Single-Crystalline Metallic Films Induced by van der Waals Epitaxy on Black Phosphorus
金属-半导体结的性质通常是不可预测的，因为非理想的界面结构，如界面缺陷或在结处引入的化学反应。黑磷（BP）是一种元素二维半导体晶体，具有高化学反应活性的褶皱原子结构，但其与金属接触界面的真实原子尺度图像的建立仍然是一个难题。在这里，我们研究的界面结构和性质的物理沉积的金属的各种BP。我们发现Au、Ag和Bi通过引导范德华外延形成具有（110）取向的单晶膜。透射电子显微镜和X-射线光电子能谱学证实，原子尖锐的范德华金属BP接口形式与特殊的旋转对齐。在弱的金属-BP相互作用制度下，BP的褶皱结构在吸附原子组装过程中起着至关重要的作用，可以导致单晶的形成，这是由我们的理论分析和计算支持的。实验研究还表明，BP-金属结可以表现出各种类型的界面结构，这取决于金属，如形成多晶微结构或金属磷化物。该研究为获得金属-二维半导体界面结构的真实视图提供了指导，特别是对于原子褶皱的二维晶体。
2021-05-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Pentazole and Ammonium Pentazolate: Crystalline Hydro-Nitrogens at High Pressure
利用第一性原理对高压下氢氮二元相图（N_{x} H_{y}，x \geqy）的富氮部分进行进化搜索，发现了两个新的结晶化合物，五唑（N_{5} H）和五唑酸铵（NH_{4}）（N_{5}），它们都具有环{ \rm N_{5} ^{-}}的特征.两种晶体都由五唑基N_{5} ^{-}阴离子和铵NH_{4} ^{+}或氢H^{+}阳离子组成。预测这两种晶体对于（NH_{4}）（N_{5}）和对于五唑N_{5} H在高于30 GPa的压力下是热力学稳定的。叠氮化铵（NH_{4}）（N_{3}）与二氮（N_{2}）混合后，向五唑铵（NH_{4}）（N_{5}）的化学转化预计在12.5 GPa以上变得能量有利。为了帮助识别新合成的化合物在未来的实验中，这两种晶体的拉曼光谱计算和模式分配作为压力的函数高达75 GPa。
2017-02-14 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
Evidence of a two-dimensional nitrogen crystalline structure on silver surfaces
Institute of Physics, Chinese Academy of Sciences（中国科学院物理研究所）；School of Physical Sciences, University of Chinese Academy of Sciences（中国科学院大学物理科学学院）；Max Planck Institute of Microstructure Physics（马克斯·普朗克微观结构物理研究所）；Songshan Lake Materials Laboratory（松山湖材料实验室）
研究通过离子束辅助 epitaxy 在银表面制备出氮基晶态结构，揭示了nitrogene的蜂窝状晶格结构及7.5 eV的带隙，为紫外光电子器件和高介电材料提供新方向。
2025-12-04 cond-mat.mtrl-sci math-ph math.MP
Fabrication and Investigation of Nitrogen doped Ultra-Nano-Crystalline Diamond Hall-bar Devices
使用微波辅助等离子体化学气相沉积（CVD），将氮掺杂的超纳米晶体金刚石（N-UNCD）层沉积在非导电金刚石层的顶部上，所述非导电金刚石层本身位于硅晶片上。然后，使用光刻和干法蚀刻技术将该结构成形为各种尺寸的霍尔条器件。在不同温度下，使用无冷冻剂稀释制冷机的设备的电性能进行了研究。
2013-03-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Electronic Structures of Black Phosphorus Studied by Angle-resolved Photoemission Spectroscopy
采用最先进的角分辨光电子能谱研究了单晶黑磷的电子结构。通过高分辨率的光子能量依赖性测量，沿面外和面内方向的带色散的实验确定。电子被发现是更本地化的ab-平面比在计算中预测的。除了kz色散体带外，在动量空间中还观察到共振表面态。我们的发现强烈表明，需要考虑更多的细节，以充分理解黑磷的电子性质的理论。
2014-05-29 cond-mat.mtrl-sci
Thermal Sublimation: a Scalable and Controllable Thinning Method for the Fabrication of Few-Layer Black Phosphorus
在这项工作中，我们报告了在低于600 K的加热下黑磷的均匀逐层升华。拉曼光谱和二维拉曼成像证实了热减薄后BP样品的均匀性和结晶性。用这种方法制备了一种面积为180 μ m^2的均匀结晶双层黑磷薄片。未观察到微米级缺陷。在500 K和550 K时，BP的升华速率分别为0.18 nm / min和1.5 nm / min。建立了室温和高温拉曼峰强度比Si/A2 g与BP厚度的关系，用于原位厚度测定。升华减薄法是一种可控、可规模化的制备少层黑磷的方法。
2017-01-06 cond-mat.mtrl-sci
Tuning 2D hyperbolic plasmons in black phosphorus
