Non-linear alloying and strain effects on trivial-topological and semimetal-semiconductor transitions in Bi$_{1-x}$Sb$_x$
采用近似的DFT-1/2准粒子方案、能带结构展开和广义准化学近似描述化学和结构无序,从第一性原理出发研究了Bi $_{1-x}$ Sb $_x$合金的电子结构.我们计算了费米能级附近的重要能级与Sb浓度$x$的关系,其中平凡拓扑(TT)和半金属半导体(SMSC)的转变发生。我们证明了相关状态的能量变化偏离线性行为显着,并且bowings是重要的,正确地描述临界成分。简要讨论了应变对能级的影响。它的结论是施加在锑原子上的应变的类型或符号在合金的生长过程中应在很大程度上取决于它的组成。
2017-11-23 cond-mat.mtrl-sci
Probing the semiconductor-to-dirac semimetal transition in Na-Sb-Bi alloys with x-ray Compton scattering
本研究结合x射线Compton散射实验与第一性原理建模,探究了Na-Sb-Bi合金中半导体到Dirac半金属的转变,提出量化自旋-轨道耦合强度的新描述符,并验证了理论与实验的一致性。
2025-06-25 cond-mat.mtrl-sci
Semiconductor, topological semimetal, indirect semimetal, and topological Dirac semimetal phases of Ge$_{1-x}$Sn$_{x}$ alloys
用非局域经验赝势方法研究了Ge $_{1-x}$ Sn $_{x}$合金(0 $\leq$ $x$ $\leq$ 1)的电子结构.对于弛豫的Ge $_{1-x}$ Sn $_{x}$,发现$\textit x$ $>$ 41 $\%$在$Γ$点为拓扑半金属,具有无带隙和带反转,而在$x$ = 8.5 $\%$处存在间接-直接带隙跃迁.对于Ge衬底上的应变Ge $_{1-x}$ Sn $_{x}$,$x$ $>$ 43 $\%$出现具有负间接带隙的半金属,并且对于$x$ $<$ $\%$,Ge上的应变Ge $_{1-x}$ Sn $_{x}$总是间接带隙半导体。在适当的双轴压缩应变下,发现了拓扑狄拉克半金属,在$Γ$处有能带反转,沿[001]方向有一对狄拉克锥.
2017-02-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Metal-chalcogen bond-length induced electronic phase transition from semiconductor to topological semimetal in ZrX$_2$ (X = Se and Te)
采用角分辨光电子能谱(ARPES)和密度泛函理论(DFT)计算方法,研究了体相ZrTe $_2$的低能电子结构.对ZrTe $_2$的ARPES研究表明,在费米能级上存在自由载流子,这一点得到了DFT计算的进一步证实。从ARPES数据估计的空穴和电子载流子密度的相等数量,点ZrTe $_2$的半金属。DFT计算进一步表明在$Γ$点处Te $p$和Zr $d$态之间的能带反转,暗示了ZrTe $_2$中的非平凡能带拓扑。因此,我们的研究第一次明确地表明,ZrTe $_2$是一种拓扑半金属。此外,比较能带结构的研究是在ZrSe $_2$上进行的,其示出了在$Γ(A) $和$M (L)$高对称点之间具有0.9 eV的间接带隙的电子结构的半导体性质。在下文中,我们表明金属-硫族元素键长在从半导体到拓扑半金属的电子相变中起关键作用,所述拓扑半金属从ZrSe $_2$进入到ZrTe $_2$。
2019-07-09 cond-mat.mtrl-sci
Ideal near-Dirac triple-point semimetal in III-V semiconductor alloys
尽管人们对拓扑材料越来越感兴趣,但实验合成并将其与其他材料集成的困难一直是限制获得其独特性能的主要障碍之一。最近在合成晶体材料亚稳相方面的进展有助于克服这一障碍,并为实验研究和操纵能带拓扑提供了新的平台。由于III-V族半导体具有广泛的功能材料应用(包括光电子器件、发光二极管和高效太阳能电池),并且由于Bi掺杂的III-V族材料可以通过离子注入和离子截止方法合成,因此我们重新审视Bi替代在亚稳态III-V族半导体中的作用。通过第一性原理计算,我们发现在纤锌矿结构的III-V族材料中,Bi替代可以导致能带反转现象,并诱导出非平凡的拓扑性质.具体地说,我们确定GaBi和InBi是Dirac-Weyl半金属,其特征是Dirac点和Weyl点共存; $\text{GaAs}_{0.5} \text{Bi}_{0.5}$,$\text{GaSb}_{0.5} \text{Bi}_{0.5}$,$\text{InSb}_{0.5} \text{Bi}_{0.5}$是三相点半金属,其特征是在费米能级上有两组“近Dirac”三相点.这些实验上可获得的铋基拓扑半金属可以集成到功能III-V族材料的大家族中,用于异质结构的实验研究和未来的光电应用。
2019-11-05 cond-mat.mtrl-sci
Pressure-dependent Semiconductor to Semimetal and Lifshitz transitions in 2H-MoTe$_2$: Raman and First-principles studies
