Photoresponse of atomically thin MoS2 layers and their planar heterojunctions
MoS 2单分子膜表现出优异的光吸收和大的热电功率，然而，这伴随着非常强的激子结合能-导致复杂的光响应特性。我们研究了MoS 2单层（1 L）和双层（2L）器件、单层/双层（1 L/2L）平面异质结和单层/少层/多层（1 L/FL/ML）平面双异质结器件对扫描光激发的电响应，以揭示这些材料和结中光电流产生的内在机制。通过扫描激光光斑的位置获得强的光响应调制，作为控制许多层相关性质的相对优势的结果，所述层相关性质包括（i）光电效应（PE），（ii）光电效应（PTE），（iii）激子效应，（iv）来自金属的热光电子注入，以及（v）载流子复合。当激光聚焦在源结处时，单层和双层器件显示出峰值光响应，而在异质结器件中，峰值位置向单层/多层结移动。光响应被发现是依赖于入射光的偏振时，源结被照亮，虽然在单层/多层异质结的偏振灵敏度急剧下降。最后，我们研究了光电流的激光位置相关的瞬态响应，揭示了源结处SiO2中载流子的捕获是决定二维光电探测器瞬态响应的关键因素，并且还表明，通过系统的器件设计，可以避免异质结器件中的这种捕获，从而获得快速的瞬态响应。所获得的见解将发挥重要作用，在设计快速的二维TMD的光电探测器和相关的光电和热电器件。
2016-07-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Spectroscopy of electronic defect states in Cu(In, Ga)(S, Se)$_2$-based heterojunctions and Schottky diodes under damp-heat exposure
研究了与光伏能量转换相关的异质结构n-ZnO/i-ZnO/CdS/Cu（In，Ga）（S，Se）$_2$ /Mo在加速寿命试验中缺陷特性的变化。我们将异质结和肖特基器件在85 $^{\circ}$ C环境温度和85%相对湿度下暴露于延长的湿热中不同时间。为了了解设备的显著变化的起源，我们应用电流-电压和电容-电压测量，导纳谱和深能级瞬态谱。长时间湿热处理后，测试器件的填充因子和开路电压降低，导致能量转换效率降低。我们观察到的缺陷态的存在下，在附近的CdS/黄铜矿界面。它们的活化能由于湿热暴露而增加，表明Cu（In，Ga）（S，Se）$_2$表面处的能带弯曲减少。费米能级钉扎在缓冲层/黄铜矿界面，保持一个高的带弯曲生长的细胞，被解除由于湿热暴露。我们还观察到由于湿热处理的体缺陷光谱的变化。
2007-12-18 cond-mat.mtrl-sci
Electronic properties of the MoS2-WS2 heterojunction
我们研究了由两个单层的二硫化钼和WS 2的异质结的电子结构。我们的第一性原理密度泛函计算表明，与均匀双层不同，异质结具有光学活性带隙，小于MoS 2和WS 2单层。我们发现，最大价和最小导带的光学活性态被定位在相对的单分子膜上，从而最低能量的电子-空穴对在空间上是分离的。我们的研究结果描绘了MoS 2-WS 2双层作为原子级薄的二维半导体异质结构的带隙工程的原型例子。
2013-02-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Band alignment of monolayer CaP$_3$, CaAs$_3$, BaAs$_3$ and the role of $p$-$d$ orbital interactions in the formation of conduction band minima
最近，一些新的二维（2D）材料的基础上puckered磷烯和arsenene已被预测与适度的带隙，良好的吸收性能和载流子迁移率优于过渡金属二硫属化合物。对于异质结应用，重要的是要知道这些新的二维材料的相对能带排列。我们报道了在准粒子理论水平上（G $_0$ W $_0$）的褶皱CaP $_3$、CaAs $_3$和BaAs $_3$单分子膜的能带排列，根据电子亲和势规则计算了孤立单分子膜的能带偏移。我们的计算表明，单层CaP $_3$，CaAs $_3$和BaAs $_3$都形成II型（交错）异质结。它们的准粒子能隙分别为2.1（直接）、1.8（直接）和1.5 eV（间接）。我们还研究的趋势，在电子结构的光化学键分析。我们发现，单层BaAs $_3$的间接带隙是由相对较强的As $3p$ - Ba $5d$键合相互作用引起的，该键合相互作用使导带远离$Γ$和$S$之间的$Γ$点。
2020-12-03 cond-mat.mtrl-sci
From Femtoseconds to Gigaseconds: The SolDeg Platform for the Performance Degradation Analysis of Silicon Heterojunction Solar Cells
异质结Si太阳能电池表现出显著的性能退化。我们开发了SolDeg平台来模拟这种退化，因为随着时间的推移，热激活会产生电子缺陷。首先，使用基于机器学习的高斯近似势，进行分子动力学模拟以创建a-Si/c-Si堆叠。其次，我们用集束爆炸机制造了震惊的集束。第三，分析冲击的团簇，以确定它们中的哪些支持电子缺陷。第四，确定了控制这些电子缺陷产生的能垒的分布。第五，发展了一种加速蒙特卡罗方法来模拟热激活的时间依赖的缺陷产生跨越障碍。我们的主要结论如下。(1)通过缺陷产生的a-Si/c-Si叠层的退化由宽分布的能垒控制。(2)我们开发了SolDeg平台来跟踪这种宽势垒分布中缺陷产生的微观动力学，并确定了从飞秒到千兆秒的时间依赖性缺陷密度$N(t)$，时间上超过24个数量级。(3)我们已经表明，拉伸指数的解析形式可以成功地描述缺陷产生$N(t)$。(4)我们发现，相对而言，$V_\mathrm{oc}$在第一年以0.2%/年的速度降解，随着时间的推移而减缓。(5)我们开发了时间对应曲线来校准和验证太阳能电池的加速测试。我们发现了一个令人信服的简单的比例关系之间的加速和正常的时间$t_\mathrm{accelerated} \propto t_\mathrm{normal}^{0.85}$。(6)我们对a-Si：H/c-Si叠层中的缺陷产生进行了实验研究。我们发现在早期有一个相对较高的降解速率，在…
2021-03-09 cond-mat.mtrl-sci