黑磷呈现出非常各向异性的晶体结构，使其成为双曲等离子体的潜在候选者，其特征在于介电常数张量，其中一个主要成分是金属，另一个是电介质。在这里，我们证明，原子级薄的黑磷可以被设计成一个双曲线材料的电磁波谱从整个可见光谱到紫外光谱的广泛范围内工作。随着光学增益的引入，在红外波段出现了一个新的双曲区。这种双曲等离子体激元的特性取决于沿两个结晶方向的增益和损耗之间的相互作用。
2018-12-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Revisiting Effects of Nitrogen Incorporation and Graphitization on Conductivity of Ultra-nano-crystalline Diamond Films
系统研究了在H $_\text{2}$ /CH $_\text{4}$ /N $_\text{2}$等离子体中生长的超纳米金刚石（UNCD）薄膜的结构和电学性质随沉积温度（$T_d$）和氮含量（$\%$ N $_2$）的变化，以全面评估它们对电导率的影响。从1000至1300 K扫描$T_d$，以获得固定在0、5、10和20 $\%$的N $_2$。发现即使在不含氮气的合成气混合物中生长的膜也可以制成与1 $-$ 10 $^{-2}$ $Ω$ cm一样导电，其中通过改变生长参数，所有膜的总电阻率被调谐超过4个数量级。在一组27个样品上，拉曼光谱和扫描电子显微镜显示出随着沉积温度的升高，从超纳米晶金刚石到纳米晶石墨的渐进的和高度可重复的膜材料相变。这种转化的速率在很大程度上取决于N $_2$含量。氮的添加大大增加了膜中$sp^2$键合碳的量，从而增强了具有高电子态密度的GB网络中的物理连接性。然而，氮气的加入大大减缓了GB中$sp^2$相的结晶。因此，在（N）UNCD导电性工程中，GB连接性和结晶度之间的适当平衡是关键。
2019-10-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Synthesis of thin-film black phosphorus on a flexible substrate
我们报告了一种可扩展的方法来合成一个大面积（高达4毫米）的薄黑磷（BP）薄膜上的柔性基板。我们首先在柔性聚酯基底上沉积一层赤磷（RP）薄膜，然后在室温下在高压多砧室中将其转化为BP。拉曼光谱和透射电子显微镜测量证实了形成的纳米晶体BP薄膜的厚度约为40 nm。光学表征表明，在转换BP的带隙约为0.28 eV，在剥离的薄膜中测得的带隙类似。薄膜BP晶体管表现出约0.5 cm 2/Vs的场效应迁移率，这可能会进一步提高在高温下的转换过程的优化。我们的工作为将来大规模、高质量的薄膜黑磷的示范开辟了道路。
2015-08-21 cond-mat.mtrl-sci
Prediction of above $20$ K superconductivity of blue phosphorus bilayer with metal intercalations
第一性原理计算预测单层蓝磷是磷的另一种二维同素异形体，就像最近发现的单层黑磷一样。由于其独特的晶体结构和电子结构，蓝磷可能是一个有前途的候选人作为BCS超导体适当的嵌入。本研究利用第一性原理计算确定了一些碱金属和碱土金属在蓝-P双层膜中的有利嵌入位置，改变了双层膜的堆积构型。然后，由于电荷从金属转移到磷，蓝磷双层从半导体转变为金属。由于强的电子-声子耦合，诱导出各向同性超导态，计算出Li-、Na-和Mg-嵌入的相变温度分别为$20.4$、$20.1$和$14.4$ K，优于其它预测或实验观察到的二维BCS超导体.
2016-07-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
Revealing the Anisotropic Thermal Conductivity of Black Phosphorus using the Time-Resolved Magneto-Optical Kerr Effect
黑磷（BP）是一种直接带隙半导体材料，在电子学、光子学和能量转换等领域具有巨大的应用潜力。然而，由于缺乏可靠和准确的测量技术来表征微米尺寸的各向异性样品，BP的各向异性热性能的实验表征极具挑战性。在这里，我们报告的各向异性导热系数的散装BP沿三个主要的晶体取向的测量结果，使用新的时间分辨磁光克尔效应（TR-MOKE）与增强的测量灵敏度。二维束偏TR-MOKE信号测得沿锯齿晶向的热导率为84 ~ 101 W/（m*K），是沿扶手椅晶向热导率（26 ~ 36 W/（m*K））的近3倍。BP的贯通面热导率范围为4.3至5.5 W/（m*K）。首次采用第一性原理计算预测了BP中声子沿面内Z字形和扶手椅方向以及沿穿面方向的输运。这项工作成功地揭示了各向异性热传输的基本机制，沿三个结晶方向在散装BP，我们的第一性原理为基础的理论预测和实验表征散装BP的各向异性热导率之间的良好协议所证明的。
2015-12-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Edge phonons in black phosphorus
剥离黑磷是近年来出现的一种新型二维晶体，由于其独特的各向异性晶体结构和电子能带结构，在电子学、光电子学和光子学领域具有潜在的重要应用。尽管层状晶体的边缘具有一系列奇异特性，其表征和开发对于器件开发至关重要，但黑磷的边缘仍然很难表征。本文利用拉曼光谱和密度泛函理论计算，对不同黑磷边缘附近的原子结构和声子行为进行了实验和理论研究。偏振拉曼结果显示在样品的边缘出现了新的模式，它们的光谱依赖于边缘的原子结构（锯齿形或扶手椅形）。理论模拟证实了这些新的模式是由于体材料中的边缘声子态所引起的，并且起源于晶格终止重排。
2016-04-29 cond-mat.mtrl-sci
