Atomic-scale defects restricting structural superlubricity: Ab initio study study on the example of the twisted graphene bilayer
采用带有范德华修正的密度泛函理论（DFT）计算方法，研究了扭曲双层石墨烯层间相互作用的势能面.对于互质指数（2，1）（扭转角21.8 $^\circ$）的莫尔图案，这些计算给出了每个空位28 meV的不可忽略的PES振幅和每个空位7 - 8 meV的层的相对滑动的势垒。同时，利用半经验势拟合DFT结果，我们证实了没有缺陷的扭曲双层石墨烯对相同的莫尔图案表现出超润滑性，并且无限双层的PES振幅低于计算精度。我们的研究结果意味着，原子尺度的缺陷限制了二维层的超润滑性，并可以确定这些层在超润滑状态下的静态和动态摩擦学性能。我们还分析了计算成本低的方法，可用于建模的摩擦学行为的大型系统的缺陷。充分使用国家的最先进的半经验潜力层间相互作用和近似的基础上的第一空间傅立叶谐波的描述与缺陷的石墨烯层之间的相互作用进行了讨论。
2021-09-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Ab initio calculations of low-energy quasiparticle lifetimes in bilayer graphene
本研究基于第一性原理和$GW$近似计算了双层石墨烯中低能准粒子的寿命，发现未掺杂时逆寿命与能量呈线性关系且衰减率为单层3倍，掺杂后因声学等离激元介导的额外衰变通道而呈现非线性依赖。
2023-09-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Ab initio study on the atomic and electronic structures of twisted InSe bilayer
用大尺度密度泛函理论研究了InSe双分子层的电子性质.谱函数展开表明，扭曲系统的电子结构可以描述在对齐的InSe双层的带结构的特征的组合与不同的堆叠配置，使预测的带隙和空穴的有效质量。扭曲的InSe双层中的空穴的有效质量被示出为主要由层间距离的影响。层内和层间激子的结合能，从而计算的基础上最近开发的模型Ruiz-Tijerina等人。我们应用类似的分析三层异质结构的InSe/hBN/InSe：其电子结构被证明是很好地描述的叠加的能带结构的两个InSe单层与一个小的耦合通过hBN层。
2022-02-25 cond-mat.mtrl-sci
An Ab Initio Study on Energy Gap of Bilayer Graphene Nanoribbons with Armchair Edges
采用局域密度近似方法研究了双层扶手椅型石墨烯纳米带（AGNRB）的能带宽度、层间距（D）和边缘掺杂浓度对能带宽度的影响，并与单层石墨烯纳米带（AGNRM）的结果进行了比较.虽然一般来说，AGNRB的Eg小于AGNRM，但AGNRB表现出两种不同的基团，金属和半导体，而AGNRM表现出纯粹的半导体行为。此外，AGNRB的Eg对D高度敏感，表明通过改变D来调谐Eg的可能应用。最后，两种AGNR系统的边缘掺杂分别使AGNRM/AGNRB的Eg降低11-17%/4-10%。
2008-06-19 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Quasiparticle band structure and tight-binding model for single- and bilayer black phosphorus
通过进行\emph{ab initio}计算一至四层黑磷的$GW$近似，我们得到了显着的差异，在带隙（$\sim$ 1.5 eV），这是符合最近的实验数据。结果进行了分析的四带紧束缚模型，它给出了准确的描述的单，双层能带结构附近的带隙，并揭示了层间跳跃的重要作用，这是很大程度上负责所获得的间隙差。
2014-06-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
$\textit{Ab initio}$ four-band Wannier tight-binding model for generic twisted graphene systems
新出现的扭曲石墨烯体系如扭曲双层石墨烯（TBG）、扭曲双层石墨烯（TDBG）和扭曲三层石墨烯（TTG）引起了广泛的理论关注。因此，建立一个简单、准确的系统模型对于进一步的研究具有重要意义。在这里，我们构造了一般小扭曲角扭曲石墨烯系统的自适应局域Wannier函数和相应的$\textit{ab initio}$最小两谷四带有效紧束缚模型.这种双谷模型避免了单谷模型中脆弱拓扑所造成的Wannier障碍。引入实空间谷算子来明确描述谷$U_{v}\left(1\right)$对称性。每个Wannier轨道都呈现出一种特殊的三峰形式，其最大值位于AA点，中心位于AB或BA点。给出了一个扩展的哈伯德模型，并给出了有关参数的显式表达式。我们提供了一种方法来系统地建立通用扭曲石墨烯系统的Wannier紧束缚模型。我们的模型为进一步研究这些系统中的多体效应提供了坚实的基础。
2020-12-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Ab initio quantum transport in AB-stacked bilayer penta-silicene using atomic orbitals
受电场作用的材料所携带的电流在微观上是不均匀的，可以用散射理论来模拟，在散射理论中，电子与它们遇到的微观物体发生碰撞。本文提出了一种基于密度泛函理论、Wannier函数和散射矩阵的第一性原理无参数计算电流密度的方法。该方法用于独立的AB-堆叠的双层penta-silicene。这种新的Si同素异形体已被提出具有比任何其六方双层对应物更高的稳定性。此外，其半导体特性使其成为电子元件的理想选择。我们揭示了pz轨道在三维量子线传输中的作用，并给出了电流密度流线，揭示了最高电荷流的位置。本方法可以扩展以适应许多电子自由度、电磁场的应用以及器件操作中涉及的许多其他物理现象。
