Optoelectronic Properties and Excitons in Hybridized Boron Nitride and Graphene Hexagonal Monolayers
本文用密度泛函理论、GW和Bethe-Salpeter方程计算解释了碳-硼氮化物（CBN）杂化单分子膜的电子带隙和光吸收谱的性质。CBN的光电性能的结果从整体单层能带结构，其准粒子状态的控制由C域的大小和谎言在单独的能量为C和BN没有显着的混合在带边，证实了存在强烈的约束明亮的激子状态本地化的C域。由此产生的吸收光谱显示出两个显着的峰，其能量和相对强度随组合物在协议的实验，与大的补偿准粒子和激子修正相比，DFT计算。带隙和光吸收不受单层组合物调节，通常用于大块半导体合金，并且不能被理解为块状C和BN域的性质的叠加，如最近的实验所建议的。
2012-04-06 cond-mat.mtrl-sci
Coherent imaging and dynamics of excitons in MoSe$_2$ monolayers epitaxially grown on hexagonal boron nitride
利用四波混频显微镜测量了分子束外延生长在六方氮化硼薄膜上的MoSe $_2$单分子膜中激子和激子的相干响应和超快动力学。我们评估不均匀和均匀加宽的过渡光谱线型。声子对均匀退相的影响通过退相的温度依赖性来推断。四波混频映射，结合原子力显微镜，揭示了激子振子强度，非均匀加宽和样品形态之间的空间相关性。外延生长的过渡金属二硫属化物的相干光学响应的质量现在变得与通过机械剥离产生的样品相当，从而实现创新材料（如磁性层或Janus半导体）的相干非线性光谱。
2023-03-19 cond-mat.mtrl-sci
Reversible modifications of linear dispersion - graphene between boron nitride monolayers
采用第一性原理计算和最小紧束缚模型研究了夹在两个六方氮化硼片之间的石墨烯层的电子性质.结果表明，在没有外场的情况下，对于ABC堆叠结构，带在狄拉克点附近是线性的，就像单层石墨烯的情况一样。对于某些原子配置，电场效应允许打开超过230 meV的带隙。我们相信这种能隙调节机制可以显著改善石墨烯基场效应晶体管的特性，并为未来的电子应用铺平道路。
2010-11-09 cond-mat.mtrl-sci
The structure of amorphous two-dimensional materials: Elemental monolayer amorphous carbon versus binary monolayer amorphous boron nitride
自20世纪30年代以来，非晶材料的结构一直被争论为二元问题：非晶材料是Zachariasen连续随机网络（Z-CRN）或含有微晶的Z-CRN。然而，最近证明，无定形金刚石可以以任何一种形式合成。在这里，我们解决的问题，单原子厚的非晶单分子膜的结构。我们重新分析先前的模拟结果为无定形石墨烯和报告动力学蒙特卡罗模拟的基础上替代算法。我们发现，含有微晶的Z-CRN是最近制造的元素无定形石墨烯的有利结构，而二元单层无定形BN的最可能结构与两种长期争论的选择中的任一种完全不同：它是一种组成上无序的“假CRN”，包括B-N和非正则B-B和N-N键的混合物并含有“假微晶”，即由非正则六边形构成的蜂窝区域。其他非元素的二维和散装非晶材料的影响进行了讨论。
2022-08-12 cond-mat.mtrl-sci
Spin-resolved Visible Optical Spectra and Electronic Characteristics of Defect-mediated Hexagonal Boron Nitride Monolayer
缺陷介导的六方氮化硼（hBN）超晶胞具有可见光谱和电子特性。hBN超晶胞中的缺陷包括原子空位、反位、反位空位以及外来原子对硼或氮的取代。具有VB、CB和NB-VN的hBN超晶胞具有跨费米能级的高电子态密度，这表明高导电电子特性。含原子空位、反位空位、杂质原子取代硼或氮等缺陷的hBN具有明显的自旋分辨光学和电子学特性，而含硼和氮反位缺陷的hBN不具有自旋分辨光学特性。带正电荷缺陷的hBN在较长的光谱区域具有主导的光学和电子特性。
2019-12-12 cond-mat.mtrl-sci
Wafer-scale CVD Growth of Monolayer Hexagonal Boron Nitride with Large Domain Size by Cu Foil Enclosure Approach
在铜箔上化学气相沉积制备厚度均匀的大畴六方氮化硼（h-BN）具有很大的挑战性，这源于极高的成核密度和反向氢蚀刻竞争反应。我们在此报告的晶片规模的高品质的h-BN单层膜的最大的单晶域尺寸高达72微米的边长使用折叠的铜外壳的方法的成功生长。这种简单而独特的方法高度限制了生长空间，使成核中心急剧减少，并有效抑制了氢蚀刻反应。首次揭示了h-BN单层膜的取向与生长衬底的晶面密切相关，Cu（111）是生长高质量h-BN单层膜的最佳衬底，这与密度泛函理论的计算结果一致。本研究为生长高质量的h-BN薄膜提供了一条切实可行的途径，加深了对h-BN生长过程的基本认识。
2015-01-08 cond-mat.mtrl-sci
Energetics and kinetics of vacancies in monolayer graphene boron nitride heterostructures
石墨烯和氮化硼（GPBN）异质结构提供了一种可行的方法来实现可调的带隙，在石墨烯基纳米电子和光电子器件中有着新的机会。在本研究中，我们研究了单层GPBN异质结构中空位与石墨烯/h-BN界面之间的相互作用。利用第一性原理计算研究了单层GPBN异质结构中单空位和双空位的能量学和动力学。界面被证明是空位偏析的优先位置。同时，空位的动力学被发现在界面处被显著地修改，证明了最小能量路径（MEP）和相关的迁移势垒计算。讨论了界面键合构型、能态和极化对空位形成和扩散的影响。此外，我们还证明了识别不同空位的扩散前因子的差异对于准确确定空位扩散系数是重要的。我们的研究结果为GPBN异质结构中空位的建模提供了必要的数据，并为基于GPBN的器件设计中的缺陷，界面和量子域的精确工程提供了重要的见解。