体2 H-MoTe $_2$高达$\sim$ 29 GPa的高压拉曼光谱显示出两个相变(在$\sim$ 6和16.5 GPa),这是使用第一性原理密度泛函理论计算分析。在6 GPa的转变是由A $_{1g}$和E $^{1}_{2g}$拉曼模式频率的压力系数以及它们的相对强度的变化来标记的。我们的计算表明,这是一个同构的半导体到半金属的过渡。在$\sim$ 16.5 GPa的转变被确定与拉曼模式的线宽的变化,以及在其频率的压力系数。我们的理论分析清楚地表明,结构保持不变,高达30 GPa。然而,费米面的拓扑结构的演变作为压力的函数,和突然出现的电子和空穴口袋P $\sim$ 20 GPa标志着一个Lifshitz转变。
2017-02-01 cond-mat.mtrl-sci
Structural Semiconductor-to-Semimetal Phase Transition in Two-Dimensional Materials Induced by Electrostatic Gating
通过原子结构变化动态控制电导率和光学性质在信息存储中具有巨大的技术重要性。能量消耗的考虑提供了在装置中采用薄材料的驱动力。单层过渡金属二硫属化物是几乎原子级薄的材料,其可以以多种晶体结构存在,每种晶体结构具有不同的电学性质。使用密度泛函方法,我们发现,静电门控器件配置有可能驱动结构的半导体到半金属相变在一些单层过渡金属dichalcogenides。这是第一次,我们表明,这种相变的动态控制可以实现精心设计的电子器件。我们发现,在单层MoTe 2的半导体到半金属相变可以驱动的栅极电压的几个伏特与适当的选择的电介质。在单层TaSe 2的结构转变预测发生在类似的条件下。虽然这两种材料所需的场的大小是大的,我们发现,可以通过合金化,例如MoxW 1-xTe 2单层的过渡的栅极电压任意降低。我们已经开发了一种方法计算单层材料的相图相对于电荷和电压,通过比较直接计算和实验测量验证。我们的研究结果确定了一种新的物理机制,不存在于散装材料,动态控制结构相变在二维材料,使相变电子器件的潜在应用。
2016-01-15 cond-mat.mtrl-sci
Transport properties of semimetallic transition metal dichalcogenides
外尔半金属需要时间反演对称性(TRS)或晶格反转对称性的破缺。当TRS和反演对称共存时,可能存在一对简并的Weyl点,导致相应的Dirac半金属相。换句话说,狄拉克半金属态可以看作是外尔半金属态的两个副本。在本论文中,我们研究碲基化合物,如Weyl半金属候选MoTe 2和狄拉克半金属候选PtTe 2的过渡金属二硫族化合物的家庭。
2018-07-22 cond-mat.mtrl-sci
Field-Induced Insulator to Semimetal Transition and Field Electron Emission of Nanorods of Semiconductors of Wide Energy Band Gaps
从理论上可以发现宽能带隙半导体纳米棒的场致发射效应。如果纳米棒具有包含大量局域态的薄表面层,则纳米棒的一部分可以在平行于其轴的方向的足够高的场下表现出绝缘体到半金属的转变,使得场发射发生在金属样尖端的顶点处。以碳化硅纳米棒为例,研究了其场发射特性,结果与实验结果定性一致。
2005-11-17 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
The optical absorption in indirect semiconductor to semimetal PtSe2 arises from direct transitions
该研究通过定量比较实验与DFT模拟,证明PtSe2的光吸收源于直接跃迁,而非间接跃迁,并揭示了半导体到半金属转变及堆叠和激子的影响。
2024-08-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Topological Dirac semimetal phases in InSb/$α$-Sn semiconductor superlattices
基于先进的第一性原理计算和低能$k\cdot p$理论,我们从理论上证明了在InSb/$α$-Sn常规半导体超晶格中Dirac半金属相和拓扑绝缘体相的共存.通过适当的界面设计,当沿{[}111{]}方向生长时,会出现较大的界面极化。这种本征极化静电场的存在大大减小了带隙,最终导致能带结构反转,形成了拓扑Dirac半金属相,在$Γ$点附近沿(111)晶向出现了一对Dirac节点。在(100)投影面上观察到清晰的表面态和费米弧。此外,我们还发现了一个二维的拓扑绝缘体相,其非平凡带隙接近70 meV,这使得在室温下观察到量子自旋霍尔效应成为可能.我们的建议为通过适当的界面设计实现在传统半导体超晶格中共存的拓扑非平凡相铺平了道路。
2016-07-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Weyl semimetal phase in solid-solution narrow-gap semiconductors
本文从理论上研究了具有强自旋-轨道相互作用的磁掺杂固溶体窄隙半导体如Cr掺杂Bi $_2$(Se $_x$ Te $_{1-x}$)$_3$中的铁磁有序。我们计算了杂质和巡游电子的自发磁化强度,并估计了临界温度作为磁性掺杂剂浓度和自旋轨道相互作用强度的函数。发现临界温度与掺杂浓度成正比,且随自旋轨道相互作用的增强而提高。铁磁相变可以使系统转变为具有动量空间中分离的一对外尔点的外尔半金属。
2014-04-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Constraints on proximity-induced ferromagnetism in a Dirac semimetal (Cd$_3$As$_2$)/ferromagnetic semiconductor (Ga$_{1-x}$Mn$_x$Sb) heterostructure