2018-10-14 cond-mat.mtrl-sci
Ab-initio study of the energy competition between Γand K valleys in bilayer transition metal dichalcogenides
通过从头计算研究双层过渡金属二硫化物中Γ谷和K谷的能量竞争，揭示层间距离和d轨道相关性对莫尔子带物理的影响。
2023-10-30 cond-mat.mtrl-sci
Structural classification of boron nitride twisted bilayers and ab initio investigation of their stacking-dependent electronic structure
自从双螺旋双层石墨烯的发现开创了双电子学领域以来，莫尔条纹系统一直没有停止表现出迷人的特性。我们证明，在氮化硼扭曲双层，对于一个给定的莫尔周期，有五个不同的堆叠，保持单层六边形对称性（即旋转120 $^\circ$后的不变性），而不是只有两个总是在文献中讨论。我们介绍了一些定义和命名，明确识别的扭曲角和堆叠顺序的任何六方双层3阶旋转对称。此外，我们采用密度泛函理论研究的能带结构的演变作为扭转角的函数的五个堆叠序列的氮化硼双层。我们发现，差距是间接的，在任何角度和任何堆叠，并确定功能，在相同的堆叠序列中，无论扭曲的角度是保守的。
2022-11-17 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph quant-ph
Ab-initio study of gap opening and screening effects in gated bilayer graphene
采用密度泛函理论计算方法研究了掺杂双层石墨烯在底栅和顶栅存在下的电子性质。独立地改变底栅和顶栅，可以分别控制样品上的总掺杂电荷和作用在双层上的平均外部电场。结果表明，在一定的掺杂浓度下，布里渊区K点处的带隙与平均电场成线性关系，而相应的比例系数与掺杂浓度成非单调关系.我们发现，DFT计算的带隙在K，对于小的掺杂水平，大约是一半的带隙与标准的紧结合的方法。我们发现，这种差异产生于低估，在TB模型中，系统的外部电场的筛选。特别地，基于我们的DFT结果，我们观察到，当双层石墨烯在外部电场的存在下，层间和层内屏蔽都发生。只有层间屏蔽包括在TB计算中，而这两个屏蔽是基本的带隙开口的描述。最后，我们提供了一个一般的方案，以获得全能带结构的门控双层石墨烯，为任意值的外部电场和掺杂。
2009-04-24 cond-mat.mtrl-sci
Ab initio tight-binding Models for Mono- and Bilayer Hexagonal Boron Nitride (h-BN)
本文基于极大局域万尼尔函数从头算推导出单层和双层h-BN的有效紧束缚模型，通过考虑四近邻跃迁、应变拟合参数化及双中心近似推广层间跃迁，实现了对K点和M点带边及扭转体系电子结构的精确描述。
2024-09-03 cond-mat.mtrl-sci
Band filling effects on the emergence of magnetic skyrmions: Pd/Fe and Pd/Co bilayers on Ir(111)
结构相似的过渡金属系统可以具有广泛不同的磁性。一个最好的例子是在Ir（111）上的双层膜，其中Pd/Fe/Ir（111）基态具有良好建立的非共线自旋织构，而Pd/Co/Ir（111）呈现铁磁（FM）单畴。为了揭示这些不同的磁行为的起源，在这里进行的Pd/Fe和Pd/Co双层膜的Ir（111）的研究。基于所获得的\textit{ab-initio}电子结构、交换耦合参数（$J_{ij}$）和Dzyaloshinskiii-Moriya相互作用（π），我们证明，虽然在Pd/Co/Ir（111）中π是显著的，但两种成分在Pd/Fe/Ir（111）中的非共线性起源中起着关键作用：磁挫的存在和更大的面内π，两者都具有长程影响。在这两个系统中的$J_{ij}$和$J_{ij}$的行为可以解释在一个简单的刚性带状模型。此外，通过将磁参数从Pd/Co/Ir（111）调整到Pd/Fe/Ir（111）\textit{ab-initio}值进行自旋动力学模拟，我们可以找到原始FM Pd/Co/Ir（111）中出现skyrmion相的条件。
2022-07-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Conductive metal oxide and hafnium oxide bilayer ReRAM: an ab initio study
本研究通过GGA从头算模拟双层ReRAM中TaO/TiO与立方$HfO_2$的界面，揭示氧空位细丝的降阻效应、CMO氧过剩的电阻调制机制及两种CMO器件的阻态差异。
2024-07-12 cond-mat.mtrl-sci
Atomistic hartree theory and crystal field of twisted double bilayer graphene near the magic angle
扭曲双层石墨烯（tDBLG）是一种莫尔材料，最近由于在魔角附近观察到相关相位而引起了人们的极大兴趣。我们进行原子Hartree理论计算，研究正常状态下电子-电子相互作用的作用。与扭曲双层石墨烯（tBLG）相比，我们发现这种相互作用不会导致电子能带结构的显著掺杂依赖性变形。然而，在垂直电场存在下，相互作用对电子结构起着重要作用，因为它们屏蔽了外场。最后，我们分析了Hartree势对晶体场的贡献，即内外层的在位能量差。我们发现从Hartree理论得到的在位能量具有相同的符号，但较小的幅度相比，在以前的研究中，在现场的能量是通过拟合紧束缚的结果从头计算密度泛函理论（DFT）能带结构。为了理解这种定量差异，我们分析了从头算Kohn-Sham势从DFT得到的，发现一个微妙的相互作用的电子-电子和电子-离子相互作用决定了现场电位的大小。