Interfacial Charge Transfer Circumventing Momentum Mismatch at 2D van der Waals Heterojunctions
过渡金属二硫属化合物（TMDCs）异质结界面电荷分离和复合是二维光电技术的重要研究内容。由于电子和空穴被限制在每层的K谷中，这些过程可能涉及平行动量矢量的巨大变化。由于这些高动量谷通常不对齐跨界面的两个TMDC单层，如何在电荷分离或重组过程中保持平行动量成为一个关键问题。在这里，我们探索这个问题使用的模型系统的II型异质结形成的MoS_2和WSe_2单分子膜和飞秒泵浦探测光谱的实验技术。在异质结处的WSe 2的特定光激发后，我们观察到从WSe 2到MoS2的超快（<40 fs）电子转移，与角度对准以及因此两个TMDC之间的动量失配无关。由此产生的层间电荷转移激子通过非辐射复合衰减，从样品到样品的变化率高达三个数量级，但与层间角取向无关。我们建议，最初的界面电荷分离和随后的界面电荷复合过程规避动量失配通过过剩的电子能量和通过缺陷介导的重组，分别。
2017-02-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Hydrogen-induced degradation dynamics in silicon heterojunction solar cells via machine learning
本研究通过机器学习等多尺度模拟揭示硅异质结电池氢致退化机制，并提出反向硅密度梯度架构将开路电压退化率从0.5%/年降至0.1%/年。
2023-09-05 cond-mat.mtrl-sci
Band Bending Independent of Surface Passivation in ZnO/CdS/Cu(In,Ga)(S,Se)$_2$ Heterojunctions and Cr/Cu(In,Ga)(S,Se)$_2$ Schottky Contacts
我们利用导纳谱和深能级瞬态谱研究了ZnO/CdS/Cu（In，Ga）（S，Se）$_2$异质结和Cr/Cu（In，Ga）（S，Se）$_2$肖特基接触的电子特性。我们的工作集中在这些系统中常见的能量分布的缺陷状态的起源。在空气退火或湿热处理时，所述缺陷态的激活能连续地移动，并且是Cu（In，Ga）（S，Se）$_2$基结中能带弯曲程度的有价值的量度。我们证明，在文献中报道的Cu（In，Ga）（S，Se）$_2$层内的能带弯曲在空气暴露后变得最小，在形成肖特基接触或异质结后返回。较早的现象原来是独立的表面钝化由于CdS浴沉积。
2007-12-15 cond-mat.mtrl-sci
Integration of promising piezoelectric and photocatalytic properties in Janus In$XY$ ($X$ = S, Se, Te; $Y$ = Cl, Br, I) monolayers and their heterojunctions
本研究通过第一性原理计算发现Janus InXY单层具有优异压电性和光催化性，并构建InSI/InSeBr异质结实现高效Z型水分解。
2025-09-12 cond-mat.mtrl-sci
Mapping Charge Recombination and the Effect of Point Defect Insertion in Gallium Arsenide Nanowire Heterojunctions
电子器件对其组成半导体中的缺陷极其敏感，但定位体半导体中的电子点缺陷以前是不可能的。在这里，我们应用扫描透射电子显微镜（STEM）的电子束-感应电流（EBIC）成像映射在GaAs纳米线肖特基二极管的电子缺陷。使用非破坏性的80或200 kV STEM加速电位成像揭示了在六边形纳米线的表面附近减小的少数载流子扩散长度，从而证明该器件的电荷收集效率（CCE）受到表面缺陷的限制。用300 keV STEM束成像会在GaAs中引入空位-间隙（VI或Frenkel）缺陷，从而增加载流子复合并降低二极管的CCE。我们创建，定位和表征一个单一的插入事件，确定从肖特基接口插入7 nm的缺陷广泛地减少了整个纳米线器件的CCE的10%。因此，可变能量STEM EBIC成像允许对器件的e-h复合景观进行良性映射和精确修改，从而能够进行受控实验，阐明扩展（1D和2D）和点（0 D）缺陷对半导体器件性能的影响。
2020-10-11 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
A van der Waals pn heterojunction with organic/inorganic semiconductors
由二维（2D）材料形成的范德华（vanderWaals，vdW）异质结由于其优异的电学/光学性质和器件应用而引起了极大的关注。然而，目前的2D异质结主要限于原子晶体，并且很少探索混合有机/无机结构。在这里，我们制造混合二维异质结构与p型二辛基苯并噻吩并噻吩（C8-BTBT）和n型二硫化钼。我们发现，用VDW外延方法可以在单层MoS 2上生长出少层C8-BTBT分子晶体，其界面原始，厚度可控，可降至单层。C8-BTBT/MoS 2垂直异质结器件的操作是高度可调的偏置和栅极电压之间的三个不同的制度：界面复合，隧穿和阻塞。在室温下，PN结表现出类似二极管的特性，整流比高达105。我们的器件还表现出光伏响应，功率转换效率为0.31%，光响应度为22 mA/W。通过广泛的材料组合，这种混合2D结构将为光电子器件提供可能性，而这些光电子器件是不可能由单独的成分制成的。
2015-11-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Defect State Density and Orbital Localization in a-Si:H/c-Si Heterojunction and the Role of H
本文利用密度泛函理论（DFT）研究了H及其成键构型对氢化非晶硅（a-Si：H）/晶硅（c-Si）异质结构缺陷态密度和轨道局域化的影响。为了模拟a-Si在c-Si上的原子构型，使用经典分子动力学（MD）进行熔化和淬火模拟。将不同的氢含量以不同的键合构型插入到a-Si中，然后通过DFT弛豫来产生稳定的a-Si：H结构，其代表结晶Si表面上的氢化a-Si。与晶体异质结（其中界面密度在界面处是最大值）相反，我们发现，在H原子的最能量稳定的配置中，缺陷态密度在界面处相对较低，并且在a-Si层的中间处最大。我们的结构分析表明，在这些配置中，H原子不一定键悬挂键或界面原子。然而，它们能够显著地改变异质结构的原子结构，从而降低a-Si层处的缺陷态密度和轨道局域化，并且更显著地降低a-Si/c-Si界面处的缺陷态密度和轨道局域化。模拟的缺陷态分布的一般形式表明a-Si：H对c-Si衬底的钝化作用。