该研究综合表征分子束外延生长的Cd$_3$As$_2$/Ga$_{1-x}$Mn$_x$Sb异质结构,并利用极化中子反射率约束Cd$_3$As$_2$中邻近诱导磁化的上限。
2023-06-01 cond-mat.mtrl-sci
Half-metallic Ferromagnets, Spin Gapless Semiconductors, and Topological Semimetals Based on Heusler Alloys
综述了Heusler合金在半金属铁磁体、自旋无隙半导体和拓扑半金属状态下的电子结构、电子和磁性的理论和实验研究。这些物质具有不寻常的、对外界影响高度敏感的磁性和电子特性,这与它们中存在的能隙和外来激发有关。在这些状态中的每一个,以及在它们之间的过渡的电子结构和性质的行为和演变的功能,被认为是。有目的地控制这些材料的性能的可能性对于它们的实际应用是有前景的。
2021-11-29 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Multiplets Matter: The Electronic Structure of Rare-Earth Semiconductors and Semimetals
我们证明了一个理论框架,充分纳入原子内的相关性和多重态结构的本地化4f状态是必需的,以捕捉稀土半导体和半金属的基本物理。我们特别关注稀土半金属砷化铒(ErAs),有效的单电子方法无法提供一个一致的图片高,低能量的电子状态。在动力学平均场论的框架内,我们在原子近似下处理Er 4f壳层的多体态。我们的结果的磁场依赖性的4f本地矩,多重态的光电子能谱的影响,和交换分裂的费米表面口袋从Shubnikov-de Haas振荡测量,被发现是在很好的协议与实验结果。
2008-07-22 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Turning ZrTe5 into semiconductor through atomic intercalation
本文采用液氨法成功地将钾原子嵌入到ZrTe 5单晶中,并在低温下发现了从半金属到半导体的转变。随着钾离子浓度的增加,电阻反常峰逐渐被抑制,最后消失。同时,在霍尔电阻测量中总是观察到相应的符号反转。我们尝试性地将半金属-半导体转变归因于原子嵌入引起的晶格膨胀,从而导致更大的能带隙。
2019-03-02 cond-mat.mtrl-sci
Pseudo anomalous Hall effect in semiconductors and semimetals: A classical perspective
本文通过多谷模型分析证明半导体和半金属中看似反常的霍尔效应非线性可由经典洛伦兹力机制完全解释,并以ZrTe₅为例验证其贡献不可忽略。
2025-06-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Quantum Hall effect and semiconductor to semimetal transition in biased black phosphorus
研究了在垂直电场和磁场作用下黑磷中二维电子气的量子霍尔效应。在没有偏置电压的情况下,外部磁场导致能谱量子化为等距朗道能级,电子和空穴带具有不同的回旋频率。所施加的电压减小带隙,并且最终发生半导体到半金属的转变。这个非平凡的阶段的特点是出现了一对狄拉克点的频谱。因此,朗道能级不再是等距的,而是遵循狄拉克晶体作为石墨烯的$\varepsilon_n\propto \sqrt{nB}$特性。通过使用Kubo-Bastin公式在核多项式方法的背景下,我们计算的霍尔电导率的系统。我们得到了一个$σ_{xy}\propto 2n$量子化的霍尔电导率在带隙相(标准量子霍尔效应制度),和一个$σ_{xy}\propto 4(n+1/2)$量子化的半金属相,狄拉克系统的特征与非平凡的拓扑结构。
2016-06-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Electronic structure tuning via surface modification in semimetallic nanowires
采用密度泛函理论和微扰$GW$方法研究了直径为1.5 nm和3 nm的半金属$α$-Sn纳米线的电子结构性质.我们探讨了电子亲和势,能带结构和带隙值与晶体取向,NW横截面尺寸和表面钝化剂的电负性的依赖关系。在我们的研究中,我们考虑了四种化学末端:甲基($\rm{CH_3}$)、氢($\rm{H}$)、羟基($\rm{OH}$)和氟($\rm{F}$)。结果表明,具有不同表面钝化剂的纳米线的SnNWs的核心内的Sn-Sn键的高度弹性与没有显着的结构变化。在布里渊区中心的直接带隙被发现与准粒子校正的带隙幅度范围从0.25 eV至3.54 eV的1.5 nm直径的结构,表明一个特殊的范围内的半金属纳米线的性能低于半金属-半导体过渡的研究结构。由表面钝化剂的变化引起的带隙变化表明在具有恒定横截面和晶体取向的NW中实现半金属-半导体界面的可能性,从而允许设计新颖的无掺杂剂NW基电子器件。
2016-12-08 cond-mat.mtrl-sci
Crossover from 2D metal to 3D Dirac semimetal in metallic PtTe2 films with local Rashba effect
