Liquid phase mass production of air-stable black phosphorus/phospholipids nanocomposite with ultralow tunneling barrier
少层黑磷（FLBP）是近年来发现的一种二维半导体材料，由于其在电子和光电子领域的巨大应用潜力，引起了科学界和技术界的广泛关注。然而，FLBP薄片与环境物种的反应性限制了其直接应用。在环境中钝化FLBP的各种方法中，将FLBP薄片与稳定基体混合的纳米复合材料可能是最有前途的工业应用方法之一。在这里，我们报告了一个简单的一步程序，大量生产空气稳定的FLBP/磷脂纳米复合物在液相中。发现所得纳米复合材料具有超低的载流子隧穿势垒，其可以通过Efros-Shklovskii可变范围跳跃机制来描述。由这种大规模生产的FLBP/磷脂纳米复合材料制成的器件在环境条件下显示出高度稳定的电导率和光电响应，表明其在电子和光电应用中的前景。该方法也可推广到其它气敏二维材料如FeSe、NbSe_2、WTe_2等纳米复合材料的批量生产。
2018-01-22 cond-mat.mtrl-sci
Covalent Functionalized Black Phosphorus Quantum Dots
黑磷（BP）纳米结构实现了一种新的策略来调整这种原子级薄材料的电子和光学特性。在本文中，我们显示，通过密度泛函理论计算，通过共价官能化修改BP量子点的光学性质的可能性。本研究中选择的量子点具有化学式P24 H12，并且已经用一个或多个苯环或蒽共价官能化。在吸收光谱中突出了官能化的效果，其中吸收的红移是明显的。这种位移可以归因于黑磷/有机分子纳米结构中的电子离域。
2017-11-02 cond-mat.mtrl-sci
Phosphorus Nanotubes from Chemical Cleavage
该研究提出利用硫掺杂裂解紫磷和纤维状红磷双层管状结构制备线性一维磷纳米管的策略，其具18%拉伸应变耐受性、1.57 eV大激子结合能等特性，在多领域应用潜力大。
2024-11-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Covalent Functionalization and Passivation of Exfoliated Black Phosphorus via Aryl Diazonium Chemistry
原子级薄纳米材料的功能化使得能够定制它们的化学、光学和电子性质。剥离的黑磷是一种层状二维半导体，具有良好的载流子迁移率、可调带隙和高度各向异性特性，具有化学反应性，在环境条件下迅速降解。相比之下，在这里，我们表明，共价芳基重氮官能化抑制剥离的黑磷的化学降解，即使在几个星期的环境暴露。这种化学改性方案自发地形成磷-碳键，具有对芳基重氮取代基敏感的反应速率，并改变剥离的黑磷的电子性质，最终产生强的、可调的p型掺杂，其同时改善场效应晶体管迁移率和开/关电流比。这种化学功能化途径可控地改变剥离的黑磷的性质，从而提高其在纳米电子应用中的前景。
2016-05-03 cond-mat.mtrl-sci
Decoration of exfoliated black phosphorus with nickel nanoparticles and application in catalysis
镍纳米颗粒分散在剥离的黑磷的表面上，并且当在黑暗中保持在环境条件下时，所得的纳米杂化Ni/2DBP相对于原始2DBP显示出改善的稳定性。将Ni/2DBP催化剂用于苯乙炔半加氢反应，具有较高的苯乙烯转化率和选择性。这些特征在回收测试后得以保留，揭示了纳米混合物的高稳定性。
2017-08-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Deriving phosphorus atomic chain from few-layer black phosphorus
磷原子链是黑磷最窄的纳米结构，与黑磷向一维方向的深入发展密切相关。在这方面的贡献，我们报告了一个自上而下的路线，通过电子束雕刻内的透射电子显微镜（TEM）制备BP的原子链。首次在实验上捕获了一维磷链的生长和动力学（即断裂和边缘迁移）。通过密度泛函理论（DFT）计算，进一步证实了磷链的动力学行为和相关能量学. BP的一维对应物将作为一个新的平台，并激发进一步探索BP的多功能特性。
2016-11-25 cond-mat.mtrl-sci
Liquid exfoliation of solvent-stabilised black phosphorus: applications beyond electronics
少层黑磷是一种新型的二维材料，在电子领域有着广泛的应用。然而，它缺乏稳定性严重限制了我们合成和加工这种材料的能力。在这里，我们证明了高品质，少层黑磷纳米片可以大量生产的溶剂N-环己基-2-吡咯烷酮（CHP）的液相剥离。我们可以控制纳米片的尺寸，并已开发出度量来估计纳米片的尺寸和厚度光谱。当在CHP中剥离时，纳米片非常稳定，除非故意引入水。计算研究表明，降解仅在纳米片边缘与水分子反应，导致磷原子的去除和膦和亚磷酸的形成。我们证明，液体剥离的黑磷纳米片是潜在的有用的应用范围从光学开关，气体传感器的复合材料增强填料。
2015-01-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
2D Black Phosphorus Carbide: Rippling and Formation of Nanotubes
最近，人们预测了一种新型层状材料--碳化磷（PC）的同素异形体，并且已经成功地制备了其中的一些结构。在这里，通过使用第一性原理计算，我们研究了波纹的PC单层，层状PC的最稳定的修改之一，在大的压缩应变的影响。与磷烯类似，层状PC被发现具有非凡的弯曲能力，并在沿其扶手椅方向施加足够大的应变下形成具有大曲率的波纹。的带隙尺寸，功函数，和杨氏模量的波纹PC单层的预测是高度可调的应变工程。此外，直接-间接的带隙转变下观察到的压缩应变范围从6到11%。PC单层沿扶手椅方向波纹的另一个重要特征是其在极端压缩应变下滚动成PC纳米管（PCNT）的可能性。这些不同尺寸的管表现出高的热稳定性，具有很高的杨氏模量，以及可调谐的带隙，可以从0到0.95 eV变化。此外，对于这两种结构，波纹PC和PCNTs，我们已经解释了它们在压缩应变下的性质的变化，其结构参数的修改。