2020-11-28 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci
Interface Dipole and Band Bending in Hybrid p-n Heterojunction MoS2/GaN(0001)
基于块状GAN和二维（2D）材料的混合异质结构为具有工程特征的纳米电子器件提供了新的途径。在这里，我们研究了混合维异质结构的电子特性的本征n掺杂的二硫化钼薄片转移到p掺杂的GAN（0001）层。利用角分辨光电子能谱（ARPES）和高分辨X射线光电子能谱（HR-XPS）研究了MoS 2/GAN异质结构中层间相互作用引起的电子结构变化。特别是，观察到的价带相对于费米能级的位移的MoS 2/GAN异质结构，这是从二维单层的MoS 2到GAN的电荷转移的签名。ARPES和HR-XPS揭示了一个界面偶极子与局部电荷转移从GAN层的二硫化钼单层。MoS 2和GAN之间的价带和导带偏移被确定为分别为0.77和-0.51 eV。基于测得的功函数和能带弯曲，我们建立了GAN和MoS 2之间的0.2 eV的界面偶极子的形成。
2018-06-08 cond-mat.mtrl-sci
Opening the band gap of graphene through silicon doping for improved performance of graphene/GaAs heterojunction solar cells
石墨烯因其优异的性能引起了人们越来越多的关注，然而，单层石墨烯的零带隙可能限制其进一步的电子和光电应用。本文采用化学气相沉积法成功地大面积合成了单层硅掺杂石墨烯。拉曼光谱和X射线光电子能谱学测量证明硅原子掺杂到石墨烯晶格中，掺杂水平为3.4 at%。基于场效应晶体管的电学测量表明，硅掺杂使石墨烯的带隙打开，其带隙在0.紫外光电子能谱学表明SiG的功函数比石墨烯的功函数大0.13 eV。此外，SiG/GaAs异质结构太阳能电池显示出比石墨烯/GaAs太阳能电池平均提高33.7%的功率转换效率，这归因于增加的势垒高度和改善的界面质量。研究结果表明，硅掺杂可以有效地改善单层石墨烯的带隙，SiG在光电子器件中具有很大的应用潜力。
2015-07-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Band Alignment of 2D Semiconductors for Designing Heterostructures with Momentum Space Matching
我们提出了一个全面的二维（2D）半导体材料的能带排列的研究，并强调形成动量匹配的I，II和III型异质结的可能性;一个诱人的可能性是原子异质结构的构成单层在区域中心的带边。我们的研究，其中包括第IV和III-V族化合物单层材料，第V族元素单层材料，过渡金属二硫属化物（TMD）和过渡金属三硫属化物（TMT）揭示了几乎一半的这些材料具有导电和/或价带边缘驻留在区中心。使用第一性原理密度泛函计算，我们提出了这些2D材料的903种不同的可能组合的异质结的类型，建立了异质结的周期表。
2016-03-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Defect Candidates for Single-Photon Emission in Monolayer GaS and GaSe
University of Duisburg-Essen（杜伊斯堡-埃森大学）
本研究采用各向异性屏蔽交换泛函分析单层GaS和GaSe的缺陷电子结构，发现GaS中的镓空位可作为单光子发射候选体。
2026-10-16 cond-mat.mtrl-sci
Defect-induced modification of low-lying excitons and valley selectivity in monolayer transition metal dichalcogenides
利用量子化学从头算和Bethe-Salpeter方程计算方法研究了过渡金属二硫属化合物中点缺陷缺陷对单层结构光学性质的影响。我们发现，硫族元素空位在价带的准粒子连续谱中引入了未占据的隙内态和占据的共振缺陷态。这些缺陷态产生许多强束缚的缺陷激子，并与原始系统的激子杂交，从而降低谷选择性圆二色性。我们的研究结果提出了一种通过缺陷工程来调节自旋谷偏振和其他光学性质的途径。
2018-07-21 cond-mat.mtrl-sci
Evidence for Highly p-type doping and type II band alignment in large scale monolayer WSe2 /Se-terminated GaAs heterojunction grown by Molecular beam epitaxy
以混合范德华（vdW）异质结构布置的二维材料（2D）提供了朝向2D和常规III-V族半导体的组装的途径。本文报道了用分子束外延技术在端硒GaAs（111）B上生长的单层WSe_2的结构和电子性质。反射高能电子衍射图像表现出尖锐的条纹特征，表明通过VDW外延生产的高质量WSe 2层。这通过面内X射线衍射证实。高分辨率X射线光电子能谱和高分辨率透射显微镜证实了WSe 2的单层结构和界面处不存在相互扩散。角分辨光电子能谱的研究表明，一个定义良好的WSe 2带色散和高p掺杂来自WSe 2单层和Se-终止的GaAs衬底之间的电荷转移。通过与局域泛函和杂化泛函理论计算结果的比较，我们发现实验异质结的价带顶与自由单层WSe 2的计算结果接近。我们的实验表明，接近的Se-终止的GaAs衬底可以显着调整WSe 2的电子性质。相对于石墨烯层上的WSe 2的VBM，价带最大值（VBM，位于布里渊区的K点处）向费米能级呈现约0.56 eV的上移，这指示高p型掺杂并且是纳米电子学和光电子学中的应用的关键特征。