Nitrogen and hydrogen intercalation into crystalline fullerite C$_{60}$ and photoluminescent studies in a wide temperature range
本文在宽温区研究氢、氮饱和富勒烯C$_{60}$单晶的光学性质，发现高温饱和会形成新化合物，并首次报道其光致发光特性。
2025-03-09 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other physics.atm-clus
In-situ nitriding of Fe2VAl during laser surface remelting to manipulate microstructure and crystalline defects
为目标应用定制复杂材料的物理性能需要优化影响电和热传输以及机械性能的微观结构和晶体缺陷。激光表面重熔可以用来改变块体材料的亚表面微观结构，从而局部控制其性能。在这里，我们介绍了一种方法来执行重熔在活性氮气氛中，以形成氮化物和诱导偏析的氮的结构缺陷。这些缺陷是由于Fe_2VAl化合物的快速凝固引起的，Fe_2VAl化合物是一种很有前途的热电材料。先进的扫描电子显微镜，包括电子通道对比度成像和三维电子背散射衍射，是由原子探针断层扫描补充，以研究晶体缺陷的分布及其局部化学成分。我们揭示了一个高密度的位错，这是稳定的，因为它们的字符作为几何必要的位错。在这些位错和小角度晶界，我们观察到氮和钒的偏析，这可以通过在氮气氛中反复重熔来增强。我们建议这种方法可以推广到其他增材制造工艺，以促进局部偏析和沉淀状态，从而操纵物理性能。
2022-03-04 cond-mat.mtrl-sci
Observation of Low-frequency Interlayer Breathing Modes in Few-layer Black Phosphorus
黑磷（BP）作为一种新型的二维层状材料，在纳米电子学和纳米光电子学领域具有广阔的应用前景。我们利用拉曼光谱和第一性原理首次报道了我们在少层BP中与低频（LF）层间呼吸模式（<100 cm-1）相关的发现。通过对激光偏振依赖性的研究和群论分析，将呼吸模归属于Ag对称性。与高频（HF）拉曼模式相比，LF呼吸模式对层间耦合更敏感，因此它们的频率显示出更强的层数依赖性。因此，它们可以被用作探测少层BP的晶体取向和厚度的有效手段。此外，温度依赖性的研究表明，呼吸模式具有谐波行为，与HF拉曼模式，这是已知的表现出非谐性。
2015-02-27 cond-mat.mtrl-sci
Interactive Analysis of Static, Dynamic, and Crystalline SDTrimSP Simulations: Application to Nitrogen Ion Implantation into Vanadium
Faculty of Mechanical Engineering, Czech Technical University in Prague（布拉格捷克理工大学机械工程学院）；Faculty of Nuclear Sciences and Physical Engineering, Czech Technical University in Prague（布拉格捷克理工大学核科学与物理工程学院）
提出一个基于Web的交互式界面，用于SDTrimSP模拟的深度分布可视化、多模拟比较、单位转换及动态模拟参数计算，并自动转换晶体文件格式，以氮离子注入钒为例展示了其功能。
2026-06-08 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
Effect of flexural phonons on the hole states in single-layer black phosphorus
晶体膜中的弯曲热涨落影响载流子的能带结构，这导致在未扰动的能带边缘之外的指数态密度（DOS）尾部。我们提出了一个理论描述这种尾巴的一个特定的情况下，在单层黑磷，材料表现出极其各向异性准一维色散（$m_y/m_x\gg1$），因此，增强范霍夫奇异性的价带顶部的空穴。通过{ \it ab initio}计算确定材料参数，然后用于定量估计双声子（弯曲）过程对载流子DOS的影响。结果表明，不同于各向同性的情况下，物理是由声子与波矢量的顺序为$q^*$，其中$q^*$决定的弯曲声子的谐波和非谐波行为之间的交叉。计算了有限温度下单层黑磷中空穴的谱密度。
2016-10-31 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Environmental instability of few-layer black phosphorus
研究了机械剥离少层黑磷（BP）的环境不稳定性。从连续几天的测量薄片地形，我们观察到超过200%的体积增加，由于从空气中的水分冷凝。我们发现，长期暴露于环境条件下的结果在一个逐层的蚀刻过程中的BP薄片。有趣的是，薄片可以被蚀刻到单层（磷烯）厚度。BP对水的强烈亲和力极大地改变了在环境条件下测量的制造场效应晶体管（FET）的性能。在暴露于空气中时，我们区分两个时间尺度的掺杂BP FET transfer characteristics：一个短的时间尺度（分钟），其中发生的阈值电压的偏移由于物理吸附的氧和氮，和一个长的时间尺度（小时），其中发生的p型掺杂从水的吸收。在空气中的BP FET的连续测量揭示了由于逐层蚀刻过程，几天后沟道材料的最终退化和击穿。
2015-01-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Black Phosphorus Mid-Infrared Photodetectors with High Gain