2020-02-19 cond-mat.mtrl-sci
Probing physical origin of anisotropic thermal transport in black phosphorus nanoribbons
黑磷（BP）由于其优异的电学/光学/光电性能，已成为下一代电子学和光电子学的重要候选材料。有趣的是，BP显示出强烈的各向异性输运行为，因为它的褶皱蜂窝结构。以往的研究已经证明了BP的热输运各向异性，并从理论上将其归因于声子色散关系和声子弛豫时间的各向异性。然而，这种强各向异性的确切起源缺乏明确性，还有待实验证明。在这项工作中，我们探测BP纳米带（NR）的热输运各向异性的电子束技术。我们提供了直接的证据，这种各向异性的起源是由各向异性声子群速度为主导的第一次，沿不同方向的杨氏模量测量验证。结果表明，锯齿形（ZZ）和扶手椅（AC）带之间的热导率的比值几乎是相同的相应的杨氏模量值。第一性原理计算的结果与实验结果一致，并显示了ZZ和AC之间声子群速度的各向异性。我们的研究结果提供了基本的洞察各向异性热输运在低对称晶体。
2018-09-02 cond-mat.mtrl-sci
Topological Hall effect in bulk ferromagnet Cr$_2$Te$_3$ embedded with black-phosphorus-like bismuth nanosheets
我们采用分子束外延方法将黑磷状铋纳米片嵌入到块体铁磁体Cr $_2$ Te $_3$中。作为一种典型的表面活性剂，铋降低了表面张力，并介导了Cr $_2$ Te $_3$的逐层生长。同时，铋原子沉淀成横向尺寸为几十纳米的黑磷状纳米片。在Cr $_2$ Te $_3$嵌入Bi纳米片，我们同时观察到一个大的拓扑霍尔效应连同磁化率平台和磁阻异常。作为对照实验，在原始Cr $_2$ Te $_3$样品中没有观察到这些信号。因此，Bi纳米片充当由植入到Cr $_2$ Te $_3$中的非共面磁性织构诱导的拓扑霍尔效应的种子。我们的实验证明了一种通过在传统铁磁体中植入强自旋轨道耦合来产生大拓扑霍尔效应的新方法，这在自旋电子学中可能具有潜在的应用。
2019-03-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Thermal stability of a free nanotube from single-layer black phosphorus
与石墨烯片制备的碳纳米管类似，理论上也可以通过卷曲矩形单层黑磷（SLBP）来制备黑磷纳米管（BPNT）。本文采用分子动力学模拟研究了原子热振动对BPNT失效的影响。模拟中涉及两种类型的双壳BPNT，这是通过将矩形SLBP分别沿其扶手椅/褶皱方向和锯齿方向（面内法线）卷曲而获得的。在有限温度下，由于管的曲率和原子的剧烈热振动，管外壳上的键处于张力状态。当具有这种伸长的键的长度接近其临界值时，即，0.279 nm，或者由于键角变化较大，两个非键合磷原子之间的最小距离超过0.389 nm，管很快失效。计算并比较了扶手椅和锯齿形BPNT在有限温度下的临界稳定态。为了实现具有高鲁棒性的稳定BPNT，管的曲率应该减小或者管应该在较低温度下工作。只有当BPNT具有结构稳定性时，它才具有作为纳米线在未来纳米机电系统（NEMS）中的潜在应用。
2015-12-23 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
A wet etching method for few-layer black phosphorus with an atomic accuracy and compatibility with major lithography techniques
本文报道了一种由自顶向下的纳米纤维方法制备的少层黑磷厚度图案。这是通过一种新的湿法蚀刻工艺实现的，该工艺可以以原子层精度蚀刻少数层黑磷的选定区域。该方法是深紫外和电子束光刻工艺兼容的，并且不含氧和其他常见的掺杂源。为大规模制备少层BP材料和器件提供了一种可行的图形化方法。
2019-01-07 cond-mat.mtrl-sci
Black phosphorus field-effect transistors
二维晶体已经成为一类新的材料，具有可能影响未来技术的新特性。在巨大的材料库中实验识别和表征新的功能二维材料是一个巨大的挑战，同时也是潜在的回报。在这项工作中，我们成功地制造了场效应晶体管的基础上的几层黑磷晶体厚度下降到几个纳米。在室温下薄于7.5 nm的样品中实现了10 E5量级的漏电流调制，在IV特性中具有良好的电流饱和，这两者对于器件的可靠晶体管性能都是重要的。样品迁移率也被发现是厚度依赖性的，最高值高达约1000 cm 2/Vs，在厚度约10 nm处获得。我们的研究结果表明，黑磷薄晶体作为一种新的二维材料，在纳米电子器件的未来应用的潜力。
2014-01-16 cond-mat.mtrl-sci
Environmental Effects in Mechanical Properties of Few-layer Black Phosphorus
我们报告了低层黑磷（BP）纳米片在高真空中的机械性能，并作为暴露于大气条件下的时间的函数[1]。BP薄片的厚度范围从4到30纳米悬浮在圆孔，其特征在于使用原子力显微镜针尖的纳米压痕。根据在高真空中的测量，估计弹性模量为46+/-10 GPa，断裂强度为2.4+/-1 GPa。这两个量值都与薄片的厚度无关。我们的研究结果表明，暴露于空气中的薄片薄于6 nm的机械响应有很大的影响，但较厚的薄片的影响很小。
2016-08-24 cond-mat.mtrl-sci
Anisotropic Thermal Conductivity of Exfoliated Black Phosphorus