2022-01-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Tunnelling Characteristics of Stone-Wales Defects in Monolayers of Sn and Group-V Elements
在多层膜的合成和加工过程中，常常会形成拓扑缺陷，从而严重影响其电子性能。在本文中，我们调查的作用，斯通-威尔士（SW）缺陷在修改的电子性质的单分子膜的Sn和V族元素。计算结果发现锡烯（Sn原子单层）的电子性质强烈依赖于SW缺陷的浓度，当缺陷浓度为2.2 x 10^13 cm^-2时，有缺陷的锡烯的带隙几乎为零（约0.03 eV），当缺陷浓度为3.7 x 10^13 cm^-2时，带隙最大为0.2 eV。相反，SW-缺陷出现诱导导电状态的半导体单层的V族元素。这些导电状态作为电子隧穿的通道，和计算的隧穿特性示出了最高的微分电导的负偏压与不对称的电流-电压特性。在另一方面，最高的微分电导被发现的正偏锡烯。锡烯和V族元素单分子膜的STM形貌模拟图像显示出明显不同的横截面和距离-高度轮廓特征，这些特征可以作为实验中识别IV族和V族元素单分子膜中拓扑缺陷的指纹。
2017-07-10 cond-mat.mtrl-sci
Defect-induced conductivity anisotropy in MoS2 monolayers
各种类型的缺陷在二硫化钼单层及其对电子结构和输运性质的影响进行了研究，使用密度泛函为基础的紧束缚方法结合格林函数的方法。MoS2单分子膜中的本征缺陷显著影响其电子性质。即使在低浓度下，它们也会显著改变量子电导。虽然电子输运实际上是各向同性的原始二硫化钼，强烈的各向异性中观察到的缺陷的存在。在半导体MoS2中观察到局部中间带隙状态，其对电导率没有贡献，但方向相关的散射电流，并且电导率在线缺陷和选定的晶界模型之间强烈降低。
2013-12-12 cond-mat.mtrl-sci
Role of defects in ultrafast charge recombination in monolayer MoS$_2$
在这项工作中，我们系统地研究了点缺陷的作用，单层MoS的复合时间$_2$使用含时从头算非绝热分子动力学模拟。各种类型的点缺陷，如S空位，S间隙，Mo空位和Mo间隙已被考虑。我们发现，缺陷强烈地加速电子-空穴复合，特别是间隙S原子这样做的3个数量级相比，原始的MoS $_2$。Mo缺陷（空位和填隙两者）经由能隙中的各种缺陷能级引入多个去激发路径。本研究的结果提供了一些基本的理解，在存在缺陷的光致去激发动力学在高度技术相关的二维MoS $_2$。
2021-03-24 cond-mat.mtrl-sci
Effect of Oxygen Vacancy Defects on Electronic and Optical Properties of $MgO$ Monolayers: First Principles Study
用密度泛函理论的混合水平研究了MgO（111）单分子膜中氧空位缺陷引起的光电性质。HSE计算表明，由于引入氧空位，MgO单层的电子带隙显着减少。原始单分子膜具有宽带隙（4.84 eV，间接）半导体行为，当氧空位缺陷浓度分别增加6.25%和12.5%时，带隙分别变为2.97 eV（间接）和2.28 eV（直接）。因此，氧空位的存在导致能量红移的观察到的光学现象与原始单层。最重要的是，具有两个连续空位的双空位系统显示出最强的光学吸收，并且在电磁波谱中从可见光到紫外区域的光谱范围内也变得光学响应。因此，在MgO单层中产生氧钒可能是获得合适的太阳能材料的富有成效的技术。
2022-04-19 cond-mat.mtrl-sci
Patterning edge-like defects and tuning defective areas on the basal plane of ultra-large MoS$_{2}$ monolayers toward hydrogen evolution reaction
本研究利用FIB在超大MoS₂单层基面图案化刻蚀阵列，通过Ga⁺剂量调控缺陷分布，实现HER过电位降低290 mV，并结合表征与DFT识别催化缺陷。
2023-11-08 cond-mat.mtrl-sci
The effects of point defect type, location, and density on the Schottky barrier height of Au/MoS2 hetero-junction: A first-principles study
利用密度泛函理论（DFT），研究了单层MoS 2中点缺陷的类型、位置和密度对Au/MoS 2异质结电子结构和肖特基势垒高度（SBH）的影响.考虑了单层MoS 2中的三种类型的点缺陷，即S单空位、S双空位和MoS（Mo在S位的替代）反位缺陷。结果表明：（1）缺陷单层MoS_2的SBH普遍高于无缺陷单层MoS_2。(2)S双空位和MoS反位缺陷比S单空位在更大程度上增加SBH。(3)缺陷位于MoS 2的内层，这是邻近金衬底，增加SBH到一个更大的程度比在MoS 2的外层子层。(4)缺陷密度的增加增加了SBH。这些发现表明SBH随缺陷类型、位置和浓度的变化很大。我们还比较了我们的结果与以前的实验测量的金/二硫化钼接触SBH和假设现有的实验测量之间的巨大差异和实验测量和理论预测之间的可能原因。这里揭示的发现和见解可以通过缺陷工程为Au/MoS 2和类似异质结中的SBH的调制和优化提供实践指南。
2022-08-02 cond-mat.mtrl-sci
The comparative defect study on the polymeric transfer of MoS2 monolayers
化学气相沉积（CVD）生长的单层MoS2的无缺陷转移对于2D器件的制造和需要最小化衬底效应的各种研究的基本观点都是重要的。在众多的转移技术中，使用聚合物作为载体的两种众所周知的技术是湿转移技术和表面能辅助转移技术。在这项工作中，我们转移一个单一的CVD生长的单层MoS2通过这两种转移方法在一个类似的衬底上，并在转移过程中的应变和缺陷的干预探测拉曼和光致发光（PL）光谱，分别。我们发现，传统的和常用的湿转移技术退化的单分子层由于KOH污染。相比之下，使用表面能量辅助转移方法转移的单层具有与所生长的MoS2层相当的结构完整性和光学质量。与湿法相比，在表面能辅助技术中使用拉曼光谱研究记录了无应变转移。
2021-01-18 cond-mat.mtrl-sci
