一个重要含义：电子和空穴沿着Z字形方向表现为经典粒子，但沿着扶手椅方向则类似于相对论粒子。这种在单一材料中经典和相对论性质的意外合并可能会产生新的电和磁输运性质的少层黑磷及其带状结构。最后，各自的PNR主机电子和空穴具有显着不同的有效质量和光学响应，这是适合于广泛的应用。
2014-04-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Electric Field Induced Topological Phase Transition in Two-Dimensional Few-layer Black Phosphorus
磷烯是一种新型的二维材料，可以通过机械剥离从层状黑磷中分离出来，但与石墨烯和硅烯不同，单层磷烯具有较大的带隙。因此，未怀疑其表现出能带反转和随后的拓扑绝缘体行为。它最近引起了人们的兴趣，因为它提出的场效应晶体管的应用。使用第一性原理计算与外加垂直电场F，我们预测一个连续的过渡，从正常的绝缘体到一个拓扑绝缘体，并最终到金属作为F的函数。利用电场连续调整拓扑行为将导致自旋分离的无间隙边缘状态，即，量子自旋霍尔效应。这一发现为利用电场将普通绝缘材料转化为拓扑材料，并制作同时操纵自旋和载流子的多功能场效应拓扑晶体管提供了可能。
2014-11-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Screening and plasmons in pure and disordered single- and bilayer black phosphorus
在低能连续近似下，我们研究了无序单层和双层黑磷的集体等离子体激元激发和屏蔽。磷烯的动力学极化率计算使用紧束缚模型，适当占能带结构在较宽的能量范围内。电子-电子相互作用被认为是在随机相位近似。由于不同种类的障碍，如共振散射体和长程无序势的等离子体激元模式的阻尼进行了分析。我们进一步表明，施加垂直于双层磷烯的电场可以用来调整等离子体激元模式的色散。对于足够大的电场，双层BP进入一个拓扑相的特征等离子体光谱，这是在扶手椅方向的缺口。
2015-07-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Electronic structure and conductivity in functionalized multilayer black phosphorene
本文采用单轨道紧束缚模型，以原子空位和Anderson无序分别模拟共价与非共价功能化，揭示其对单层、少层及体相黑磷电子结构、量子扩散和迁移率隙的不同影响。
2024-08-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Silicon-vacancy color centers in phosphorus-doped diamond
掺杂磷（n型）金刚石中色心的受控产生可以促进量子光子器件的电子集成，例如在电注入时操作的单光子源。硅空位（SiV）色心是很有前途的候选者，但迄今为止，在磷掺杂金刚石单光子发射的条件还没有调查。在这项研究中，我们创建SiV色心在金刚石样品中具有不同的磷浓度，并显示由于掺杂，氮杂质和离子注入诱导的缺陷的荧光背景可以显着抑制。在低注量硅离子注入下，在掺磷金刚石中获得了单光子发射体。
2019-12-19 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph quant-ph
Accessing the transport properties of pristine few-layer black phosphorus by van der Waals passivation in inert atmosphere
超薄黑磷，或磷烯，是第二个已知的基本二维材料，可以从大块范德华晶体剥离。与石墨烯不同，它是一种具有相当大带隙的半导体，其优异的电子特性使其在晶体管、逻辑和光电子器件中的应用具有吸引力。然而，它也是第一个被广泛研究的二维电子材料在暴露于环境空气时发生降解。因此，需要一种钝化方法来研究固有的材料性质，了解氧化如何影响物理输运性质，并使磷烯的未来应用成为可能。在这里，我们证明了原子级薄的石墨烯和六方氮化硼晶体可用于钝化炭黑磷。我们报告说，几层原始的黑磷通道钝化在惰性气体环境中，没有任何事先暴露于空气中，表现出极大地改善了n型电荷传输导致对称的电子和空穴跨导特性。我们将这些结果归因于在空气暴露的样品中氧受体状态的形成，与原始钝化黑磷相比，氧受体状态极大地扰乱了能带结构。
2014-12-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Defect in Phosphorene