最近，黑磷（BP）已加入二维材料家族作为一个有前途的候选人的光子应用，由于其适度的带隙，高载流子迁移率，并与各种衬底的兼容性。光电探测器可能是最受关注的BP光子器件，然而，与中红外波长范围内的其他层状材料相比，其独特的潜力尚未被揭示。在这里，我们展示了具有高内部增益的3.39 μ m BP中红外探测器，其外部响应度为82 A/W。噪声测量表明，这种BP光电探测器能够感测皮瓦范围内的低强度中红外线。此外，高的光响应在千赫兹调制频率下仍然有效，因为由BPs适度带隙产生的快速载流子动力学。在中红外波长和大的动态带宽，连同其独特的偏振相关的响应引起的低晶体对称性，可以合并，以承诺光子应用，如芯片级中红外传感和成像在低光水平。
2016-03-23 cond-mat.mtrl-sci
Phase diagram and superlattice structures of monolayer phosphorus carbide (P$_x$C$_{1-x}$)
采用第一性原理方法，结合集团展开和蒙特卡罗模拟，研究了二维碳化磷（P $_x$ C $_{1-x}$）的相稳定性和性质.发现单层P $_x$ C $_{1-x}$是一种相分离体系，这表明制备单层P $_x$ C $_{1-x}$或结晶P $_x$ C $_{1-x}$薄膜是困难的。然而，一个自底向上的设计方法是用来确定的稳定结构的P $_x$ C $_{1-x}$的各种组合物，原来是由交替的碳和磷纳米带沿扶手椅方向的超晶格。第一性原理计算的结果表明，这些结构一旦产生，它们是机械和化学稳定的。所有的有序结构被预测为半导体，带隙范围从0.2到1.2 eV。此外，单层P $_x$ C $_{1-x}$被预测为具有高的载流子迁移率，并在紫外区的高的光吸收，显示出红移的P：C比的增加。这些性质使得2D P $_x$ C $_{1-x}$成为在电子学和光电子学中应用的有前景的材料。
2021-03-01 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Direct growth of crystalline spinel GaON films: A wide-bandgap mixed-anion semiconductor
State Key Laboratory of Radio Frequency Heterogeneous Integration, College of Physics and Optoelectronic Engineering, Shenzhen University（深圳大学物理与光电工程学院射频异构集成国家重点实验室）；Physics Department, The Hong Kong University of Science and Technology（香港科技大学物理系）
该研究通过氮等离子体辅助脉冲激光沉积直接生长出晶态尖晶石γ-GaON薄膜，明确其室温带边跃迁约4.3 eV，为混合阴离子宽禁带半导体研究及异质结开发提供了基础。
2026-10-14 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Mid-infrared time-resolved photoconduction in black phosphorus
黑磷作为用于光电子器件的材料已经引起了人们的兴趣，这是由于其具有许多有利的性质，例如高载流子迁移率、场效应和直接带隙，直接带隙的范围可以从其体晶形式的0.3eV到单个原子层的2 eV。块状黑磷的低带隙能量允许直接跃迁光吸收，这使得能够检测到中红外频率的光。在这项工作中，我们表征了黑磷光电导探测器在1.56 $μ$ m至3.75 $μ$ m波长范围内的室温光学响应。在近红外区的脉冲自相关测量揭示了一个强大的，次线性光电流非线性与1纳秒的响应时间，表明千兆赫兹的电带宽是可行的。覆盖近红外和中红外频率的时间分辨光电导测量显示出快速的65 ps上升时间，随后是与自相关确定的固有限制相匹配的时间尺度的载流子弛豫。的次线性光响应被证明是由载流子弛豫时间的减少，因为更多的能量被吸收在黑磷片，以及由载流子复合模型，这是非线性的过剩载流子密度描述。该器械的实测噪声等效功率为530 pW/ $\sqrt{\text{Hz}}$，这是Johnson噪声限制性能的预期值。快速灵敏的室温光响应表明黑磷是一种很有前途的中红外光电子新材料。
2016-09-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Isolation and characterization of few-layer black phosphorus
分离和表征的机械剥离的黑磷薄片的厚度下降到两个单层。已经开发了机械剥离方法的修改，其提供比常规机械剥离更高的原子级薄片的产率。我们提出了一般的指导方针，以确定使用光学显微镜，拉曼光谱和透射电子显微镜的层数在一个快速和可靠的方式。此外，我们证明，剥离的薄片是高度结晶的，它们是稳定的，即使在独立的形式，通过拉曼光谱和透射电子显微镜测量。通过密度泛函理论计算发现，能带结构具有很强的厚度依赖性。激子结合能，在有效质量近似下，也计算了不同层数。我们的计算结果的光学间隙是一致的初步的光致发光的薄片上的结果。最后，我们研究了黑磷薄片的环境稳定性，发现该薄片是非常亲水的，并且长期暴露于空气水分中会将黑磷蚀刻掉。尽管如此，我们证明了薄片的老化是足够慢的，以允许制造具有强双极行为的场效应晶体管。密度泛函理论的计算也使我们对水引起的黑磷的结构和电子性质的变化有了更深入的了解。
2014-07-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
High-mobility transport anisotropy and linear dichroism in few-layer black phosphorus