2022-03-09 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Swapping exchange and spin-orbit induced correlated phases in proximitized Bernal bilayer graphene
研究近邻化Bernal双层石墨烯异质结构，通过电调层极化互换交换与自旋轨道耦合，在单一器件中实现Stoner和谷间相干等关联相的全面探索。
2025-06-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Interfacial Properties of Monolayer and Bilayer MoS2 Contacts with Metals: Beyond the Energy Band Calculations
尽管已经制造了许多基于二维（2D）MoS 2的原型器件并且已经实现了2D MoS 2的晶片级生长，但是2D MoS 2-金属接触的基本性质尚未被很好地理解。我们提供了一系列的单层（ML）和双层（BL）二硫化钼-金属接触（金属= Sc，Ti，Ag，Pt，Ni和Au）的界面性质的全面的从头算研究。计算和观察到的肖特基势垒高度（SBHs）之间的比较表明，许多电子效应强烈抑制在通道2D二硫化钼由于电荷转移。目前广泛采用的能带计算方法不能再现二维MoS 2-Sc界面的SBH现象。相比之下，从头算量子输运器件模拟更好地再现了所观察到的SBH在两种类型的接触，并强调了一个更高层次的理论方法的重要性，超出了能带计算的接口研究。由于层间耦合，BL MoS 2-金属接触具有比ML MoS 2-金属接触降低的SBH，因此具有更高的电子注入效率。
2015-07-01 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
In-plane electric polarization of bilayer graphene nanoribbons by interlayer bias voltage
我们从理论上表明，在AB堆叠的双层石墨烯纳米带扶手椅边缘的层间偏置电压诱导沿带的电极化的强度。紧束缚和从头计算一致表明，当偏置电压是弱的，极化显示相反的迹象取决于带宽度模三。这种非平凡的依赖性解释使用两个波段的有效模型。紧束缚模型中偏置电压的一个强极限为三分之一极化或零极化，这与拓扑论证一致。
2015-09-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Layer-dependent mechanical properties and enhanced plasticity in the van der Waals chromium trihalide magnets
磁性材料的力学性能对磁弹性理论的发展和磁应变调制器件的优化设计具有重要意义。特别是，二维（2D）磁体有望将这些概念扩展到低维物理和磁共振器件领域。然而，迄今为止还没有对三卤化铬的原型2D磁体家族的固有机械性能进行实验研究。在这里，我们报告的室温层依赖于原子薄的CrI3和CrCl3的机械性能，发现双层的CrI3和CrCl3的杨氏模量为62.1 GPa和43.4 GPa，最高持续应变为6.09%和6.49%，断裂强度分别为3.6 GPa和2.2 GPa。两种材料的弹性和强度都随着厚度的增加而降低，这归因于弱的层间相互作用，使得层间在低水平的施加载荷下滑动。在几层三卤化铬晶体中观察到的机械性能提供了这些材料具有出色塑性的证据，这在它们的大块对应物中得到了定性证明。本研究将有助于范德瓦耳斯磁性材料的各种应用，特别是在磁致伸缩和柔性器件中的应用。
2021-04-01 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Magic continuum in twisted bilayer WSe2
由电子相互作用驱动的出现的量子相可以在具有窄分散（即“平坦”）能带的材料中表现出来。最近，已经在各种石墨烯基异质结构中使用扭曲角、层堆叠和压力的调谐参数实现了平坦带，并且导致相关绝缘体和超导态。在这里，我们报告的实验观察到类似的相关现象在扭曲双层钨二硒化物（tWSe 2），半导体过渡金属二硫族化物（TMD）。不像扭曲的双层石墨烯，其中的平带只出现在一个狭窄的范围内的“魔角”，我们观察到相关态的角度连续，跨越4度到5.1度。在半带填充处出现了Mott型绝缘体，这种绝缘体可以用位移场进行灵敏的调谐。从头计算支持的霍尔测量表明，绝缘体的强度是由半填充状态的密度驱动的，与2D哈伯德模型在一个温和的相互作用制度。在5.1度扭曲，我们观察到的超导性的证据后，掺杂远离半填充，达到零电阻率约3 K。我们的研究结果建立了扭曲双层TMD作为一个模型系统，以研究相互作用驱动的现象，在平带动态可调的相互作用。
2019-10-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Edge effects in Bilayer Graphene Nanoribbons
我们发现锯齿形双层石墨烯纳米带的基态是非磁性的。它也具有有限的间隙，它具有非单调依赖的宽度作为一个结果之间的竞争散装和强吸引力的边缘相互作用。所有结果都是使用{从头算}总能量密度泛函理论计算与参数化范德华相互作用。
2008-10-25 cond-mat.mtrl-sci
Wannier Function Approach to Realistic Coulomb Interactions in Layered Materials and Heterostructures
我们介绍了一种方法来获得现实的库仑相互作用项在独立的层状材料和垂直异质结构从从头计算模拟相应的散装材料。为此，我们建立了一个组合的计算框架内的约束随机相位近似，Wannier函数表示的库仑矩阵元素在一些低能量希尔伯特空间和连续介质静电，我们称之为Wannier函数连续静电（WFCE）。对于单层和双层石墨烯，我们再现完整的从头计算的库仑矩阵元素的精度为$0.2$ eV或更好。我们表明，在双层石墨烯中的现实库仑相互作用可以通过不同的电介质和金属环境在eV尺度上进行操纵。与[M. M. Scherer等人，Phys.Rev.B85，235408（2012）]提出双层石墨烯的电子基态是层状反铁磁体，并且令人惊讶地保持不受库仑相互作用中的这些强变化的影响。