2015-03-09 cond-mat.mtrl-sci
High thermal conductivity of high-quality monolayer boron nitride and its thermal expansion
热管理变得越来越重要，特别是在小型化的现代设备中，因此探索具有电绝缘和良好机械性能的高导热材料具有重要意义。在这里，我们报告说，高品质的单层氮化硼（BN）在室温下的热导率（\k{appa}）为751 W/mK。虽然小于石墨烯，但该值大于立方氮化硼（cBN），仅次于金刚石和最近发现的立方硼砷化物（BAs）。如果考虑密度，单层BN在所有半导体和绝缘体中具有第二大的每单位重量的\k{appa}，仅次于金刚石。原子级薄BN的\k{appa}随厚度增加而减小。我们的大规模分子动力学模拟使用Green-Kubo形式准确地再现了这一趋势，和密度泛函理论（DFT）计算揭示了主要的散射机制。在300-400 K的单层到三层BN的热膨胀系数（TEC）也进行了实验测量，结果是原子从头算DFT计算在更宽的温度范围内。由于其宽带隙、高导热性、出色的强度、良好的柔性以及优异的热稳定性和化学稳定性，原子级薄BN是散热应用的强有力候选者，特别是在下一代柔性电子器件中。
2019-03-26 cond-mat.mtrl-sci
First-Principles Calculations of Exciton Radiative Lifetimes in Monolayer Graphitic Carbon Nitride Nanosheets: Implications for Photocatalysis
在这项工作中，我们报告的激子辐射寿命的石墨氮化碳单分子膜在三嗪-（gC $_3$ N $_4$ -t）和七嗪为基础的（gC $_3$ N $_4$ -h）的形式，通过地面加激发态从头计算。通过分析激子精细结构，我们强调暗态的存在下，并表明，光生电子空穴对在gC $_3$ N $_4$ -h是显着的长寿命，与260 ns的有效辐射寿命。这促进了gC $_3$ N $_4$ -h在电介质中的应用，并使其对于激子器件的新兴领域具有吸引力。尽管很长的固有辐射寿命是几种应用的重要先决条件，但原始氮化碳纳米片显示出非常低的量子光转换效率，这主要是由于缺乏有效的电-氢分离机制。然后，我们专注于一个垂直异质结构的gC $_3$ N $_4$ -t和gC $_3$ N $_4$ -h层，显示了II型带对齐，并期待实现净电荷分离。
2021-04-02 cond-mat.mtrl-sci
Silicon-nitride photonic circuits interfaced with monolayer MoS$_2$
我们报告的集成单层二硫化钼与氮化硅微谐振器组装的粘弹性层转移技术。从谐振器模式到单层的倏逝波耦合通过腔传输的测量来确认。该几何形状的单层半导体薄片的吸收被确定为850 dB/cm，这大于具有相同厚度的石墨烯和黑磷的吸收。该技术可应用于各种单层半导体，用于组装混合光电子器件，例如在宽光谱范围内工作的光电探测器和调制器。
2015-06-05 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Excitons in van der Waals materials: from monolayer to bulk hexagonal boron nitride
我们提出了一个一般的图片的激子性质的层状材料的单层积木的激发。为此，我们推导出一个模型激子哈密顿绘制一个类比与分子晶体，这是其他原型范德华材料。我们采用这个简化模型详细分析了六方氮化硼（hBN）的激发光谱，我们已经从多体Bethe-Salpeter方程的{ \it ab initio}解作为动量的函数得到。通过这种方法，我们确定了hBN中最低能量激子的性质，讨论了层间跳跃和电子-空穴交换相互作用对激子色散的影响，阐明了层状材料中激子与等离子体激元之间的关系。
2016-12-20 cond-mat.mtrl-sci
Origin of the monolayer Raman signature in hexagonal boron nitride: a first-principles analysis
单层的六方氮化硼（h-BN）原则上可以通过拉曼信号来识别，包括相对于体值的E2 g振动模式的频率的上移，但这种移位的起源（固有的或支持诱导的）仍有争议。在这里，我们使用密度泛函理论计算研究是否有一个内在的拉曼位移的h-BN单层相比，散装。有普遍的协议，所有测试的泛函预测的幅度的频率偏移后，在平面内的细胞参数的变化。很明显，一个小的面内收缩可以解释拉曼峰从体到单层上移。然而，我们发现，较大的面内参数在散装（单层相比）的结果从非局部相关效应，这不能占当地的泛函或经验色散修正。使用非本地相关功能，然后，我们调查的拉曼签名上的有限温度的影响。我们表明，散装h-BN在垂直于层的方向上热膨胀，而层内距离略有收缩，与观察到的实验行为一致。有趣的是，体膜和单层膜的面内晶胞参数的差异随着温度的升高而减小，在室温下变得很小。我们得出结论，不同的热膨胀的散装和单层部分“擦除”的固有拉曼签名，占其在最近的实验中的小幅度悬浮样品。
2018-03-22 cond-mat.mtrl-sci
Universal polarization energies for defects in monolayer, surface and bulk hexagonal boron nitride : A finite-size fragments GW approach
