Nanometric Turing Patterns: Morphogenesis of a Bismuth Monolayer
图灵的形态发生反应扩散理论在理解从生物系统到沙丘的复杂物体的宏观模式方面非常成功。然而，这一机制从未在原子尺度上进行过测试，在原子尺度上，基本成分受到量子力学的约束。在这里，我们报告的图灵模式，出现在一个应变的原子铋单层组装在表面上的NbSe $_2$受到原子间的相互作用和各自的动力学的证据。微观参数的窄范围内反映在数值分析中观察条纹图案和畴壁与Y形结是量子力学允许的键长和键角的直接后果。因此，这是在原子尺度上动态形成的图灵模式的第一次演示。
2021-04-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci nlin.PS
Photo-induced electronic and spin topological phase transitions in monolayer bismuth
该研究通过从头计算揭示光可诱导单层铋产生四个瞬态相，并借助自旋带与自旋分辨Wilson环阐明其非平凡拓扑变化，为超快调控电子与自旋拓扑提供了新策略。
2024-03-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Material design with the van der Waals stacking of bismuth-halide chains realizing a higher-order topological insulator
低维范德华（vdW）材料作为产生奇异量子特性的平台已被广泛研究。推进这一观点，大量的注意力目前支付给拓扑量子材料与vdW结构。在这里，我们提供了一个新的概念，设计拓扑材料的量子自旋霍尔绝缘体（QSHIs）的VDW堆叠。最有趣的是，由堆叠的修改引起的单位晶胞中的反转中心的轻微移动被发现诱导从平凡绝缘体到高阶拓扑绝缘体（HOTI）的拓扑变化。在此基础上，我们提出了第一个实验实现的HOTI通过研究溴化铋Bi4Br4与角分辨光电子能谱（ARPES）。卤化铋的独特功能，能够选择各种拓扑结构，只有通过不同的堆叠链，结合vdW结构的巨大优势，为工程拓扑非平凡的边缘状态，为未来的自旋电子学应用提供了一个迷人的操场。
2021-02-10 cond-mat.mtrl-sci
Substrate-induced structures of bismuth adsorption on graphene: a first principle study
采用第一性原理计算研究了强基底效应富集的Bi吸附单层石墨烯的几何和电子性质。六层衬底、波纹缓冲层和轻微变形的单层石墨烯都被模拟。通过分析不同吸附原子高度、吸附原子间距、吸附位置和六方位置的基态能量、铋吸附能和Bi-Bi相互作用能，对吸附原子排列进行了深入研究。Bi原子的六边形阵列由缓冲层和单层石墨烯之间的相互作用主导。温度的增加可以克服$\sim 50$ meV的能量障碍，并诱导三角形和矩形纳米团簇。最稳定和亚稳态结构与扫描隧道显微镜测量结果一致。态密度在费米能级处呈现有限值，在$\sim -0.2$ eV处呈现下降，在$\sim -0.6$ eV处呈现峰值，如在隧穿电导的实验测量中所观察到的。
2016-02-23 cond-mat.mtrl-sci
Thickness-dependent anisotropic Gilbert damping in heterostructures of ferromagnets and two-dimensional ferroelectric bismuth monolayer
本文利用第一性原理计算研究了 Bi/Fe 异质结，发现界面自旋轨道耦合显著增强了 Gilbert 阻尼，并揭示了由界面与 Fe 本征 SOC 竞争导致的非单调厚度依赖性各向异性 Gilbert 阻尼机制。
2024-09-25 cond-mat.mtrl-sci
Study of gold and bismuth electrical contacts to a MoS$_{2}$ monolayer
针对TMDCs器件金属接触肖特基势垒高的难题，研究了金和铋两种MoS₂单层接触材料，对比了二者的I-V特性，介绍了提升金接触性能的AFM熨烫法，并给出两类样品的光学响应初步结果。
2025-01-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Valley polarization of trions in monolayer MoSe$_2$ interfaced with bismuth iron garnet
研究了单层 MoSe$_2$ 与铋铁石榴石异质结构中带电激子的圆偏振光致发光，发现其谷极化随温度反转符号，并提出理论模型解释磁化诱导载流子不平衡与谷反转散射机制。
2021-07-01 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Twist-engineering of a robust Quantum Spin Hall phase in $β$-/flat bismuthene bilayer from first principles