自从在块状晶体中发现第二类狄拉克费米子以来,具有三角结构的PtTe 2和PtSe 2引起了广泛的研究兴趣。从三维拓扑半金属到二维原子薄膜的电子结构演化是一个重要的科学问题。虽然已经报道了PtSe 2从体材料中的3D II型狄拉克半金属到单层(ML)膜中的2D半导体的转变,但到目前为止,原子级薄PtTe 2膜的电子结构的演变仍然未被探索。在这里,我们报告了一个系统的角度分辨光电子能谱(ARPES)的电子结构的高品质PtTe 2薄膜的分子束外延生长的厚度从2 ML至6 ML的研究。ARPES测量表明,PtTe 2膜仍然保持金属,甚至下降到2 ML的厚度,这是在形成鲜明对比的几层PtSe 2膜的半导体性质。此外,从二维金属到三维II型狄拉克半金属的过渡发生在4-6 ML的膜厚度。此外,Spin-ARPES测量揭示了螺旋自旋织构诱导的局部Rashba效应在体PtTe 2晶体,这表明类似的隐藏自旋也预计在一些单层PtTe 2薄膜。我们的工作揭示了从二维金属到三维拓扑半金属的转变,并为研究具有局部Rashba效应的金属二维薄膜提供了新的机会。
2019-06-14 cond-mat.mtrl-sci
Mobility induced unsaturated high linear magnetoresistance in transition-metal monopnictides Weyl semimetals
半金属过渡金属氧化物中Weyl费米子的发现是凝聚态物理的重大突破。Weyl半金属的特征是存在鲁棒Weyl点和费米弧形式的非闭合拓扑表面态。Weyl半金属过渡族铌酸盐的四种化合物,即NbP、TaP、NbAs和TaAs,都表现出极高的迁移率和不饱和的高磁电阻(MR)。例如,NbP在1.85 K时的MR值为8.5x10^5%,TaAs在3 K、9 T时的MR值为1.5x10^5%。NbP在2 K下也实现了非常低的残余电阻率值0.63微欧姆cm,这是由于抑制了散射,导致超高迁移率5x10^6 cm^2/Vs。有趣的是,我们发现这些化合物的迁移率对于如此大的MR起着重要的作用。
2016-06-21 cond-mat.mtrl-sci
Fully spin-polarized nodal loop semimetals in alkaline-metal monochalcogenide monolayers
铁磁材料中的拓扑半金属由于在自旋电子学中的潜在应用而引起了人们的极大关注。利用第一性原理密度泛函理论和有效晶格模型,在碱金属单硫族化合物$MX$($M$ = Li,Na,K,Rb,Cs; $X$ = S,Se,Te)单分子膜中提出了一类新的具有完全自旋极化节环的拓扑半金属.在$MX$单分子膜中,在费米能级处发现由两个自旋分量相同的交叉带形成的节环,从而建立了半金属铁磁性。由于$\mathcal{M}_{z}$镜面提供的对称性保护,即使考虑自旋-轨道耦合,这种节环半金属也能存活。通过将自旋从面外方向旋转到面内方向,也可以实现该系统中的量子反常霍尔态和类外尔半金属。因此,具有丰富拓扑相的$MX$单分子膜为实现先进的自旋电子学概念提供了一个极好的材料平台。
2019-03-26 cond-mat.mtrl-sci
Low Carrier Density Metal Realized in Candidate Line-Node Dirac Semimetals CaAgP and CaAgAs
我们研究多晶样品的六方磷属元素,CaAgP和CaAgAs,这两者都是理想的候选人线节点狄拉克半金属。在本研究中获得的CaAgP和CaAgAs多晶样品是低载流子金属,其中空穴载流子占主导地位。通过结合霍尔系数估计的空穴载流子密度和电子结构计算的第一性原理计算,发现两个样品都有一个环环面费米面,来自一个环形的狄拉克线节点。在磷化物样品中,费米能级EF位于电子带线性色散区的末端附近,而在砷化物样品中,费米能级EF位于该区域的中部,这表明砷化物是一个更有希望揭示线结狄拉克半金属物理的体系.
2016-11-02 cond-mat.mtrl-sci
Edge states of Floquet-Dirac semimetal in a laser-driven semiconductor quantum-well
在广泛的凝聚态系统中观察到的能带交叉被认为是理解低能量费米子激发的关键,这些激发表现为无质量的狄拉克粒子。尽管在这一领域取得了快速的进展,但对非平衡拓扑态的探索仍然很少,它有潜在的能力提供一个新的平台,创造意想不到的无质量狄拉克态。在这里,我们表明,在一个半导体量子阱驱动的连续激光与线偏振,光学斯塔克效应进行体带交叉,和由此产生的Floquet-Dirac半金属相支持一个非常规的边缘状态下,在投影的一维布里渊区的边界条件下,电子被限制在垂直于激光偏振的方向。此外,我们发现,这种边缘状态介导的拓扑和非拓扑边缘状态,这是由调谐激光强度所造成的过渡。我们还发现,在不同的边界条件下,边缘态的性质发生了显著的变化。发现这种差异是由于在体布里渊区中高对称点之间的某个中间区域存在着近四倍的简并点。
2020-12-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Thickness-Dependent Spintronic Terahertz Emission in MBE-Grown PtTe$_2$: From Semiconductor to Type-II Dirac Semimetal
Univ. Grenoble Alpes, CEA, CNRS, IRIG-SPINTEC(格勒诺布尔阿尔卑斯大学、法国原子能和替代能源委员会、法国国家科学研究中心、IRIG自旋技术中心);Centre for Nanodiagnostics of Materials, Faculty of Materials Science and Technology, Slovak University of Technology(材料纳米诊断中心、材料与科技学院、斯洛伐克科技大学)
通过分子束外延生长单层精度的PtTe$_2$薄膜,研究其厚度驱动的电子相变对自旋电子太赫兹发射的影响,发现发射强度随厚度非单调变化,在10 ML时达到峰值,归因于拓扑表面态和界面Rashba劈裂的多通道自旋-电荷转换机制。
2026-05-21 cond-mat.mtrl-sci
I4/mcm-Si$_{48}$: An Ideal Topological Nodal-Line Semimetal