我们研究了六方氮化硼中的缺陷能级与不同的层数使用片段多体$GW$形式主义，作为范例的碳二聚体和$C_BV_N$缺陷的例子。我们发现，一个单一的层可以在可极化的有限大小的区域中破碎，忠实地再现介电环境的影响，大大促进了在稀释极限的点缺陷的多体水平的研究。由于增加的屏蔽、标记的极化能量，缺陷能级从单层到$n$ -层系统的演变遵循简单的$({ΔP}/n + P_{\infty})$行为。系数$ΔP$和$P_{\infty}$被认为是接近通用的，与相反的符号为空穴和电子，主要表征主机和位置的缺陷（表面或散装），但几乎没有缺陷类型。我们的研究结果合理化的缺陷能级与层数的演变，允许安全地外推单层到几层，表面或散装\textit{h} -BN的结果。目前的多体碎片方法进一步打开了研究无序2D层的大门。
2022-10-11 cond-mat.mtrl-sci
Boron nitride monolayer growth on vicinal Ni(111) surfaces systematically studied with a curved crystal
以圆柱形Ni晶体为可调衬底，系统地研究了生长在台阶状Ni表面上的六方氮化硼（hBN）的结构和电子性质。我们的实验揭示了均匀的hBN单层涂层的整个Ni弯曲表面，这反过来又经历了整体刻面。多面系统由无台阶hBN/Ni（111）阶地与强烈倾斜的hBN/Ni（115）或hBN/Ni（110）纳米条带交替限定，这分别取决于我们是否具有A型或B型邻位表面。这种深衬底自组织由hBN晶格的刚性和在（111）表面附近与Ni晶面缺乏配准来解释。通过光电子能谱和吸收光谱对电子性质的分析表明，（110）和（115）晶面中hBN/Ni的相互作用较弱，并且价带相对于hBN/Ni（111）平台处的能带位置向上移动。
2019-01-23 cond-mat.mtrl-sci
Comment on A novel two-dimensional boron carbon nitride (BCN) monolayer: A first-principles insight [J. Appl. Phys. 2021, 130, 114301]
最近，Bafekry等人[J. Appl. Phys. 130，114301（2021）]报道了他们关于BCN单层的结构、声子色散、弹性常数和电子性质的密度泛函理论（DFT）结果。然而，上述理论工作包括错误的结果和讨论，这将在下面解释。
2022-03-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
First principles second harmonic generation of transition metal dichalcogenides and boron nitride alloys: from monolayers and nanotubes to Haeckelites and Schwarzites
为了揭示新的二维系统的二次谐波产生（SHG），利用第一性原理方法计算了不同类型的层状合金的二阶极化率χ（2），这些层状合金包括过渡金属二硫属化物（TMD）合金的单层、TMD Haeckelite合金、TMD合金的纳米管、包括BxNyCz合金的六方氮化硼（h-BN）系统、BN和BNC 2纳米管，BxNxCy黑克石和BN黑碳石（多孔BN）。结果表明，在高光子能量下，钨基合金的χ（2）值高于钼基合金，而在低光子能量下，一种MoSSe占主导地位。在所有计算结构中，假设的TMD海克尔体NbSSe和Nb 0.5Ta 0.5S2显示出最高的χ（2）。锯齿形TMD合金纳米管的χ（2）值随直径的减小而增大，当直径较大时，χ（2）值接近单层纳米管。BNC合金表现出比h-BN单层更高的χ（2），并且与TMD合金相当，除了一种情况使其强度加倍之外。BN管显示随着直径减小，χ（2）增加，类似于TMD纳米管。BxNxCy海克石具有非常高的χ（2），并且可能揭示扩展缺陷在非线性光学性质中的作用。BN Schwarzite之一表现出比已知的3-D材料更高的χ（2）。
2017-11-17 cond-mat.mtrl-sci
Hunting for Monolayer Boron Nitride: Optical and Raman Signatures
我们描述了单层和少层氮化硼的识别。它的光学对比度比石墨烯小得多，但通过优化观察条件，即使是单层也可以识别。拉曼光谱可用于确认BN单层。它们表现出高达4 cm-1的基本拉曼模式的上移。较厚晶体中的层数可以通过利用拉曼强度和光学对比度的整数阶增加来计数。
2010-08-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Towards the growth of single-crystal boron nitride monolayer on Cu
原子层状六方氮化硼（hBN）具有良好的稳定性、平坦的表面和大的禁带宽度，是最好的二维绝缘体，在电子学、光电子学和光电子学等领域具有广阔的应用前景。生长高质量大hBN单晶的能力是这些应用的核心，但迄今为止，单晶2D BN的尺寸还不到一毫米。本文报道了在低对称性Cu（110）“邻位面”上首次外延生长10 × 10 cm ~ 2 hBN单晶单层。的生长动力学，单向对齐和无缝拼接的hBN域明确说明使用厘米到原子尺度的表征技术。这项工作的发现有望显著推动基于2D材料的器件的大规模应用，并为广泛的非中心对称2D材料的外延生长铺平道路。
2018-11-16 cond-mat.mtrl-sci
Single-crystal hexagonal boron nitride monolayer epitaxially grown on Cu (111) thin film across a wafer
我们展示了在高对称指数表面平面Cu（111）上生长的晶片级六方氮化硼（hBN）单晶，其是绝缘原子薄单层。通过密度泛函理论计算证实，Cu（111）与B6N7团簇对接的A阶边和B阶边的结合能差约为0.23 eV，保证了单向外延生长.