Instituto de Ciencia Molecular, Universitat de Valencia（瓦伦西亚大学分子科学研究所）；Departamento de Física y Geociencias, Universidad del Norte（北方大学物理与地球科学系）
通过扭转工程调控二维材料拓扑相，揭示了Bi烯双层中强自旋轨道耦合与破缺反演对称性诱导的量子自旋霍尔效应，且通过Sb掺杂调控拓扑响应。
2026-04-15 cond-mat.mtrl-sci
High-temperature quantum spin Hall states in buckled III-V-monolayer/SiO$_{2}
在对几乎所有的无机三维材料建立了基本的理解和高通量的拓扑表征之后，普遍的兴趣和功能应用的需求推动了拓扑绝缘体的研究，以探索具有更稳健的拓扑性质和更少的制造挑战的系统。因此，铋烯/SiC（0001）中室温量子自旋霍尔（QSH）态的成功演示引发了对实验上易于访问的二维拓扑系统和更大拓扑间隙的搜索。在这项工作中，我们提出了一个家庭的III-V蜂窝单层SiO $_{2}$是下一代的大间隙QSH系统，基于此自旋电子器件可能会在室温下工作，由于其扩大的拓扑间隙（$\sim$ 900毫电子伏）相比，铋/SiC（0001）。基本上，这也实现了不同于Kane-Mele型铋/SiC（0001）的带反转型QSH绝缘体。
2021-12-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
LaO as a candidate substrate for realizing superconductivity in FeSe epitaxial film
FeSe单层膜在SrTiO $_3$（001）衬底上的超导转变温度（$T_c$）的显著提高引起了人们的广泛关注。基于第一性原理的电子结构计算，我们提出了另一种候选衬底LaO（001），用于外延生长FeSe单层以实现超导电性。计算结果表明，对于FeSe单分子层在LaO（001）上的最佳吸附结构，条状反铁磁态和二聚体反铁磁态几乎能量简并，表明存在有利于超导电性出现的强磁涨落.根据Bader电荷分析，计算出的从LaO衬底到FeSe单层的电子掺杂约为0.18个电子/Fe原子，甚至大于FeSe/SrTiO $_3$（001）的情况。由于LaO也被报道为具有$T_c$ ~ 5 K的超导体，因此它可能对外延FeSe膜具有超导邻近效应，反之亦然。这些结果表明，LaO将是一个有趣的衬底，研究界面相关的超导性。
2021-06-23 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
Graphene intercalation of the large gap quantum spin Hall insulator bismuthene
本研究通过将铋烯插层于SiC和石墨烯之间并引入氢，成功解决了其在空气中易氧化的问题，保持了拓扑完整性，为基于铋烯的器件开发铺平了道路。
2025-02-03 cond-mat.mtrl-sci
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。
2018-06-21 cond-mat.mtrl-sci
Anisotropic Bi2O2Se(Te) Monolayer: Realizing Ultra-High Carrier Mobility and Giant Electric Polarization in Two-Dimension
在这里，我们已经确定了单层相的Bi 2 O2 Se作为一个有前途的二维半导体超高载流子迁移率和巨大的电极化的强度。由于强烈的重建起源于层间的静电力，我们已经应用结构预测算法来探索具有最低总能量的Bi 2 O2 Se单层的晶体几何形状。考虑到Se和Te属于同一族，基于类似的方案，我们也研究了Bi_2 O_2 Te单层膜。进一步的计算表明，单层相保持了较高的载流子迁移率，并且适度的带隙将导致在可见光区的强光吸收。特别是Bi 2 O2 Te中的电子迁移率在室温下可高达3610 cm ~ 2 V ~（-1）s ~（-1），几乎是传统过渡金属二硫属化物（TMD）族的10倍。由于其强的结构各向异性，还显示出显著的自发面内和面外电极化的强度以及显著的压电性能，使其在光伏太阳能电池、光电材料和场效应晶体管等领域具有广阔的应用前景。
2019-11-26 cond-mat.mtrl-sci
Realizing giant valley polarization effect based on monolayer altermagnets
Hunan University of Technology and Business（湖南工业大学）；Central South University（中南大学）；Yangzhou University（扬州大学）
研究通过第一性原理计算和对称性分析，揭示单层V2Se2O异磁体的谷极化效应与磁性V原子间净磁矩的关系，提出两种实现巨量谷极化的方法，为谷电子学应用提供理论指导。
2026-03-20 cond-mat.mtrl-sci
First Principles Study of Bismuth Films on the Nickel(111) Surface