拓扑半金属由于其奇异的物理性质和巨大的应用潜力而引起了人们的广泛关注。硅基TMS因其高丰度、无毒性以及与当前半导体工业的天然兼容性而尤为重要。利用可转移紧束缚和DFT HSE计算,从成千上万种硅同素异形体中筛选出一种理想的低能拓扑半金属(TNLSM)硅(I4/mcm-Si $_{48}$),它在费米能级处具有干净的带交叉.形成能、声子色散、从头算分子动力学和弹性常数的计算结果表明,I4/mcm-Si 48具有良好的稳定性,比几种合成的硅结构更稳定。通过对对称性的分析,发现I4/mcm-Si 48的拓扑谱线受到镜像对称性、反转、时间反演和SU(2)自旋旋转对称性的保护,并观察到近似平坦的鼓面状表面谱。此外,I4/mcm-Si 48还表现出奇异的光电性质,低能光子可以激发出具有高费米速度(3.4 $\sim$ 4.36 $\times$ 10 $^5$ m/s)的狄拉克费米子。我们的研究为基础研究和在高速光电器件中的潜在实际应用提供了一种很有前途的拓扑半导体线半金属。
2022-02-22 cond-mat.mtrl-sci
Magnetostriction of metals with small Fermi-surface pockets: Case of the topologically trivial semimetal LuAs
本文发展了适用于小费米面口袋金属的磁致伸缩理论,并以LuAs为例验证了理论对实验数据的良好描述,证明膨胀测量法可探测传统量子振荡方法无法分辨的微小费米面口袋。
2024-02-22 cond-mat.mtrl-sci
First-principles theory of infrared vibrational spectroscopy in metals and semimetals: application to graphite
在含时密度泛函微扰理论的框架下,我们发展了一种从头计算方法来模拟金属体系的红外振动响应。通过引入一个广义的频率相关玻恩有效电荷张量,我们证明了金属反射率中的声子峰总是可以用Fano函数来描述,其形状由频率相关有效电荷和电子介电张量的复杂性质决定.石墨的红外振动特性,选择作为一个代表性的测试案例,基准我们的方法,被发现准确地再现。我们的方法提供了一个第一原理方案的预测和理解的红外反射光谱的金属,这可能是为数不多的可用工具的调查这些材料时,受到极高的压力条件。
2021-03-17 cond-mat.mtrl-sci
Generating Weyl semimetals from alkali metals
我们报告发现的时间反演对称Weyl半金属通过修改模型哈密顿描述传统的碱金属的电子性质。人工生成的外尔半金属在其体能带结构中具有四个孤立的外尔节点,并显示出由拓扑保护表面态产生的特征表面费米弧。外尔半金属是介于传统带状绝缘体和三维拓扑绝缘体之间的中间态。从传统金属生成拓扑外尔半金属,开辟了一条新的途径,对简单材料托管外尔费米子的确定性设计。
2018-04-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Thickness-Dependent Interlayer Coupling and Semiconductor-to-Semimetal Crossover in Arsenene Multilayers
The Anthony J. Leggett Institute for Condensed Matter Theory, Department of Physics, University of Illinois at Urbana-Champaign(伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校);Materials Science and Technology Division, Oak Ridge National Laboratory(橡树岭国家实验室);Research Center for Technology Commercialization, Korea Institute of Science and Technology Information (KISTI)(韩国科学技术信息研究院)
通过扩散量子蒙特卡洛和密度泛函理论计算,发现砷烯多层膜中层间耦合随厚度变化,导致从半导体到半金属的转变,并预测了堆叠序列的厚度驱动转变。
2026-06-19 cond-mat.mtrl-sci
Semimetal-to-semiconductor transition and charge-density-wave melting in $1T$-TiSe$_{2-x}$S$_x$ single crystals
过渡金属二硫属化物$1T$-TiSe $_2$是一种准二维层状材料,在临界温度T $_{c}\approx 200$ K下具有朝向相称电荷密度波(CDW)的相变。CDW不稳定性的起源与正常态的半金属或半导体性质之间的关系,即,与非重建费米表面拓扑,仍然难以捉摸。结合角分辨光电子能谱(ARPES)、扫描隧道显微镜(STM)和密度泛函理论(DFT)计算,我们研究了$1T$ -TiSe $_{2-x}$ S $_x$单晶.使用STM,我们首先表明,长程相位相干CDW状态是稳定的,对浓度至少高达$x=0.34$的S取代。然后,ARPES测量揭示了一个缓慢的,但连续的减少之间的重叠的电子和空穴($e$ - $h$)带的半金属正常状态以及再现的DFT和相关的CDW序参数和$T_c$的轻微减少。我们的DFT计算进一步预测在较高的临界S浓度$x_c$ =0.9 $\pm$ 0.1,这与STM测量的TiSeS中的熔融CDW状态相一致的正常状态的半金属到半导体的转变。最后,我们合理化的$x$ -依赖的$e$ - $h$带重叠的等价取代引起的竞争化学压力和电荷本地化效应。我们的研究强调了$e$-$h$带重叠对CDW不稳定性的关键作用.