2021-06-01 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Substitutional Si impurities in monolayer hexagonal boron nitride
我们报告的第一个观察替代硅原子在单层六方氮化硼（h-BN）使用像差校正扫描透射电子显微镜（STEM）。中角环形暗场（MAADF）图像显示硅原子专门填充硼空位。这种结构在电子束下足够稳定，可以重复成像。密度泛函理论（DFT）被用来研究实验观察到的结构的能量，结构和性能。计算了Si $_\mathrm{B}$、Si $_\mathrm{N}$和Si $_\mathrm{BN}$的所有可能电荷态的形成能。结果表明Si $_\mathrm{B}^{+1}$是最稳定的取代构型。在这种情况下，硅原子从晶格中升高了0.66欧姆，在费米能级以上的电子带隙中具有未被占据的缺陷能级。生成能呈轻微放热过程。我们的研究结果明确表明，杂原子可以纳入h-BN晶格的应用范围从单原子催化原子精确的磁性结构的开放方式。
2019-07-17 cond-mat.mtrl-sci
Nitrogen-monovacancy (VN) Hexagonal Boron Nitride 2D Monolayer Material as an Efficient Electrocatalyst for CO2 Reduction Reaction
本研究采用第一性原理DFT-D方法，发现含氮空位的缺陷二维六方氮化硼单层（VN_d-BN）能有效催化CO₂还原反应，OCHO路径优先生成CH₄，可作为低成本替代铂的CO₂RR电催化剂。
2024-04-14 cond-mat.mtrl-sci
Searching for Large-gap Quantum Spin Hall Insulators: Boron-Nitride/(Pb, Sn)/α-Al2O3 Sandwich Structures
拓扑绝缘体在高效信息处理和存储方面具有巨大的潜力。使用密度泛函理论计算，我们预测，蜂窝状的铅单层可以稳定在Al 2 O3（0001）衬底上，并成为拓扑非平凡的相当大的带隙（~0.27 eV）。此外，我们建议使用六方氮化硼（h-BN）单层作为保护的Pb/Al 2 O3和Sn/Al 2 O3的拓扑状态。我们的研究结果提出了新的可能性设计和保护二维TI的实际应用。
2017-01-26 cond-mat.mtrl-sci
Boron Nitride Monolayer: A Strain-Tunable Nanosensor
利用密度泛函理论研究了三轴面内应变对六方氮化硼薄膜电子性质的影响。与石墨烯不同，三轴应变将氮化硼薄片的分子轨道定位在其中心，这取决于所施加的应变的方向。所提出的用于定位氮化硼薄片中心接近费米能级的分子轨道的技术可用于实现工程纳米传感器，例如，选择性地检测气体分子。我们表明，中央部分的应变片吸附极性分子更强烈地相比，一个unstrained片。
2013-09-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Unveiling the Structural Origin of the High Carrier Mobility of a Molecular Monolayer on Boron Nitride
最近，它被证明，在氮化硼上的分子单层二辛基苯并噻吩并苯并噻吩（C8-BTBT）的载流子迁移率可以达到10 cm 2/Vs，在以前报道的单层分子场效应晶体管中最高。在这里，我们表明，高品质的单晶C8-BTBT单层可能是创纪录的高载流子迁移率的关键来源。我们发现C8-BTBT分子更喜欢在六方氮化硼和石墨烯上逐层生长。这些基底的平坦度显著降低了C8-BTBT成核密度，并且使得能够重复生长C8-BTBT单层的大面积单晶。我们的实验结果表明，只有面外粗糙度大于0.6 nm的衬底可以诱导在晶体生长的干扰，从而影响电荷输运。这些信息对指导高质量外延分子膜的生长具有重要意义。
2014-12-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Structure and mechanical properties of monolayer amorphous carbon and boron nitride
本研究通过机器学习势辅助的动力学蒙特卡洛模拟，提出用微晶面积分数Fx表征单层非晶碳与氮化硼的无序度，发现Fx决定其断裂前力学响应，微晶可通过影响裂纹扩展增韧材料，为二维材料增韧提供新思路。
2023-09-27 cond-mat.mtrl-sci
Superior Structural, Elastic and Electronic Properties of 2D Titanium Nitride MXenes Over Carbide MXenes: A Comprehensive First Principles Study
采用密度泛函理论研究了二维TiC/TiN基纯MXene（Tin+1Cn/Tin+1 Nn）和功能化MXene（Tin+1CnT 2/Tin+1 NnT 2，T代表端基：-F，-O和-OH，n = 1，2，3）的结构、弹性和电子性质.基于碳化物的MXene具有比基于氮化物的MXene更大的晶格常数和单层厚度。Tin+1 Nn的面内杨氏模量大于Tin+1Cn的面内杨氏模量，但两种体系的面内杨氏模量均随单层厚度的增加而减小.结合能计算表明，具有较大单层厚度的MXene具有较好的结构稳定性。吸附能的计算表明，Tin+1 Nn更倾向于吸附在端基上，这表明氮化物基MXene具有更高的表面活性.更重要的是，观察到几乎自由电子状态存在于-OH官能化的基于碳化物/氮化物的MXene的表面之外，特别是在Tin+1 Nn（OH）2中，其提供几乎完美的传输通道而没有用于电子输运的核散射。氮化物基MXene的总电导率被确定为高于碳化物基MXene的总电导率。氮化钛基MXenes的优异性能，包括强表面吸附，高弹性常数和杨氏模量，以及良好的金属导电性，使它们成为催化和储能应用的有前途的材料。
2018-07-05 cond-mat.mtrl-sci
Thermal Conductivity Of Monolayer Hexagonal Boron Nitride: Four-Phonon Scattering And Quantum Sampling Effects