缺陷不可避免地存在于材料中，并且总是会影响其性能。本文采用第一性原理计算，系统地研究了磷烯半导体中十种点缺陷的稳定性、结构和电子性质，包括Stone-Wales（SW-1和SW-2）缺陷、单（SV 59和SV 5566）和双空位（DV 585 -1、DV 585 -2、DV 555777 -1、DV 555777 -2、DV 555777 -3和DV 4104）缺陷。我们发现，这些缺陷都更容易产生磷烯与石墨烯和硅烯相比，具有更高的面密度。在正偏压下，利用模拟的扫描隧道显微镜图像，它们很容易区分，并与它们的缺陷原子结构相关联。SW、DV 585 -1、DV 555777和DV 4104缺陷对磷烯的电子性质几乎没有影响，并且有缺陷的磷烯单分子膜仍然显示半导体性，具有与完美磷烯相似的带隙值。SV 59和DV 585 -2缺陷可以在磷烯的基本带隙中引入未占据的局域态。SV 59和5566缺陷可以在磷烯中诱导空穴掺杂，并且只有稳定的SV 59缺陷才能在磷烯中产生不同于其他缺陷的局部磁矩。
2014-12-24 cond-mat.mtrl-sci
Signature of excitonic insulators in phosphorene nanoribbons
本研究利用第一性原理计算和MLWF-TB及BSE方法，研究了磷烯纳米带的准粒子效应，发现部分纳米带表现出自旋三重态激子绝缘体行为，为理解准一维磷基材料提供了重要进展。
2024-01-07 cond-mat.mtrl-sci
Tunable transmission due to defects in zigzag phosphorene nanoribbons
分析了两种杂质/空位存在下边态电子沿锯齿形磷烯纳米带的输运。考虑到缺陷的位置，检查了许多不同的情况。当这两个缺陷都位于锯齿形链的边缘时，正如所预期的那样，随着行进电子能量的改变，电导表现出共振行为。在这种情况下，对于两个空位，观察到的共振峰变得非常尖锐。当第二个空位位于扶手椅链上，而第一个空位位于边缘之字形和扶手椅链的交叉点时，可以看到一个惊人的行为。在这种情况下，在相当大的能量范围内，电导强烈加强。实际上，第二空位的存在在第一空位周围产生屏蔽区域，因此，行波绕过该区域并增强电导率。分析结果与数值模拟进行了比较，显示出非常好的协议。
2018-10-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
The Nature of the Interlayer Interaction in Bulk and Few-Layer Phosphorus
理论电子结构的一个突出挑战是分子和固体中范德华相互作用的描述。在解决这一问题的新的兴趣部分是由层状系统的技术前景，包括石墨，过渡金属二硫属化物，最近，黑磷，其中层间相互作用被广泛认为是由这些类型的力量占主导地位。我们报告了一系列的量子蒙特卡罗（QMC）计算散装黑磷和相关的几层磷烯，阐明了这些系统的约束力的性质，并提供基准数据，这些系统的能量。我们发现一个显着的电荷重新分配，由于相邻层上的电子之间的相互作用。与密度泛函理论（DFT）计算的比较表明，即使在不同的vdW校正的泛函之间，不仅有很大的变化，而且这些泛函未能捕捉到QMC预测的重组趋势。层之间的立体力和色散力的微妙的相互作用表明，少层磷烯提出了一个意想不到的挑战的发展vdW校正的DFT。
2015-08-19 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph physics.comp-ph
Mechanical behavior of composite double wall nanotubes from carbon and phosphorous
黑磷暴露在空气中时不稳定。当被单层碳原子覆盖或封端时，例如石墨烯碳纳米管，它在快速降解中比裸露的黑磷受到更强的保护。此外，由于黑磷烯中磷原子之间的相互作用弱相互作用，通过卷曲单层黑磷获得的纳米管在有限温度下不如碳纳米管稳定。在目前的工作中，我们推荐一种新的一维材料，即，由黑磷纳米管与CNT形成的复合双壁纳米管。采用分子动力学方法模拟了复合碳纳米管的动态响应。讨论了温度、细长度和碳纳米管结构等因素对碳纳米管性能的影响。与单壁BPNT相比，复合DWNTs在单轴压缩下表现出一些独特的性能。当BPNT嵌入到CNT中时，即使BPNT已经严重损坏，系统也不会迅速崩溃。
2016-07-16 cond-mat.mtrl-sci
Coexistence of pressure-induced structural phases in bulk black phosphorus: a combined x-ray diffraction and Raman study up to 18 GPa
本文报道了用同步辐射X射线衍射和拉曼光谱研究了压力在12.2 GPa和18.2 GPa下引起的块状黑磷的结构相变。最近，黑磷由于其独特的性质引起了人们的广泛关注，但在体相体系中，一些基本问题仍然是开放的。关于存在的拉曼光谱高于10 GPa，这不应该被观察到在一个元素简单的立方系统，我们提出了一个新的解释归因于一个关键的作用，在拉曼实验中发生的非流体静力学条件。最后，拉曼和XRD数据的综合分析使我们能够获得定量信息的存在和不同的结构相之间的共存程度从~5至~15 GPa。这一信息可以有一个重要的作用，在理论研究的压力引起的结构和电子相变的黑磷。
2018-10-13 cond-mat.mtrl-sci