我们确定了氧化铝钝化黑磷（BP），一个反应性的2D纳米材料具有强的面内各向异性的各向异性热导率。我们测量的三个结晶轴剥离BP的时域热反射的室温热导率。Z字形方向的导热系数（86 +/- 8 W/（m*K））比扶手椅方向的导热系数（34 +/- 4 W/（m*K））高约2.5倍。
2015-09-30 cond-mat.mtrl-sci
Lattice dynamics and elastic properties of black phosphorus
我们实验确定的晶格动力学的黑磷层状晶体通过X射线漫散射和非弹性X射线散射的组合，我们合理化我们的实验结果，使用$\textit{ab initio}$计算。从太赫兹频率的声子色散，我们推导出完整的单晶弹性张量，并将其与黑磷的宏观弹性响应，所描述的弹性模量。这里获得的弹性刚度系数提供了一个重要的基准模型的黑磷和相关材料，如磷烯和黑磷纳米管，最近出现的量子材料，揭示了巨大的潜力，纳米光子学，光电子学，和量子传感。
2022-06-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Observation of Low-frequency Interlayer Breathing Modes in Few-layer Black Phosphorus
黑磷（BP）作为一种新型的二维层状材料，在纳米电子学和纳米光电子学领域具有广阔的应用前景。我们利用拉曼光谱和第一性原理首次报道了我们在少层BP中与低频（LF）层间呼吸模式（<100 cm-1）相关的发现。通过对激光偏振依赖性的研究和群论分析，将呼吸模归属于Ag对称性。与高频（HF）拉曼模式相比，LF呼吸模式对层间耦合更敏感，因此它们的频率显示出更强的层数依赖性。因此，它们可以被用作探测少层BP的晶体取向和厚度的有效手段。此外，温度依赖性的研究表明，呼吸模式具有谐波行为，与HF拉曼模式，这是已知的表现出非谐性。
2015-02-27 cond-mat.mtrl-sci
The Renaissance of Black Phosphorus
在1914年首次以散装形式成功合成100年后，最近从二维（2D）层状材料的角度重新发现了黑磷（黑P），吸引了凝聚态物理学家，化学家，半导体器件工程师和材料科学家的极大兴趣。与石墨和过渡金属二硫属化物（TMD）类似，黑P具有层状结构，但具有独特的褶皱单层几何结构。由于薄膜黑P的直接电子带隙可以从0.3到大约2 eV变化，这取决于其膜厚度，并且由于其高载流子迁移率和各向异性的面内性质，黑P有希望用于不同于石墨烯和TMD的纳米电子学和纳米光子学中的新应用。黑P作为一种纳米材料，在过去的一年里已经引起了研究人员的广泛关注。在这里，我们对这种新兴材料提出了自己的看法，目的是激励和鼓舞2D材料社区的研究人员和PNAS的广大读者讨论并为这个令人兴奋的新领域做出贡献。我们也给出了我们的观点，对未来的二维和薄膜黑P的研究方向，旨在帮助研究人员来自不同的学科谁是渴望在这个令人兴奋的研究领域的工作。
2015-03-28 cond-mat.mtrl-sci
Broadband black phosphorus optical modulator in visible to mid-infrared spectral range
黑磷（BP）是一种二维（2D）材料，具有直接带隙，其填补了石墨烯拓扑绝缘体和过渡金属二硫属化物留下的带隙空隙，因为其依赖于层和施加的应变。理论上，直接和可调的带隙表明在光电子学中的宽带应用具有从可见光到中红外的光谱范围内的高效率。实验上制作了BP宽带光调制器，并将其用作体激光器的可饱和吸收体，实现了639nm（红光）、1.06um（近红外）和2.1um（中红外）的被动调制激光输出。所得结果为稀有宽带光调制器提供了一种有希望的选择，拓宽了BP在光子学中的应用范围。
2015-05-22 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Nano-imaging of the edge-dependent optical polarization anisotropy of black phosphorus
2D材料的电子结构和功能对结构形态高度敏感，为操纵材料特性提供了可能性，但也使可预测和可再现的功能具有挑战性。黑磷（BP）是一种波纹状正交2D材料，具有对于诸如定向光子学、等离子体激元和波导的应用至关重要的面内光学吸收各向异性。在这里，我们使用偏振相关的光电子显微镜可视化BP的各向异性光学吸收与54 nm的空间分辨率。我们发现BP薄片的边缘从薄片内部的光学偏振各向异性的偏移，由于一维限制和对称性减少在薄片边缘，改变边缘电子态的电子电荷分布和跃迁偶极矩，证实与第一性原理计算。这些结果揭示了先前隐藏的修改的偏振依赖的吸收在边缘的BP，突出的机会，选择性激发的边缘状态的二维材料与偏振光。
2022-04-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Photonic Devices Based On Black-Phosphorus and Combined Hybrid 2D nanomaterials
人工半导体异质结构在现代电子和光子技术中发挥了关键作用，为从可见光到远红外线的载流子的操纵和控制提供了一种非常有效的手段。尽管具有出色的多功能性，但由于需要清洁和陡峭的界面，它们通常需要具有挑战性的外延生长过程，这被证明是实现室温（RT），高效率器件（如源，检测器或调制器）的主要障碍。石墨烯的发现和相关的迷人功能引发了对基于无机二维（2D）材料的器件的前所未有的兴趣。其中黑磷（BP）最近在微电子和光子学的各种应用中显示出非凡的潜力。由于无间隙石墨烯和较大间隙的过渡金属二硫属化物之间存在能隙，BP可以形成新一代高性能光子器件的基础，这些光子器件可以从“零”开始设计，如透明可饱和吸收体，快速光电导开关和低噪声光电探测器，利用其特有的电学，热学和光学各向异性。本文综述了黑磷基太赫兹光子学的最新研究成果，并对这一快速发展的研究领域的未来发展进行了展望。
2018-04-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Solvent Exfoliation of Electronic-Grade, Two-Dimensional Black Phosphorus