针对单层六方氮化硼晶格热导率研究结果差异大、核量子效应与四声子散射被忽略的问题，结合经典与路径积分分子动力学及温度相关有效势方法计算多效应下的重整化声子，揭示两类效应对热导率和声子寿命的影响，为固体晶格热导率计算提供可靠框架。
2025-06-17 cond-mat.mtrl-sci
Phonon-Assisted Photoluminescence and Exciton Recombination in Monolayer Aluminum Nitride
该研究证明单层六方AlN在3.94–4.05 eV紫外范围具有强光致发光，并揭示其间接带隙发射由有限晶格动量声子辅助电子-空穴从Γ点到K点复合实现，为高效紫外光源和光电器件开发提供基础。
2024-09-01 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Oxidising and carburising catalyst conditioning for the controlled growth and transfer of large crystal monolayer hexagonal boron nitride
层状氮化硼（h-BN）作为2D材料技术的必要支撑体、密封剂和阻挡层是公认的，而且最近还作为活性物质用于从双曲超颖表面到室温单光子源的应用。对于h-BN层，迫切需要具有成本效益的、可扩展的和高质量的生长技术。我们利用广泛可用的铁箔的催化化学气相沉积（CVD）的h BN和报告的显着作用的散装溶解物种在h-BN CVD，特别是溶解氧和碳之间的平衡。一个简单的预生长调节步骤的铁箔，使我们能够定制一个容错的可扩展的CVD工艺，以得到非常大的h-BN单层域。我们还开发了一种简便的方法，通过控制湿度氧化和随后的快速蚀刻薄的界面氧化铁，从而避免了大量的箔的杂质，用于改善转移生长的h-BN远离铁表面。我们展示了晶圆级（2英寸）生产，并利用这种h-BN作为石墨烯的保护层，用于集成（光）电子器件制造。
2020-11-26 cond-mat.mtrl-sci
Kagomerization of transition metal monolayers induced by two-dimensional hexagonal boron nitride
该研究通过第一性原理证明，六方氮化硼覆盖层可诱导过渡金属单层重构为kagome晶格，并稳定拓扑磁孤子，展示了h-BN主动调控材料结构和磁性的潜力。
2023-12-31 cond-mat.mtrl-sci
Rectangular carbon nitrides C4N monolayers with a zigzag buckled structure: Quasi-one-dimensional Dirac nodal lines and topological flat edge states
基于第一性原理计算提出两种具有锯齿曲折结构的 C4N 单层，发现其具有准一维 Dirac 节线和边缘依赖的拓扑平带结构，Fermi 速度达 105 m/s，在高频电子器件中具应用潜力。
2024-01-07 cond-mat.mtrl-sci
Comparative first-principles study of antiperovskite oxides and nitrides as thermoelectric material: multiple Dirac cones, low-dimensional band dispersion, and high valley degeneracy
采用第一性原理计算对反钙钛矿氧化物$Ae_3Tt$ O和氮化物$Ae_3Pn$ N（$Ae=$ Ca，Sr，Ba; $Tt=$ Ge，Sn，Pb; $Pn=$ As，Sb，Bi）的热电性能进行了比较研究。对于具有立方结构的氧化物，具有相当大的带隙的Ca $_3$ GeO在高温下表现出高热电性能，而具有狄拉克锥的Ba $_3$ PbO在低温下是有利的。后者的高性能归因于高谷简并，包括多个狄拉克锥和$Γ$和R点附近的谷。对于具有立方结构的氮化物，具有强准一维性的绝缘体表现出高的热电性能。我们还发现，正交结构的扭曲有时sizably提高热电性能，特别是对于Ba $_3$ GeO和Sr $_3$ AsN的高谷简并是在$Pnma$相实现。计算结果表明，反铁电体具有丰富的电子结构，这些电子结构的存在提高了热电性能，为高性能热电材料的研究提供了一个良好的前景。
2019-09-07 cond-mat.mtrl-sci
Comparative High Pressure Raman Study of Boron Nitride Nanotubes and Hexagonal Boron Nitride
对氮化硼多壁纳米管的高压拉曼实验表明，在~ 12 GPa时，~ 1367 cm-1处的振动模强度消失，并且在减压下不会恢复。相比之下，六方氮化硼的高压拉曼实验显示出在约13 GPa下从六方到纤锌矿的相变的明显特征，这在减压时是可逆的。这些结果与碳纳米管和石墨的压力行为进行了对比。
2006-03-08 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Observation of Topological Nodal-Ring Phonons in Monolayer Hexagonal Boron Nitride
本研究利用高分辨率电子能量损失谱在单层六方氮化硼中实验观测到两个受镜面对称性保护的拓扑节线声子，将二维拓扑声子从石墨烯拓展至宽带隙绝缘体，为声子器件应用奠定基础。
2025-02-26 cond-mat.mes-hall 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
Quantum emitter formation in carbon-doped monolayer hexagonal boron nitride
六方氮化硼（hBN）中的单光子发射体（SPE）是量子光产生的有希望的候选者。尽管如此，将hBN SPE的形成控制到单层极限的技术还有待证明。最近的实验和理论研究表明，hBN中可见波长的单光子发射体来源于碳相关的缺陷。在这里，我们展示了一个简单的策略，通过调节表面碳浓度的化学气相沉积生长单层hBN过程中控制SPE的创建。通过在hBN生长期间增加表面碳浓度，我们观察到碳掺杂水平对于B-C键增加了2.4倍，对于N-C键增加了1.6倍。对于相同的样品，我们观察到SPE密度从0.13增加到0.30发射体/μ m2。我们的简单方法首次在单层样品中可靠地产生hBN SPE，为先进的2D量子态工程打开了大门。