2015-04-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Stable and Metastable Structures of Cobalt on Cu(001): An ab initio Study
我们报道了用密度泛函理论计算Co在Cu（001）上的（1x 1）-结构的结构、磁性和电子性质的结果。特别是，我们讨论了在Co岛的相分离的趋势和铜的偏析的可能性顶部的Co膜。由双层Co膜覆盖的1 ML的Cu的三明治结构被发现是最低的能量配置。我们还讨论了双层C（2 × 2）-合金，它可能会形成由于动力学的原因，或稳定在应变的表面区域。此外，我们还研究了磁性对各种结构的影响，例如，发现Co吸附层在铜衬底中引起弱的自旋密度波。
1999-10-27 cond-mat.mtrl-sci
Exchange Bias and Interface-related Effects in Two-dimensional van der Waals Magnetic Heterostructures: Open Questions and Perspectives
交换偏置（EB）效应是磁性双层膜的一个基本的和重要的磁性特性。它表现为在磁场存在下经受冷却的膜的磁滞回线的水平偏移。范德华（vdW）异质结构中的EB效应为调节新发现的单层磁体的磁性能提供了一种新的方法，并且为磁性vdW异质结构增添了新的动力。事实上，最近在各种低维vdW磁性系统中报道了有趣的EB效应，从弱层间耦合的vdW磁体（例如，Fe 3GeTe 2）到由两种不同的磁性vdW材料（例如，Fe 3GeTe 2/CrCl 3、Fe 3GeTe 2/FePS 3、Fe 3GeTe 2/MnPS 3），到两种不同vdW缺陷磁体的双层（例如，VSe 2/MoS 2），或金属铁磁体/vdW缺陷磁体界面（例如，Fe/MoS2）。尽管它们在自旋电子器件应用中具有巨大的潜力，但研究人员仍然难以理解所观察到的EB效应的物理起源。我们在这里提出了一个关键的审查EB效应和相关的现象，如磁邻近（MP）在各种VDW异质结构系统，并提出了解决一些新出现的基本问题的方法。
2022-01-03 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Ab initio lattice dynamics and electron-phonon coupling of Bi(111)
本文采用密度泛函微扰理论对Bi（111）表面的结构、电子、晶格动力学和电子-声子耦合性质进行了全面的从头算研究。由于自旋-轨道耦合的相对论修正始终考虑在内。由于计算是在一个周期性的平板几何形状，特别注意的是相对于平板厚度的收敛。虽然Bi（111）薄膜的电子结构随厚度变化很大，但我们发现Bi（111）的晶格动力学是相当稳健的，并且对于薄至6个双层的平板来说已经收敛。原子间耦合的变化主要局限于前两个双层，导致频率高于光学体谱的超体模，并在第一双层中的原子在较低频率下的态密度增强。与空穴费米面的外部相关的表面能带的电子态表现出约0.45的适度的电子-声子耦合，这大于体Bi的耦合常数。在空穴表面的内部的状态，以及那些形成的电子口袋靠近区中心显示出大大增加的耦合，由于过渡到体投影状态附近的Gamma_bar。对于这些情况下，状态相关的Eliashberg函数在低能量下表现出明显的峰，并且在形状上强烈偏离Debye样光谱，这表明基于这个简单模型从测量的电子自能中提取耦合强度可能会失败。
2014-09-10 cond-mat.mtrl-sci
Control of magnetism in bilayer CrI$_{3}$ by an external electric field
最近发现了二维（2D）范德华材料中的内禀铁磁性[1，2，3]。单层三碘化铬（CrI3）是铁磁性的，而双层结构据报道是反铁磁性的，此外，外部电场会改变其磁相[4]。我们研究了自然界中发现的两种叠层CrI3双层膜，发现其中一种膜的磁相确实可以通过外加电场来调节，而另一种膜仍然是铁磁的。我们用从头计算模拟了这些结果，并用一个简单的模型解释了它们，该模型基于与不同自旋相关的带的刚性位移。该模型可应用于类似的双层范德瓦尔堆叠绝缘反铁磁体。
2018-11-29 cond-mat.mtrl-sci
Modeling Interlayer Interactions and Phonon Thermal Transport in Silicene Bilayer
该研究开发了基于从头计算的层间势，通过平衡分子动力学模拟发现双层硅烯热导率高于单层，归因于层间作用与屈曲导致的声子群速度提升。
2023-10-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Magnetic properties of bilayer Sr$_3$Ir$_2$O$_7$: role of epitaxial strain and oxygen vacancies
用{ \it ab initio}方法研究了SrIridates Ruddlesden-Popper系列SrPDMATHABMO Ir $_{m}$ O $_{3m+1}$，双层结构SrPDMATHABMR Ir $_2$ O $_7$的磁性随外延应变和氧空位的变化.与单层化合物Sr $_2$ IrO $_4$不同，其表现出稳健的面内磁序，Sr $_3$ Ir $_2$ O $_7$中的面内和面外磁序之间的能量差小得多，并且预计小的外部扰动可以诱导磁跃迁。我们的研究结果表明，外延应变产生的自旋翻转转变，这是由之间的交叉层$J_1$和层间$J_2$磁交换相互作用压缩应变。$J_1$对应变效应基本上不敏感，而$J_2$的强度在拉伸应变$\geq$ 3~ 1%时变化一个数量级。此外，我们的研究澄清了不寻常的平面内观察到的磁响应在Sr $_3$ Ir $_2$ O $_7$的应用程序时的外部磁场源于由于氧空位，倾斜的八面体网络的局部磁矩的倾斜-从而允许非共线的自旋配置。