二维（2D）黑磷（BP）（通常称为磷烯）的溶液分散体通过溶剂剥离来实现。这些原始的电子级BP分散液是在密封的尖端超声系统中用无水有机溶剂生产的，避免了BP通过溶剂化氧或水发生降解。在常规溶剂中，发现N-甲基吡咯烷酮（NMP）可提供稳定的高浓度（约0.4 mg/mL）BP分散体。原子力显微镜、扫描电子显微镜、透射电子显微镜、拉曼光谱和X-射线光电子能谱学表明，溶剂剥离的BP纳米片的结构和化学性质与机械剥离的BP薄片相当。此外，来自液相处理的残留NMP抑制环境条件下BP氧化的速率。溶剂剥离的BP纳米片场效应晶体管（FET）表现出双极行为，电流开/关比和迁移率分别高达~10000和~50 cm^2/（V*s）。总的来说，这项研究表明，稳定的，高度浓缩的，电子级的2D BP分散体可以通过可扩展的溶剂剥离来实现，从而为大面积，高性能的BP器件应用提供了机会。
2015-05-05 cond-mat.mtrl-sci
Second-Order Raman Scattering in Exfoliated Black Phosphorus
本研究在剥离黑磷中识别出四个由缺陷激活的二阶拉曼模式，结合实验表征与从头算模拟揭示其双共振散射机制，为解释相关文献分歧提供了依据。
2024-08-16 cond-mat.mtrl-sci
Black Phosphorus/Palladium Nanohybrid: Unraveling the Nature of P-Pd Interaction and Application in Selective Hydrogenation
对2D黑磷（bP）的兴趣日益浓厚，有助于扩大其在无数领域的应用。在本研究中，2D bP被用作支持均匀分散的钯纳米粒子直接生长在它的湿化学过程。EELS-STEM分析表明bP纳米片中钯和磷原子之间存在强相互作用。这种相互作用的定量评价来自XAS测量，该测量发现了非常短的Pd-P距离为2.26 μ m，首次证明了前所未有的共价性质的Pd-P配位键的存在。此外，约1.7的平均Pd-P配位数表明，bP作为多齿膦配体朝向纳米颗粒的表面Pd原子，从而防止它们的团聚并推断结构稳定性。这些独特的性质导致在氯硝基芳烃催化氢化为氯苯胺中的优异性能，其中与基于钯的其他非均相催化剂相比，观察到更高的化学选择性。
2019-03-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Synthesis of thin-film black phosphorus on a flexible substrate
我们报告了一种可扩展的方法来合成一个大面积（高达4毫米）的薄黑磷（BP）薄膜上的柔性基板。我们首先在柔性聚酯基底上沉积一层赤磷（RP）薄膜，然后在室温下在高压多砧室中将其转化为BP。拉曼光谱和透射电子显微镜测量证实了形成的纳米晶体BP薄膜的厚度约为40 nm。光学表征表明，在转换BP的带隙约为0.28 eV，在剥离的薄膜中测得的带隙类似。薄膜BP晶体管表现出约0.5 cm 2/Vs的场效应迁移率，这可能会进一步提高在高温下的转换过程的优化。我们的工作为将来大规模、高质量的薄膜黑磷的示范开辟了道路。
2015-08-21 cond-mat.mtrl-sci
Enhanced Visibility of MoS2, MoSe2, WSe2 and Black Phosphorus: Making Optical Identification of 2D Semiconductors Easier
我们探索使用Si 3 N4/Si衬底作为标准的SiO2/Si衬底的替代品，现在使用的二维材料的基础上制造纳米器件。我们系统地研究了几种在纳米电子学和光电子学中引起极大兴趣的二维半导体材料的可见性：MoS 2，MoSe 2，WSe 2和黑磷。我们发现，使用Si 3 N4/Si衬底提供了高达50%-100%的光学对比度的增加，并且最大对比度朝向人眼检测的最佳波长值偏移，使得2D半导体的光学识别更容易。
2015-11-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Ultrafast Dynamics of the Surface Photovoltage in Potassium Doped Black Phosphorus
黑磷是一种准二维层状半导体，具有0.3 eV的窄直接带隙。一个巨大的表面斯塔克效应可以产生的钾掺杂的黑磷，导致半导体到半金属相变源于创建一个强的表面偶极子和相关的能带弯曲。通过使用时间和角度分辨的光电子能谱，我们报告的部分光诱导屏蔽这种带弯曲的补偿表面光电压的创建。我们进一步解决了详细的动力学，这种效果在相关的时间尺度和费米能级附近的能带结构的相关演变。我们证明，经过快速上升时间，表面光电压表现出一个平台超过几十皮秒的纳秒时间尺度上衰减之前。我们支持我们的实验结果与模拟漂移扩散方程的基础上。
2021-04-22 cond-mat.mtrl-sci
Prediction of topotactic transition from black to blue phosphorus induced by surface Br adsorption
该研究通过第一性原理计算与分子动力学模拟，提出利用表面Br吸附破坏黑磷sp3构型并诱导其转变为蓝磷，所得Br钝化蓝磷纳米带兼具可调带隙与高载流子迁移率。
2024-04-08 cond-mat.mtrl-sci
Nanoscopy Reveals Metallic Black Phosphorus