Effect of line defects on the electrical transport properties of monolayer MoS$_{2}$ sheet
我们提出了一个计算研究的影响线缺陷的单层二硫化钼的电子性质。四种不同类型的线缺陷与Mo和S作为桥接原子，与最近的理论和实验观察被认为是在这里。我们采用密度泛函紧束缚（DFTB）方法与Slater-Koster型DFTB-CP 2K基组的完美和各种缺陷的二硫化钼片的材料性能进行评估。透射光谱计算与DFTB-非平衡格林函数（NEGF）的形式主义。我们还进行了详细的分析，在一个小的偏置下的载流子传输路径和调查的相移在有缺陷的二硫化钼片的传输本征态。我们的模拟结果表明，在存在线缺陷的二硫化钼片的载流子电导的2-4倍减少相比，为完美的片。
2014-08-01 cond-mat.mtrl-sci
Universal polarization energies for defects in monolayer, surface and bulk hexagonal boron nitride : A finite-size fragments GW approach
我们研究了六方氮化硼中的缺陷能级与不同的层数使用片段多体$GW$形式主义，作为范例的碳二聚体和$C_BV_N$缺陷的例子。我们发现，一个单一的层可以在可极化的有限大小的区域中破碎，忠实地再现介电环境的影响，大大促进了在稀释极限的点缺陷的多体水平的研究。由于增加的屏蔽、标记的极化能量，缺陷能级从单层到$n$ -层系统的演变遵循简单的$({ΔP}/n + P_{\infty})$行为。系数$ΔP$和$P_{\infty}$被认为是接近通用的，与相反的符号为空穴和电子，主要表征主机和位置的缺陷（表面或散装），但几乎没有缺陷类型。我们的研究结果合理化的缺陷能级与层数的演变，允许安全地外推单层到几层，表面或散装\textit{h} -BN的结果。目前的多体碎片方法进一步打开了研究无序2D层的大门。
2022-10-11 cond-mat.mtrl-sci
Large spin-orbit splitting of deep in-gap defect states of engineered sulfur vacancies in monolayer WS2
二维材料中的结构缺陷提供了一种有效的方法来设计新材料功能，超越半导体中的传统掺杂。具体而言，在单层过渡金属二硫属化物（TMD）中，硫属元素空位的深能隙缺陷态与有趣的现象有关。在这里，我们报告的原子和电子结构的单层WS 2中的硫空位的直接实验相关的CO-针尖非接触原子力显微镜（nc-AFM）和扫描隧道显微镜（STM）的组合。硫空位，这是不存在的生长样品中，故意通过在真空中退火。空位的两个能量窄的未被占据的缺陷态提供了该缺陷的独特指纹。通过STM和最先进的GW计算的缺陷轨道的直接成像显示，这些缺陷状态之间的252毫电子伏的大分裂是由自旋轨道耦合引起的。硫族元素空位的可控掺入和潜在修饰为定制TMD的光学、催化和磁性提供了一条新的途径。
2019-08-19 cond-mat.mtrl-sci
Bridging Theory with Experiment: Digital Twins and Deep Learning Segmentation of Defects in Monolayer MX2 Phases
本研究针对单层MX2相缺陷识别难题，利用第一性原理计算生成约600种缺陷结构的数字孪生数据集，训练多种深度学习分割模型并在多条件下测试，为缺陷自动化发现提供了理论实验结合的新路径。
2023-05-04 cond-mat.mtrl-sci
Point defect formation energies in graphene from diffusion quantum Monte Carlo and density functional theory
密度泛函理论（DFT）被广泛用于研究单层石墨烯中的缺陷，以期应用范围从水过滤到电子学到石墨减速器中的辐射损伤的研究。为了评估DFT在此类应用中的准确性，我们报告了扩散量子蒙特卡罗（DMC）计算单层石墨烯中一些常见和重要的点缺陷的形成能：单空位，Stone-Wales缺陷和硅取代。我们发现，标准的DFT方法低估了约1 eV的单空位形成能。对于Stone-Wales缺陷和硅替代，DFT和DMC之间的分歧较小。我们研究振动的贡献，形成这些缺陷的自由能，发现振动的影响是不可忽略的。最后，我们比较了单层石墨烯、单层硅烯和体硅的DMC原子化能，发现体硅比单层硅烯稳定得多，每个原子稳定0.7522（5）eV。
2022-05-04 cond-mat.mtrl-sci
Defect Tolerant Monolayer Transition Metal Dichalcogenides
由于晶体缺陷而在半导体的带隙内形成的局部电子态可能对材料的光电性质有害。具有较低的形成缺陷诱导的深隙态的倾向的半导体被称为缺陷容忍的。在这里，我们提供了一个系统的第一性原理调查的缺陷容限在29个单层过渡金属二硫属化物（TMD）的纳米级光电子学的兴趣。我们发现，基于VI族和X族金属的TMD形成深间隙状态时，创建的硫属元素（S，Se，Te）的空缺，而基于IV族金属的TMD只形成浅的缺陷能级，因此预测是缺陷容忍。有趣的是，所有的缺陷敏感的TMD具有非常相似的轨道组成的价带和导带。这表明间隙的成键/反键性质，这反过来表明悬挂键将落入间隙内。通过引入一个描述符来度量导带和价带流形的相似程度，这些想法被定量化了。最后，研究被推广到非极性纳米带的TMD，我们发现，只有缺陷敏感的材料形成的带隙内的边缘状态。
2016-04-12 cond-mat.mtrl-sci
Localized Excitons in Defective Monolayer Germanium Selenide
硒化锗（GeSe）是一种具有良好光电性能的范德华键合层状材料，已被实验合成用于二维半导体应用。在单层中，由于降低了维数，因此，筛选环境，扰动，如缺陷的存在对其性能有显着的影响。我们应用密度泛函理论和多体微扰理论来理解在$-2$电荷态中含有单个硒空位的GeSe的电子和光学性质。我们预测，空位的结果在中间间隙的“陷阱状态”，强烈本地化的电子和空穴密度，并导致尖锐的，低能量的光吸收峰低于预测的原始光学带隙。激子波函数的分析表明，原始单层的2D Wannier-Mott激子高度局部化在缺陷周围，使其玻尔半径减小四倍，并且由于缺陷引起的对称性破缺而沿面外轴产生偶极矩。总的来说，这些结果表明，空位是一个强烈的扰动系统，证明了在材料设计的背景下考虑缺陷的重要性。
2020-05-20 cond-mat.mtrl-sci
Defect Sizing, Separation and Substrate Effects in Ion-Irradiated Monolayer 2D Materials
在当代材料科学中，二维纳米材料的精确和可扩展的缺陷工程是非常受欢迎的。在这里，我们提出了缺陷工程单层石墨烯和二硫化钼（MoS $_2$）的照射与惰性气体离子在30千电子伏。在气体场离子源显微镜中使用两种不同质量的离子种类：氦（He $^+$）和氖（Ne $^+$）。使用拉曼光谱进行了详细的研究，所引入的缺陷尺寸和所产生的缺陷间的距离与逐步上升的离子剂量。扩展现有的模型，我们发现，平均缺陷尺寸是相当小的支持比独立的石墨烯和缺陷的生产率更大。我们的结论是，从基板的二次原子在缺陷产生中发挥了重要作用，相对于由初级离子束所产生的缺陷，产生更小的缺陷。此外，一个类似的模型也适用于支持的MoS $_2$，另一个有前途的成员的二维材料家族。两种离子的缺陷产率获得的MoS $_2$，证明它们与材料的不同的相互作用，并促进与文献中的其他照射条件的比较。
2018-04-17 cond-mat.mtrl-sci
Spin-resolved Visible Optical Spectra and Electronic Characteristics of Defect-mediated Hexagonal Boron Nitride Monolayer
缺陷介导的六方氮化硼（hBN）超晶胞具有可见光谱和电子特性。hBN超晶胞中的缺陷包括原子空位、反位、反位空位以及外来原子对硼或氮的取代。具有VB、CB和NB-VN的hBN超晶胞具有跨费米能级的高电子态密度，这表明高导电电子特性。含原子空位、反位空位、杂质原子取代硼或氮等缺陷的hBN具有明显的自旋分辨光学和电子学特性，而含硼和氮反位缺陷的hBN不具有自旋分辨光学特性。带正电荷缺陷的hBN在较长的光谱区域具有主导的光学和电子特性。
2019-12-12 cond-mat.mtrl-sci
MoSSe Janus monolayer as a promising two dimensional material for NO2 and NO gas sensor applications
利用密度泛函理论研究了过渡金属二硫属化合物基JanusMoSSe单分子膜对H2S、NH3、NO2和NO有毒气体的气敏机理。原始和缺陷包括MoSSe层被认为是吸附研究的主体材料。研究了三种类型的缺陷（i）钼空位、（ii）硒空位和（iii）硫/硒空位，以了解它们对这些气体分子的电子性质和传感的影响。通过计算缺陷的形成能来预测这些缺陷的稳定性，发现硒空位是最稳定的缺陷。从吸附能、垂直高度、电荷差密度、Bader电荷分析、电子和磁性等方面对气体分子的吸附进行了评价。H_2S、NH_3、NO_2和NO分子在Janus MoSSe单分子膜上的最大吸附能分别为~-0.156eV、-0.203eV、-0.252eV和-0.117eV。硒和硫/硒缺陷显著改善了气体分子的感测。NO2气体分子解离并在含硒和硫/硒缺陷的MoSSe Janus单层中形成氧掺杂的NO吸附。含MoSSe层的Se和S/Se缺陷的吸附能值分别为~ -3.360eV和-3.404eV。此外，NO2分子的吸附诱导约1 μ/B的磁矩。相反，NO分子在硒和硫/硒缺陷的表面上表现出化学吸附，包括Janus MoSSe单层，而H2S和NH3分子表现出物理吸附，其吸附能分别在-0.146至-0.238 eV和-0.140至-0.281 eV的范围内。H_2S、NH_3、NO_2和NO分子在原始和缺陷单分子膜上的吸附表明，硒和硫/硒空位缺陷对NO…
2018-12-20 cond-mat.mtrl-sci
Strain-induced magnetism in MoS2 monolayer with defects
通过密度泛函计算，在具有原子单空位的单层MoS2中观察到了应变诱导磁性。计算得到每个空位缺陷的磁矩不小于2 μ B。应变引起的带隙闭合与磁性的发生是同时发生的。阐述了应变磁产生的可能物理机制。我们还证明了在实验中检验预测的磁性的可能性。我们的研究为利用富稀土氧化物材料MoS_2设计新型存储开关或逻辑器件提供了一个机会。
2014-03-01 cond-mat.mtrl-sci
Theory of De-Pinning of Monolayer Films Adsorbed on a Quartz Crystal Microbalance
在石英晶体微天平（QCM）的研究吸附的单层膜和金属衬底之间的摩擦，观察到的膜滑动相对于衬底的顺序$10^{-14}dyn$每个膜原子的惯性力，力远远小于所有的理论估计的力，表面缺陷能够施加。在这封信中，我们建议，为了解决这个问题，如果缺陷的潜力有一个范围大于原子间距，净力相对较硬的薄膜，由于缺陷可能是非常小的。线缺陷（例如，台阶和刻面边缘以及晶界）以及更局部化的缺陷（例如，空缺）。
2005-04-20 cond-mat.mtrl-sci
Degenerate epitaxy-driven defects in monolayer silicon oxide onto ruthenium
由于高分辨率扫描隧道显微镜和第一性原理计算，在钌表面上制备的氧化硅的极薄晶体同素异形体的结构以化学灵敏度被揭示到原子尺度。一个有序的氧晶格的图像共存的二维单层氧化物。这种共存的信号从氧重建Ru（0001）的氧化硅，沿横向移位域的形式，每个与衬底的等效和退化的外延关系的displacive变换。这些域之间边界处不可避免的缺陷特征呼吁开发能够生产单晶二维氧化物的替代方法。
2015-10-29 cond-mat.mtrl-sci
Nonpolar p-GaN/n-Si heterojunction diode characteristics: A comparison between ensemble and single nanowire devices
研究了整体和单个p-GaN纳米线和n-Si异质结器件的电学和光电二极管特性。发现单纳米线p-GaN/n-Si器件的理想因子比整体纳米线器件的理想因子低约三倍。除了p-GaN纳米线中的深能级陷阱之外，由于在系综纳米线器件中Mg掺杂剂的不均匀性而导致的缺陷态归因于高理想因子的起源。光伏模式的集成纳米线器件的填充因子高达60%的改善与填充因子高达30%的单纳米线器件。在470 nm处，发现光导模式下的单纳米线器件的响应率增强了五个数量级。单纳米线器件的增强的光响应也证实了由于p-GaN纳米线中的缺陷态而导致的光电导。