最近的实验（Bollmann11）表明，铋在Ni（111）表面上形成高度为3、5和7层的六方密堆积（HCP）膜。提出了一种基于自由电子的量子尺寸效应来解释。为了验证这一观点，我们用密度泛函理论计算了Bi在Ni（111）表面的总能量.我们发现，HCP膜的稳定性不同意所观察到的奇数层的偏好，和结构的机械不稳定，通过添加帽原子，使HCP层起皱。此外，我们发现，菱面体膜的基础上的散装铋结构是积极的更有利的比建议的HCP膜。这些结构也有利于奇数层，但这是由于共价化学键合而不是自由电子的限制。具体而言，一个强有力的结合吸附表面单层的形式，然后由散装一样的菱面体双层。
2013-04-11 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Topological interfacial states in ferroelectric domain walls of two-dimensional bismuth
University of Arkansas（阿肯色大学）；Fudan University（复旦大学）；Shanghai Qi Zhi Institute（上海人工智能实验室）
研究通过机器学习揭示二维铋铁电域壁中的拓扑界面态，发现带电域壁能量更低，并揭示其在费米能级处的能带交叉现象，为铁电域壁器件的发展提供了新思路。
2024-05-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Revealing Higher-Order Topological Bulk-boundary Correspondence in Bismuth Crystal with Spin-helical Hinge State Loop and Proximity Superconductivity
Fudan University（复旦大学）；University of Science and Technology of China（中国科学技术大学）
研究揭示铋晶体中具有自旋螺旋铰链态环的高阶拓扑体边界对应，并发现其临近超导性。
2026-01-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
Observation of topological transition in high-T$_{c}$ superconductor FeTe$_{1-x}$Se$_{x}$/SrTiO$_{3}$(001) monolayers
具有拓扑表面态或边缘态的超导体是实现Majorana束缚态的重要材料，而Majorana束缚态服从非阿贝尔统计，是拓扑量子计算的关键。传统的制备拓扑绝缘体/超导体和半导体/超导体异质结构的方法存在制备困难，并且只能在低温下工作。本文利用角分辨光电子能谱直接观察到二维高温超导体FeTe $_{1-x}$ Se $_{x}$ /SrTiO $_{3}$（001）单层中费米能级附近能带结构的拓扑跃迁的演化，与我们的理论计算完全一致.此外，在理论计算的帮助下，扫描隧道光谱揭示了边缘态的证据。我们的研究为实现和操纵高温下的Majorana态提供了一个简单且可调的平台。
2019-03-14 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el cond-mat.supr-con
Realizing Scalable Chemical Vapour Deposition of Monolayer Graphene Films on Iron with Concurrent Surface Hardening by in situ Observations
本文通过原位XRD和NAP XPS揭示铁上石墨烯CVD生长的关键机制，包括铁氧化物碳热还原和Fe-C共析点附近的碳吸收动力学平衡，并利用碳吸收实现同步表面硬化，建立了在铁上可扩展生长高质量单层石墨烯薄膜的框架。
2025-04-07 cond-mat.mtrl-sci
Monolayer superconductivity and tunable topological electronic structure at the Fe(Te,Se)/Bi2Te3 interface
本文报道了在Bi2Te3上外延生长单层Fe(Te,Se)的超导性，通过自旋与角分辨光电子能谱揭示降低Se掺杂（y=0.1）可保持拓扑界面态的自旋-动量锁定，证明该体系是调控马约拉纳束缚态的高可调平台。
2022-09-14 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
Density-dependent spin susceptibility and effective mass in monolayer MoSe2
本研究利用铋接触的三栅极器件在单层 MoSe2 中实现低密度欧姆接触与高迁移率，观测到金属-绝缘体相变、量子振荡序列、增强的自旋磁化率及密度依赖的有效质量，确立了其作为探索相互作用驱动量子态平台的地位。
2025-02-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Ferroelectricity and Antiferroelectricity in Elemental Group-V Monolayer Materials
铁电性通常存在于由不同元素组成的复合材料中。在这里，基于第一性原理计算，我们揭示了第一个例子的自发电极化和铁电性在稳定的二维元素材料：元素V族（砷，锑，铋）单层。极化是由于自发晶格畸变与原子层屈曲。有趣的是，对于Bi单层膜，除了铁电相，我们发现它也可以托管反铁电相。这些元素材料的居里温度可以高于室温，使它们有希望实现广泛感兴趣的铁电器件。
