Large-gap insulating dimer ground state in monolayer IrTe2
Jinwoong Hwang, Kyoo Kim, Canxun Zhang, Tiancong Zhu, Charlotte Herbig, Sooran Kim, Bongjae Kim, Yong Zhong, Mohamed Salah, Mohamed M. El-Desoky, Choongyu Hwang… 展开作者
Jinwoong Hwang, Kyoo Kim, Canxun Zhang, Tiancong Zhu, Charlotte Herbig, Sooran Kim, Bongjae Kim, Yong Zhong, Mohamed Salah, Mohamed M. El-Desoky, Choongyu Hwang, Zhi-Xun Shen, Michael F. Crommie, Sung-Kwan Mo
Monolayers of two-dimensional van der Waals materials exhibit novel electronic phases distinct from their bulk due to the symmetry breaking and reduced screening in the absence of the interlayer coupling. In this work, we combine angle-resolved photoemission spectroscopy and scanning tunneling microscopy/spectroscopy to demonstrate the emergence of a unique insulating 2 x 1 dimer ground state in monolayer 1T-IrTe2 that has a large band gap in contrast to the metallic bilayer-to-bulk forms of this material. First-principles calculations reveal that phonon and charge instabilities as well as local bond formation collectively enhance and stabilize a charge-ordered ground state. Our findings provide important insights into the subtle balance of interactions having similar energy scales that occurs in the absence of strong interlayer coupling, which offers new opportunities to engineer the properties of 2D monolayers.
Realizing robust large-gap quantum spin Hall state in 2D HgTe monolayer on insulating substrate
尽管近年来人们预测了许多可能的二维拓扑绝缘体，但仍然缺乏实验上可实现的二维拓扑绝缘体。通过第一性原理和紧束缚模拟，我们发现了一种有效的方法，可以在Al $_2$ O $_3$（0001）衬底上稳定2D HgTe蜂窝单层膜中具有227 meV大非平凡能隙的量子自旋Hall态.能带拓扑起源于$s-$类和$p-$类轨道之间的能带反转，这完全由Hg和Te原子贡献，因此量子化边缘态被限制在蜂窝状HgTe单层内。同时，HgTe和Al $_2$ O $_3$（0001）之间的强相互作用确保了原子结构的高稳定性。因此，在高温下，HgTe/Al $_2$ O $_3$（0001）中可以实现TI态。
Fast Transfer-free Synthesis of High-quality Monolayer Graphene on Insulating Substrates by Simple Rapid Thermal Treatment
在给定的电介质衬底上无转移合成高质量、大面积石墨烯，这对于器件应用是非常理想的，仍然是一个重大的挑战。在本文中，我们报告了一种简单的快速热处理方法，用于从固体碳源在SiO2/Si衬底上快速直接生长高质量，大规模的单层石墨烯。在RTT工艺中采用了固体碳层/铜膜/SiO2的堆叠结构。插入的铜膜不仅充当碳前体的活性催化剂，而且还充当防止过早碳溶解的“过滤器”，因此有助于在SiO2/Si上生长单层石墨烯。所产生的单层石墨烯在室温下表现出高达3000 cm 2 V-1 s-1的高载流子迁移率和标准半整数量子振荡。
Strain, doping and electronic transport of large area monolayer MoS2 exfoliated on gold and transferred to an insulating substrate