2018-12-05 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Surface States in Strain-Induced Nodal-Line Topological Semiconductors
Centro de Física de Materiales (CFM-MPC), Centro Mixto CSIC-UPV/EHU(材料物理中心(CFM-MPC),CSIC-UPV/EHU联合中心);Departamento de Polímeros y Materiales Avanzados: Física, Química y Tecnología, Facultad de Química, University of the Basque Country UPV/EHU(巴斯克大学化学学院先进聚合物与材料系:物理、化学与技术);Donostia International Physics Center (DIPC)(圣塞巴斯蒂安国际物理中心(DIPC));IKERBASQUE, Basque Foundation for Science(伊克尔巴斯基克,巴斯克科学基金会);Department of Physics and Astronomy, Ohio University(俄亥俄大学物理与天文学系)
本文利用Luttinger哈密顿模型研究应变和自旋轨道耦合下反转带隙半导体的拓扑相图,推导表面态的解析解,揭示表面态在相边界处的连续演化,并发现投影节线处表面态色散的非解析性。
2026-05-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Detection of Weyl Fermions and the Metal to Weyl-Semimetal phase transition in WTe$_2$ via broadband High Resolution NMR
第二类外尔半金属(WSM)WTe $_2$中的外尔费米子(WFs)在实验上很难分辨,因为外尔带在(E-k)空间的一个非常窄的区域内分散。在这里,通过使用DFT辅助的高分辨率$^{125}$ Te固态NMR(ssNMR)的温度范围内的$50$ K - $700$ K,我们成功地检测到低能量WF激发,并监测其随温度的演变。值得注意的是,WF出现在T $\sim 120$ K;在较低的温度下,WTe $_2$表现为金属。这种有趣的金属-WSM相变是由费米能级随温度的快速升高引起的,仅穿过低T金属相中的电子和空穴袋,而穿过节点附近的Weyl带-这是WFs出现的先决条件-仅对于T $>120$ K。
2021-12-06 cond-mat.mtrl-sci
Thermoelectric response across the semiconductor-semimetal transition in black phosphorus
本研究通过压力调控黑磷实现半导体到半金属的转变,追踪塞贝克系数演化,利用珀尔帖电导率揭示本征热电响应,阐明载流子散射对塞贝克系数的关键作用。
2023-08-15 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Quadratic contact point semimetal: Theory and material realization
大多数金属的电子性质仅由费米能级附近的低能态决定,对于拓扑金属/半金属,这些低能态由于其不寻常的能量色散和涌现的赝自旋自由度而变得独特。在这里,我们提出了一类材料,被称为二次接触点(QCP)半金属。在这些材料中,导带和价带在布里渊区中的孤立点处接触,在布里渊区周围,带色散沿所有三个方向是二次的。我们表明,在没有/存在的自旋-轨道耦合,可能存在三重/四重简并QCP的晶体对称性的保护。我们构建了有效的模型来描述这些QCP附近的低能费米子。在强磁场作用下,与通常的三维电子气不同,朗道谱出现了非常规的特征。QCP半金属相与各种拓扑相相邻。例如,通过塞曼场或晶格应变打破对称性,它可以转化为具有外尔点和双外尔点的外尔半金属、Z2拓扑绝缘体/金属或狄拉克半金属。通过第一性原理计算,我们确定了现实的材料Cu 2Se和RhAs 3作为QCP半金属的候选者。
2018-09-20 cond-mat.mtrl-sci
Photocurrents induced by k-linear terms in semiconductors and semimetals
Ioffe Institute(约费研究所)
本研究构建含自旋轨道耦合与k线性Rashba项的六能带k·p模型,结合紧束缚计算参数化,揭示手性多重简并半金属的带间吸收谱特征与圆光生伏打效应的量子化低频响应,为其光电性质研究提供分析框架。
2025-10-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Metal-to-insulator transition in oxide semimetals by anion doping
本文通过原位阴离子掺杂在氧化物半金属SrNbO3中实现金属-绝缘体转变,氮掺杂使室温电阻率提升超三个数量级,第一性原理计算表明氮浓度达1/3时导带上移导致转变,揭示了阴离子工程调控拓扑半金属物性的潜力。
2023-11-28 cond-mat.mtrl-sci
Enabling P-type Conduction in Bilayer WS2 with NbP Topological Semimetal Contacts
针对p型WS2晶体管因深价带和带隙中间态难以实现的问题,提出利用拓扑半金属NbP作为双层WS2的p型接触,在室温下实现创纪录的5.8 μA/μm空穴电流,且该室温溅射工艺与CMOS兼容。
2024-09-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Semimetal Contacts to Monolayer Semiconductor: Weak Metalization as an Effective Mechanism to Schottky Barrier Lowering
本文通过第一性原理计算系统研究了 Bi 和 Sb 与六种单层 TMDC 半导体的接触特性,揭示弱金属化诱导的 MIGS 可有效降低 n 型肖特基势垒,并提出修正的 Schottky-Mott 规则,为二维半导体器件电极选择提供理论依据。