2017-06-18 cond-mat.mtrl-sci
Realizing One-dimensional Metallic States in Graphene via Periodically Coupled Zeroth Pseudo-Landau Levels
应变诱导的伪磁场可以模拟真实磁场以产生朗道能级（LL）的零磁场模拟，即，在石墨烯中的伪LLs。伪LLS的独特性质使人们能够实现新的电子状态，超越了用真实LLS可以实现的电子状态。在这里，我们报告的实现一维（1D）的金属状态，这可以很好地描述由苏-施里弗-Heeger模型，在石墨烯通过周期性耦合的第零伪激光。在我们的实验中，纳米应变结构嵌入伪LLS周期性地产生沿一维通道的悬浮石墨烯单层。我们的实验表明，这些应变结构的第零个伪LLs耦合形成金属态，表现出蜿蜒的图案，沿着1D悬浮石墨烯单层来回蜿蜒。通过对应变样品的大规模紧束缚计算，从理论上验证了这些结果。我们的研究结果为利用局域赝激光作为构建模块实现新型量子态和设计石墨烯的电子性质提供了一条新的途径。
2021-12-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Electric field induced Berry curvature dipole in quasi-one-dimensional Bi$_4$I$_4$
Indian Institute of Science（印度科学学院）
研究少层Bi$_4$I$_4$在电场下的非线性霍尔响应，通过第一性原理计算，在对称性分析指导下追踪BCD张量演化，发现双层结构场致能带变化使BCD幅度增强，确立准一维铋卤化物为工程非线性霍尔响应的有前景平台。
2026-07-14 cond-mat.mtrl-sci
Two-dimensional \b{eta}-phase copper iodide: a promising candidate for low-temperature thermoelectric applications
针对碲化铋基材料的局限性，本研究通过DFT结合玻尔兹曼输运理论研究单层β-CuI和γ-CuI的热电性能，发现单层β-CuI室温下最优zT值超1.50且具显著各向异性，是低温热电应用的潜在候选材料。
2024-12-05 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Monolayer group-III monochalcogenides by oxygen functionalization: a promising class of two-dimensional topological insulators
单层III族单硫族化合物（MX，M = Ga，In; X = S，Se，Te）是一种新兴的二维半导体材料，在电子学、光电子学和催化剂等领域具有广阔的应用前景。通过第一性原理计算，我们发现，声子色散和拉曼光谱以及单分子层MX的电子和拓扑性质可以通过氧功能化进行调节。氧原子在MX片的一侧或两侧上的化学吸附使带隙变窄甚至闭合，增大功函数，并且显著降低载流子有效质量。更令人兴奋的是，具有双面氧功能化的InS、InSe和InTe单层是具有高达0.21 eV的相当大的体隙的2D拓扑绝缘体。它们在费米能级附近的低能带主要由原子的px和py轨道控制，允许通过面内应变进行能带工程。我们的研究为在室温下在单层III族单硫族化合物中实现量子自旋霍尔效应，以及利用这些新型二维材料制备高速无耗散输运器件提供了可行的策略。
2018-05-10 cond-mat.mtrl-sci
Atomically sharp 1D interfaces in 2D lateral heterostructures of VSe$_2$-NbSe$_2$ monolayers
本文提出一锅两步分子束侧向外延方法，成功合成具有原子级尖锐界面的1T-VSe$_2$-1H-NbSe$_2$单层侧向异质结，发现界面处存在额外电子态与近藤共振特征，为研究人工量子材料提供新平台。
2024-05-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
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
Tailoring electronic properties on Bi$_2$O$_2$Se under surface modification and magnetic doping
本研究针对非范德华二维材料Bi$_2$O$_2$Se单层，探究表面修饰引入额外电子及磁性原子掺杂对其电子性质的调控机制，揭示了掺杂诱导的低色散能带、价态变化与对称性破缺效应，为该材料在自旋电子学和光电子学领域的应用提供理论支撑。
2023-10-03 cond-mat.mtrl-sci
Crystal Field Effect Induced Topological Crystalline Insulators In Monolayer IV-VI Semiconductors