二维晶体是纳米电子学的新兴材料。该领域的发展需要候选系统具有高载流子迁移率和与石墨烯相反的足够大的电子带隙。在这里，我们提出了一个详细的理论研究的原子和电子结构的少层黑磷（BP），以预测其电学和光学性质。该系统具有直接带隙，可调从1.51 eV的单层到0.59 eV的5层样品。我们预测的迁移率是空穴占主导地位，相当高，高度各向异性。该单层具有极高的空穴迁移率（约10000 cm $^{2}$ V $^{-1}$ s $^{-1}$）和反转各向异性的异常弹性性质。光吸收光谱表明垂直面内方向之间的线性二向色性，这允许光学测定的晶体取向和光学激活的各向异性传输特性。这些结果使少层BP成为未来电子学的一个有前途的候选者。
2014-06-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Poly- and single-crystalline diamond nitrogen-induced TLS losses estimation with superconducting lumped elements micro-resonators
本研究利用超导微带谐振器评估不同工艺生长的金刚石样品在极低温下的介电损耗，探讨氮含量与晶体缺陷掺杂对超低损耗材料性能的影响。
2025-12-03 cond-mat.mtrl-sci physics.ins-det
Electronic structure and magneto-optical properties of silicon-nitrogen-vacancy complexes in diamond
金刚石中的硅空位（SiV）和氮空位（NV）中心通常被认为是固态量子信息处理的原型缺陷。在这里，我们表明，当硅和氮同时引入到金刚石晶格中，这些缺陷可以强烈地相互作用，形成更大的复合物。氮原子与Si和SiV中心强烈结合，可以形成络合物。使用混合密度泛函理论（DFT）和群论的组合，我们分析了电子结构，并提供了各种有用的物理性质，如超精细结构，准本地振动模式，零声子线，使这些配合物的实验鉴定。我们表明，氮附近的替代硅的存在下显着的施主能级向导带的位移，导致在SiN中心的活化能，这是可比的磷。我们还发现，中性的SiNV中心是特别感兴趣的，由于其光子发射在$\sim$ 1530 nm，这属于电信波长的C波段内，其顺磁性质。此外，与SiNV $^0$色心相关的光学跃迁表现出非常小的电子-声子耦合（Huang-Rhys因子~=~0.78），导致单光子发射的高量子效率（Debye-Waller因子= 46\%）。这些特征使得这个新中心对于可扩展量子电信网络的潜在应用非常有吸引力。
2020-06-21 cond-mat.mtrl-sci
Ternary inorganic compounds containing carbon, nitrogen, and oxygen at high pressures
三元C_{x} N_{y} O_{z}化合物作为新型高能量密度和超硬材料被积极研究。虽然在环境条件下进行了一些合成工作，但对C_{x} N_{y} O_{z}化合物的高压化学知之甚少。在这项工作中，第一原理可变组成的进化结构预测计算进行的目标是发现新的混合C_{x} N_{y} O_{z}材料在环境和高压条件下。通过对三元变组分晶体材料的系统研究，构建了0 ~ 100 GPa压力范围内的全三元相图。搜索发现了C_{2} N_{2} O晶体，其包含C、N和O原子的扩展共价网络，具有空间群对称性Cmc 2_{1}，并且在10 GPa以上稳定。在研究过程中发现的其他几种新的亚稳态（CO）_{x}-（N）_{y}晶体化合物，包括两种多晶型的C_{2} NO_{2}和两种多晶型的C_{3} N_{2} O_{3}晶体，与聚合的一氧化碳（CO）和氮气相比，在能量上是有利的。预测的新化合物的特征在于它们的拉曼光谱和状态方程。
2017-10-10 cond-mat.mtrl-sci
Melting curve of black phosphorus: evidence for a solid-liquid-liquid triple point
本文利用同步辐射X射线衍射和基于黑磷各向异性P-T响应的原位计量方法，精确测定了黑磷的熔化曲线，证实并定位了固-液-液三相点，并揭示了低压区液-固转变的不可逆性。
2023-11-29 cond-mat.mtrl-sci physics.class-ph
Realized Stable BP-N at Ambient Pressure by Phosphorus Doping
本文通过第一性原理模拟发现磷原子掺杂可显著降低黑磷氮的合成压力并使其在常压下稳定，12.5%掺杂构型可实现8.07 kJ/g的能量密度，约为TNT的两倍。
2024-06-20 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
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
Integration of multi-layer black phosphorus into photoconductive antennas for THz emission
我们报告的制造，表征和建模的光导天线使用40 nm的薄膜片的黑磷（BP）作为光电导体和六方氮化硼（hBN）作为覆盖层，以防止氧化的BP。在氧化的高电阻率Si衬底上制造偶极天线，并且将BP和hBN薄片拾取并转移到氮气手套箱内的天线上。转移矩阵技术用于优化BP和hBN的厚度以获得最大吸收。BP薄片沿着天线的阳极-阴极间隙与扶手椅轴对齐，使用反射各向异性测量晶体取向。在780和1560 nm处用100 fs脉冲照射下的光电流成像显示出偏置依赖的最大光电流定位于天线间隙，在780（1560）nm处激发的线性偏置区域中峰值光电导为1（2）S/cm。偏置中的光电流饱和（泵注量）发生在约1 V（0.25 mJ/cm $^2$）。器件性能的数值模拟通过求解麦克斯韦方程组和漂移扩散方程，以获得响应于脉冲激光激发的光电流密度，这在很大程度上是在定性与实验观察。从表面电流密度计算的THz输出表明，BP THz PCA性能至少与基于低温生长GaAs的更传统的器件相当。这些设备代表了使用BP的高性能THz光电导天线的一步。