层状和二维（2D）材料，如石墨烯，氮化硼，过渡金属二硫属化物（TMDC）和黑磷（BP）具有有趣的基本物理性质，并在电子学和光学领域有许多重要的应用前景。其中，BP是一种新型的2D材料，理论上预测其在高度掺杂时获得低于约0.4 eV的频率的等离子体行为。由于BP的各向异性结构，其电子性质是独特的，这可能强烈影响集体电子激发。BP作为纳米电子学和纳米光学材料的优势在于，与金属相比，它的自由载流子密度可以通过静电门控动态控制，这已经通过其在场效应晶体管中的使用得到了证明。尽管所有的兴趣，BP吸引，近场和等离子体特性的BP尚未进行实验研究。在这里，我们报告的第一个观察到的纳米近场性质的BP。我们已经发现了近场模式的外部明亮的条纹和高表面极化率的纳米膜BP符合其表面金属，等离子体激元行为在中红外（中红外）频率。这种行为是高度频散的，在频率ω = 1070 cm-1以上消失，这使我们能够估计等离子体频率和载流子密度。我们还在其他2D半导体（如TMDC）中观察到类似的行为，但在2D绝缘体（如氮化硼）中没有观察到类似的行为。这种新现象归因于半导体纳米膜的表面充电。这一发现为纳米等离子体和光电子学的研究和潜在应用开辟了新的领域。
2015-06-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Hybrid 2D Black Phosphorus/Polymer Materials: New Platforms for Device Fabrication
包含嵌入聚合物基质中的2D填料的混合材料是几种应用的有趣平台，因为填料在纳米级分散时可以赋予聚合物基质多种性质。此外，两者之间的相互作用可能会产生新的特性。到目前为止，这些材料的本体性质已经被研究，特别是关注填料如何改变聚合物基体的性质。在这里，我们提出了一个完全改变的角度，通过使用混合纳米复合材料作为一个平台，适合工程师的填料的性能，并利用其在制造设备的潜力。作为新方法的多功能性和潜力的概念的证明，我们应用这种方法通过其在聚（甲基丙烯酸甲酯）中的分散来制备黑磷纳米复合材料。黑磷是一种非常有趣的二维材料，其应用迄今为止受到其对氧气和水的非常高的反应性的限制。在这方面，我们表明，电子级黑磷薄片，已经嵌入在一个保护矩阵，因为他们从散装材料剥离，被赋予显着增加的稳定性，并可以进一步加工成设备，而不会降低其性能。
2018-02-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Temperature dependence of anisotropic thermal conductivity tensor of bulk black phosphorus
到目前为止，块体黑磷（BP），一个重要的二维材料，本征热导率张量仍然是未知的，因为最近的研究集中在BP薄片上，而不是块体BP。在这里，我们报告的各向异性导热系数张量体BP，温度范围为80 - 300 K。我们的测量结果与之前对亚微米BP薄片沿Z字形和扶手椅轴的测量结果相似，但在穿过平面的轴上高出>25%，这表明声子平均自由程在穿过平面的方向上明显更长。我们发现，尽管在热导率的各向异性，声子主要是由相同的Umklapp过程在各个方向上散射。我们还发现，声子弛豫时间是相当各向同性的基面，但在通过平面方向上是高度各向异性。我们的工作进步的基础知识，各向异性散射的声子在BP和BP纳米结构的热性能的未来研究是一个重要的基准。
2016-11-19 cond-mat.mtrl-sci
Engineering Silicon Nanocrystals: Theoretical study of the effect of Codoping with Boron and Phosphorus
我们表明，通过杂质掺杂可以有效地调节纳米晶硅的光学和电子性质。特别是，我们给出的证据，通过从头计算，通过适当地控制掺杂与一个或两个原子物种，一个显着的修改的吸收和发射的光可以实现。我们已经考虑了杂质，无论是硼或磷（掺杂）或两者（共掺杂），位于不同的硅纳米晶体的尺寸范围从1.1 nm到1.8 nm的直径的替代网站。我们发现，当两种杂质占据表面附近的最近邻位置时，共掺杂纳米晶体具有最低的杂质形成能。此外，这样的系统目前的带边状态本地化的杂质引起的红移的吸收阈值相对于未掺杂的纳米晶体。我们详细的理论分析表明，由于光吸收产生的电子-空穴对决定了几何畸变，进而导致吸收和发射光谱之间的斯托克斯位移。为了更深入地了解这种效应，在一种情况下，我们计算了吸收和发射光谱，超出了单粒子方法，显示了多体效应所起的重要作用。我们在这项工作中收集的整套结果强烈表明，通过掺杂可以调节硅纳米晶体的光学性质。
2007-07-26 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Visualization of Strain-Induced Landau Levels in a Graphene - Black Phosphorus Heterostructure
本文利用纳米角分辨光电子能谱观测石墨烯/黑磷异质结中由20度扭转角诱导的均匀赝磁场，发现狄拉克锥内出现间距对应11.36 T的平带，为研究二维材料应变诱导量子霍尔相提供了新途径。
2025-06-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Polymer-based black phosphorus (bP) hybrid materials by in situ radical polymerization: an effective tool to exfoliate bP and stabilize bP nanoflakes
黑磷（bP）最近被研究用于下一代纳米电子多功能器件。然而，剥离的bP（bP纳米片）对水分和空气的固有不稳定性到目前为止已经掩盖了其实际实施。为了有助于填补这一空白，我们在这里报道了新的混合聚合物基材料的制备，其中bP纳米片表现出显着改善的稳定性。新材料已通过不同的合成途径制备，包括：i）常规液相剥离的bP（在DMSO中）与PMMA溶液的混合; ii）bP在聚合物溶液中的直接剥离; iii）在液体单体（甲基丙烯酸甲酯，MMA）中剥离bP之后的原位自由基聚合。这最后一种方法涉及的制备稳定的悬浮液的bPn-MMA的超声辅助液相剥离（LPE）的bP在MMA的存在下，然后通过自由基聚合。的混合动力车的特性进行了比较，以评估的bP的分散和有效性的bPn的界面相互作用的聚合物链，旨在其长期的环境稳定。当杂化材料通过原位聚合制备时，bPn的钝化结果特别有效。通过使用这种合成方法，即使具有分散梯度（聚集体的尺寸），纳米片也能保持其化学结构不被氧化（如拉曼和31 P-固态NMR研究所证明的），并且对空气和UV光暴露特别稳定。