最近预测了二维（2D）拓扑晶体绝缘体（TCI）的薄膜的SnTe类的IV-VI族半导体，它可以主机金属边缘状态的镜像对称保护。随着厚度的减小，量子限制效应将增加并超过临界厚度以下的反向间隙，将TCIs变成正常的绝缘体。令人惊讶的是，基于第一性原理计算，我们证明了（001）单层IV-VI族岩盐半导体XY（X=Ge，Sn，Pb，Y= S，Se，Te）是二维TCI，在单层PbTe中基本带隙高达260 meV，为实现带隙可调的二维Dirac费米子系统提供了材料平台。这种意外的非平凡拓扑相源于单层中的强{ \it晶场效应}，其提升了$p_{x,y}$和$p_z$轨道之间的简并性，并导致阳离子$p_z$和阴离子$p_{x,y}$轨道之间的能带反转。这种晶场效应诱导的拓扑相为寻找和设计其他原子级薄的二维拓扑材料提供了一种新的策略。
2015-04-27 cond-mat.mtrl-sci
One-dimensional edge contacts to a monolayer semiconductor
将电接触集成到范德华（vdW）异质结构中对于实现电子和光电功能至关重要。然而，迄今为止，还没有可扩展的方法来获得对掩埋单层二维（2D）半导体的电访问。在这里，我们报告可行的边缘接触形成六方氮化硼（hBN）封装单层钼$_2$。通过结合反应离子蚀刻、原位Ar $^+$溅射和退火，我们实现了相对低的边缘接触电阻、高迁移率（高达~30 cm $^2$ /Vs）和高导通电流密度（在V $_{\rm DS}$ = 3V时>50 uA/um），与顶部接触相当。此外，原子平滑的hBN环境还在制造过程中保留了固有的MoS $_2$通道质量，导致116 mV/dec的陡峭亚阈值摆幅，且滞后可忽略不计。因此，边缘接触对于封装的异质结构器件的大规模实际实现是非常有希望的，特别是那些涉及空气敏感材料的器件，并且可以任意窄，这为2D器件占用面积的进一步缩小打开了大门。
2019-10-17 cond-mat.mtrl-sci
Low-temperature, dry transfer-printing of a patterned graphene monolayer
石墨烯最近作为电子和光子器件中的柔性透明电极或活性层的材料引起了很大的兴趣。然而，由于在暴露于高温或湿法工艺时降解的材料的顶部上获得图案化的石墨烯单层的困难，这种基于石墨烯的装置的实现受到限制。我们展示了一种低温，干燥的过程，能够转印到目标基板上使用弹性体邮票的铜箔上生长的图案化的石墨烯单层。实现这一点的一个挑战是在由聚（二甲基硅氧烷）制成的疏水印模上获得高质量的石墨烯层，这通过对常规湿转移方法引入两个关键的修改来克服-使用由Au组成的支撑层和降低液浴的表面张力。使用这种技术，石墨烯单层的图案转印在聚（3，4-亚乙基二氧噻吩）：聚苯乙烯磺酸盐和MoO3上，当暴露于水性或侵蚀性图案化过程时，这两者都容易降解。我们讨论了这种技术的应用范围，这是目前有限的低聚物污染物，和可能的手段，以扩大它消除污染问题。
2015-07-20 cond-mat.mtrl-sci
Ultra-High Lithium Storage Capacity of Al2C Monolayer under Restricted Multilayered Growth Mechanism
设计高锂比容量的负极材料是高能量密度锂离子电池发展的关键。在此，提出了一种独特的锂生长机制，即限制锂的多层生长，以及锂存储的策略，以实现超高比容量和避免锂的不受控制的枝晶生长的需要之间的平衡。特别是，基于第一性原理计算，我们表明，具有平面四配位碳结构的Al 2C单层可以是一个理想的平台，用于实现作为二维阳极材料的限制多层生长机制。此外，Al 2C单层表现出4059 mAh/g的超高锂比容量，但具有0.039-0.17 eV的低扩散势垒以及0.002-0.34 V范围内的低开路电压。这些新颖的性质赋予Al 2C单层用于未来锂离子电池的有希望的阳极材料。我们的研究为设计具有高比容量、快速锂离子扩散和安全储锂机制的2D负极材料提供了一种新的方法。
2022-03-14 cond-mat.mtrl-sci
Strong Resonances of Quasi 1D Structures at the Bi/InAs(100) Surface
薄Bi膜是自旋电子学应用的感兴趣的候选者，这是由于大的自旋轨道分裂，结合在表面处的反转对称性的损失，导致非自旋简并的能带结构。近年来，基于Bi和Bi合金的拓扑绝缘体的应用也引起了广泛关注。本文介绍了Bi/InAs（100）界面的ARPES研究。Bi纳米线修饰的一个完整的Bi单层的形成的结果的表面退火后的沉积。我们发现，界面的建立确实会影响衬底的电子结构。作为弱相互作用的结果，铋态被置于InAs（100）的电子结构的间隙中。我们观察到一个很强的共振的Bi电子状态接近费米能级，其强度取决于光子的能量和光子的偏振。当垂直于纳米线测量时，这些状态几乎没有分散，证实了它们的一维性。
2018-06-23 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Charge order with unusual star-of-David lattice in monolayer NbTe2
费米学和电子关联之间的相互作用是实现奇异量子相位的关键。过渡金属二硫属化物（TMD）1 T-TaS 2由于其独特的Mott绝缘相和电荷密度波（CDW）共存而引起了人们的极大关注。然而，如何费米学和电子关联与这些属性还有待澄清。在这里，我们证明了单层1 T-NbTe 2是一种新的二维TMD，它具有类似于散装TaS 2和同构单层NbSe 2的大卫星晶格，但表现出金属基态具有不寻常的晶格周期性root 19 xroot 19的特点是稀疏占据的大卫星晶格。通过使用角度分辨光电子能谱和扫描隧道光谱结合第一性原理能带结构计算，我们发现隐藏的费米面嵌套和相关的CDW形成是实现这种独特的相关金属态的主要原因，没有莫特间隙的签名。目前的结果指出，一个重要的作用，基本的费米学的特点莫特阶段的TMD。