2020-07-24 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Direct Investigation of the Birefringent Optical Properties of Black Phosphorus with Picosecond Interferometry
黑磷（BP）是一种新兴的二维半导体材料，具有纳米电子和纳米光子应用的巨大潜力，特别是由于其独特的各向异性电学和光学性质。许多理论研究已经预测了BP的各向异性光学性质，但直接的实验定量仍然具有挑战性。困难来自于BP在环境条件下暴露于空气时容易降解，以及传统方法的间接性质，这些方法受到很大的测量不确定性的影响。本工作报告的直接调查的双折射光学常数的微米厚的BP样品的皮秒（ps）干涉，在波长范围从780到890 nm。在这种ps-干涉法中，用于发射声波的100（5 nm）铂层自然地保护BP薄片免于降解。通过拟合衰减后的布里渊散射信号，直接得到了BP晶体在锯齿形和扶手椅形两种主要晶向上的双折射光学常数。进一步提出了一个双指数模型来分析随机入射光偏振的BS信号。BP的实验结果和相关的测量灵敏度分析表明的可靠性和准确性的ps-干涉方法捕获的偏振相关的双折射材料的光学特性。
2017-11-09 cond-mat.mtrl-sci physics.ins-det physics.optics
Photovoltaic effect in few-layer black phosphorus PN junctions defined by local electrostatic gating
光伏效应是光能收集中最基本的光-物质相互作用之一。在常规光伏太阳能电池中，光生载流子由PN结的内置电场提取，该内置电场通常由半导体中的离子掺杂剂限定。在原子级薄的半导体中，掺杂水平可以通过场效应控制，而不需要在晶格中注入掺杂剂，这使得二维半导体成为实现电调谐PN结的有前景的材料。然而，大多数2D半导体材料不显示实现PN结所必需的双极P型和N型场效应输运。少层黑磷是一种新型的二维半导体材料，具有直接带隙、高迁移率、电流开/关比和双极工作等优点。在这里，我们制作了几层黑磷（b-P）场效应晶体管与分裂底栅和结晶六方氮化硼（h-BN）电介质。我们展示了静电控制的本地载流子的类型和密度以上的每个栅极的设备，调整其电气行为从金属整流。照明的栅极定义的PN结，我们观察到零偏置的光电流和显着的开路电压，我们归因于由内部电场驱动的电子-空穴对在结区的分离。由于该材料的小带隙，我们观察到的光电流和光电压的照明波长高达940 nm，有吸引力的能量收集应用在近红外区域
2014-09-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Quantum weight and low-loss EELS signatures of Wannier quantum geometry in black phosphorus
Theoretical Sciences Unit, Jawaharlal Nehru Centre for Advanced Scientific Research（贾瓦哈拉尔·尼赫鲁高级科学研究中心理论科学部）；Institute of Science and Technology Austria（奥地利科学技术研究所）
研究通过开发第一性原理框架，将黑磷动量分辨量子度量与低损耗EELS可测的方向分辨量子权重联系起来，计算相关几何量，引入受限量子权重，揭示其特征，表明低损耗EELS谱矩可作为各向异性层状材料中集成量子几何的实用探针。
2026-07-10 cond-mat.mtrl-sci
Anisotropic thermo-mechanical response of layered hexagonal boron nitride and black phosphorus: application as a simultaneous pressure and temperature sensor
本研究利用原位高温高压同步辐射X射线衍射精确测量hBN与bP沿晶轴的热膨胀和压缩率，并基于bP的各向异性提出其可作为0–5 GPa、298–1700 K范围内的温压同测传感器。
2023-07-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
High performance Black Phosphorus/Graphitic Carbon Nitride Heterostructure-based Wearable Sensor for Real-time Sweat Glucose Monitoring
本文提出黑磷/石墨相氮化碳异质结构，利用磷-氮相互作用提升葡萄糖电催化氧化性能，并将其集成到含微流控与NFC芯片的可穿戴贴片中，实现高灵敏度实时汗液葡萄糖监测。
2024-12-27 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph physics.med-ph
Synthesis of single-crystalline LuN films
本研究通过外延生长制备单晶LuN薄膜，结合高分辨率X射线衍射与低温电输运测量，揭示其半导体行为、约0.02 eV激活隙及12 K以下负磁阻。
2023-07-17 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el cond-mat.supr-con