2021-10-10 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Platinum-absorbed Defective 2D Monolayer Boron Nitride: A Promising Electrocatalyst for O2 Reduction Reaction
通过计算设计含氮硼双空位的二维单层氮化硼并吸附单个Pt原子，形成单原子催化剂，其具有1.30 eV带隙，经DFT-D计算表明对氧还原反应遵循4电子路径且具有高选择性和显著催化活性。
2024-04-19 cond-mat.mtrl-sci
Simulated scanning tunneling microscopy images of few-layer-phosphorus capped by graphene and hexagonal boron nitride monolayers
元素磷被认为具有几种稳定的同素异形体，其在能量上接近简并，但具有化学反应性。为了防止在环境条件下的化学降解，这些结构可以被六方氮化硼（{ \em h}-BN）或石墨烯的单层覆盖。我们进行{ \em ab initio}密度泛函计算来模拟磷的不同层状同素异形体的扫描隧道显微镜（STM）图像，并研究覆盖层对这些图像的影响。我们发现，绝缘{ \em h}-BN的保护性单层允许区分下面的磷的不同结构相，即使图像仅通过看起来透明的氮原子过滤。对于被半金属石墨烯覆盖的磷膜来说，这种区别是不可能的。我们的研究结果表明，STM的真实空间成像能力不会受到所选择的保护磷表面的覆盖层的阻碍。
2015-03-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Quasi-freestanding monolayer heterostructure of graphene and hexagonal boron nitride on Ir(111) with a chiral boundary
石墨烯/六方氮化硼（h-BNC）单层横向异质结构由于其可调的带隙特性和独特的界面物理性质而受到越来越多的关注。在此，我们首次报道了在弱耦合Ir（111）基底上合成几乎独立的h-BNC杂化物，其中石墨烯和具有不同表面高度和波纹的h-BN形成完美的单层杂化物。借助于扫描隧道显微镜/光谱（STM/STS），我们证明了h-BN可以沿着预沉积的石墨烯域的边界修补，反之亦然，以形成无缝的单层混合物，在界面处实现主要的锯齿型手性边界。密度泛函理论计算和STM/STS测量帮助我们揭示了石墨烯和h-BN之间的这种界面在化学键合方面是原子尖锐的，并且从理论和实验的角度来看局部电子性质。
2014-05-14 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Effect of interlayer coupling and symmetry on high-order harmonic generation from monolayer and bilayer hexagonal boron nitride
高次谐波产生（HHG）是一个基本的过程，它可以简化为高能量光子的产生从一个材料受到强驱动激光场。这种高度非线性的光学过程包含了关于物质（例如气体、固体和液体）的电子结构和动力学的丰富信息。此外，由于固体的高次谐波谱可以携带电子-空穴带内动力学以及带间和带内电流动力学的信息，近年来引起了阿秒科学和凝聚态物理学家的广泛关注。本文通过分析单层和两种不同堆叠方式的双层六方氮化硼（hBN）的高次谐波产生，研究了层间耦合和对称性对二维材料的影响。这些模拟结果表明，高次谐波辐射模式强烈依赖于晶体反转对称性（IS），旋转对称性和层间耦合。
2021-12-19 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Phonon-Mediated Superconductivity near the Lattice Instability in Hole-doped Hydrogenated Monolayer Hexagonal Boron Nitride
采用密度泛函理论与局域密度近似，我们表明，完全氢化的单层六方氮化硼（H $_2$ BN）的直接带隙为2.96 eV的蓝光区，而原始的$\textit{h}$ -BN具有更宽的间接带隙为4.78 eV。空穴掺杂的H $_2$ BN在低载流子密度（$n$）下是稳定的，但在较高的$n$下变得动态不稳定。我们预测，它是一个声子介导的超导体的转变温度（$T_c$），可以达到$\sim$ 31 K在$1.5\times$ $10^{14}$空穴的$^{-2}$附近的晶格不稳定性。通过施加6%的双轴拉伸应变以及在接近新的晶格不稳定性的$^{-2}$的$3.4\times$ 10个$^{14}$孔cm的$n$处的掺杂，$T_c$可以被增强到$\sim$ 82 K。
2021-09-30 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
A comparative study of the thermoelectric performance of graphene-like BX (X= P, As, Sb) monolayers
采用第一性原理计算和玻尔兹曼理论研究了类石墨烯磷化硼（BP）、砷化硼（BAs）和锑化硼（BSb）单层的电子和声子输运性质.通过考虑声子-声子散射和电子-声子散射，我们证明了BAs和BSb单分子膜中强的键非谐性可以显著地抑制声子的弛豫时间，但几乎不影响电子的弛豫时间.因此，这两个系统表现出可比的功率因数与BP单层，但低得多的晶格热导率。因此，在优化的载流子浓度下，在BAs和BSb单层中可以实现高于3.0的最大ZT值。有趣的是，在BSb单层中沿着扶手椅方向观察到非常相似的p型和n型热电性能，这在具有可比效率的热电模块的制造中至关重要。
2019-02-28 cond-mat.mtrl-sci
First-principles investigation of graphitic carbon nitride monolayer with embedded Fe atom