2016-12-22 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Electric field control of magnons in magnetic thin films: ab initio predictions for 2D metallic heterostructures
我们探讨了在二维异质结构中，外加电场作用于电介质势垒，对磁振子进行控制的可能性。通过对真空中悬浮的Fe单层和沉积在Cu（001）上的Fe双层进行从头计算，我们证明了外加电场可以显著地改变磁振子寿命，并且这些变化与场诱导的层分辨Bloch谱函数的变化有关.对于具有更多磁振子色散分支的系统，高能和低能本征模之间的间隙随外场而变化。这些效应受到衬底的强烈影响。可以预期，磁振子谱对外部电场的敏感性会有相当大的变化，这取决于衬底和磁性层的厚度。
2022-02-09 cond-mat.mtrl-sci
Twisted bilayer graphene from first-principles: structural and electronic properties
Harvard University（哈佛大学）；Nanyang Technological University Singapore（南洋理工大学）；Florida State University（佛罗里达州立大学）
本文通过第一性原理研究不同扭角下扭曲双层石墨烯的结构和电子性质，采用DFT方法获得放松的共轭结构，并与连续弹性模型对比，揭示费米速度和带宽与扭角的关系，为后续研究提供基础。
2026-05-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Optical absorption properties of few-layer phosphorene
在无规相位近似下，利用从头算密度泛函模拟和多体微扰理论研究了少层磷烯的光吸收和光透射。在双层磷烯中，价带到导带的光学跃迁沿扶手椅方向出现在约0.72 eV处，而沿Z字形方向不存在。这一现象与实验观察相一致。对少层磷烯的角分辨光吸收研究表明，在近掠入射光照射下，磷烯是透明的。此外，存在通过增加层数来增加吸收的一般趋势。我们的研究结果表明，双层磷烯表现出更大的吸光度相比，双层石墨烯在紫外区。此外，计算的双层MoS2的吸收的最大峰在可见光区，而双层石墨烯和磷烯是透明的。此外，还探讨了少层磷烯的集体电子激发。获得了一种光学模式（同相模式），它遵循低能\sqrt q依赖于所有结构，另一种是阻尼声学模式（异相模式）与线性色散的多层磷烯。在集体等离子体激元激发中，体现了少层磷烯的能带结构沿扶手椅和锯齿方向的各向异性。
2018-11-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Tuning magnetic states in CrI$_3$ bilayers via Moiré patterns
可公度扭曲双层膜可以极大地改变三卤化铬层状化合物的磁性，这为通过层旋转调节磁性状态提供了新的机会。在这里，我们介绍了一种数学方法来获得莫尔条纹在扭曲的六边形双层通过执行一定的旋转$θ$在一个层。为了测试我们的方法，我们将其应用于在CrI $_{3}$的R $\bar{3}$和C2/m相中发现具有$θ=21.79^{\circ}$和$32.20^{\circ}$的莫尔结构。为了比较的目的，我们还考虑了非移位CrI $_{3}$结构。通过\textit{Ab-Initio}方法计算了所得到的系统的电子和磁性。结果表明，存在的旋转角相关的磁配置和陡峭的修改的色散带由于在最近的和下一个最近的距离层之间的Cr原子的变化。从这些可压缩的旋转获得的修改讨论的基础上，由于原子排列的变化，不同的能量贡献之间的竞争。
2022-01-04 cond-mat.mtrl-sci
Strain controllable magnetocrystalline anisotropy in FeRh/MgO bilayers
用从头计算方法研究了在绝缘体MgO衬底上的FeRh超薄膜。从这个计算中，我们发现了有趣的外延应变对磁晶各向异性（MCA）的影响。对能带结构轨道特征的能量和k分辨分布的分析表明，MCA主要来源于FeRh/MgO界面处Fe原子的dx 2-y2和dxz，yz轨道之间的自旋轨道耦合（SOC）。我们证明了应变对MCA有显著的影响：它不仅影响MCA的值，而且还引起易磁化轴从垂直于面内方向的切换。其机制是应变引起的SOC d-态的位移。我们的工作表明，应变工程可以打开一个可行的途径，对定制的磁性反铁磁自旋电子应用。
2019-08-06 cond-mat.mtrl-sci
Polarization switching in sliding ferroelectrics: the roles of fluctuation and domain wall
本文利用 \textit{ab initio} 计算研究 $h$-BN 双层的滑动铁电极化翻转动力学，发现非对角 Born 有效电荷驱动垂直离子运动，且面内对称性破缺和畴壁蠕动是翻转的关键因素。
2025-05-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Hydrogen-induced reversible spin-reorientation transition and magnetic stripe domain phase in bilayer Co on Ru(0001)
通过自旋极化低能电子显微镜实时成像磁化矢量的变化，我们在Ru（0001）上的钴双层中观察到氢诱导的可逆自旋重取向转变。最初，氢吸附减小了面外磁畴的尺寸，并导致磁条畴图案的形成，这可以理解为减小面外磁各向异性的结果。进一步的氢吸附诱导向面内易轴的转变。通过将膜加热到400 K来解吸氢，恢复了原始的面外磁化。通过从头计算，我们确定的起源的过渡是杂化的氢轨道和Co原子的轨道吸附的氢结合的局部效应。
2012-03-18 cond-mat.mtrl-sci
Exciton absorption, band structure, and optical emission in biased bilayer graphene