High Energy Density Mixed Polymeric Phase From Carbon Monoxide and Nitrogen
一氧化碳和氮是潜在的令人感兴趣的高能量密度材料。然而，尽管分子的物理相似性，它们在高压下的行为非常不同。使用密度泛函理论和结构预测方法，我们研究这些系统的能力，结合各自的属性，并形成新的混合结晶相的压力下，高达100 GPa。有趣的是，我们发现CO催化N2的分子解离，这意味着在相对较低的压力（低于18 GPa）下有利于混合结构，并且具有Pbam对称性的三维框架在52 GPa以上成为最稳定的相，即，在比纯固体氮温和得多的条件下。该结构在环境压力下是动态稳定的，并且具有约2：2 kJ/g的能量密度，使其成为高能量密度材料的候选材料，并且可以在不太禁止的实验条件下实现。
2013-12-05 cond-mat.mtrl-sci
Conductivity crossover in nano-crystalline diamond films: Realization of a disordered superlattice-like structure
我们提出了一批不同氮浓度的纳米金刚石薄膜的电输运特性，并解释了半导体异质结构的无序准超晶格模型的导电机制。合成的热灯丝化学气相沉积技术，在薄膜中的结构无序的程度，从拉曼光谱证实，被发现是可控的，导致在过渡的导电机制从本地化和激活的金属导电制度。因此，通过在低温下的高场磁阻测量，我们牢固地建立了从跳跃到3D弱局部化的电导率交叉。长的电子退相时间和其弱的温度依赖性表明金刚石基高速器件应用的可能性。
2012-07-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Bulk electronic properties of diamond
综述了绝缘、硼和磷掺杂金刚石的电子性质。主要目标是，在更广泛的背景下显示数据，揭示载流子迁移率，电导率，p型和n型掺杂的趋势和限制。未掺杂的金刚石是一种绝缘体，室温下的电导率明显小于10^-17欧姆厘米。大多数情况下，这些绝缘膜显示出1.7 eV的导电性激活能，这表明少量的取代氮占主导地位的费米能级。电子和空穴迁移率非常高（在T = 80 K时> 20.000 cm 2/Vs），并且受到声学声子散射的限制。通过磷和硼掺杂，金刚石变成半导体，具有600 meV的n型施主激活能（磷）和370 meV的受主激活能（硼）。这两种掺杂物在性质上都是类氢的。由于深施主能级在室温下的电导率有限，因此电子器件的应用将是高温器件。电子和空穴都显示出几乎相同的迁移率，这对于双极应用是有希望的，然而，由于非常不同的掺杂水平，低温器件将由空穴控制，其中电子对更高温度的贡献增加。结合一些基本的物理模型和描述，显示了温度对载流子从施主和受主的激活，载流子散射以及通过跳跃的传输的影响。结果证实了金刚石优越的电子性能，这使得它在未来的电子应用中非常有前途。
2020-05-08 cond-mat.mtrl-sci
High electron mobility single-crystalline ZnSnN2 on ZnO (0001) substrates
本文采用反应磁控共溅射法在ZnO（0001）衬底上制备了ZnSnN_2单晶。通过在氮气气氛中从金属靶共溅射在350 ℃下实现外延生长，并通过透射电子显微镜（TEM）测量证实。TEM证实，该层是六方相的单晶，表现出与衬底的外延关系。从界面处产生的螺旋型螺纹位错被认为是主要的扩展缺陷。更具体地说，我们报告了一个开创性的测量在这种材料中的位错密度。尽管没有文献数据可供直接比较，但这些值是不采用缺陷密度降低策略的III族氮化物层的异质外延生长的典型值。该薄膜显示出创纪录的电子迁移率。化学计量比和富锌样品的光学带隙分别为1.86 eV和1.72 eV。因此，我们得出结论，ZnSnN2是一种地球资源丰富，环境友好的半导体，是电子和光子学中具有成本效益的组件的有前途的候选者。
2020-06-19 cond-mat.mtrl-sci
Formation of highly stable interfacial nitrogen gas hydrate overlayers under ambient conditions
本研究通过AFM、XPS和TDS发现氮与水分子可在石墨表面自组装成高稳定性有序条纹结构，氮的掺入大幅提升水氢键网络稳定性，为理解气体水合物形成机制提供新视角。
2024-01-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Nitrogen local electronic structure in Ga(In)AsN alloys by soft-X-ray absorption and emission: Implications for optical properties
利用软X射线发射光谱和吸收光谱的元素特异性，测定了Ga（In）AsN稀半导体合金（N浓度约为3%）中N原子的局域电子结构，并考虑到这类材料在光电子学中的应用。Ga（In）AsN中的N局域电子结构与GAN中的结晶态的偏离在价带和导带中都是显著的。特别是，耗尽的价带最大值的N本地电荷，发生在N杂质，出现作为一个基本的起源降低光学效率的Ga（In）AsN。在大浓度的掺入形成富In的N局部环境，如In4N，其电子结构朝着提高效率的方向发展。此外，尽管Ga（In）AsN的随机合金性质，一些价态和导电状态的k特征在共振非弹性X射线散射中表现出来。
2003-09-02 cond-mat.mtrl-sci
Optical Properties of Aluminium-Doped Zinc Oxide Thin Films Synthesized via AACVD Using Nitrogen as a Carrier Gas