采用密度泛函理论方法，采用自旋极化广义梯度近似和Hubbard $U$修正，研究了在双向拉伸应变和垂直电场作用下含$\mathrm{Fe}$原子的石墨七嗪的力学、结构、电学和磁学性质.结果表明，七嗪与嵌入的$\mathrm{Fe}$原子系统的结合能随拉伸应变的增加而减小，随电场强度的增加而增加。我们的计算还预测在5拉伸应变的峰值，但在牺牲系统的结构稳定性的带隙。在5倍拉伸应变下的带隙开放是由于在空穴中孤对边缘氮原子与Fe原子的$\mathrm{d}_{xy}/\mathrm{d}_{x^2-y^2}$轨道之间的排斥效应引起的结构畸变，因此未占据的$\mathrm{p}_z$ -轨道被迫向更高能量移动。在峰值为10 $\mathrm{V/nm}$的垂直电场作用下，嵌有$\mathrm{Fe}$体系的七嗪的电子和磁性也得到了很好的保持，尽管有明显的屈曲结构。这种性质对于稀磁半导体、自旋电子学和传感器件来说可能是理想的。
2017-04-11 cond-mat.mtrl-sci
Interaction between U-shaped amyloid beta fibril and semiconducting silicon nitride monolayer
本研究通过经典与量子分子动力学模拟，发现半导体Si$_3$N$_4$单层能通过强相互作用解构U型淀粉样β纤维，使其β-折叠含量降低并转变为其他二级结构，证实了其破坏纤维稳定性的潜力。
2024-07-28 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Quantum Emission From Hexagonal Boron Nitride Monolayers
原子级薄的范德瓦尔斯晶体最近在材料科学、纳米光子学和物理学的各种学科中实现了新的科学和技术突破。然而，这些材料的非经典光子发射迄今尚未实现。在这里，我们报告了六方氮化硼纳米片的室温量子发射。单光子发射体在室温下表现出极好的量子光学性质的组合，包括光谱的可见部分中报道的最高亮度、窄线宽、绝对光稳定性、短激发态寿命和高量子效率。密度泛函理论模拟表明，发射极是反位氮空位缺陷，存在于单层和多层六方氮化硼。我们的研究结果构成了范德华晶体在纳米光子学、光电子学和量子信息处理方面前所未有的潜力。
2015-04-24 cond-mat.mtrl-sci physics.optics quant-ph
Current rectification via Photosystem I monolayers induced by their orientation on hydrophilic self-assembled monolayers on titanium nitride
本研究利用带亲水端基的有机膦酸盐自组装分子在超平氮化钛上固定取向特定的PSI单层膜，测得最高约200的电流整流比，验证了基于蛋白内部电偶极子的整流机制，该自下而上制备方法可为PSI的光电子等研究提供支撑。
2024-08-17 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft physics.bio-ph
Pentagonal Monolayer Crystals of Carbon, Boron Nitride, and Silver Azide
在这项研究中，我们提出了一个五角形单层的碳（p-石墨烯），氮化硼（p-B $_{2}$ N $_{4}$和p-B $_{4}$ N $_{2}$）和叠氮化银（p-AgN $_{3}$）的结构，电子和机械性能的理论研究，通过执行国家的最先进的第一性原理计算。我们的总能量计算表明完全由五边形组成的单层晶体结构的形成是可行的。此外，电子能带色散计算表明，虽然p-石墨烯和p-AgN $_{3}$是具有间接带隙的半导体，但p-BN结构显示出金属行为。我们还研究了单轴应变下四种不同五边形结构的力学性能（面内刚度和泊松比）。发现p-石墨烯具有最高的刚度值，并且发现相应的泊松比为负。类似地，p-B $_{2}$ N $_{4}$和p-B $_{4}$ N $_{2}$具有负泊松比值。另一方面，p-AgN $_{3}$具有大的正泊松比。在动力学稳定性测试的基础上计算的声子谱的这些五边形单层，我们发现，只有p-石墨烯和p-B $_{2}$ N $_{4}$是稳定的，但p-AgN $_{3}$和p-B $_{4}$ N $_{2}$是容易受到振动激发。
2015-09-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Designing graphene/hexagonal boron nitride superlattice monolayer with high thermoelectric performance
我们设计了一种石墨烯/六方氮化硼超晶格杂化单层膜，并利用密度泛函理论和Boltzmann输运方程研究了其热电性能，其中弛豫时间通过电子-声子耦合计算得到精确处理.与原始石墨烯相比，超晶格结构的晶格热导率降低了两个数量级以上，这是由于混合键特性引起的增强的三声子散射过程。此外，费米能级附近轻重带的共存导致了Z字形方向上的高功率因数，在1100 K时n型系统的ZT值最高可达~2.5.此外，应注意，价带最小值附近的载流子输运几乎完全由超晶格的石墨烯部分贡献。结果表明，适当的磷取代氮原子可以使p型系统的热电性能提高到与n型系统相当，这可以抑制晶格热导率，但对空穴输运几乎没有影响。
2019-05-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Stability of extended defects on boron nitride and graphene monolayers: the role of chemical environment
我们进行从头计算表明，反相界（APB）的相对稳定性与扶手椅和锯齿形手性在单层氮化硼（BN）的合成过程中的硼和氮物种的化学势决定。在富氮环境中，具有富氮核的锯齿形APB是最稳定的结构，而在富硼或本征生长条件下，具有化学计量核的扶手椅形APB是最稳定的结构。这种稳定性的转变是由APBs的核心中的同极键（B-B和N-N）和弹性能成本之间的竞争引起的。此外，在碳源的存在下，我们发现，碳掺杂的锯齿形APB成为最稳定的边界附近的富氮限制。BN中两种类型的APB的电子结构被示出为是特别不同的，与锯齿形APB描绘的带隙中的缺陷样深电子带，而扶手椅式APB显示批量样浅电子带。