2016-05-11 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Effects of the Substitutions and Vacany Defects on the Stable monolayer structures of Black and Blue Arsenic Phosphorus: A First Principles Study
采用密度泛函理论中的第一性原理平面波方法，在广义梯度近似下研究了砷磷（AsP）的二维单层结构.砷磷的两种结构被称为屈曲（B-AsP）和褶皱（Pu-AsP）。从我们的数值计算，我们预测了优化状态的单层屈曲和起皱蜂窝状同素异形体的AsP。我们表明，屈曲和起皱的砷磷是半导体单层带隙能量分别为1.858 eV和0.924 eV。特别地，我们发现褶皱单分子膜具有直接带隙。此外，我们还研究了砷磷晶体中单空位、双空位、反位和置换等点缺陷的电子和磁性。我们的结论是，AsP单分子膜可以达到磁状态的空位和半导体性质可以变成金属的各种缺陷类型。在所考虑的系统中，B-AsP的带隙也可以从金属特性调谐到1.858 eV，并且对于Pu-AsP，从金属调谐到0.924 eV，这些范围对于雷达和大气应用特别重要。
2016-09-29 cond-mat.mtrl-sci
Theoretical study of quantum emitters in two-dimensional silicon carbide monolayer
通过从头计算和群论分析，研究了二维碳化硅单层膜中几种可能的单光子源的性质。在三个电荷状态（负，正和中性）的几个点缺陷被认为是。应用性能准则，详细研究了不含反位缺陷和含反位缺陷组合的Stone-Wales缺陷。形成能计算表明，这些缺陷的中性和正电荷状态是稳定的。我们计算了零声子线能量，黄-里斯（HR）因子和光致发光光谱的可用跃迁在不同的电荷状态。计算的HR值和相关的Debye-Waller因子保证了Stone-Wales缺陷具有作为有前途的单光子发射体的高潜力。
2020-02-17 cond-mat.mtrl-sci
First Principles Study of Intrinsic and Extrinsic Point Defects in Monolayer WSe2
我们提出了单层（ML）WSe 2中本征和非本征点缺陷的详细第一性原理密度泛函理论研究。在本征点缺陷中，Se空位（Sevac）具有最低的形成能（不考虑可以通过退火去除的Se吸附原子）。具有下一个最小形成能量（至少大1 eV）的缺陷是SeW（Se在反位缺陷中取代W原子）、Wvac（W空位）和2Sevac（Se双空位）。所有这些本征缺陷都具有非自旋极化的间隙态。石墨衬底的存在下，不改变这些缺陷的形成能显着。对于非本征点缺陷，我们重点研究了O、O2、H、H2和C与WSe2及其本征点缺陷的相互作用。理想WSe 2中的优选结合位点是原子O、H和C的间隙位点。这些间隙缺陷没有间隙状态。本征缺陷的带隙态通过与O、O2、H、H2和C的相互作用而改变。特别是，通过与O和O2的相互作用，完全去除了Sevac和2Sevac的带隙态。这与O相关缺陷的稳定性显著大于H和C相关缺陷的稳定性相一致。O的优选结合位点是Sevac，而H的优选结合位点是SeW。键合到SeW的H导致自旋极化的间隙状态，这可能是有用的自旋电子学应用的缺陷工程。计算了这些缺陷的电荷跃迁能级和电离能。间隙位的H是有效的施主，而所有其他缺陷都是孤立的WSe 2 ML中的深施主或受主。
2019-01-16 cond-mat.mtrl-sci
Intra-Domain Periodic Defects in Monolayer MoS$_2$
利用超高真空扫描隧道显微镜（STM）研究了化学气相沉积法在硅衬底上生长的二硫化钼薄膜的结构缺陷。观察到一种独特类型的晶界周期性地排列在一个孤立的三角形域内，以及其他各种类型的域间晶界。这些周期性缺陷，约50纳米的间距和几个纳米的宽度，仍然隐藏在光学或低分辨率显微镜研究。我们报告了一个复杂的生长机制，产生2D成核和螺旋生长功能，可以解释我们的薄膜中的地形。
2017-05-08 cond-mat.mtrl-sci
Interaction of oxygen with pristine and defective MoS2 monolayers
原子控制的亚纳米MoS $_2$孔最近已被制备。氧化环境对于MoS $_2$在电子、传感和能量存储中的应用特别感兴趣。在这项工作中，我们进行了第一性原理计算的普通和亚纳米级的二硫化钼$_2$纳米孔中的氧吸附。使用密度泛函理论验证了层和孔对氧的化学稳定性。解离和扩散障碍已经计算，以了解表面和孔氧化及其在原子尺度上的电子性质，这开辟了道路，为未来的调查MoS $_2$孔在现实的环境。
2023-01-29 cond-mat.mtrl-sci
Atomic Scale Insights Into The Mechanical Characteristics of Monolayer 1T-Titanium Disulphide: A Molecular Dynamics Study
在这项工作中，我们报告的力学响应和断裂行为的原始和有缺陷的单层1 T-二硫化钛使用经典的分子动力学模拟。研究了温度、应变速率和缺陷率对该合金扶手椅形和锯齿形单向拉伸性能的影响。我们发现，单层TiS 2显示各向同性的单轴拉伸性能，但破坏应变是在锯齿形方向大于扶手椅方向。我们还观察到的极限拉伸强度，破坏应变和杨氏模量与温度和缺陷率呈负相关。结果表明，应变速率对单层TiS 2的弹性模量没有影响，但较高的应变速率导致较高的极限拉伸强度和破坏应变。
2020-03-17 cond-mat.mtrl-sci
Comparative Monte Carlo Study of a Monolayer Growth in a Heteroepitaxial System in the Presence of Surface Defects
用晶格蒙特卡罗模拟研究了表面缺陷存在时，Ag/Au（100），Au/Ag（100），Ag/Pt（100），Pt/Ag（100），Au/Pt（100），Pt/Au（100），Au/Pd（100）和Pd/Au（100）体系金属单分子层或亚单分子层的吸附.