本文研究以氮气为载气通过AACVD制备铝掺杂氧化锌薄膜，发现铝掺杂和氮退火可调控其结构、厚度、吸光度及带隙，掺杂超过15%时有助于提升光电器件的光学性能。
2025-02-05 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Review: Towards Spintronic Quantum Technologies with Dopants in Silicon
晶体硅中的掺杂剂如磷（Si：P）具有电子和核自旋，其具有特别长的相干时间，使其成为量子计算和量子传感的有前途的平台。单自旋单次读出的演示使这些想法更接近实现。利用扫描隧道显微镜制造原子级Si：P结构的进展提供了一个强大的途径来扩大这项工作，利用计算机行业开发的技术。这一新兴的量子技术的实验和理论方面的审查，重点是从2009年到2014年中期。
2014-08-06 cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Contributions of magnetic structure and nitrogen to perpendicular magnetocrystalline anisotropy in antiperovskite $ε$-Mn$_4$N
为了研究氮对亚铁磁性反钙钛矿Mn $_4$ N的垂直磁晶各向异性（PMA）的贡献，我们研究了具有不同氮含量的外延Mn $_4$ N薄膜的制备和第一原理密度泛函计算。在溅射沉积过程中，对于$\sim 10 \%$的N-$_2$气体流量比（$Q$），获得了110 mT的饱和磁化强度（$M_{\rm s}$）峰值和0.1 MJ $^3$的单轴PMA能量密度（$K_{\rm u}$），表明几乎单相结晶的$ε$-Mn $_4$ N。对于$Q \approx 6\%$，观察到$α$-Mn和氮缺陷Mn $_4$ N晶粒的偏析，这是造成$M_{\rm s}$和$K_{\rm u}$降低的原因。第一性原理计算表明，显示PMA的Mn $_4$ N的磁结构是具有共线结构的“B型”，其磁矩在c平面内平行耦合并沿c方向交替。此外，使用Mn $_{32}$ N $_x$超级电池计算的$K_{\rm u}$显示出对氮缺乏的强烈依赖性，与实验结果定性一致。对$K_{\rm u}$自旋轨道相互作用的二阶微扰分析表明，Mn $_4$ N中的PMA不仅是自旋守恒过程，而且是自旋翻转过程.我们还发现，这两个贡献随着氮素缺乏的增加而减少，导致$K_{\rm u}$的减少。注意到自旋翻转贡献的减少发生在面心位置中的Mn原子处。这是我们发现的反钙钛矿型Mn $_4$ N的特定PMA特性之一。
2020-01-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Nitrogen-Triggered Amorphization Enables High-Performance Solid-State Electrolytes
本研究提出一种氮驱动的通用策略，将金属氯化物转化为非晶固态电解质，通过破坏结晶有序性和动态键重组实现快速Li+迁移，显著提升了全固态电池的离子电导率和循环稳定性。
2025-10-11 cond-mat.mtrl-sci
Transformation pathways in high-pressure solid nitrogen: from molecular N$_2$ to polymeric cg-N
采用\textit{ab initio}分子动力学和亚稳态模拟方法研究了高压固态氮中N-$_2$分子态向聚合态cg-N相的转变途径。在我们的研究中，我们观察到从分子$Immm$阶段开始的转化机制，该阶段开始形成$trans$ - $cis$链。这些链在层内进一步连接并形成链平面状态，我们将其描述为两种晶体结构的混合物- $trans$ - $cis$链相和$planar$相，两者都具有$Pnma$对称性。这种混合状态出现在120 GPa和1500 K下进行的分子动力学和在110 GPa和1500 K下运行的metadaptics中，其中链继续进一步重组并最终形成cg-N。在单独的模拟过程中，我们还发现了两个新的相-分子$P2_1/c$和二-三配位链状$Cm$。朝向cg-N的转化机制可以表征为通过各种连接的$trans$ - $cis$链的几个中间状态的渐进聚合过程。在最后阶段的转换链在分层的形式重新安排集体和发展新的intraplanar以及interplanar债券导致的几何形状的cg-N。具有交替的$trans$和$cis$构象的链被发现是控制在压缩氮气中的模拟分子聚合物转化动力学的关键实体结构模式。
2015-04-02 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Visualization of two-dimensional transition dipole moment texture in momentum space using high-harmonic generation spectroscopy
高度非线性光学现象可以提供对电子系统的性质的访问，否则难以通过传统的线性光学光谱来访问。特别是，高次谐波产生（HHG）在结晶固体中是惊人的不同，在原子气体中，它使我们能够访问电子特性，如能带结构，贝里曲率，和价电子密度。在这里，我们表明，偏振分辨高次谐波测量可以用来探测在二维半导体动量空间中的跃迁偶极矩（TDM）纹理。TDM与电子系统的内部结构直接相关，并控制光学性质。我们研究了黑磷中的高次谐波，它提供了一个简单的两带系统，带隙共振激发。我们观察到一个独特的晶体取向依赖的HHG产量和偏振，并成功地重建TDM纹理相关的原子间的键合结构。我们的研究结果表明高次谐波光谱探测晶体中的电子波函数的潜力。
2021-04-08 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