2018-04-11 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Black phosphorus: narrow gap, wide applications
最近通过机械剥离大块层状晶体来分离原子级薄的黑磷引发了纳米科学和纳米技术界前所未有的兴趣，甚至高于石墨烯和其他二维的第一个作品所引起的兴趣。在这个角度来看，我们批判性地分析了这种新颖的二维材料的实验和理论工作激增背后的原因。我们相信，事实上，黑磷带隙值跨越了广泛的电磁波谱频谱，这是没有涵盖任何其他二维材料孤立的日期（具有显著的工业利益，例如热成像、热电、纤维光学通信、光电子学等），其高载流子迁移率，其双极场效应和其相当不寻常的平面内各向异性吸引了科学界对这种二维材料的注意。在这里，我们也回顾了目前的进展，未来的方向和挑战，在这个年轻的研究领域。
2015-10-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Water splits to degrade two-dimensional group-IV monochalcogenides in nanoseconds
到目前为止，使用类似于石墨烯或磷烯生产中所遵循的工艺的层状IV族单硫族化合物-与黑磷同构的半导体-的实验剥离已经证明是不成功的，好像在黑磷中观察到的化学降解在这些单硫族化合物中加剧了。在这里，我们记录了这些材料在标准温度和压力条件下，在室温下的Car-Parrinello分子动力学计算在十纳秒内容易解离的水。这些结果表明，湿度必须完全根除成功剥离单层，例如，通过将样品在机械剥离过程中的疏水溶液。从另一个材料的角度来看，这些在没有照明的情况下从水中产生单个氢离子的二维材料可能与氢生产和储存的应用有关。
2018-10-05 cond-mat.mtrl-sci
High quality sandwiched black phosphorus heterostructure and its quantum oscillations
二维材料，如石墨烯和过渡金属硫属化合物，由于其丰富的物理性质和在下一代纳米电子器件中的潜在应用，引起了人们极大的关注。近年来，原子级薄的黑磷（BP）由于具有高理论迁移率和可调带隙结构而成为二维材料家族的新成员。然而，在大气条件下的性能退化和高密度的电荷陷阱在很大程度上限制了它的流动性（~400 cm 2/Vs在室温下），从而限制了它的未来应用。在这里，我们报道了通过在六方氮化硼（BN）层之间封装原子级薄的BP来实现超净BN-BP界面的稳定BN-BP-BN异质结构的制造，该界面允许在室温下的创纪录高场效应迁移率~1350 cm 2/Vs和超过10^5的开关比。在低温下，迁移率达到~2700 cm 2/Vs，在低磁场下观察到BP二维空穴气的量子振荡。重要的是，BN-BP-BN异质结构可以有效地避免BP在环境条件下的质量下降。
2014-12-03 cond-mat.mtrl-sci
Gate-Tuned Thermoelectric Power in Black Phosphorus
电场效应是阐明材料固有特性以及设计功能器件的有用手段。双电层晶体（EDLT）可以在很宽的范围内控制载流子浓度，是研究热电性能的有效工具。在这里，我们报告的门调谐的热电功率在黑磷（BP）单晶片的厚度为40 nm。利用EDLT组态，我们成功地控制了热电功率（S），发现在210 K时，离子门控BP在空穴耗尽态的S达到+510 $μ$ V/K，远高于300 K时报道的体单晶的+340 $μ$ V/K。我们将此实验数据与基于第一性原理的计算进行了比较，发现这种增强可以定性地解释为BP薄片的导电沟道的有效减薄和由于耗尽模式下的栅极操作而导致的沟道的不均匀性。我们的研究结果提供了新的机会，进一步工程BP作为热电材料在纳米级。
2017-07-01 cond-mat.mtrl-sci
Mid-infrared polarized emission from black phosphorus light-emitting diodes
中红外（MIR）光谱范围在民用和军事应用中具有巨大的用途。在此范围内的大量振动吸收带可用于气体传感、过程控制和光谱学。此外，在大气中存在透明窗口，例如在3.6-3.8 $μ$ m之间的透明窗口，这对于自由空间光通信、测距和热成像是理想的。许多不同的半导体平台已经用于MIR光发射。这包括InAsSb/InAs量子阱，InSb/AlInSb，GaInAsSbP五元合金，以及III-V族化合物的子带间跃迁。然而，这些方法是昂贵的，并且缺乏在硅和绝缘体上硅平台上集成的潜力。在这方面，二维（2D）材料是特别有吸引力的，因为它们可以很容易地异质集成。这些材料中相邻原子层之间的弱相互作用允许在任意衬底上沉积，并且范德华异质结构使得能够设计具有目标光电性质的器件。在这封信中，我们展示了一种基于二维半导体黑磷（BP）的发光二极管（LED）。该器件由BP/二硫化钼（MoS $_2$）异质结组成，在$λ$ = 3.68 $μ$ m处发射偏振光，室温内、外量子效率（IQE和EQE）分别为~1 $\%$和$\sim3\times10^{-2}\%$。利用层数、应变和电场来调节BP的带隙以及因此的发射波长的能力使其成为用于MIR发射的特别有吸引力的平台。
2019-11-20 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Weak Localization and Electron-electron Interactions in Few Layer Black Phosphorus Devices
少层磷烯（FLP）器件由于其独特的电学性质和在纳米电子学方面的潜在应用而得到广泛的研究。在这里，我们提出的磁输运研究揭示了电子-电子相互作用的主要散射机制在六方氮化硼封装FLP设备。从弱的本地化测量，我们估计的电子退相长度为30至100 nm，在低温下，表现出强烈的依赖于载流子密度n和幂律依赖于温度（~T-0.4）。这些结果表明，在FLP的主要散射机制是电子-电子相互作用。