偏置双层石墨烯（BBG）是一种可变带隙半导体，具有高达$300 \, \text{meV}$的强场依赖性带隙，使得其对于基于石墨烯的纳米电子和光子器件特别感兴趣。BBG的光学性质主要由强束缚激子决定。我们进行从头算密度泛函理论+Bethe-Salpeter方程模拟BBG中的激子，并计算激子的能带结构和光学矩阵元的场强范围内$30-300 \, \text{mV}/{\unicode{x212B}}$。激子的性质被证明具有很强的场依赖性，能量排序和偶极子排列在低场和高场区域之间变化很大。也就是说，在低场，我们发现一个主要是黑暗的基态激子，而不是高场，其中最低的激子是明亮的。此外，由于BBG的基态中的场诱导电荷转移，激子优先与场相反的偶极矩对齐。然而，在更强的磁场中，这种排列在能量上变得不那么有利。此外，明亮的激子显示出类似于单层过渡金属dichalchogenides的颗粒状和光状带。最后，我们模拟的辐射寿命和发射特性的BBG，这被证明是强烈依赖于温度，除了场强。
2021-10-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Elusive Exciton Insulator States in 1T-HfTe2: Exciton softening, and Symmetry Breaking by Ab Initio Methods
Tulane University（杜兰大学）；Universidade de São Paulo（圣保罗大学）
采用meta GGA和模型BSE方法研究1T-HfTe2单层、双层、三层和块体的激子绝缘体态，发现单层和双层具有负激子能量形成激子绝缘体，而三层和块体不支持该态，并分析了结构及电子对称性破缺。
2026-06-05 cond-mat.mtrl-sci
Electronic and magnetic properties of bilayer graphene with intercalated adsorption atoms C, N and O
我们采用从头算密度泛函理论研究了碳、氮和氧嵌入双层石墨烯的电子和磁性结构。插层原子虽然最初位于双层间隔的中间位置，但最终将被吸附到一个石墨烯层。N和O原子都倾向于桥位（即在下部石墨烯层的碳-碳键合上方），而C原子倾向于中空位（即正好在下部石墨烯层的碳原子上方，同时在上部层的碳六边形的中心下方）。在磁性方面，C和N吸附原子都可以通过在费米能级附近引入扩展态或准局域态而产生巡游Stoner磁性。在N-嵌入体系中可以获得全自旋极化，磁矩主要集中在N原子上。在碳插层体系中，异质碳原子和双层石墨烯中的部分碳原子都被诱导自旋极化。N和O原子很容易从双层石墨烯的碳原子上得到电子，导致费米能级下移到价带，从而在双层石墨烯中产生金属行为。
2010-01-06 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci
Ab initio study of magnetic structure and chemical reactivity of Cr2O3 and its (0001) surface
在局域自旋密度近似（LSDA）下，首次采用从头计算密度泛函理论研究了氧封端的Cr2O3（0001）表面.我们发现，自旋起着至关重要的作用，即使是最基本的性质Cr2O3，如结构和机械响应的散装材料。该表面表现出强烈的弛豫和电子和磁性结构的变化，具有重要的意义的化学反应性和不寻常的自旋依赖的催化活性的表面。与散装，最外层的铬双层是铁磁有序的，和表面的氧层表现出明显的净自旋极化在相反的意义。令人惊讶的是，尽管这种亚铁磁秩序，费米能级附近的化学上重要的状态表现出铁磁秩序，从而有利于与表面相互作用的物质的电子自旋对齐。最后，我们还发现了一个高密度的未被占用的电子表面状态可参与表面的化学反应。
1999-12-09 cond-mat.mtrl-sci
Chemical potential of magnetic skyrmion quasiparticles in heavy metal/iron bilayers
该研究利用基于从头算参数的元动力学蒙特卡罗模拟，计算两种重金属/铁双层膜中自由能随拓扑荷的变化，确定斯格明子与反斯格明子化学势的温度及磁场依赖。
2023-12-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech
Static magnetic proximity effect in Pt/Ni$_{1-x}$Fe$_x$ bilayers investigated by x-ray resonant magnetic reflectivity
我们提出了X射线共振磁反射率（XRMR）作为一个非常敏感的工具来检测邻近感应界面自旋极化在Pt/Fe，Pt/Ni $_{33}$ Fe $_{67}$，Pt/Ni $_{81}$ Fe $_{19}$（坡莫合金），和Pt/Ni双层膜。我们证明，反射的X射线强度的详细分析，使洞察力的非磁性金属的自旋极化的空间分布在整个界面的铁磁层。从从头计算的光学数据的基础上模拟的实验结果的评价提供了诱导的磁矩每个Pt原子的自旋极化体积相邻的铁磁体。我们发现在Pt/Fe中有最大的自旋极化，而在Pt/Ni中有小得多的磁邻近效应。具有不同光子能量的附加XRMR实验与磁光参数的能量依赖性的理论预测是一致的，并且允许识别跨Pt L3吸收边缘的光学色散$δ$和吸收$β$。
2015-08-03 cond-mat.mtrl-sci
Two-dimensional Ferroelectric Ga2O3 Bilayers with Unusual Strain-engineered Interlayer Interactions
二维范德瓦尔斯材料及其双层膜的研究在基础研究和技术应用方面引起了人们极大的兴趣。最近，一组具有面外铁电性的2D vdW III 2-VI 3材料引起了人们的广泛关注。本文采用从头算方法对二维铁电Ga_2O_3双层系统的结构、电子和光学性质进行了系统的研究。两个独立的单分子膜的固有偶极子导致三个不同的偶极子模型（一个铁电和两个反铁电模型）。铁电和反铁电偶极子模型的稳定堆叠结构可以通过单层膜的极化反转转变来转移，而不需要额外的操作。层间微扰效应与双轴应变工程相结合，导致双层系统的电子和光学性质的高度可调性。令人惊讶的是，结果揭示了一个相变从VDW离子层间相互作用引起的面内双轴拉伸应变。详细的分析表明，过渡机制的基础上的离子键合性质的Ga 2 O 3系统，涉及层间重排的阴离子，以补偿严重扭曲的离子折叠配置的对称性破缺。这些见解可以打开未来的实验合成，表征和应用的二维Ga 2 O3原子薄层系统的新前景。