2022-12-25 cond-mat.mtrl-sci
Efficiency of band edge optical transitions of 2D monolayer materials: A high-throughput computational study
本研究通过高通量密度泛函理论计算筛选二维单层材料的光学发射性能，引入轨道重叠张量揭示电荷分布与光学耦合的关联，并建立包含多谷效应的辐射复合模型，发现激子校正对寿命预测至关重要。
2025-02-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Robust Ferroelectricity in Monolayer Group-IV Monochalcogenides
当材料减薄到临界值以下时，铁电性通常会消失。利用第一性原理密度泛函理论和现代极化理论，研究了单分子层IV族单硫族化合物MX（M=Ge，Sn; X=S，Se）中独特的离子势非谐性引起的自发面内极化和铁电性.使用蒙特卡罗模拟与有效的哈密顿量提取的参数化的能量空间，我们显示这些材料表现出二维铁电相变，是由四阶朗道理论描述。我们还表明，这些材料的铁电性是强大的，相应的居里温度高于室温，使这些材料有希望实现超薄铁电器件的广泛兴趣。
2016-04-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech
Inlaid ReS2 Quantum Dots in Monolayer MoS2
二维（2D）过渡金属二硫属化物（TMD）由于其固有的二维限制，是一种很有前景的量子器件材料。它们还提供了实现甚至更低维的面内电子约束的平台，例如，0D量子点，具有奇异的物理特性。然而，在1L晶体中制造这种横向限制的单层（1L）纳米结构仍然具有挑战性。在这里，我们报告的实现1L ReS2量子点外延镶嵌在1L MoS2的两步化学气相沉积方法结合等离子体处理。ReS2和MoS2之间的横向晶格失配导致1L ReS2纳米点的尺寸依赖的晶体结构演化和面内应变。光谱分析表明，在1L ReS2量子点和MoS2基质之间存在异常的电荷转移，这是由于电子在1L ReS2量子点中被俘获所致。该研究为在二维材料中实现面内量子限制器件在量子信息中的潜在应用奠定了基础。
2019-12-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Designing power efficient transistors using narrow bandwidth materials from the MA2Z4 monolayer series
晶体管的亚阈值漏电流已经成为实现超低功耗晶体管的关键限制因素。漏电流主要由载流子的长热尾决定。我们提出了一个解决这个问题的方法，通过使用窄带宽半导体，通过过滤掉高能量载流子来限制电子泄漏电流。我们具体证明了这种解决方案在晶体管与横向限制单层MoSi 2N 4与不同的钝化作为沟道材料。值得注意的是，我们发现，所提出的窄带宽设备可以实现一个大的ON/OFF电流比与超低电源电压为0.1 V，即使是5 nm的栅极长度的设备。我们还表明，其他几种材料共享的窄带宽的导带和价带在同一系列的独特的电子特性。
2022-11-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Dichotomy of saddle points in energy bands of a monolayer NbSe$_2$
我们从理论上表明，两个独特的自旋织构表现出自己周围的鞍点的能带在单层NbSe $_2$下的外部栅极电位。当所有鞍点的态密度在几何上发散时，在带边界处的态密度显示出风车形的自旋织构，而其他的则显示出单向的自旋取向。基于最小但本质的紧束缚近似再现第一性原理计算结果，我们为每个鞍点建立了不同的有效Rashba哈密顿量，实现了依赖于动量的独特自旋织构.单层NbSe $_2$中鞍点的能量位置被门电位很好地控制，因此它可能是一个原型系统，用来测试由发散态密度和它们的低维自旋织构所引发的各种集体现象之间的竞争.
2021-04-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Strong Dzyaloshinskii-Moriya Interaction in Monolayer CrI$_3$ on Metal Substrates
Dzyaloshinskiii-Moriya相互作用（Dzyaloshinskiii-Moriya interaction，DZYM）是实现实空间手征自旋织构的主要机制，手征自旋织构被认为是下一代自旋电子学的关键组成部分。然而，自旋轨道相互作用的微扰项引起的，通常是在原始的磁性半导体弱。到目前为止，大的量子数和由此产生的Skyrmions仅在严格条件下在少数材料中实现。使用第一性原理计算，我们证明了显着的双极性发生在最近邻的Cr原子之间的二维（2D）磁性半导体Cr I $_3$的Au或Cu衬底。这种异常强的电荷转移是由界面电荷转移和卤化铬与金属基底之间的弱化学相互作用产生的，这打破了空间反转对称性。这些发现突出了2D磁体中基底效应的重要性，并扩大了具有强磁性的可行材料的库存。