2016-08-01 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Shear-Exfoliated Phosphorene for Rechargeable Nanoscale Battery
原子薄的黑磷（称为磷烯）的发现有望用作石墨烯和过渡金属二硫属化物的替代二维材料，特别是作为锂离子电池（LIB）的阳极材料。然而，目前散装黑磷（BP）仍然遭受快速容量衰减，这导致差的可再充电性能。在这里，我们第一次使用原位透射电子显微镜（TEM）构建纳米级磷烯LIB和可视化的能力衰减机制厚多层磷烯实时捕获脱锂诱导的结构分解，降低电导率，从而导致锂化Li 3 P相的不可逆性。我们进一步证明，少层磷烯成功地规避了结构分解，并拥有优越的结构可折叠性，即使受到多循环锂化/脱锂过程和随之而来的巨大体积膨胀。这一发现提供了新的实验见解，厚度依赖的锂在磷烯扩散动力学。此外，已经开发了一种可扩展的液相剪切剥离路线，仅通过具有剪切速率阈值的高速剪切混合器甚至家用厨房搅拌机来生产高质量的单层或少层磷烯，这将为可充电磷烯纳米电池将来可以转移到工业化放大后在LIB中的潜在大规模应用铺平道路。
2015-08-29 cond-mat.mtrl-sci
Magnetoplasmons in monolayer black phosphorus structures
支持深亚波长等离子体模式的二维材料也可以表现出强的磁光响应。本文从理论上研究了中等静磁场作用下单层黑磷结构中的磁等离子体激元。我们考虑三种不同的结构，即，一个连续的BP单层，由一个半无限片形成的边缘，最后，一个三角形的楔形配置。这些结构都表现出强烈的各向异性的磁光响应诱导的外部磁场和BP晶格的固有各向异性。从单层BP的磁光电导率开始，我们推导出所考虑的几何形状的MP的色散关系，使用分析，半分析和数值方法相结合。我们充分表征MP色散和相应的场分布的属性，我们表明，这些结构维持强各向异性的亚波长模式，是高度可调的。我们的研究结果表明，MP在单层BP，其固有的晶格各向异性以及磁致各向异性，持有潜在的可调各向异性材料的操作低于衍射极限，从而铺平了道路，定制的纳米光子器件在纳米尺度。
2019-10-31 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Suppression of auxetic behavior in black phosphorus with sulfur substitution
University of Rochester（罗切斯特大学）
本研究利用第一性原理密度泛函理论计算，发现硫掺杂会扭曲黑磷的特征结构基元并引起电荷重新分布，从而抑制其面内和面外拉胀行为，同时改变其力学和电子特性，为纳米电子器件设计提供重要参考。
2025-11-04 cond-mat.mtrl-sci
Structure and Bonding in Amorphous Red Phosphorus
该研究结合机器学习与DFT构建并分析非晶红磷结构模型，揭示其稳定性、中程有序及成键作用，并补全磷同素异形体稳定区间。
2022-11-09 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Reduced Coulomb interaction in organic solar cells by the introduction of inorganic high-k nanostructured materials
提出在有机太阳能电池中嵌入绝缘高介电常数纳米颗粒以提高介电常数、削弱库仑相互作用，并在P3HT:PCBM电池中实现约20%的效率提升。
2012-12-12 cond-mat.mtrl-sci
Direct Investigation of the Birefringent Optical Properties of Black Phosphorus with Picosecond Interferometry
黑磷（BP）是一种新兴的二维半导体材料，具有纳米电子和纳米光子应用的巨大潜力，特别是由于其独特的各向异性电学和光学性质。许多理论研究已经预测了BP的各向异性光学性质，但直接的实验定量仍然具有挑战性。困难来自于BP在环境条件下暴露于空气时容易降解，以及传统方法的间接性质，这些方法受到很大的测量不确定性的影响。本工作报告的直接调查的双折射光学常数的微米厚的BP样品的皮秒（ps）干涉，在波长范围从780到890 nm。在这种ps-干涉法中，用于发射声波的100（5 nm）铂层自然地保护BP薄片免于降解。通过拟合衰减后的布里渊散射信号，直接得到了BP晶体在锯齿形和扶手椅形两种主要晶向上的双折射光学常数。进一步提出了一个双指数模型来分析随机入射光偏振的BS信号。BP的实验结果和相关的测量灵敏度分析表明的可靠性和准确性的ps-干涉方法捕获的偏振相关的双折射材料的光学特性。
2017-11-09 cond-mat.mtrl-sci physics.ins-det physics.optics
Phase diagram and superlattice structures of monolayer phosphorus carbide (P$_x$C$_{1-x}$)
采用第一性原理方法，结合集团展开和蒙特卡罗模拟，研究了二维碳化磷（P $_x$ C $_{1-x}$）的相稳定性和性质.发现单层P $_x$ C $_{1-x}$是一种相分离体系，这表明制备单层P $_x$ C $_{1-x}$或结晶P $_x$ C $_{1-x}$薄膜是困难的。然而，一个自底向上的设计方法是用来确定的稳定结构的P $_x$ C $_{1-x}$的各种组合物，原来是由交替的碳和磷纳米带沿扶手椅方向的超晶格。第一性原理计算的结果表明，这些结构一旦产生，它们是机械和化学稳定的。所有的有序结构被预测为半导体，带隙范围从0.2到1.2 eV。此外，单层P $_x$ C $_{1-x}$被预测为具有高的载流子迁移率，并在紫外区的高的光吸收，显示出红移的P：C比的增加。这些性质使得2D P $_x$ C $_{1-x}$成为在电子学和光电子学中应用的有前景的材料。
2021-03-01 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Low-Symmetry Two-Dimensional Materials for Electronic and Photonic Applications
在这篇综述文章中，我们讨论了低对称性二维材料的合成，性能和新型器件应用，包括黑磷及其砷合金，具有黑磷结构的化合物，如Ge和Sn等IV族元素的单硫属化物，以及低对称性过渡金属二硫属化物（TMDC）材料类，例如二硫化铼（ReS2）和二硒化铼（ReSe2）。讨论了低对称性面内晶体结构所带来的独特物理性质及其在纳米电子学、纳米光子学、压电器件和热电器件中的应用前景。
2017-02-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
The role of resonant bonding in governing the thermal transport properties of two-dimensional black phosphorus
对晶格动力学和声子输运的基本了解对于热流的有效操纵至关重要，热流是具有巨大实际意义的吸引人的热物理问题之一。磷烯是一种新型的二维半导体材料，具有高载流子迁移率和大的直接带隙，具有不同于其他二维材料的独特的物理和化学性质。磷烯在纳米/光电子学和热电学中的快速增长的应用要求对热输运性质的基本理解。在本研究中，基于电子结构和晶格动力学的分析，我们证明了磷烯中共振成键的形成。通过讨论共振成键在驱动长程相互作用和强声子非谐性中的作用，提供了对磷烯热输运的基本认识。我们发现，强声子非谐性与软横光学（TO）声子模式，并产生由轨道控制的共振成键驱动的长程相互作用。该研究揭示了磷烯声子非谐性的物理根源，并从轨道态的角度对声子输运提供了新的认识，这对设计和开发高性能磷烯基纳米器件具有重要意义.
2018-01-13 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph physics.chem-ph
High-mobility transport anisotropy and linear dichroism in few-layer black phosphorus
二维晶体是纳米电子学的新兴材料。该领域的发展需要候选系统具有高载流子迁移率和与石墨烯相反的足够大的电子带隙。在这里，我们提出了一个详细的理论研究的原子和电子结构的少层黑磷（BP），以预测其电学和光学性质。该系统具有直接带隙，可调从1.51 eV的单层到0.59 eV的5层样品。我们预测的迁移率是空穴占主导地位，相当高，高度各向异性。该单层具有极高的空穴迁移率（约10000 cm $^{2}$ V $^{-1}$ s $^{-1}$）和反转各向异性的异常弹性性质。光吸收光谱表明垂直面内方向之间的线性二向色性，这允许光学测定的晶体取向和光学激活的各向异性传输特性。这些结果使少层BP成为未来电子学的一个有前途的候选者。
2014-06-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Unusual Scaling Laws of the Band Gap and Optical Absorption of Phosphorene Nanoribbons
通过第一性原理模拟，我们报道了单层黑磷（磷烯）纳米带（PNR）的电子结构和光学吸收光谱。PNR的带隙被量子限制强烈增强。然而，不同取向的PNR表现出不同的带隙与带宽度（w）的比例定律。扶手椅型PNR的带隙为1/（w^2），而锯齿型PNR表现出1/w行为。这些不同的标度律反映了磷烯能带色散的一个重要含义：电子和空穴沿着Z字形方向表现为经典粒子，但沿着扶手椅方向则类似于相对论粒子。这种在单一材料中经典和相对论性质的意外合并可能会产生新的电和磁输运性质的少层黑磷及其带状结构。最后，各自的PNR主机电子和空穴具有显着不同的有效质量和光学响应，这是适合于广泛的应用。
2014-04-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Lead Sulphide Nanocrystal: Conducting Polymer Solar Cells
在本文中，我们报告的光伏器件制作的PbS纳米晶体和导电聚合物聚MEH-PPV。这种复合材料是通过一种新的单锅合成法生产的，它解决了与现有方法相关的许多问题。我们的器件在AM1.5照明下的白光功率转换效率为0.7%，单波长转换效率为1.1%。此外，他们表现出非常好的理想因素（n=1.15）。我们的测量表明，这些复合材料作为软光电材料具有巨大的潜力。
2004-12-13 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Probing the Electronic States in Black Phosphorus Vertical Heterostructures
原子薄的黑磷（BP）是一种很有前途的二维材料，可用于制备具有高迁移率和可调带隙结构的电子和光电纳米器件。然而，在少层磷烯（单层BP）的电荷载流子迁移率主要是由杂质和无序的存在限制。在这项研究中，我们证明了垂直BP异质结器件提供了很大的优势，在探测单层和几层磷烯的电子状态，在温度下至2 K，通过电容光谱。磷烯的导带和价带中的电子态在很宽的温度和频率范围内都是可接近的。已确定指数带尾与疾病有关。一些不寻常的现象，如在少层磷烯的电子态布居的大的温度依赖性已被观察和系统的研究。结合第一性原理计算，我们发现电荷陷阱态和氧化诱导缺陷态的热激发是磷烯场效应晶体管中电子态布居和开关比随温度变化的主要原因.
2016-04-01 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Superlative spin transport of holes in ultra-thin black phosphorus
该研究利用栅压调控黑磷自旋阀，在非局域结构中揭示空穴自旋输运显著优于电子，获得350 Ω信号与超过16 ns寿命。
2025-02-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