2008-03-18 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech
Electronic Properties of Defective MoS$_{2}$ Monolayers Subject to Mechanical Deformations: A First-Principles Approach
第六族过渡金属二硫属化合物（transition metal dichalcogenides，TMD）单层膜是一种具有直接带隙的二维半导体材料，在纳米电子学、光电子学等领域具有广阔的应用前景。这些单分子层可以经历强的弹性形变，高达约10\%，而没有任何键断裂。此外，电子结构和输运性质，这定义了纳米电子器件中的这些TMD单层的性能，可以强烈地受到点缺陷的存在下，这是经常存在于合成样品。因此，重要的是要了解这两种影响的电子性质的单分子膜。在这项工作中，我们研究了缺陷的MoS $_{2}$单分子膜的电子结构和能量特性，受到各种应变，使用密度泛函理论模拟。我们的研究结果表明，应变导致带隙内的缺陷能级及其轨道特性的强烈修改。应变还分裂的退化缺陷能级高达450 meV的量，提出了新的应用。
2019-12-12 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Native defects in monolayer GaS and GaSe: electrical properties and thermodynamic stability
本研究利用从头算计算考察单层GaS和GaSe本征缺陷的电荷跃迁能级、补偿复合作用及有限温度形成能，并提出可降低缺陷浓度的生长条件窗口。
2021-10-19 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Efficient and accurate defect level modelling in monolayer MoS$_2$ via GW+DFT with open boundary conditions
在多体微扰理论（MBPT）与密度泛函理论（DFT）相结合的框架下，提出了一种新的缺陷子空间投影GW方法（p-GW）.通过开边界自能避免周期性缺陷的干扰，我们证明了p-GW能有效准确地描述二维单层MoS $_2$中的准粒子相关缺陷能级.通过比较两种不同的缺陷状态起源于硫空位和吸附原子现有的理论和实验工作，我们表明，我们的GW修正DFT缺陷能级精确建模。基于这些发现，我们希望我们的方法可以为各种2D过渡金属二硫属化物（TMD）单层提供真正的陷阱态，从而能够通过逼真的模拟研究缺陷引起的对这些材料的器件特性的影响。
2022-06-29 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Reversible tuning the optical properties of defective TMDs monolayers
过渡金属二硫属化合物（TMD）单层膜在光电子和柔性器件中的潜在应用正在进行大量的研究。虽然TMD单分子膜对外部机械场具有高度鲁棒性，但其电子结构对压缩和拉伸应变敏感。此外，本征点缺陷存在于这些二维（2D）材料的合成样品中，这导致它们的电子和光学性质的修改。与简单的过渡金属空位的情况相比，空位络合物的存在导致与较大的偶极矩阵元素的吸收。使用第一性原理计算，我们仔细检查各种应变情况下的吸收光谱的这种缺陷的单层的效果，并表明，应变工程允许可逆调谐的光学性能。
2021-09-11 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Spin- and valley-polarized transport across line defects in monolayer MoS2
本文研究了单层过渡金属二硫属化物中载流子穿过有序线缺陷的弹道传输。我们的研究揭示了由自旋-轨道相互作用、自旋和谷滤波驱动的输运间隙的存在，这两者都源于自旋和动量守恒的简单图像，以及电荷载流子传输的电子-空穴不对称性。利用第一性原理格林函数方法，进一步研究了单层MoS $_2$中实验观察到的有序线缺陷，特别是空位线和反转畴边界的电子输运性质.我们的计算表明，在纳米电子器件的基础上，在单层过渡金属dichalcogenides工程周期线缺陷实现几乎完全的自旋极化的载流子的可能性，从而提出了一个实用的方案，为自旋输运的全电控制。
2016-06-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Gate-tunable carbon nanotube-MoS2 heterojunction p-n diode
pn结二极管和场效应晶体管（FET）是现代电子学和光电子学中最普遍存在的两种构件。近年来，降维材料的出现表明这些成分可以缩小到原子厚度。虽然高性能的场效应器件已经从单层材料和它们的异质结构中实现，但是由异质结材料衍生的p-n异质结二极管明显地不存在，并且限制了复杂的电子和光电电路的制造。在这里，我们展示了一个栅极可调的p-n异质结二极管使用半导体单壁碳纳米管（s-SWCNT）和单层二硫化钼（SL-MoS 2）作为p型和n型半导体，分别。这两个直接带隙半导体的垂直堆叠形成具有电特性的异质结，该异质结可以利用施加的栅极偏置来调谐，以实现从绝缘到整流的宽范围的电荷传输行为，其中正向与反向偏置电流比超过10^4。该异质结二极管对光辐射也有很强的响应，外量子效率（EQE）为25%，光响应快< 15 μs。由于单壁碳纳米管具有各种各样的电性能作为手性的函数，并且由于越来越多的原子薄的2D纳米材料被隔离，这里提出的栅极可调p-n异质结概念应该被广泛推广，以实现多样化，高性能的电子学和光电子学。
2013-10-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Optical Properties of Charged Defects in Monolayer MoS$_2$
本文通过原子级紧束缚模型和Bethe-Salpeter方程计算单层MoS₂带电缺陷的光谱，发现缺陷在自由激子峰下方100-200 meV处产生新峰，源于带隙内束缚态跃迁，结果与实验一致。
2023-07-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Defect-Induced Magnetic Skyrmion in Two-Dimensional Chromium Tri-Iodide Monolayer
碘化铬单层，其具有不同的磁性相比，散装碘化铬，已被证明形成skyrmionic状态中施加的电磁场或Janus层设备。在这项工作中，我们证明了自旋倾斜的解决方案可以诱导成单层碘化铬通过选择取代碘原子与等价杂质。选择几种浓度和空间结构的卤化物替代缺陷，以探测局部缺陷引起的几何畸变和铬磁矩取向之间的耦合。这项工作提供了原子级的洞察力，如何原子精确的应变工程可以用来创建和控制复杂的磁性图案在碘化铬层，奠定了基础，研究领域和几何形状相关的磁性在类似的二维材料。
2021-03-04 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