2021-12-10 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
\textit{Ab initio} Wannier-representation-based calculations of photocurrent in semiconductors and metals
本文提出一种基于Wannier函数和协变导数的通用从头算方法，可完备处理带内、带间及交叉项且不受简并问题限制，适用于半导体和金属中任意阶电荷/自旋直流与交流光电流模拟，并在多种材料上验证了其准确性和通用性。
2024-08-01 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Formation of magnetic skyrmions with tunable properties in PdFe bilayer deposited on Ir(111)
我们用从头算和自旋模型计算方法对Ir（111）上PdFe双层膜的自旋组态进行了广泛的研究。我们利用自旋集团展开技术得到自旋模型参数，并求解零温下的Landau-Lifshitz-Gilbert方程。特别地，我们着重研究了层弛豫效应和外磁场作用下基态磁的演化。在没有磁场的情况下，我们发现了一个自旋螺旋基态，而施加外部磁场时，系统中产生了skyrmion。基于能量计算的冻结自旋组态与变化的磁场，我们获得了良好的协议与现有的实验相边界。我们发现自旋螺旋的波长和skyrmions的直径随着向内Fe层弛豫的增加而减小，这与最近邻Dzyaloshinskiii-Moriya相互作用和各向同性交换耦合$D/J$的比率的增加有关。我们的研究结果还表明，所需的稳定的Skyrmion晶格的应用领域增加时，个别Skyrmion的直径减小。根据我们的观察，我们认为，形成的skyrmion晶格可以调整的薄膜的小结构修改。
2014-09-05 cond-mat.mtrl-sci
Rashba-induced spin texture and spin-layer-locking effects in the antiferromagnetic CrI3 bilayer
反铁磁（AFM）CrI $_3$双层是范德华二维半导体的一个特别有趣的代表，目前正在研究它们的磁性和自旋电子学的潜力。利用从头算密度泛函理论计算，研究了原子力显微镜CrI $_3$双层膜（双简并）最高价带带态在动量空间中的自旋织构，Cr自旋磁矩垂直于膜层.我们发现存在的，在布里渊区的主要中心部分，在两层上的相反的符号的Rashba面内自旋纹理，从内在的本地电场作用于每一层。为了研究波函数的层分离，我们施加了一个小的电场，根据它们的层占有率分裂简并态。我们发现最高价带的波函数是层偏聚的，只属于具有相反面内自旋织构的两层中的一层，而且这种层偏聚几乎发生在整个布里渊区。面内倾斜自旋的相应层锁定与最高AFM带与其余价带的能量分离有关。我们解释了能带相互作用如何破坏$K$、$K'$和$Γ$点的层锁定。此外，我们比较了在我们的原子力显微镜双层系统中的平面倾斜自旋的层锁定与隐藏的自旋极化在中心对称的双折射材料，指出在隔离机制和它们的后果层锁定的差异。我们注意到，类似的Rashba效应与层锁定的面内倾斜的自旋可以发生在其他范德华力原子力显微镜双层膜与强自旋轨道耦合和一个孤立的能带。
2022-12-02 cond-mat.mtrl-sci
Interlayer coupling and gate-tunable excitons in transition metal dichalcogenide heterostructures
双层范德华（vdW）异质结构如MoS 2/WS 2和MoSe 2/WSe 2最近引起了人们的广泛关注，特别是因为它们的II型能带排列和层间激子作为最低能量激子态的形成。在这项工作中，我们计算了这种异质结构的电子和光学性质的第一性原理GW+Bethe-Salpeter方程（BSE）方法，揭示了层间耦合在决定激发态性质，包括能带排列和激子性质的重要作用。计算表明，由于层间耦合，低能激子可以通过垂直栅场进行宽范围的调谐。特别地，在这些双层异质结构中的最低能量激子的偶极振子强度和辐射寿命在实际的外部栅极场内变化超过一个数量级。我们还建立了一个简单的模型，捕捉背后的可调谐性的基本物理，并允许扩展的从头计算结果的大范围的电场。我们的工作阐明了双层vdW异质结构中层间激子的物理图像，并预测了二维光电子器件的宽范围的门可调激发态特性。
2017-12-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Strain and Electric Field Modulation of the Electronic Structure of Bilayer Graphene
利用密度泛函理论的{ \it ab initio}方法，采用LMTO和LAPW方法，研究了电场和应变对双层石墨烯（BLG）电子结构的影响.六方和Bernal堆叠结构被认为是。BLG是一种零能隙半导体，类似于石墨烯的隔离层。我们发现，而应变单独不产生的BLG中的间隙，电场这样做的Bernal结构，但不是在六方结构。带的拓扑结构导致狄拉克圆与线性色散的情况下的六边形堆叠的BLG由于狄拉克锥的相互渗透，而Bernal堆叠，色散是二次的。狄拉克圆的大小随着外加电场的增加而增加，这就产生了一种有趣的控制费米面的方法。由于层之间的极化电荷，外部电场被屏蔽，导致带隙和狄拉克圆的尺寸减小。筛选是实质性的，在这两种情况下和分歧的贝尔纳结构的小领域已经指出，由以前的作者。作为这项工作的一个双产品，我们提出了紧密结合的参数为独立的单层石墨烯通过拟合的密度泛函带，无论有和没有狄拉克锥的斜率约束。
2009-06-30 cond-mat.mtrl-sci
Tuning magnetic interactions of Co and 4$d$ transition-metal atomic bilayers on Re(0001) via interface engineering
该研究利用DFT和有效自旋哈密顿量，揭示Re(0001)上Co与Rh、Pd、Ru双层膜的组成及堆叠方式对交换、DMI和MAE的显著调控作用。
2023-12-07 cond-mat.mtrl-sci
Electric-field induced half-metallicity in a two-dimensional ferromagnetic Janus VSSe bilayer
本文通过DFT+U计算研究二维铁磁Janus VSSe双层，发现垂直电场可双向调控其带隙，并在0.18 V/Å下诱导出半金属性，为自旋电子器件提供候选材料。
2025-08-28 cond-mat.mtrl-sci
Facet-dependent giant spin orbit torque in single crystalline antiferromagnetic Ir-Mn / ferromagnetic permalloy bilayers
自旋轨道转矩的目的是操纵的铁磁（FM）薄膜或纳米元件的自旋电子技术的磁化已经有相当大的兴趣。自旋-轨道扭矩源自自旋电流，该自旋电流由扩散到相邻FM材料中的具有显著自旋-轨道耦合的材料中的电荷电流产生。已经进行了大量的努力来寻找表现出大的自旋霍尔角，即有效的电荷到自旋电流转换的候选材料。在这里，我们报告，使用自旋扭矩铁磁共振，观察到一个巨大的自旋霍尔角高达~0.35（100）取向的单晶反铁磁（AF）IrMn 3薄膜，耦合到铁磁坡莫合金层，和一个自旋霍尔角，约三倍小（111）取向的薄膜。对于（100）取向的样品，我们表明，自旋霍尔角的大小可以显着改变通过操纵的人口的各种AF域通过场退火。使用从头计算，我们表明，IrMn 3的三角形AF结构产生了实质性的固有自旋霍尔电导率，其（100）比（111）取向大三倍，与我们的实验结果一致。
2016-02-01 cond-mat.mtrl-sci
Quantitative comparison of electrically induced spin and orbital polarizations in heavy-metal/3d-metal bilayers
磁化强度的电控制对于集成自旋电子学器件至关重要。重金属/铁磁异质结构中的自旋轨道矩（SOT）已成为实现电流诱导磁化反转的有效工具。然而，SOT的微观起源一直存在争议，由于非局域自旋电流和自旋Rashba-Edelstein效应（SREE），由于在界面处的局部自旋极化的自旋霍尔效应（SHE）是主要的候选人。我们采用从头算电子结构方法和线性响应理论研究了纯Pt膜和Pt/3d金属（Co，Ni，Cu）双层膜中电诱导的非平衡自旋和轨道极化.我们计算原子分辨的响应量，使我们能够识别的诱导自旋极化的贡献，导致类场SOTs，主要与SREE，和阻尼（DL）SOTs，主要与SHE，并比较它们的相对大小，依赖于磁化方向，以及它们的Pt层厚度的依赖性。我们发现FL和DL分量都对Pt/Co和Pt/Ni界面处的SOT有贡献，前者在Pt界面层的贡献较大，后者在Co或Ni层中较大。我们的计算表明，电诱导的横向轨道极化是远远大于诱导自旋极化，即使没有自旋轨道耦合，在相反的自旋极化。
2021-06-14 cond-mat.mtrl-sci
Ab initio study on photocatalytic properties of PtSSe-WXY Janus heterostructures
该研究通过从头算方法评估Janus PtSSe与WXY构成的范德华异质结构的光催化性能，发现特定构型的PtSSe-WSeTe双层是HER、OER和CO₂还原的潜在光催化剂，而PtSSe-WSTe可探索用于热电或红外光伏。
2025-10-10 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Origin of unexpected weak Gilbert damping in the LSMO/Pt bilayer system
本文通过第一性原理与半经典分析揭示LSMO/Pt双层阻尼低于单层LSMO的成因，指出Pt分流抑制自诱导逆自旋霍尔效应，并提出通过调控自旋霍尔电导率比和自旋扩散长度来设计低损耗自旋轨道电子学异质结构的策略。
2025-08-19 cond-mat.mtrl-sci
Tuning Interfacial Water Friction through Moiré Twist
该研究使用基于从头算分子动力学数据训练的DP深度神经网络势，模拟扭转双层石墨烯上的界面水，揭示莫尔扭转角接近魔角时摩擦增大、扩散降低及AA/AB堆叠区域占据差异。
2023-12-11 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph physics.comp-ph
Ab initio Ultrafast Spin Dynamics in Solids
自旋弛豫和退相干是自旋电子学和基于自旋的量子信息科学的核心。目前，理论方法，可以准确地预测自旋弛豫的一般固体，包括必要的散射途径，并能够为ns到ms的模拟时间是迫切需要的。我们提出了一种基于Lindblad动力学的第一性原理实时密度矩阵方法来模拟一般固态系统的超快自旋动力学。通过对泵浦、探测和散射过程的完整的第一性原理描述，包括电子-声子、电子-杂质和电子-电子散射的自洽电子自旋-轨道耦合过程，我们的方法可以直接模拟在任何温度和掺杂水平下的超快泵浦-探测测量。我们首先将这种方法应用到一个典型的系统GaAs，并获得良好的协议与实验。我们发现，不同的散射机制和声子模式的相对贡献有很大的不同自旋和载流子弛豫过程。与以前基于模型哈密顿量的工作形成鲜明对比，我们指出，电子-电子散射在室温下是可以忽略不计的，但在低温下成为主导的自旋弛豫在n型GaAs。我们进一步研究超快动力学在新型自旋valleytronic材料-单层和双层WSe 2与现实的缺陷。我们发现，自旋弛豫是高度敏感的局部对称性和周围的缺陷的化学键。我们的工作为固体自旋动力学提供了一个预测性的计算平台，这对于设计自旋电子学和量子信息技术的理想新材料具有前所未有的潜力。
2021-09-30 cond-mat.mtrl-sci quant-ph