2022-12-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
A New Two-Dimensional Dirac Semimetal Based on the Alkaline Earth Metal, CaP$_3$
使用进化算法结合第一性原理密度泛函理论计算,我们确定二维(2D)的CaP $_3$单层作为一个新的狄拉克半金属由于反转和非对称的空间对称性的结构。这种由轻元素组成的新拓扑材料具有高的结构稳定性(高于文献中已知的相),这通过热力学和动力学稳定性分析得到证实。此外,它满足电子填充准则,因此它的狄拉克态位于费米能级附近。理论对称性分析所预言的狄拉克态的存在也被第一性原理电子能带结构计算所证实。我们发现,狄拉克态的能量位置可以通过应变调谐,而狄拉克态是不稳定的外部电场,因为它打破了空间反演对称性。我们的研究结果将有助于基于轻元素的二维狄拉克费米子在纳米电子器件和拓扑电子学中的应用。
2023-03-02 cond-mat.mtrl-sci
Observation of tunable bandgap and anisotropic Dirac semimetal state in black phosphorus
黑磷由磷烯的堆叠层组成,磷烯是一种具有前景的器件特性的二维半导体。我们报道了利用原位表面掺杂技术在少层掺钾黑磷中实现宽可调带隙。通过能带结构的测量和计算,我们证明了一个垂直的电场从掺杂剂调制的带隙由于巨大的斯塔克效应和调谐的材料从一个中等的间隙半导体带反转半金属。在这个带反转的临界场,材料变成具有各向异性色散的狄拉克半金属,在扶手椅上线性,在Z字形方向上二次。黑磷的可调谐能带结构可以允许在电子和光电子器件的设计和优化中具有很大的灵活性。
2015-08-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Surface-state Coulomb repulsion accelerates a metal-insulator transition in topological semimetal nanofilms
纳米尺度量子化的出现,量子尺寸效应(QSE),允许灵活控制物质,是先进功能的丰富来源。半个世纪前,铋被预测为半金属纳米膜中的绝缘相的QSE诱导的转变,并重新获得了新的兴趣,其表面状态表现出非平凡的电子拓扑结构。在这里,我们揭示了一个意想不到的过渡机制,高分辨率角分辨光电子能谱学结合理论计算。量子化能级的反常演化和简并表明,随着厚度的减小,来自表面态的库仑排斥的增加使量子限制势变形。势的形变极大地调制了量子化波函数的空间分布,这导致了跃迁的加速,甚至超过了原始的QSE图像。这一发现建立了铋长期讨论的问题的全貌,并突出了一类新的尺寸效应在金属表面态系统中主导纳米级传输。
2020-01-30 cond-mat.mtrl-sci
Bulk and surface electronic states in the dosed semimetallic HfTe$\boldsymbol{_2}$
层状材料与碱金属的剂量已成为ARPES实验中常用的策略。然而,在这种情况下,在结构上和电子上究竟发生了什么,仍然是一个有争议的问题。在这里,我们进行了系统的研究1 T-HfTe $_2$,一个典型的半金属过渡金属二硫族化物家庭。利用光子能量依赖角分辨光电子能谱(ARPES),我们研究了这种材料的电子结构作为钾(K)沉积的函数。从k $_z$图中,我们观察到电子给药后的2D色散带的出现,带的锐度增加,与最顶层的波函数限制一致。在我们最高剂量的情况下,出现了单层样的电子结构,可能是由于碱金属的嵌入。在此,通过使最上面的价带低于$E_F$,我们可以直接测量$\sim$ 0.2 eV的带重叠。然而,即使在相当大的剂量后,3D块状状态仍然对光谱有贡献。我们的工作提供了一个参考点,越来越流行的研究碱金属配量的半金属使用ARPES。
2020-06-07 cond-mat.mtrl-sci
Energetic disorder at the metal/organic semiconductor interface
有机半导体的物理学主要是由能量无序效应所决定的。我们发现,图像力减少了静电分量的总能量障碍附近的界面与金属电极。典型地,在与金属电极相邻的有机半导体分子的前几层处,能量无序的变化显著降低。电荷注入到有机半导体的影响进行了讨论。
2005-06-29 cond-mat.mtrl-sci
A unique metal-semiconductor interface and resultant electron transfer phenomenon
从n型半导体到肖特基金属颗粒的不寻常的电子转移现象已经被识别,这是当金属颗粒从半导体衬底生长时产生的独特的金属半导体界面的结果。独特的界面作为一个单向(整流)开放的网关,并首次确定在还原金红石多钛白(n型半导体)的第VIII族(贵)金属颗粒。界面显著影响肖特基势垒高度,导致电子基于它们各自的功函数从还原的金红石型钛白(TiO 2)转移到金属颗粒。结果是在金属颗粒上产生负电荷,其具有足够的大小和持续时间以提供金属颗粒的阴极保护以防止表面氧化。
2012-02-26 cond-mat.mtrl-sci
Single-Dirac-Cone topological surface states on pseudo-IV-VI-semimetal/semiconductors: Thallium-based III-V-VI2 Ternary Chalcogenides
我们已经研究了几个类的强自旋轨道硫族化物有关的(Pb,Sn)Te系列研究与狄拉克费米子物理在20世纪80年代。第一性原理计算表明,三元硫族化合物TlBiX $_2$和TlSbX $_2$(X=Te,Se,S)系列在某些选择性表面上具有单一狄拉克锥的小带隙拓扑绝缘体,而等结构和等电子的银基AgBiX $_2$和AgSbX $_2$(X=Te,Se,S)系列则没有。我们发现,几个Tl-化合物是在附近的拓扑临界点。我们确定精确的表面终止,实现了单一的狄拉克锥。单狄拉克锥表面被证明是相关的终止,最大限度地减少悬挂键合效应有利于ARPES实验。我们的结果进一步表明,这类拓扑半金属可能具有与CuxBi_2Se_3(T_c ~ 4K)类似的奇宇称拓扑超导体.