2022-09-18 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Van der Waals Epitaxy on Freestanding Monolayer Graphene Membrane by MBE
在过去的二十年里，二维材料的研究已经扩展到今天凝聚态研究的中心主题。在这些材料的合成和随后的重新组装中已经取得了重大进展，这些材料使用机械方法组装成大量具有新特性和不断增加的潜在应用的混合结构。实现这种潜力的关键障碍是控制这些层状混合材料的原子结构的挑战以及利用现有半导体纳米纤维技术利用其独特功能的困难。在这里，我们报告了高质量的范德瓦尔斯外延生长和表征的分层拓扑绝缘体的独立单层石墨烯转移到不同的机械支持。这种模板化合成方法使得能够直接询问这些生长的混合结构的界面原子结构，并开辟了一条用更传统的半导体纳米工艺技术创建器件结构的途径。
2021-03-29 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Altermagnetism-Induced Spin-resolved electronic structure in Janus FeX0.5Y0.5 Monolayers (X, Y = S, Se, Te)
Institute for Quantum Science and Technology, Shanghai University（上海大学量子科学与技术研究院）
该研究通过近藤型模型和第一性原理计算，预测了具有Altermagnetism的Janus FeX0.5Y0.5单层，其自旋劈裂显著、拓扑带隙达51.4 meV、奈尔温度415 K，可调控谷极化，为超导自旋电子学提供新策略。
2026-10-16 cond-mat.mtrl-sci
Proximity-induced superconducting gap in the quantum spin Hall edge state of monolayer WTe$_2$
量子自旋霍尔（QSH）态最近在过渡金属二硫属化物1 T '-WTe $_2$的单层中被证明，并且其特征在于二维（2D）内部和螺旋一维（1D）边缘态中的带隙。在螺旋边缘状态中诱导超导性将导致一维拓扑超导体，这是一种备受追捧的物质状态。在本研究中，我们使用一种新的干转移倒装技术，将原子级薄层的WTe $_2$的范德华超导体，NbSe $_2$。使用扫描隧道显微镜和光谱（STM/STS），我们证明原子清洁的表面和界面和存在的邻近诱导的超导能隙的WTe $_2$的厚度从单层到7个结晶层。在WTe $_2$单层的边缘，我们发现超导能隙与QSH边缘态的特征光谱信号共存。综上所述，这些观察结果提供了确凿的证据，邻近诱导超导的QSH边缘状态在WTe $_2$，实现一维拓扑超导性和马约拉纳束缚态在这个范德华材料平台的关键一步。
2019-07-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
New Family of Quantum Spin Hall Insulators in Two-dimensional Transition-Metal Halide with Large Nontrivial Band Gaps
拓扑绝缘体（TI）由于在绝缘体带隙内具有强的无带隙态，有望实现无耗散输运器件。然而，目前实现的2D TI，量子自旋霍尔（QSH）绝缘体，遭受超高真空和极低的温度。因此，寻找实验制备可行性高、带隙大的量子SH绝缘体对于自旋电子学的广泛应用具有重要意义。基于第一性原理计算，我们预测了过渡金属卤化物MX中一个新的二维QSH绝缘体族（M = Zr，Hf; X = Cl、Br和I）单层，具有0.12 $-$ 0.4 eV的大的非平凡带隙，与铋（111）双层相当（0.2 eV）、锡烯（0.3 eV）和大于ZrTe $_5$（0.1 eV）的单层和石墨烯基夹层异质结构（30 $-$ 70 meV）。它们对应的三维块体材料是由QSH层堆叠而成的弱拓扑绝缘体，并且部分块体化合物已经在实验中合成。该系统中的二维QSH效应源于一种新的d $-$ d带反转，它不同于传统的s $-$ s轨道或p $-$ p轨道之间的带反转.纯层状MX单层的实现可以通过从它们的3D体相剥离来制备，从而为纳米级器件应用带来巨大希望，并刺激对基于过渡金属的QSH材料的进一步努力。
2015-12-14 cond-mat.mtrl-sci
Band alignment of two-dimensional transition metal dichalcogenides: application in tunnel field effect transistors
基于二维材料的垂直堆叠的隧道场效应晶体管（TFFET）对于低功率逻辑器件是令人感兴趣的。单层过渡金属二硫属化物（TMD）具有相当大的带隙，在构建用于TFET应用的pn结（偶）方面显示出希望。能带取向信息对于实现具有优异电子隧穿效率的断裂间隙结是必不可少的。通过密度泛函理论计算，我们认为VIB-MeX_2（Me= W，Mo; X= Te，Se）作为n型源极，IVB-MeX_2（Me = Zr，Hf; X= S，Se）作为p型漏极是一种有前途的单层TMD对.