金辅助的机械剥离目前代表了一种有前途的方法，从母体范德华（vdW）晶体中分离具有优异的电子和光学性质的超大（cm级）过渡金属二硫属化物（TMD）单层（1 L）。$Au$和硫族元素原子之间的强相互作用是实现这种近乎完美的1 L剥离产率的关键。另一方面，它可能会显着影响与Au接触的1 L TMD的掺杂和应变。在本文中，我们系统地研究了形态，应变，掺杂，和电性能的大面积1 L $MoS_{2}$剥离超平坦的$Au$薄膜（$0.16-0.21 nm$粗糙度），并最终转移到绝缘$Al_{2}O_{3}$衬底。对$E'$和$A1'$峰位置的拉曼映射和相关分析揭示了与$Au$接触的1 L $MoS_{2}$的适度拉伸应变（$0.2\%$）和p型掺杂（$n=-0.25 \times 10^{13} cm^{-2}$）。纳米级分辨率的电流映射和电流-电压（I-V）测量导电原子力显微镜（C-AFM）显示直接隧穿在1 L的$MoS_{2}$上的$Au$，具有广泛的分布的隧穿势垒值（从0.7到1.7 eV）与p型掺杂的$MoS_{2}$一致。在$1L-MoS_{2}$最终转移到$Al_{2}O_{3}/Si$上后，应变转化为压缩应变（$-0.25\%$）。此外，n型掺杂（$n=0.5 \times 10^{13} cm^{-2}$）推断通过拉曼映射和确认的$Al_{2}O_{3}/Si$背栅1 L $Mo…
Strain Tunable Semimetal-Topological-Insulator Transition in Monolayer 1T'-WTe2
量子自旋霍尔绝缘体（QSHI）表现为其导电边缘通道，起源于绝缘体态的非平凡拓扑结构。单层1 T '-WTe 2在输运测量中表现出这种量化的边缘电导，但由于其半金属性质，相干长度被限制在100 nm左右。为了克服这种限制，我们提出了一种应变工程技术来调整电子结构，其中沿a轴的压缩应变或沿b轴的拉伸应变可以驱动1 T '-WTe 2进入全间隙绝缘相。分子束外延和原位扫描隧道显微镜/光谱的联合研究，然后证实了这样的相变。同时，拓扑边缘状态被发现是非常强大的应变的存在。
The role of defects in the metal-insulator transition in VO$_{2}$ and V$_2$O$_3$
钒酸盐VO $_2$和V $_2$ O $_3$是表现出金属-绝缘体转变的强相关材料的原型示例。虽然这些材料中的相变已被广泛研究，但对这些材料的性质如何受到缺陷和掺杂的影响的理解有限。在这项研究中，我们调查的原生点缺陷的形式的Frenkel缺陷的VO $_2$和V $_2$ O $_3$的结构，磁性和电子性质的影响，使用第一性原理计算。在VO $_2$中，钒Frenkel对导致非平凡绝缘状态。未配对的钒间隙键合到单个二聚体，这导致具有一个单重态和一个局部单电子$S=1/2$态的三聚体。由钒空位产生的未成对断裂的二聚体也具有定域的$S=1/2$态。因此，绝缘态由单重态二聚体、三聚体和两个局域$S=1/2$态产生。另一方面，氧弗伦克尔对导致VO $_2$中的金属状态，但预期以低得多的浓度存在。相反，V $_2$ O $_3$中的Frenkel缺陷不直接抑制材料的绝缘特性。然而，由V $_2$ O $_3$中的缺陷产生的无序改变了局部磁矩，并进而降低了材料的绝缘相和导电相之间的转变的能量成本。我们还发现了自陷小极化子在V $_2$ O $_3$，这对绝缘相的输运性质的影响。
Ultra-High Mechanical Flexibility of 2D Silicon Telluride
碲化硅（Si 2 Te 3）是一种具有独特可变结构的二维材料，其中硅原子形成Si-Si二聚体以填充Te层之间的“金属”位点。Si-Si二聚体具有四种可能的取向：三个面内和一个面外方向。Si 2 Te 3的结构可变性允许不寻常的性能，特别是机械性能。使用从第一性原理计算的结果，我们表明，Si 2 Te 3单层可以维持单轴拉伸应变高达38%，最高的所有二维材料报道。高机械柔性允许施加机械应变以将带隙减小1.4eV。随着应变的增加，带隙经历了一个不寻常的间接-直接-间接-直接转变。我们还表明，单轴应变可以有效地控制硅-硅二聚体的取向，这是有益的实际应用。
On the quantum spin Hall gap of monolayer 1T'-WTe2
量子自旋霍尔（QSH）材料是同时具有绝缘体态和螺旋边态的二维系统。一个QSH绝缘体处理拓扑非平凡的边缘状态保护的时间反演对称性，使电子可以传播无散射。这种拓扑相的实现在自旋电子学、无耗散输运和量子计算中有着广阔的应用前景。目前，这种基于QSH的器件的实现仅限于复杂的异质结构。单层1 T '-WTe 2被预测为半金属QSH材料，但具有负带隙。用混合泛函方法得到的准粒子能谱直接表明，单层1 T '-WTe 2的量子自旋霍尔能隙为正。光学测量表明，系统的带间弛豫时间的增加与层数的减少，而运输测量揭示Schottcky势垒的样品，这是不存在的较厚的样品。这三个独立的证据表明，单层1 T '-WTe 2可能是一个真正的二维量子自旋霍尔绝缘体。
Langmuir-Blodgett Monolayers of Cationic Dyes in the Presence and Absence of Clay Mineral Layers: N,N'-Dioctadecyl Thiacyanine, Octadecyl Rhodamine B and Laponite
