Strain-induced valley transport in CrBr$_3$/WSe$_2$/CrBr$_3$ van der Waals heterostructure
该研究提出CrBr$_3$封装WSe$_2$的谷电子器件，利用压缩应变和相对磁化实现约100 meV的可调谷劈裂，并模拟验证自旋-谷电流极化率超过80%。
2024-03-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Spontaneous spin-valley polarization in NbSe2 at a van der Waals interface
范德华（vdW）界面处的邻近效应使得能够产生出射量子电子基态。在这里，我们证明了一个原始的超导二维（2D）NbSe 2形成一个铁磁基态与自发自旋极化在VdW接口与2D铁磁体V5 Se 8。我们研究了NbSe_2/V_5Se_8磁性vdW异质结构的反常霍尔效应（AHE），发现当V_5Se_8层减薄到单层极限时，AHE的符号反转。有趣的是，这些样品的AHE信号随着面内磁场而增强，表明除了磁化之外，对AHE信号的额外贡献。能带结构计算很好地再现了这种不寻常的行为，其中，面内磁化引起的沿2D NbSe 2中自旋简并节线的Berry曲率的出现起着关键作用，揭示了非中心对称2D量子材料中磁性和塞曼型自旋轨道相互作用之间的独特相互作用。
2022-08-31 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Unlocking reversible and nonvolatile anomalous valley Hall control through multiferroic van der Waals heterostructures
本文提出利用VSSe/Al$_2$S$_3$多铁性范德华异质结构，通过铁电极化切换实现反常谷霍尔效应的可逆、非易失电调控，为节能谷电子器件提供新路径。
2025-08-19 cond-mat.mtrl-sci
Ferroelectric valley valves with graphene/MoTe$_2$ van der Waals heterostructures
铁电范德华异质结构提供了一个天然的平台，设计各种电控设备。在这项工作中，我们证明了AB双层石墨烯封装在MoTe $_2$作为一个谷阀，显示一个可切换的内置拓扑间隙，导致铁电驱动的拓扑通道。使用从头计算和低能量模型的组合，我们表明，铁电秩序的MoTe $_2$允许控制的间隙开放的双层石墨烯，并导致不同的铁电畴之间的拓扑通道。此外，我们分析了MoTe $_2$和石墨烯层之间的莫尔调制在拓扑模式中的效果，证明了边缘状态对铁电感应电势的莫尔调制是鲁棒的。我们的研究结果提出了铁电/石墨烯异质结构作为多功能平台，以设计可切换的内置拓扑通道，而无需外部电偏压。
2023-01-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Van der Waals Heterostructure Pt$_{2}$HgSe$_{3}$/CrI$_3$ for Topological Valleytronics
我们确定了一个谷极化陈绝缘体的范德华异质结构，Pt $_{2}$ HgSe $_{3}$ /CrI $_3$，电，磁，光和机械效应之间的相互作用的潜在应用。层间邻近磁耦合几乎关闭了Pt $_{2}$ HgSe $_{3}$的带隙，并且强的层内自旋-轨道耦合进一步将谷简并度提升超过100 meV，从而在相对的谷处产生正带隙和负带隙。在负带隙的谷区，界面Rashba自旋轨道耦合打开了17.8 meV的拓扑带隙，通过添加$h$ -BN层，拓扑带隙扩大到30.8 meV。在Pt $_{2}$ HgSe $_{3}$层中发现了比自旋大得多的轨道磁化，这可以引起可测量的光学克尔效应。谷极化和陈数耦合到最近的相邻CrI $_3$层的磁序，这是可切换的电，磁，和机械手段在实验中。$h$ -BN的存在保护了拓扑相，允许构建具有谷、自旋和层自由度的超晶格。
2020-12-24 cond-mat.mtrl-sci
Tailoring excitonic states of van der Waals bilayers through stacking configuration, band alignment and valley-spin
单层半导体中的激子由于与光场的强耦合而具有大的光学跃迁偶极。异质双层中的层间激子具有电子和空穴组分的层分离，其特征在于大的电偶极子，其能够实现与电场的强耦合和激子-激子相互作用，代价是光学偶极子基本上被猝灭（几个数量级）。在这封信中，我们证明了在过渡金属二硫属化物（TMD）异质和同质双层中创建一类新激子的能力，该双层结合了单层和层间激子的优点，即具有大的光偶极子和大的电偶极子。这些激子由被很好地限制在单个层中的电子和在两个层中很好地延伸的空穴组成，在此通过载体物种特异性层杂交来实现，所述载体物种特异性层杂交通过旋转、平移、带偏移和谷自旋自由度的相互作用来控制。我们在不同的异质双层和均质双层系统中观察到不同种类的这种层杂化谷激子，其可用于实现强相互作用激子/极化激子气体，以及具有能量上转换或下转换的双向层间载流子转移的光量子相干控制。
2019-03-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Circular photogalvanic effect in 2D van der Waals heterostructure
利用自旋自由度或谷自由度是实现更节能信息处理的有前途的途径之一。在2D过渡金属二硫属化物中，可以通过利用循环光电效应（CPGE）来产生自旋/谷电流，即，由圆偏振光产生的光电流。在这里，我们表明，在平面内电场在MoS 2/WSe 2异质结电极边界的结果在一个电可调的圆形光电流效应（CPGE）的光激发下，垂直入射。观察到的CPGE可以解释由于面内电场和空穴和电子之间的不同的有效弛豫时间结合谷光学选择规则的价带移动。此外，我们表明，CPGE可以通过使用面外电场改变费米能级来控制。这种现象即使在室温下也会持续存在。这一发现可能有助于将2D异质结构用作光谷电子学和光自旋电子学器件平台。
2019-10-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Layer-Polarized Anomalous Hall Effect in Valleytronic van der Waals Bilayers
层极化反常霍尔效应（LP-AHE）是由Berry曲率与层自由度耦合而产生的一种现象，具有重要的物理意义和器件应用价值。然而，目前的研究范式是植根于拓扑系统，使这种现象相当罕见。在这里，通过模型分析，我们提出了一种替代的，但一般的机制来实现LP-AHE在valleytronic范德华双层层间滑动。面外铁电性和A型反铁磁性之间的相互作用产生了层锁Berry曲率，从而在双层系统中产生了长期寻求的LP-AHE。LP-AHE可以与滑动铁电性强耦合，以实现铁电性可控和可逆。该机制在一系列实际谷电子材料中得到了证实，包括双层VSi_2 P_4，VSi_2N_4，FeCl_2，RuBr_2和VClBr。这些新的机理和现象为实现液相-自热效应及其在电子学中的应用提供了新的方向。
2022-06-23 cond-mat.mtrl-sci
Asymmetric magnetic proximity interactions in MoSe$_{2}$/CrBr$_{3}$ van der Waals heterostructures
本文研究了MoSe$_{2}$/CrBr$_{3}$范德华异质结构，发现磁性邻近相互作用对$K$和$K'$谷产生显著不对称的能量偏移，不同于传统有效磁场模型，为选择性控制自旋和谷态提供了新途径。
2022-06-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Strong manipulation of the valley splitting upon twisting and gating in MoSe$_2$/CrI$_3$ and WSe$_2$/CrI$_3$ van der Waals heterostructures
通过第一性原理计算，研究了单层过渡金属二硫属化物（TMDC）MoSe $_2$和WSe $_2$中由于VdW耦合到铁磁半导体CrI $_3$而引起的邻近诱导交换耦合的扭曲角和栅极依赖性.一个模型的哈密顿量，捕捉相关的带边在$K/K^{\prime}$谷的接近TMDC，被用来量化的接近诱导的交换。当从0°扭转到30°时，我们发现TMDC价带（VB）边缘交换分裂从约$-2$转变为$2$ meV，而导带（CB）边缘交换分裂在约$-3$ meV处几乎保持不变。对于WSe $_2$（MoSe $_2$）在CrI $_3$上的VB，交换偶联在约8°（16°）处改变符号。我们发现，即使在几乎为零的VB自旋分裂的角度，在带边的实空间自旋极化分布的孔是高度不均匀的，交替自旋和自旋下降轨道。此外，一个巨大的可调谐性的邻近诱导的交换耦合提供了几个V/nm的横向电场。我们补充我们的\textit{ab initio}的结果，通过计算激子谷分裂提供实验验证的光学签名的邻近交换。具体而言，我们预测，谷分裂几乎线性增加的扭曲角的函数。此外，邻近交换通过选通是高度可调的，允许在WSe $_2$ /CrI $_3$中在0至12 meV的范围内定制谷分裂，这相当于高达约60特斯拉的外部磁场。我们的研究结果突出了在实验几何形状中采用磁性VDW异质结构时，扭曲角和门控的重要影响。
2023-01-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Valley polarization, Rashba interaction, and weak altermagnetism in inversion-asymmetric MnPS$_\text{3}|$WS$_\text{2}$ van der Waals heterostructures
Indian Institute of Science Education and Research Bhopal（印度科学教育研究所博帕尔分校）
研究由MnPS$_3$单层和WS$_2$单层形成的vdW异质结构，通过第一性原理计算，发现其界面有丰富相互作用现象，电子结构和能带排列可调，能控制交变磁相和谷分裂，是自旋和谷电子学应用的高可调平台。
2026-07-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Tuning valleys and wave functions of van der Waals heterostructures by varying the number of layers: A first-principles study
在二维过渡金属二硫属化物（2DTMDC）的范德华异质结中，电子和空穴态在空间上局域在不同的层中，形成长寿命的层间激子。在这里，我们已经调查，从第一性原理，额外的电子或空穴层上的电子特性的MoS 2/WSe 2异质双层（HBL），这是一种直接带隙材料的影响。附加层改变层间杂化，主要影响准粒子能量和实空间扩展的空穴态在G和电子态在Q谷。对于足够数量的附加层，带边缘分别从K移动到Q或G。向HBL添加电子层会导致更多的离域Q态，而G态不会超出HBL太多，即使添加更多的空穴层。这些结果提出了一种简单而有效的方法来调节TMDC异质结构中电子和空穴波函数的带边和实空间扩展，强烈影响层间激子的寿命和动力学。
2020-11-02 cond-mat.mtrl-sci
Excitonic linewidth approaching the homogeneous limit in MoS2 based van der Waals heterostructures : accessing spin-valley dynamics
强烈的光-物质相互作用和谷选择性光学选择规则使单层MoS 2成为基础物理学和光电子学应用中令人兴奋的二维材料。但到目前为止，即使在低温下，光学跃迁线宽通常也大到几十meV，并且包含均匀和不均匀的贡献。这阻碍了深入的研究，相比之下，更好地表征ML材料MoSe 2和WSe 2。在这项工作中，我们表明，封装ML二硫化钼在六方氮化硼可以有效地抑制激子线宽的不均匀的贡献，因为我们测量的光致发光和反射率的半高宽下降到2毫电子伏，在T = 4K。这表明表面保护和基底平整度是获得稳定、高质量样品的关键因素。在定义明确的光学跃迁提供的新的可能性，我们测量的均匀加宽与声子的相互作用引起的温度相关的实验。我们发现了新的信息自旋和谷物理和谷相干垂直于ML的应用磁场的旋转。
2017-02-01 cond-mat.mtrl-sci
Gate tuning from exciton superfluid to quantum anomalous Hall in van der Waals heterobilayer
二维材料的范德华异质结构提供了一种强有力的方法来工程化物质的各种量子相。例子包括拓扑物质，如量子自旋霍尔（QSH）绝缘体，和相关的物质，如激子超流体。在一个共同的平台上实现这些截然不同的量子物质可能会引起极大的兴趣，然而，它们不同的起源往往会将它们限制在具有不兼容特性的物质系统中。在这里，我们表明，异质双层的二维谷半导体可以通过激子超流体（ES），量子反常霍尔（QAH）绝缘体，和QSH绝缘体之间的层间偏压进行调谐。这些不同的相位之间的可调谐性的结果从库仑相互作用的竞争与层间量子隧穿，具有手性形式的谷半导体。我们的研究结果指出了令人兴奋的机会，利用受保护的拓扑边缘通道和散装超流在一个电气可配置的平台。
2018-12-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Expansion of a Valley-Polarized Exciton Cloud in a 2D Heterostructure
包括不同单层半导体的异质结构为基础科学和器件技术提供了一个新的系统，例如在新兴的谷电子学领域。在这里，我们实现了单层WSe 2-MoSe 2垂直异质结谷特定的层间激子。我们创建层间激子自旋谷极化的圆偏振光泵浦，并确定谷寿命为40纳秒。这种长寿命的极化使得谷极化激子云的膨胀超过几微米的可视化成为可能。极化的空间图案随着激子密度的增加而演变成环，这是谷激子交换相互作用的表现。我们的工作为基于范德华异质结层间激子的量子光电子学和谷电子学奠定了基础。
2016-01-11 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Van der waals engineering of valley polarization in WSe2 via kagome V2O3 monolayer heterostructure through magnetic proximity effect
Pusan National University（釜山国立大学）；Hunan University（湖南大学）；University of Virginia（弗吉尼亚大学）
利用第一性原理计算，通过二维铁磁氧化物V2O3与WSe2的磁邻近效应，实现了约10.41 meV的自发谷分裂，远高于CrI3/WSe2体系，且具有高居里温度和磁各向异性，为无磁场谷电子学器件提供了新平台。
2026-06-16 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
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
Magnetooptics of layered two-dimensional semiconductors and heterostructures: progress and prospects
从20世纪70年代基于III-V族和II-VI族半导体的“常规”二维（2D）量子阱（QW）开始，到最近的原子级薄层范德华材料，例如2D半导体过渡金属二硫属化物（TMDC）和2D磁体，2D材料的研究正在不断发展并提供新的挑战。磁光光谱学在这一领域的研究中发挥了重要作用，无论是从基础物理学和技术的角度。二维半导体（如TMDC）的一个主要挑战是理解它们的自旋谷分辨物理，以及它们在量子计算和信息研究中的意义。自从谷塞曼效应被发现以来，磁光光谱学对TMDC及其异质结构的自旋谷物理有了深入的了解。在这个角度来看，我们强调磁光在许多里程碑的作用，如层间激子的发现，相干激发谷之间的相位控制，激子约化质量，玻尔半径和结合能的测定，光学亮和暗激子，trions，其他多体物种，如双激子和它们的声子副本在TMDC单层的物理。讨论伴随着开放的问题，挑战和未来的前景，在该领域包括评论的范德华异质结构，涉及TMDC和二维磁铁的磁光。
2021-06-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Interfacial Charge Transfer Circumventing Momentum Mismatch at 2D van der Waals Heterojunctions
过渡金属二硫属化合物（TMDCs）异质结界面电荷分离和复合是二维光电技术的重要研究内容。由于电子和空穴被限制在每层的K谷中，这些过程可能涉及平行动量矢量的巨大变化。由于这些高动量谷通常不对齐跨界面的两个TMDC单层，如何在电荷分离或重组过程中保持平行动量成为一个关键问题。在这里，我们探索这个问题使用的模型系统的II型异质结形成的MoS_2和WSe_2单分子膜和飞秒泵浦探测光谱的实验技术。在异质结处的WSe 2的特定光激发后，我们观察到从WSe 2到MoS2的超快（<40 fs）电子转移，与角度对准以及因此两个TMDC之间的动量失配无关。由此产生的层间电荷转移激子通过非辐射复合衰减，从样品到样品的变化率高达三个数量级，但与层间角取向无关。我们建议，最初的界面电荷分离和随后的界面电荷复合过程规避动量失配通过过剩的电子能量和通过缺陷介导的重组，分别。
2017-02-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
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
Enhanced valley polarization in WS$_2$/LaMnO$_3$ heterostructure
过渡金属双硫族化合物单层膜在电子谷器件中具有潜在的应用价值。然而，由于谷间散射的存在，谷偏振度通常不高。在这里，我们证明了一个大大增强的谷极化在单层WS $_2$在非共振激发下，在4.2 K下使用WS $_2$ /LaMnO $_3$薄膜异质结构，这是远远高于单层WS $_2$在SiO $_2$ /Si衬底的谷极化为15\%。在160 K左右的高温下，谷极化率仍保持在53%左右。谷极化的温度依赖性与LaMnO $_3$的热磁曲线密切相关，表明WS $_2$和LaMnO $_3$之间存在激子-磁振子耦合。一个简单的模型被引入来说明潜在的机制。WS $_2$和LaMnO $_3$的耦合被进一步证实与观察到的两个层间激子具有相反的谷极化的异质结构，导致从自旋轨道耦合诱导的单层过渡金属二硫属化物的导带分裂。我们的研究结果提供了一种途径，以控制valleytronic性能的过渡金属dichalcogenides通过铁磁范德华工程，铺平了道路，实际valleytronic应用。
2021-12-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Multifunctional Two-dimensional van der Waals Janus Magnet Cr-based Dichalcogenide Halides
二维范德华Janus材料及其异质结构为设计迷人的功能提供了肥沃的平台。本文通过对Cr基二硫族卤化物CrYX（Y=S，Se，Te; X=Cl，Br，I）的van der Waals Janus单层结构的第一性原理研究，发现CrSX（X= Cl，Br，I）是一种理想的具有面外磁化的高TC铁磁半导体材料。令人兴奋的是，由于配体S2-阴离子上的大磁矩，通过磁邻近效应，可以分别在CrSBr/Bi 2Se 3/CrSBr和MoTe 2/CrSBr中实现大带隙量子反常霍尔效应和相当大的谷分裂.此外，我们还发现，在外加磁场下，大的Dzyaloshinskiii-Moriya相互作用会导致CrTeX（X=Cl，Br，I）中的skyrmion态。我们的工作揭示了二维Janus磁体铬基二硫族卤化物在拓扑电子和谷电子器件中具有吸引人的多功能性。
2022-05-09 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
New Research Trends in Electrically Tunable 2D van der Waals Magnetic Materials
最近发现的二维（2D）范德华（vdW）磁性材料为基础科学和技术应用提供了新的、前所未有的机会。与三维（3D）磁系统不同，vdW磁性的电操纵（例如，磁化状态、磁各向异性、磁有序温度）下降到环境条件下的单层极限使得能够实现高效率操作和低能耗，这具有彻底改变自旋电子学、自旋热电子学和谷电子学领域的潜力。本文深入分析了从金属到半导体和异质结构的各种2D vdW磁性系统的磁功能电操纵的最新进展、新出现的机遇和技术挑战。在这些二维vdW磁系统中，对磁电调制机制的最新理解将推动未来的研究在自旋电子学、自旋热电子学、谷电子学和量子计算中的新应用。
2023-03-10 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Brightened spin-triplet interlayer excitons and optical selection rules in van der Waals heterobilayers
研究了过渡金属双硫族化合物异质双层结构中自旋三重态层间激子的光学性质，并与自旋单重态层间激子进行了比较。令人惊讶的是，发现自旋三重态激子的光学跃迁偶极与自旋单重态激子的光学跃迁偶极处于相同的数量级，与其中自旋三重态物质被认为是暗的单重态相比的单层激子形成鲜明对比。与单层激子的自旋守恒（自旋翻转）跃迁偶极只能耦合到平面内（平面外）偏振的光不同，由于平面外镜像对称性的破坏，层间激子的这种限制被消除。我们发现，作为层间原子注册的变化，层间激子的光学跃迁偶极子之间的相反的圆极化的平面内和平面外的自旋三重态和自旋单重态物种。因此，两种物质的激子都具有不可忽略的耦合到平面内和平面外传播的光子模式中，这是与激子主要耦合到平面外传播通道中的单层的另一个明显差异。在给定的原子登记处，自旋三重态和自旋单重态激子具有不同的谷偏振选择规则，允许层间激子的谷构型和自旋单重态/三重态构型的选择性光学寻址。
2018-05-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Valley polarization of trions in monolayer MoSe$_2$ interfaced with bismuth iron garnet
研究了单层 MoSe$_2$ 与铋铁石榴石异质结构中带电激子的圆偏振光致发光，发现其谷极化随温度反转符号，并提出理论模型解释磁化诱导载流子不平衡与谷反转散射机制。
2021-07-01 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Kekulé Moiré Superlattices
范德瓦耳斯材料叠层的莫尔超晶格在凝聚态物理和材料科学领域提供了一个令人兴奋的舞台。通常，这些莫尔超晶格由具有相同或相似结构的材料组成，并且长莫尔周期由小的扭转角或晶格失配引起。在本文中，我们讨论了长的莫尔周期出现在一个新的莫尔系统中，通过堆叠两个不同的范德华层与大的晶格失配，导致莫尔带之间的耦合从远程谷在动量空间。在该系统中，第一层使用类似于石墨烯中的凯库勒畸变的$\sqrt{3}$乘$\sqrt{3}$超晶胞重构，并且这种重构变得与第二层几乎相称。这种凯库勒莫尔超晶格在过渡金属二硫属化物和金属磷三硫属化物的异质结构中实现，例如MoTe $_2$ /MnPSe $_3$。通过第一性原理计算，我们证明了反铁磁MnPSe $_3$强烈耦合的MoTe $_2$，否则退化Kramers'谷，导致谷赝自旋纹理依赖于Néel矢量方向，堆叠几何形状，和外部场。在每个云纹超胞有一个空穴的情况下，我们预测该系统可以成为一个陈氏绝缘体，其拓扑结构可以通过外场来调节。
2023-03-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Optical properties of van der Waals heterostructure of uniaxially strained graphene on TMD
本文报道了二维过渡金属二硫属化物（GrTMD）衬底上应变石墨烯单层的范德华异质结构中的自旋极化、谷极化和等离子体激元。衬底诱导相互作用（SII）涉及亚晶格分辨，增强的内在自旋轨道耦合，外在Rashba自旋轨道耦合（RSOC），和轨道间隙有关的电子电荷从石墨烯转移到衬底。此外，磁性杂质原子被沉积到石墨烯表面，并且相应的交换场被包括在能带色散中。一个Rashba耦合依赖的伪塞曼项所产生的相互作用的SI被认为是负责自旋简并提升和自旋极化。后者被证明是静电掺杂和交换场可调和成反比的载流子浓度的平方根。另一方面，应变场导致谷极化。在有限掺杂和长波长极限下，得到了带内等离子体色散。色散涉及q2/3行为，而不是众所周知的q1/2行为。均匀的单轴应变不会改变这种行为。然而，等离子体激元色散对于垂直于应变方向的波矢量变得更陡，并且对于沿着应变方向的波矢量变得平坦，其中负责平坦化的项与应变场成比例。与独立的掺杂石墨烯相比，GrTMD等离子体激元的更强的限制能力是本工作的重要成果。人们发现，而GrTMD的带内吸光度是在给定的应变场的频率的递减函数，它是在给定的频率的应变场的递增函数。
2017-09-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Twisted bilayer BC$_3$: Valley interlocked anisotropic flat bands
在这里，我们提出BC $_3$，一种已经合成的石墨烯衍生物，作为一个平台，通过引入具有失配堆叠的莫尔图案来实现奇异的量子相。在扭转双层BC $_3$中，它示出了从二维到准一维能带结构的交叉发生与扭转角作为控制参数。这是范德瓦尔斯堆叠系统中指导原理的典型表现：相邻层中布洛赫波函数之间的量子干涉对有效层间隧穿有显著影响。有趣的是，准一维化以谷依赖的方式发生。也就是说，在谷指数和准1D方向性之间存在互锁，这使得BC $_3$成为谷电子器件的合理候选者。此外，谷联锁准一维状态的强相关制度减少到一个有趣的变体的Kugel-Khomskii模型，其中交织的谷和自旋自由度可能会导致奇异的量子相位。值得注意的是，由于三重谷简并性，Kugel-Khomskii模型的这种变体不能在常规固体中实现。
2022-06-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Electrical control of valley polarized charged biexcitons in monolayer WS$_2$
本研究针对范德华半导体中激子电学操控受电中性与掺杂损耗限制的问题，实现了单层WS₂中带电双激子谷极化的动态调控，圆偏振度最高提升6倍，并观测到带电态布居的非单调开关行为，揭示了激子态间的相干相互作用。
2024-04-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Interplay Between Stacking Order and In-plane Strain on the Electrical Properties of Bilayer Antimonene
本文研究了不同堆积顺序的锑烯双层膜的电学性质。采用vanderWaals（vdW）修正的密度泛函理论研究了其电学性能。两种结构的带隙相当大，而其他结构的带隙接近于零。施加面内双轴应变以改变电性能。带隙在特定的应变水平下达到最大值，然后在更大的压缩和拉伸应变下关闭。导带中的三个谷（$Γ$、Q和K）的能量随着应变而被探索。导带最小值随着应变在这些谷之间切换。两个带也有助于价带最大值，这两个带的能量为各种应变进行了研究。最后，得到了导带和价带谷的有效质量。在$Γ$ -谷处的有效质量证明了最低有效质量。
2020-07-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Multi-terminal electrical transport measurements of molybdenum disulphide using van der Waals heterostructure device platform
原子级薄的二维（2D）半导体如二硫化钼（MoS 2）在电学、光学和机械器件中具有很大的前景，并且显示出新颖的物理现象，如耦合自旋谷物理和谷霍尔效应。然而，到目前为止，单层和少层MoS 2的电子迁移率基本上低于理论预测的极限，特别是在低温（T）下，这阻碍了观察其固有量子输运行为的努力。无序和散射的潜在来源包括缺陷，如MoS 2本身的硫空位，以及外部来源，如带电杂质和来自氧化物半导体的远程光学声子。为了减少非本征散射并接近本征极限，我们开发了一种范德华（vdW）异质结构器件平台，其中MoS 2层完全封装在六方氮化硼（hBN）内，并使用栅极可调石墨烯电极以多端子几何形状电接触。多终端磁输运测量显示性能的显着改善，包括创纪录的高霍尔迁移率达到34,000 cm 2/Vs的6层MoS 2在低T。与理论的比较表明带电杂质的密度降低了1-2个数量级，表明在以前的研究中低T下的性能受到外在因素的限制，而不是MoS 2中的缺陷。我们还观察到Shubnikov-de Haas（SdH）振荡的第一次在高迁移率单层和少层二硫化钼。因此，这种新型的器件平台为测量二维半导体材料的本征特性和研究量子输运现象开辟了新的途径。
2014-12-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Magnetic proximity-induced non-relativistic valley polarization
Hunan University of Technology and Business（湖南工业大学）；Central South University（中南大学）；Yangzhou University（扬州大学）
研究由铁磁体和反铁磁体组成的范德华异质结构，利用磁近邻效应诱导非相对论性谷极化，通过调节相关参数实现四个独立谷极化态，展现强磁谷耦合，在谷电子学信息存储领域有潜在应用价值。
2026-10-14 cond-mat.mtrl-sci
Electrically tunable valley dynamics in twisted WSe$_2$/WSe$_2$ bilayers
扭曲自由度为设计范德华异质结构的电学和光学性质提供了一个强有力的新工具。在这里，我们表明，扭转角可以用来控制过渡金属dichalcogenide双层的自旋谷属性，通过改变在两个层中的谷的动量对齐。具体地说，我们观察到扭曲的WSe $_2$ /WSe $_2$双层的层间激子表现出高（>60%）的圆极化度（DOCP）和长的谷寿命（>40 ns）在零电场和磁场。谷寿命可以通过静电掺杂调节超过三个数量级，使得DOCP能够从n掺杂状态中的~80%切换到p掺杂状态中的<5%。这些结果为可调手性光-物质相互作用开辟了新的途径，使利用谷自由度的新型器件方案成为可能。
2019-12-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Stable $2R$ van der Waals heterostructures of NbS$_2$ and $M$Se$_2$ for $M$=Mo and W
本研究针对晶格常数相近的金属性NbS₂与半导体性MoSe₂/WSe₂，构建出稳定的类3R堆垛2R范德华异质结，实现层间能谷自旋极化对齐与自旋选择性电荷转移，且异质三层结构因镜像对称保持自旋守恒，数值验证其自旋霍尔效应显著增强。
2023-06-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Interlayer Coupling Effect in van der Waals Heterostructures of Transition Metal Dichalcogenides
由二维过渡金属二硫属化合物（TMDC）形成的范德华（vdW）异质双层膜为各种电子和光学性质创造了一个有前途的平台。从头算能带结果表明，在TMDCs vdW异质双分子层中引入Janus WSSe单层可以改变第二类能带的能带偏移，而不需要外加电场.在对称性分析的基础上，确定了TMDCs vdW异质双层膜允许的层间跳跃通道，并建立了一个四能级kp模型来计算层间跳跃。结果表明，层间电极化的强度具有不同的能带偏移，可以调节层间耦合强度。此外，还阐明了不同层间跳跃强度的TMDCs vdW异质层中层间谷激子形成机制的差异。
2020-09-03 cond-mat.mtrl-sci
Quantum valley Hall states in low-buckled counterparts of graphene bilayer
针对双层石墨烯低褶皱结构中某堆垛方式打破P对称性的问题，通过TB模型计算引入层分辨拉什巴SOC，发现系统展现QVHE，谷陈数从0变为2，且扭转小角度可等效引入该SOC，为拓扑谷电子学等器件设计提供新可能。
2024-08-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Multiferroic Quantum Dot in an Artificial van der Waals Heterostructure
Aalto University（阿尔托大学）；University of Jyväskylä（于韦斯屈莱大学）
本研究在人工范德瓦尔斯异质结构中构建多铁性量子点，通过实验与理论结合证明量子限制、磁交换与铁电序的原子尺度耦合，为电可调量子自旋电子器件提供新平台。
2026-09-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Discovery of Two-Dimensional Multiferroicity in van der Waals CuCrP2S6 Layers
多铁性材料在高密度非易失性存储等新型磁电器件中具有潜在的应用前景。近几十年来，对多铁性材料的研究主要集中在三维材料上。然而，三维材料在纳米尺度的薄膜中存在着悬挂键和量子隧穿效应。二维（2D）材料可能为这些问题提供一个优雅的解决方案，因此需求量很大。使用第一性原理计算，我们预测的铁磁性和驱动铁电性在单层，甚至几层的CuCrP2S6。虽然单层膜的铁电相的总能量高于反铁电相的总能量，但通过施加大的电场可以实现铁电相。根据我们的计算，除了常见的多铁性材料的自由度外，谷自由度也是极化的。计算结果表明，自旋、电偶极子和谷是相互耦合的。在实验中，我们在室温下观察到了几层CuCrP2S6（厚度约13 nm）的面外铁电性。在10 K下，从大量堆叠的纳米片的磁滞回线推断出了少量层的二维铁磁性。实验结果很好地支持了我们的计算。我们的发现可能为进一步的器件应用提供一系列二维材料。
2019-02-22 cond-mat.mtrl-sci
Valley polarization in twisted altermagnetism
本研究提出通过施加面外外电场在扭转角反铁磁中实现谷极化的方法，经紧束缚模型和第一性原理计算验证有效，还可诱导谷/自旋无带隙半导体和半金属，为相关电子学应用提供新机遇。
2024-06-20 cond-mat.mtrl-sci
Interlayer Exciton-Phonon Bound State in Bi2Se3/monolayer WS2 van der Waals Heterostructures
组装二维（2D）材料层以形成范德华异质结构排列的能力为材料设计和合成提供了重要的机会。层间的相互作用提供了一条通往新属性和功能的道路，理解这种相互作用对于实现这一目标至关重要。在这里，我们报告形成层间激子-声子束缚态的Bi 2Se 3/WS 2异质结构，其中Bi 2Se 3 A1（3）表面声子，一种模式，特别容易受到电子-声子耦合，是印记到激子发射的WS 2。激子-声子束缚态（或激子-声子准粒子）呈现为叠加在WS 2激子光致发光光谱上的均匀分离的峰，其周期性间距对应于A1（3）表面声子能量。Bi 2Se 3的低温偏振拉曼光谱揭示了强烈的表面声子和局部对称性破缺，这使得A1（3）表面声子以其他禁止的散射几何形状出现。我们的工作推进了复杂的层间范德华相互作用的知识，并促进了将不同材料的独特传输和光学特性结合到一个设备中的技术，用于可能的自旋电子学，谷电子学和量子计算应用。
2023-01-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Esaki diodes in van der Waals heterojunctions with broken-gap energy band alignment
由二维（2D）层状材料组成的范德华（vdW）异质结作为固态材料家族而出现，其表现出可以为高性能电子和光子应用提供动力的新颖物理现象。在这里，我们提出了一个重要的积木在VDW固体：室温（RT）江崎隧道二极管的第一个演示。江崎二极管是在由黑磷（BP）和二硒化锡（SnSe 2）制成的VDW异质结构中实现的，这两种半导体具有带隙偏移。BP和SnSe 2之间存在薄的绝缘势垒，使得在正向偏置电流-电压特性中观察到显著的负微分电阻（NDR）区域，峰谷比在300 K为1.8，在80 K为2.8。一个弱的温度依赖性的NDR表明电子隧穿是占主导地位的传输机制，和理论模型显示出良好的协议与实验结果。此外，破隙带对齐证实了结光响应和磷双平面在一个单一的BP层中的解决在透射电子显微镜（TEM）的第一次。我们的研究结果代表了对vdW异质结的基本理解的重大进展，并拓宽了二维层状材料的潜在应用基础。
2015-04-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Magnon transport in quasi-two-dimensional van der Waals antiferromagnets
最近出现的2D范德瓦尔斯磁体下降到原子层厚度提供了一个令人兴奋的平台，探索量子磁学和自旋电子学的应用。范德华性质稳定了作为磁各向异性的结果的长程铁磁有序。此外，巨隧穿磁电阻和电控制磁已被报道。然而，2D范德华磁体的磁振子，基于磁振子的自旋电子学的潜力尚未被探索。在这里，我们报告的实验观察到的长距离的磁振子输运在准二维范德华反铁磁体MnPS3，这表明2D磁铁作为有前途的候选材料的磁振子。随着2D MnPS3厚度的减小，观察到较短的磁振子扩散长度，这可以归因于表面杂质诱导的磁振子散射。我们的研究结果可以为探索量子磁现象和设计基于二维范德华磁体的未来磁器件铺平道路。
2019-02-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Realizing giant valley polarization effect based on monolayer altermagnets
Hunan University of Technology and Business（湖南工业大学）；Central South University（中南大学）；Yangzhou University（扬州大学）
研究通过第一性原理计算和对称性分析，揭示单层V2Se2O异磁体的谷极化效应与磁性V原子间净磁矩的关系，提出两种实现巨量谷极化的方法，为谷电子学应用提供理论指导。
2026-03-20 cond-mat.mtrl-sci
Intercorrelated ferroelectrics in 2D van der Waals materials
二维关联铁电体是凝聚态物理中的一个基本现象，它表现出面内和面外铁电性的耦合。目前的研究是基于单层双向反转不对称的范式，这限制了二维互关联铁电体到极少数系统。在这里，我们提出了一个新的计划，实现二维相互关联的铁电体使用范德华力（vdW）的相互作用，并将此计划应用到一个庞大的家庭的二维vdW材料。利用第一性原理，我们证明了二维vdW多层膜，例如BN，MoS_2，InSe，CdS，PtSe_2，Ti_2O，SnS_2，Ti_2CO_2等，可以表现出耦合的面内和面外铁电性，从而产生2D相互关联的铁电铁电物理。我们进一步预测，这种相互关联的铁电体可以表现出许多不同的属性，例如，电完全控制的自旋纹理在三层PtSe 2和电永久控制的谷对比物理在四层VS 2。这一发现为二维互关联铁电体的研究开辟了新的方向。
2020-11-22 cond-mat.mtrl-sci
Magnon-exciton proximity coupling at a van der Waals heterointerface
自旋和光子系统是现代信息设备和新兴量子技术的核心。半导体中的电子空穴对（激子）和磁性晶体中的集体自旋激发（磁振子）之间的相互作用将桥接这些异质系统，在新型互连设备中利用它们的个体资产。在这里，我们报告的磁性薄膜和原子级薄的半导体之间的界面处的磁振子激子耦合。我们的方法联盟的长寿命的磁振子托管在一个薄膜的钇铁石榴石（YIG）的强约束激子在一个薄片的过渡金属二硫属化物，MoSe $_2$。磁振子诱导的激子上的动态谷塞曼效应所统治的界面交换相互作用。这类新生的混合系统为微波和光学区域之间的信息转导提供了新的机会。
2021-07-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Anomalous magneto-optical response at $\mathrm{RuO_2 / WSe_2}$ van der Waals interface
University of Delaware（特拉华大学）；National Institute for Materials Science (NIMS)（国立材料研究所）
通过磁近邻效应在RuO₂/WSe₂异质结中探测到RuO₂表面弱磁性，发现低于55K时激子能量异常偏移和谷分裂反常，表明界面交换场主导谷态，为研究争议性磁性材料提供了光学探针。
2026-06-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Revealing the two-dimensional electronic structure and anisotropic superconductivity in a natural van der Waals superlattice (PbSe)$_{1.14}$NbSe$_2$
本研究针对天然范德华超晶格(PbSe)$_{1.14}$NbSe₂开展实验，揭示其高于单层NbSe₂的各向异性超导性、二维电子结构与强自旋轨道耦合特征，证明天然范德华超晶格是获取新奇材料特性的有效路径。
2023-04-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
Giant tunneling magnetoresistance based on spin-valley-mismatched ferromagnetic metals
Harbin Institute of Technology, Shenzhen（哈尔滨工业大学（深圳））；Tsinghua University（清华大学）；Shanxi University（山西大学）
本研究提出利用具有本征自旋-能谷失配态的铁磁金属实现巨隧穿磁电阻，通过第一性原理计算验证相关材料构建的范德华自旋阀结可实现超99%的磁电阻，为高磁电阻器件设计提供新方向。
2025-11-13 cond-mat.mtrl-sci
Gate tunable light-matter interaction in natural biaxial hyperbolic van der Waals heterostructures
最近在范德华晶体（如$α$ $_3$）中发现的天然双轴双曲性，由于其深亚波长声子极化激元，为中红外纳米光子学开辟了新的途径。然而，一个重大的挑战是这些双曲声子极化激元缺乏主动可调谐性。在这项工作中，我们研究了石墨烯和$α$ $_3$的异质结构，通过静电门控在中红外光谱区主动可调谐的混合等离子体声子极化激元模式。我们观察到一个独特的传播方向相关的石墨烯等离激元与双曲声子极化激元的石墨烯化学势的实验可行的值杂交。我们进一步报告了可调谷量子干涉在这个系统中的应用，由于这些混合模式的形成，具有较宽的工作带宽。这项工作提出了一种无光刻的替代方案，使用亚波长厚的自然双轴双曲材料进行主动可调谐的各向异性自发发射增强。
2022-01-25 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Electronic band structure of Two-Dimensional WS2/Graphene van der Waals Heterostructures
将单层二维半导体过渡金属二硫属化物（TMD）与范德华异质结构中的石墨烯层结合提供了通过这些异质结构控制电子性质的有趣手段。在这里，我们报告的电子和结构特性的转移单层WS2外延石墨烯使用显微拉曼光谱，角分辨光电子能谱测量（ARPES）和密度泛函理论（DFT）计算。结果表明，WS_2的电子性质良好，单层结构的价带在K点处有很强的分裂，最大分裂为0.44 eV，形成了清晰的能带.通过与局域泛函和杂化泛函的比较，我们发现实验异质结的顶价带与悬浮单层WS2的计算结果接近。.我们的研究结果为进一步研究WS2的电子性质及其在电子谷器件中的应用提供了重要的参考。
2018-06-13 cond-mat.mtrl-sci
Topological magnetic-spin textures in two-dimensional van der Waals Cr2Ge2Te6
二维（2D）范德华（vdW）材料显示出一系列深刻的物理性质，这些物理性质可以通过将其并入异质结构中来定制并且用外力来操纵。最近发现的长程铁磁顺序下降到原子层提供了一个额外的自由度，在工程二维材料及其异质结构器件的自旋电子学，谷电子学和磁性隧道结开关。在这里，使用直接成像的低温洛伦兹透射电子显微镜，我们表明，拓扑非平凡的磁自旋态，skyrmionic气泡，可以实现剥离绝缘2D vdW Cr2Ge2Te6。由于偶极相互作用和单轴磁各向异性之间的竞争，通过沿面外方向施加磁场的场冷却，出现了六方堆积的纳米尺度气泡晶格。尽管由于布洛赫线的成对形成和湮灭而产生的条纹畴中的一系列拓扑自旋纹理，具有单手征的气泡晶格是普遍的。我们在vdW材料中观察到的拓扑非平凡的同手性skyrmionic气泡为在原子级薄绝缘体中研究新型量子态提供了一条新的途径，用于磁电子和量子器件。
2019-11-13 cond-mat.mtrl-sci
Viewpoint: Opportunities and challenges of two-dimensional magnetic van der Waals materials: magnetic graphene?
在过去的十年里，人们对二维范德华材料的兴趣大大增加，而其中一类特殊的材料：磁性范德华系统却明显缺乏。在这篇文章中，我们指出了这一点，并说明了我们如何能够从探索这些迄今被忽视的材料中受益。
2016-04-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Naturally occurring van der Waals materials
两种天然存在的范德瓦尔斯矿物--石墨和镁橄榄石的剥离引起了科学界前所未有的兴趣，并形成了一个全新的研究领域：二维材料研究。几年后，可以剥离以分离2D材料的范德华材料家族不断增长，但其中大多数是合成的。有趣的是，在自然界中可以发现大量天然存在的范德瓦尔斯矿物，它们具有广泛的化学成分和晶体结构，其性质迄今为止大多未被探索。该观点旨在概述不同的范德瓦尔斯矿物家族，以促进其在2D极限中的探索。
2020-10-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Astability versus Bistability in van der Waals Tunnel Diode for Voltage Controlled Oscillator and Memory Applications
范德华隧道结由于其原子级尖锐界面、栅极可调性和对连续层之间晶格失配的鲁棒性而具有吸引力。然而，此类隧道二极管中表现出的负微分电阻（NDR）通常表现出低峰值电流密度的噪声行为，并且缺乏鲁棒性和可重复性，限制了其实际电路应用。在这里，我们提出了一种策略，使用1 L-WS $_2$作为一个最佳的隧道势垒夹在高掺杂黑磷（BP）和SnSe $_2$的断隙隧道结。我们实现了高产量的隧道二极管表现出高度可重复的，超干净的，栅极可调的NDR特性与固有振荡的签名，和一个大的峰谷电流比（PVCR）的3.6在300 K（4.6在7 K），使它们适合于实际应用。我们表明，vdW隧道二极管电路的热力学稳定性可以从非稳态调整到双稳态，通过改变约束，通过选择一个电压或电流偏置，分别。在电压偏置下的非稳态模式下，我们演示了一个紧凑的，压控振荡器，而不需要一个外部储能电路。在电流偏置下的模式下，我们展示了一个高度可扩展的，单一元素的一位存储单元，是有前途的密集型随机存取存储器的应用程序在存储器密集型计算架构。
2020-10-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