2013-08-04 cond-mat.mtrl-sci
Meron-Like Topological Spin Defects in Monolayer CrCl3
低维磁性系统中的非共线自旋织构由于其独特的性质和广泛的应用前景而受到人们的关注。然而，拓扑自旋态的物质实现仍然有限。采用第一性原理和蒙特卡罗模拟，我们建议，单层铬铬（CrCl 3）可以是一个很有前途的候选人观察涡旋/反涡旋型拓扑缺陷，所谓的merons。涡和反涡的数量被发现是相同的，保持一个整体的整数拓扑单元。通过外部磁场的扰动，我们显示了这些介子对的鲁棒性，并揭示了丰富的相空间来调整铁磁有序和类介子缺陷之间的杂交。在外部磁场下的拓扑激发的签名也提供了重要的信息，实验的理由。我们的研究预测，具有弱自旋轨道耦合的二维磁体可以是一个有前途的家庭，实现meron类自旋织构。
2020-09-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Substrate Effect on Electronic Band Structure and Topological Property in Monolayer V2O3 Magnetic Topological Insulator
本文通过第一性原理计算研究单层 V2O3 的衬底效应，发现 h-BN 等非磁性范德华衬底可保持 C=1 的 QAH 相，而铁磁衬底会破坏拓扑序。
2025-05-30 cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Magnetically and electrically controllable valley splittings in MXene monolayers
本文基于第一性原理研究多铁性Co$_2$CF$_2$ MXene单层的谷劈裂，发现H$^{\prime}$相和T$^{\prime}$相均可通过磁化方向旋转和电场调控谷劈裂的大小与符号，为谷电子学提供了多铁耦合调控新途径。
2023-07-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Strain-Induced Half-Metallicity and Giant Wiedemann-Franz Violation in Monolayer NiI$_2$
单层NiI₂在应变作用下表现出半金属性转变和巨量威德曼-弗兰兹定律违反，为自旋热电器件提供新可能。
2025-09-01 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Coexistence of d-Wave Altermagnetism and Topological States in Janus FeSeX (X = S, Te) Monolayers
Universidad del Norte（北大学）；Universidad del Atlantico（大西洋大学）；Universidad de Sucre（苏克雷大学）
研究揭示Janus FeSeX单层中d波交替磁性与拓扑行为共存，通过第一性原理计算发现化学不对称性导致各向异性交换相互作用和动量依赖性自旋分裂，同时引入自旋轨道耦合后出现拓扑能带间隙和非平凡拓扑不变量。
2026-04-29 cond-mat.mtrl-sci
Electrical tuning of exciton-plasmon polariton coupling in monolayer MoS2 integrated with plasmonic nanoantenna lattice
半导体中的光-物质相互作用的主动控制对于实现下一代光电子器件是至关重要的，通过外场可调谐地控制系统的光学性质。操纵通过几何参数耦合到腔体的活性物质中的光学相互作用的能力，所述几何参数与利用施加的场的动态控制一起固定，开辟了控制激子寿命、振子强度及其弛豫性质的可能性。在这里，我们展示了电控制激子等离子体激元耦合强度的二维半导体集成与等离子体激元纳米谐振器组装在场效应晶体管器件之间的强耦合和弱耦合限制静电掺杂。因此，激子-等离子体激元极化子色散可以动态地改变所施加的电场通过调制的激子性质的单层二硫化钼所产生的多体效应与载流子浓度。此外，强耦合带电激子等离子体激元也观察到后增加载流子注入。利用等离子体纳米谐振器和电场动态控制超薄半导体的光学特性的能力证明了耦合系统的多功能性，并为具有精确定制响应的光电子器件的设计提供了新的平台。
2016-08-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Orbital-engineered px,y-kagome lattice in a halogen monolayer
Beijing Institute of Technology（北京理工大学）；Chinese Academy of Sciences（中国科学院）；University of Chinese Academy of Sciences（中国科学院大学）
本研究通过Br/Ag(111)实现px,y轨道Kagome晶格，利用轨道过滤和H钝化模型揭示其拓扑特性，拓展了Kagome物理至轨道工程领域。
2026-09-30 cond-mat.mtrl-sci
Spin-1 Dirac half-metal, spin-gapless semiconductor, and spin-polarized massive Dirac dispersion in transition metal dihalide monolayers
自旋-1凝聚态系统的特点是结合了Dirac-like色散和平坦能带，是实现高温电子学和自旋电子学技术在没有外部磁场的理想选择。在这项研究中，我们提出了一个三带紧束缚模型，自旋极化Haldane类次近邻隧穿，骰子晶格和自旋-1狄拉克半金属，自旋-1狄拉克自旋无隙半导体，自旋极化自旋-1质量狄拉克色散与非平凡拓扑结构可以存在于二维铁磁凝聚物质系统中的电子自旋极化P = 1。所提出的自旋极化自旋1相可以有效地实现在铁磁过渡金属二卤化物MX2单分子膜。通过第一性原理计算，我们证明了当M = Fe，X = Br，Cl时，小的压应变使MX2单层膜成为自旋为1的Dirac半金属，而当M = Co，X = Br，Cl时，MX2单层膜成为自旋为1的Dirac无带隙半导体.自旋一狄拉克无自旋带隙半导体CoBr 2和CoCl 2嵌入平带铁磁性，其中自旋轨道耦合在分散价态和导带之间打开拓扑非平凡狄拉克带隙，同时使平带不受影响。自旋极化的自旋1质量狄拉克色散中的内禀平带铁磁性是实现量子反常霍尔态（Chern数C =-2）的关键。
2019-07-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