2012-12-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
A comparative study of the physical properties of layered transition metal nitride halides MNCl (M = Zr, Hf): DFT based insights
ZrNCl和HfNCl属于一类层状过渡金属氮化物卤化物MNCl（M= Zr，H）。它们的空间群为R-3 m（No-166），晶体结构为菱面体。这两种材料都显示出有前途的半导体行为。最近的研究表明，它们的多功能性作为半导体，也作为超导体时，插入碱金属。本文深入探讨了这两种半导体晶体的力学、光学和电学性质。在局域密度近似下，采用基于第一性原理密度泛函理论（DFT）的计算方法（在HfNCl的情况下，采用适当的U作为能隙计算），对两种材料的弹性常数、各向异性、电子态密度、能带结构、光学光谱进行了比较研究。HfNCl比ZrNCl更易加工，并且如较低的德拜温度所示相对较软。ZrNCl具有更强的分层性，因此它表现出脆性。HfNCl具有较大的带隙。ZrNCl是一种较好的紫外线反射剂。另一方面，HfNCl是良好的紫外线吸收剂。这两种材料在结构、电子能量色散和光学参数方面都是各向异性的。总体而言，各向异性的程度是更突出的ZrNCl相比，在HfNCl。讨论了ZrNCl和HfNCl半导体的可能应用领域。
2022-09-12 cond-mat.mtrl-sci
Strong Oxidation Resistance of Atomically Thin Boron Nitride Nanosheets
研究二维材料的抗氧化性对于它们的许多应用是至关重要的，因为二维材料由于占主导地位的表面原子和结构畸变而具有比它们的本体对应物更高的氧化动力学。在这项研究中，高品质的氮化硼（BN）纳米片的1-4层厚的氧化行为进行了研究，通过在空气中加热。原子力显微镜和拉曼光谱分析表明，单层BN纳米片可以承受高达850 °C的温度，BN纳米片的氧掺杂/氧化起始温度仅随纳米片层数的增加而略有增加，并取决于加热条件。在氧化单层BN纳米片上发现了拉长的蚀刻线，这表明BN纳米片首先沿着化学吸附的氧链被切割，然后氧化蚀刻垂直于这些切割线生长。BN纳米片更强的抗氧化性表明它们比石墨烯更适合高温应用。
2014-03-05 cond-mat.mtrl-sci
Transition-Metal Nitride Halide Dielectrics for Transition-Metal Dichalcogenide Transistors
采用第一性原理计算，研究了HfNBr，HfNCl，TiNBr，TiNCl，ZrNBr和ZrNCl六种过渡金属氮化物卤化物（TMNHs）作为过渡金属二硫属化物（TMD）沟道晶体管的潜在范德华（vdW）势垒.我们计算了它们的剥离能和体声子能，发现这六种TMNH都是可剥离的，并且是热力学稳定的。我们计算的光学和静态介电常数在平面内和平面外的方向为单层和散装TMNHs。在单层中，面外静态介电常数范围从5.04（ZrNCl）到6.03（ZrNBr），而面内介电常数范围从13.18（HfNBr）到74.52（TiNCl）。我们发现TMNHs的带隙范围从1.53 eV（TiNBr）到3.36 eV（HfNCl），而亲和力范围从4.01 eV（HfNBr）到5.60 eV（TiNCl）。最后，我们估计的电介质漏电流密度的晶体管与六个TMNH单层沟道TMD（MoS 2，MoSe 2，MoTe 2，WS 2，和WSe 2）。对于p-MOS TMD沟道晶体管，与单层六方氮化硼（hBN）（一种众所周知的vdW电介质）相比，30种组合中的19种具有较小的漏电流。预测了以HfNCl为栅介质的p-MOS WS 2晶体管的最小单层漏电流为2.14*10- 9A/cm ~ 2。HfNBr、HfNCl、ZrNBr和ZrNCl也被预测在某些p-MOS TMD晶体管中产生小的漏电流。
2022-04-10 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Effect of boron and phosphorus codoping on the electronic and optical properties of graphitic carbon nitride monolayers: First-principle simulations
采用密度泛函方法研究了硼（B）和磷（P）共掺杂对石墨碳氮化物（g-C $_3$ N $_4$或GCN）单层膜的电子和光学性质的影响。能带结构表明，将B和P掺入GCN的六方晶格中将能带隙从原始GCN的$3.1$降低到$1.9$ eV，从而将光吸收向可见光区域延伸。此外，在计算吸收光谱和介电函数的基础上，发现共掺杂体系在可见光区的吸收强度得到了提高，并出现了更多的电子跃迁，即$π^*$电子跃迁，这些电子跃迁在原始的GCN中发生并被禁止.这些转变可以归因于掺杂时的电荷再分布，这是由电子密度和Mulliken电荷分布证实的畸变的可配置B/P共掺杂GCN引起的。因此，B/P共掺杂的GCN有望成为一个吉祥的候选人，被用作光电化学水裂解反应，导致高效的太阳能H $_2$生产的一个有前途的光电极。
2018-06-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
The comparative defect study on the polymeric transfer of MoS2 monolayers
化学气相沉积（CVD）生长的单层MoS2的无缺陷转移对于2D器件的制造和需要最小化衬底效应的各种研究的基本观点都是重要的。在众多的转移技术中，使用聚合物作为载体的两种众所周知的技术是湿转移技术和表面能辅助转移技术。在这项工作中，我们转移一个单一的CVD生长的单层MoS2通过这两种转移方法在一个类似的衬底上，并在转移过程中的应变和缺陷的干预探测拉曼和光致发光（PL）光谱，分别。我们发现，传统的和常用的湿转移技术退化的单分子层由于KOH污染。相比之下，使用表面能量辅助转移方法转移的单层具有与所生长的MoS2层相当的结构完整性和光学质量。与湿法相比，在表面能辅助技术中使用拉曼光谱研究记录了无应变转移。
2021-01-18 cond-mat.mtrl-sci