2010-03-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Controlling magnetoresistance by tuning semimetallicity through dimensional confinement and heteroepitaxy
通过能带结构工程控制电子特性是现代半导体器件的核心。在这里,我们将这个概念扩展到半金属,利用LuSb作为模型系统,我们表明,量子限制升降机载流子补偿和差异影响的电子和空穴类载流子的迁移率,导致其大的,非饱和的磁阻行为的强烈修改。半金属(LuSb)和半导体(GaSb)异质外延界面处的键合失配导致了一种新型的二维界面空穴气的出现,并伴随着跨界面的电荷转移,这提供了另一种途径来修改超薄极限中的电子结构和磁输运性质。我们的工作奠定了一个一般的战略,利用有限的薄膜的几何形状和异质外延界面的工程师在半金属系统中的电子结构,这允许控制其磁阻行为,同时,提供了深入了解其起源。
2022-01-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Spin-polarized light emitting diode using metal/insulator/semiconductor structures
我们已经成功地生长了铁磁金属(Co,Fe和NiFe)/Al_2O_3/ AlGaAs异质结,具有均匀和平坦的界面。由金属/绝缘体/半导体(MIS)结构组成的发光二极管(LED)的电致发光(EL)在室温下取决于铁磁电极的磁化方向。这一事实表明,实现了从铁磁金属到半导体的自旋注入。自旋注入效率在室温下估计为1%的量级。
2002-02-22 cond-mat.mtrl-sci
Dirac fermion and superconductivity in two-dimensional transition-metal MOH (M= Zr, Hf )
新的二维狄拉克半金属的发现结合了超导性和拓扑能带结构,为实现狄拉克费米子和马约拉纳准粒子的有趣应用提供了一个新的平台,从纳米级的高速量子器件到拓扑量子计算。利用第一性原理计算和对称性分析,我们引入MOH(M= Zr,Hf)作为一种新的拓扑超导体,其Dirac点接近费米能级,并与近平边态相连,这是拓扑半金属的一个显著特征。我们的计算表明,ZrOH作为一个二维拓扑半金属可以表现出超导性,是一个新的平台,研究超导性和狄拉克态之间的相互作用,在低维材料。
2019-11-26 cond-mat.mtrl-sci
Tuning the p-type Schottky barrier in 2D metal/semiconductor interface: boron-sheet/\mose, and /\wse
用第一性原理计算研究了二维金属/半导体范德华异质结的电子和结构性质。我们考虑了最近合成的硼化物[Science { \bf 350},1513(2015)]和平面硼片(S1和S2)[Nature Chemistry { \bf 8},563(2016)]作为2D金属层,以及过渡金属二硫属化物(TMDC)\mose和\wse作为半导体单层。我们发现,这些2D金属/半导体异质结的能量稳定性主要是由vdW相互作用,然而,化学相互作用也发生在硼化物/TMDC。在金属/半导体界面处的电子电荷转移已经被映射,在那里我们发现从TMDC到硼片的净电荷转移。进一步的电子结构计算表明,由平面硼片S1和S2组成的金属/半导体界面呈现出p型肖特基势垒,其可以在外部电场下被调谐为p型欧姆接触。
2017-02-01 cond-mat.mtrl-sci
Structural Trends Interpretation of the Metal-to-Semiconductor Transition in Deformed Carbon Nanotubes
通过一个简单的紧束缚模型,从理论上分析了单壁碳纳米管中驱动金属-半导体转变的两种机制。通过考虑简单的结构趋势,结果表明,金属到半导体的转变,可以更容易地诱导在金属锯齿形纳米管比扶手椅型纳米管。此外,它表明,这两种机制的效果,使两个原来等价的子晶格物理上可区分的。
2004-05-25 cond-mat.mtrl-sci
Room temperature ferromagnetic semiconductors through metal-semiconductor transition in monolayer MnSe2
本研究利用密度泛函理论提出通过拉伸应变诱导单层 MnSe2 及 MnSe2/X 异质结构发生金属-半导体转变,从而获得室温铁磁半导体并产生显著 MOKE。
2023-12-23 cond-mat.mtrl-sci
Topological nodal-line semimetals in ferromagnetic rare-earth-metal monohalides
拓扑半金属将拓扑分类从绝缘体扩展到金属,极大地丰富了我们对凝聚态拓扑态的理解。这对于拓扑线半金属(TNLS)尤其如此。在本文中,我们确定层状材料作为托管TNLS的有前途的候选人。基于第一性原理计算和有效模型分析,我们提出层状铁磁稀土金属单卤化物LnX(Ln=La,Gd; X=Cl,Br)具有长期追求的拓扑相.具体而言,单层LaX和单层GdX是理想的二维(2D)Weyl半金属和大间隙2D量子反常霍尔绝缘体(QAHIs),带隙分别高达61 meV。此外,3D LaX和3D GdX分别是具有一对镜像对称保护的节线和3D弱QAHIs的TNLS。3D LaX中贯穿整个布里渊区(BZ)的节线对于强自旋轨道耦合(SOC)具有相当强的鲁棒性,并且位于费米能级附近,为探索非线性线费米子的奇异性质以及相关器件设计提供了一个新的平台。
2019-01-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Robust Type-II Weyl Semimetal Phase in Transition Metal Diphosphides XP$_2$ (X = Mo, W)
最近发现的II型外尔点出现在电子和空穴口袋之间的边界。II型外尔半金属主机这样的点被预测表现出一种新的类型的手征异常,并具有热力学性质非常不同,从他们的I型同行。在这封信中,我们描述了一个II型外尔半金属相的过渡金属二磷化物MoP $_2$和WP $_2$的预测。这些材料的特征在于具有四对II型Weyl点的相对简单的能带结构。相邻的外尔点具有相同的手性,这使得预测的拓扑相位相对于晶格的小扰动是鲁棒的。此外,外尔点的这种特殊排列导致长的拓扑费米弧,从而使它们在角度分辨光电子能谱中很容易获得。
2016-06-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci