Intrinsic p-type W-based transition metal dichalcogenide by substitutional Ta-doping
二维（2D）过渡金属二硫属化物（TMD）最近出现了作为未来的电子学和光电子学的有前途的候选人。虽然大多数TMD是本征的n型半导体，这是由于来自硫族元素空位的电子捐赠，获得本征的高质量的p型半导体TMD一直具有挑战性。在这里，我们报告了一种实验方法，以获得本征的p型钨（W）为基础的TMD的替代钽掺杂。所获得的少层Ta掺杂WSe 2（Ta0.01W0.99Se2）场效应晶体管（FET）器件表现出具有竞争力的p型性能，包括室温下约10^6的电流开/关。我们还展示了高质量的基于Ta0.01W0.99Se2/MoS 2结构的vdW p-n异质结，其表现出接近理想的二极管特性（理想因子接近1，整流比高达10^5）和优异的光电探测性能。我们的研究表明，替代Ta掺杂具有很大的希望，实现本征p型W基TMD未来的电子和光子应用。
2017-07-17 cond-mat.mtrl-sci
2D Magnetic Semiconductors via Substitutional Doping of Transition Metal Dichalcogenides
本文综述了通过CVD方法对TMDs单层进行掺杂以制备二维磁性半导体的研究，探讨了掺杂对材料结构与光电磁性质的影响，并重点介绍了掺杂诱导的铁磁性与谷泽曼位移等磁学性质，为自旋电子学等应用提供指导。
2023-03-20 cond-mat.mtrl-sci
Ultrafast Spin Injection in Graphene via Dynamical Carrier Filtering at Transition Metal Dichalcogenide Interfaces
Kansai Institute for Photon Science, National Institutes for Quantum Science and Technology (QST)（光子科学关西研究所，量子科学技术研究开发机构）；Department of Nuclear Engineering and Management, Graduate School of Engineering, The University of Tokyo（东京大学大学院工学系研究科核工程与管理学专业）
研究通过时域密度泛函理论分析了在圆极化激光照射下WSe₂-石墨烯异质双层中超快自旋注入机制，发现自旋注入并非被动过程，而是由界面的自旋选择性载流子过滤驱动，导致石墨烯中净自旋磁化。
2025-09-10 cond-mat.mtrl-sci
Microscopic model of the doping dependence of line widths in monolayer transition metal dichalcogenides
本文研究了低温低掺杂条件下单层过渡金属二硫属化物吸收光谱中激子和三电子谱线宽度随掺杂浓度变化的微观模型。该方法是基于微扰理论，避免了使用唯象参数。在低掺杂制度，我们发现，trion线宽度是相对不敏感的掺杂水平，而激子线宽度单调增加掺杂。另一方面，我们认为，trion线宽度显示出更强的温度依赖性。线宽的幅度很可能被掩盖的声子散射$T \geq 20$ K封装样品中的低掺杂制度。我们讨论了微扰理论的崩溃，这应该发生在相对较低的掺杂水平和较低的温度。我们的工作还为理解各种相关的散射过程铺平了道路，包括清洁2D样品中的碰撞电离和俄歇散射。
2020-03-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Exciton formation assisted by longitudinal optical phonons in monolayer transition metal dichalcogenides
我们研究了一种机制，通过该机制，通过LO（纵向光学）声子辅助散射过程后，单层过渡金属二硫属化物的光激发产生激子。激子的形成时间计算作为激子的质心波矢量，电子和空穴的温度，和载流子密度的已知值的Fröhlich耦合常数，LO声子能量，晶格温度，和激子的结合能在层状结构的函数。对于单层钼$_2$，我们获得超快激子形成时间在亚皮秒的时间尺度上在5 $\times$ 10 $^{11}$厘米$^{-2}$和载流子温度小于300 K的电荷密度，与最近的实验结果（$\approx$ 0.3 ps），在很好的协议。虽然激子主要在低载流子温度（$\approx$ 30 K）下在零质量中心波矢量处产生，但是激子形成时间在载流子的较高温度（$\ge $ 120 K）下在非零波矢量处最快。结果表明，激子形成时间对载流子密度的平方律反比依赖关系，与光致发光对激发密度的平方律依赖关系一致。我们的结果表明，激子在示例性单层硒化物基二硫属化物（MoSe $_2$和WSe $_2$）中比在硫化物基二硫属化物（MoS $_2$和WS $_2$）中更快地形成。
2016-09-21 cond-mat.mtrl-sci
Binding energies and spatial structures of small carrier complexes in monolayer transition metal dichalcogenides via diffusion Monte Carlo
采用基态扩散蒙特卡罗方法研究了二维过渡金属二硫属化物材料中激子、三激子和双激子的结合能和载流子几率分布。我们比较这些结果近似变分计算，以及类似的Monte Carlo计算与简化的载流子相互作用势。我们的研究结果突出了近似方法的成功和失败，以及确定单层过渡金属二硫属化物材料中的小载体络合物的稳定性的物理特征。最后，我们讨论了与最近的实验的协议和分歧点。
2015-08-17 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Misfit layer compounds: a platform for heavily-doped two-dimensional transition metal dichalcogenides
过渡金属二硫属化合物（TMD）具有多种不稳定性，如自旋和电荷序、Ising超导电性和拓扑性质。它们的物理性质可以通过在双电层场效应晶体管（FET）中掺杂来控制。然而，对于单层NbSe $_2$的情况，FET掺杂限于$\approx 1\times 10^{14}$ cm $^{-2}$，而通过K原子的沉积可以获得稍微更大的电荷注入。在这里，通过进行ARPES，STM，准粒子干涉测量，和第一性原理计算，我们表明，通过掺杂NbSe $_2$和LaSe层形成的失配化合物的行为作为NbSe $_2$单层与刚性掺杂的$0.55-0.6$电子每个Nb原子或$\approx 6\times 10^{14}$ cm $^{-2}$。由于这种巨大的掺杂，$3\times3$电荷密度波被具有非常短的相干长度的$2\times2$阶取代。由于大量不同的失配化合物可以通过将TMD层与岩盐或其他层混合来获得，因此我们的工作为在前所未有的宽掺杂范围内探索重掺杂的2D TMD铺平了道路。
2020-10-23 cond-mat.mtrl-sci
High Intrinsic Mobility and Ultrafast Carrier Dynamics in Multilayer Metal Dichalcogenide MoS2
在金属二硫属化物中载流子迁移率的最终限制，以及与载流子弛豫相关的动力学，尚不清楚。我们提出了测量的多层dichalcogenide二硫化钼的频率依赖性的电导率的光泵太赫兹探测光谱。我们发现这种材料在低温下的迁移率接近4200 cm 2/Vs。散射的温度依赖性表明，迁移率，一个数量级大于以前报道的二硫化钼，是固有的限制在太赫兹频率的声学声子散射。我们的测量载流子弛豫揭示皮秒冷却时间，然后再复合持续数十纳秒，并占主导地位的俄歇散射到缺陷。我们的研究结果提供了一个有用的背景下，了解和评估的二硫化钼为基础的电子和光电子器件的性能。
2014-08-11 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
First-principles theory of field-effect doping in transition-metal dichalcogenides: Structural properties, electronic structure, Hall coefficient, and electrical conductivity
利用密度泛函理论研究了场效应掺杂对少层过渡金属二硫族化合物的结构性质、电子结构和霍尔系数的影响。我们认为单，双，和三层的H多型的MoS2，MoSe2，MoTe2，WS2和WSe2，并提供了一个完整的数据库的电子结构和霍尔系数的空穴和电子掺杂。我们发现，对于电子和空穴掺杂，电子结构取决于层数，不能描述的刚性带移。此外，在非对称电场下弛豫结构是重要的。有趣的是，虽然导电沟道的宽度取决于掺杂，但在每个给定的k点处的占据带的数量几乎与掺杂电荷分布的厚度无关。最后，我们在恒定弛豫时间近似下计算了电导率和逆霍尔系数。我们证明，在某些情况下，由霍尔效应测量确定的电荷可以偏离实际电荷高达50%。对于空穴掺杂的MoTe 2，霍尔电荷在低温下甚至具有错误的极性。我们提供了掺杂电荷和霍尔系数之间的映射。在附录中，我们提出了超过250个能带结构的所有掺杂水平的过渡金属dichalcogenides考虑在这项工作中。
2015-05-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Out-of-plane carrier spin in transition-metal dichalcogenides under electric current
在由铁磁体和重金属组成的多层膜中，由于Rashba自旋-轨道耦合作用，外加电流诱导出面内载流子自旋，而不存在面外分量。通过对称性论证和第一性原理计算，我们提出了铁磁过渡金属双硫族化合物单层膜中可以出现离面载流子自旋。单层中的固有自旋-轨道耦合提供谷对比塞曼型自旋分裂以产生垂直诱导自旋。可以利用电流方向来调整诱导自旋，并伴有谷极化。奇异的自旋积累为垂直磁化翻转和谷的电控制铺平了道路。
2019-05-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Surface Recombination Limited Lifetimes of Photoexcited Carriers in Few-Layer Transition Metal Dichalcogenide MoS2
利用非简并超快光抽运探测技术研究了少层过渡金属二硫属化物MoS_2的光激发载流子寿命。我们的研究结果表明，在样品中的层数的载流子寿命急剧增加。载流子寿命从单层样品中的几十皮秒增加到10层样品中的一纳秒以上。发现载流子寿命的倒数根据载流子存在于表面层处的概率而缩放，如由可以被视为量子阱的几层样品中的载流子波函数所给出的。载流子寿命在很大程度上与温度无关，载流子寿命的倒数与光激发载流子密度成线性关系。这些观察结果与缺陷辅助的载流子复合是一致的，其中缺陷通过俄歇散射捕获电子和空穴。我们的研究结果表明，载流子寿命在几层样品的表面复合有限，由于更大的缺陷密度在表面层相比，内层。
2015-11-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Ultrafast Dynamics of Electron-phonon Coupling in Transition-metal Dichalcogenides
利用飞秒激光时域光谱测量了2 H-MoTe 2大块晶体的超快晶格动力学，研究了载流子-声子相互作用对电子输运性质的影响.在室温下，即使存在非常大密度的光激发载流子，也观察到异常长寿命的相干A1 g声子模。随着激发激光能量密度的增加，衰减速率降低。基于激光能量密度的依赖性，包括诱导显着的声子软化和声子衰减率的特殊下降，我们归因于弱的非谐声子-声子耦合和载流子密度依赖的变形势的电子-声子耦合的长寿命的晶格动力学。
2018-07-28 cond-mat.mtrl-sci
Tuning carrier type and density in Bi2Se3 by Ca-doping
Bi 2Se 3单晶中的载流子类型和密度通过引入钙（Ca）掺杂剂进行系统地调谐。在n型和p型材料中获得的载流子密度为~ 1x 1017 cm-3，对应于费米能中的~25 meV。电输运性质表明，在低载流子密度晶体中实现了绝缘行为。此外，带隙和减少的有效质量的载流子被确定。
2010-07-03 cond-mat.mtrl-sci
Effect of doping-- and field--induced charge carrier density on the electron transport in nanocrystalline ZnO
研究了溶胶-凝胶法制备的掺杂浓度在0.8at%~ 10at%之间的未掺杂和Al掺杂氧化锌纳米粒子的薄膜的电荷输运性质。X射线衍射研究表明，在高掺杂样品的平均晶粒尺寸的减少。我们提供的电导率和由此产生的载流子密度相对于掺杂水平的估计。将由于非本征掺杂引起的载流子密度的增加与场效应晶体管结构中的载流子的积累进行比较。这允许评估由于非本征掺杂对电子迁移率的散射效应。随着掺杂密度的增加，后者从4.6*10^-3 cm ^2/Vs降低到4.5*10^-4 cm ^2/Vs。与此相反，积累导致迁移率增加到1.5*10^-2 cm ^2/Vs。与微晶之间的晶界相关的势垒高度来自温度相关的迁移率测量。非本征掺杂最初导致晶界势垒高度降低，随后由于掺杂引起的结构缺陷而增加。我们的结论是，溶胶-凝胶处理纳米ZnO：Al的导电性是由增强的载流子密度和掺杂诱导的载流子散射效应的相互作用，在我们的情况下，在0.8原子%达到最大值。
2008-11-12 cond-mat.mtrl-sci
Tunable Doping of Rhenium and Vanadium into Transition Metal Dichalcogenides for Two-Dimensional Electronics
二维（2D）过渡金属二硫属化合物（TMDC）具有独特的电学性能，是未来电子学领域的重要材料。然而，TMDCs与金属电极界面处强烈的费米能级钉扎效应往往导致较高的接触电阻，严重阻碍了其在二维电子学中的应用。克服这一点的一种有效方法是使用金属TMDC或转移的金属电极作为范德华（vdW）接触。或者，使用高导电掺杂的TMDC将对2D电子器件的接触工程产生深远的影响。在这里，一种新的化学气相沉积使用混合熔盐建立气-液-固生长高品质的铼（Re）和钒（V）掺杂TMDC单层具有高的可控性和再现性。在Re和V掺杂的TMDC中观察到可调谐的半导体到金属的转变。电导率在简并V掺杂的WS 2和WSe 2中增加到108倍。与金属接触相比，使用V掺杂的WSe 2作为VdW接触，基于WSe 2的场效应晶体管的通态电流和开/关比已经得到实质性改善（从~10-8到10-5 A; ~104到108）。未来的研究横向接触和互连使用掺杂TMDC将铺平道路，为二维集成电路和柔性电子。
2021-01-29 cond-mat.mtrl-sci
Review of Ultrafast Spectroscopy Studies of Valley Carrier Dynamics in Two Dimensional Semiconducting Transition Metal Dichalcogenides
二维层状过渡金属二硫属化合物为未来基于谷的信息处理提供了新的机会，也为研究激子效应提供了理想的平台。在各种器件物理的中心，对他们可能的电子和光电应用是理解各种多粒子电子态的动态演化，特别是激子占主导地位的TMD的光电响应，在新的背景下的自由度谷。在这里，我们提供了一个简单的回顾，在使用螺旋度分辨超快光谱，特别是超快泵浦探测光谱，研究半导体单层过渡金属二硫属化物谷相关的多粒子电子态的动态演化的实验进展。
2016-12-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Spectroscopic view of ultrafast charge carrier dynamics in single- and bilayer transition metal dichalcogenide semiconductors
准粒子光谱的原子薄的半导体过渡金属二硫属化物（TMDC）和他们的响应的超快光激发关键取决于与底层衬底的相互作用。在这里，我们提出了一个比较的时间和角度分辨光电子能谱（TR-ARPES）的瞬态电子结构和超快载流子动力学的研究在单层和双层TMDC MoS $_2$和WS $_2$在三个不同的衬底：金（111），银（111）和石墨烯/SiC。光激发准粒子的带隙被观察到在我们的系统之间的1.9-2.3 eV的范围内变化。金属上的瞬态导带信号在低于100 fs的时间尺度上衰减，这意味着光致载流子被有效地去除到体金属态。相反，在石墨烯上，我们观察到两个时间尺度上的顺序分别为200 fs和50 ps，在MoS $_2$的导带衰减。这些多个时间尺度的解释俄歇复合涉及MoS $_2$和间隙缺陷状态。在金属上的双层TMDCs中，我们观察到沿价带的激发空穴的复杂的重新分布，该重新分布实质上受到与体金属态的连续体的相互作用的影响。
2021-03-31 cond-mat.mtrl-sci
Stark Effect of Doped Two-Dimensional Transition Metal Dichalcogenides
二维半导体的带隙可以通过栅极电场进行有效的调节，这就是所谓的斯塔克效应。我们报告说，掺杂，这是必不可少的现实设备，将大大改变斯塔克效应的几层过渡金属dichalcogenides意想不到的方式。特别是在双层结构中，由于强量子限制和本征屏蔽长度之间的竞争，电子和空穴掺杂表现出令人惊讶的不同斯塔克效应：掺杂的电子主动屏蔽外场，导致非线性斯塔克效应;然而，掺杂的空穴不能有效屏蔽外场，导致与未掺杂材料相同的线性斯塔克效应。我们进一步的分析表明，这种不寻常的掺杂效应不仅限于过渡金属二硫属化物，但一般的二维结构。因此，掺杂在功能性2D器件中起着更加关键的作用，这种不寻常的斯塔克效应也为调节2D材料的带隙和光学性质提供了新的自由度。
2017-12-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Two-dimensional transition metal dichalcogenides under electron irradiation: defect production and doping
使用第一性原理原子模拟，我们研究了原子薄层的过渡金属二硫属化物（TMDs）-一类新的二维无机材料具有独特的电子性能-电子辐照的响应。我们计算了21种不同化合物中原子的位移阈值能量，并估计了产生缺陷所需的相应电子能量。对于具有代表性的结构的二硫化钼，我们进行了高分辨率的透射电子显微镜实验，并验证我们的理论预测，通过观察暴露于80 keV的电子束下的空位形成。我们进一步表明，可以通过用杂质原子填充由电子束产生的空位来掺杂TMD。因此，我们的研究结果不仅揭示了一个系统的辐射响应与降维，但也提出了新的途径工程的电子结构的TMD。
2012-06-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Anti-doping in Insulators and Semiconductors having Intermediate Bands with Trapped Carriers
电子（空穴）的普通掺杂通常意味着费米能级向导带（价带）移动，并且自由载流子的电导率增加。然而，最近，在不同的材料中零星地记录了一些奇特的掺杂特性，而没有注意到机制：观察到电子掺杂导致最低未占用带的一部分合并到价带中，导致电导率降低。我们称之为“反掺杂”的这种行为在稀土镍氧化物SmNiO3，钴氧化物SrCoO2.5，锂离子电池材料甚至是具有金属空位的MgO中都可以看到。我们描述了反兴奋剂的物理起源，以及它的逆问题，“设计原则”，将使智能搜索的材料。我们发现，电子反掺杂是预期在材料中预先存在的陷阱空穴，并通过电子掺杂这种“空穴极化子”的湮灭所造成的。这可能提供一种非传统的控制电导率的方法。
2019-02-03 cond-mat.mtrl-sci
DFT+U Investigation of magnetocrystalline anisotropy of Mn-doped transition-metal dichalcogenides monolayers
掺杂的过渡金属二硫属化物单层膜表现出令人兴奋的磁性，有利于二维自旋电子器件。采用密度泛函理论（DFT）结合Hubbard型修正（DFT $+U$）来解释电子相关，研究了Mn掺杂MS $_2$（M=Mo，W）单分子膜的磁晶各向异性能（MAE）.在Mn掺杂WS $_2$（MoS $_2$）单层的情况下，单个隔离的Mn掺杂剂表现出35 meV（8 meV）的大的垂直磁各向异性。该值源于Mn面内轨道由于自旋-轨道耦合引起的简并提升。在成对掺杂中，与单一Mn掺杂相比，磁化易轴改变为具有弱MAE的面内方向。我们的研究结果表明，稀释的Mn掺杂MS $_2$单层，其中Mn掺杂剂被很好地分离，可能是一个潜在的候选人实现最终的纳米磁体单元。
2021-03-15 cond-mat.mtrl-sci
Effects of excess carriers on native defects in wide bandgap semiconductors: illumination as a method to enhance p-type doping
半导体中的不期望的无意掺杂和掺杂限制通常由具有低形成能的补偿缺陷引起。由于带电缺陷的形成能量线性地依赖于费米能级，因此掺杂限制在费米能级可以显著变化的宽带隙半导体中可能特别明显。在生长或处理过程中引入非平衡载流子浓度改变了能带载流子的化学势，从而提供了以在热平衡下不可能的方式修改带电缺陷群的可能性。在这里，我们证明，对于一个遍历系统与过剩的载流子，涉及缺陷电荷跃迁水平的载流子捕获和发射率严格确定的混合物的电子和空穴准费米能级确定的非零电荷状态的形成能量的缺陷类型。目录的范围内可能的响应过剩的载流子，我们调查的行为的一个单一的施主样缺陷的功能的非本征掺杂和能量的电荷跃迁水平。技术上最重要的发现是，对于带隙中电荷跃迁能级的大多数值，过量载流子将增加补偿缺陷的形成能。因此，可以克服由原生缺陷施加的对掺杂的限制。在宽带隙半导体中也存在这样的情况，其中具有与主要掺杂剂相同的电荷极性的缺陷的浓度保持不变或实际上增加。这些不同的行为的原因是合理化的捕获和排放率和准则进行实验测试，该模型给出。
2017-03-10 cond-mat.mtrl-sci
Thermalization of photoexcited carriers in two-dimensional transition metal dichalcogenides and internal quantum efficiency of van der Waals heterostructures
范德华半导体异质结构可以成为下一代光电和光伏器件中利用热光激发载流子的平台。热载流子器件的内量子效率取决于光生载流子提取率和热化率之间的关系。利用\textit{ab-initio}方法，我们证明了单层过渡金属二硫属化物的光生载流子热化时间强烈地依赖于声子谱和电子自旋轨道耦合的特性。详细地说，在价带中提升的自旋简并抑制了声学声子上的空穴散射，与电子相比，将空穴的热化减慢了一个数量级。此外，在MoS $_2$和WSe $_2$中，空穴热化时间表现不同，因为在这些看似相似的材料中自旋轨道相互作用不同。我们预测隧穿范德华半导体异质结构的内部量子效率定性地取决于是否使用MoS $_2$或WSe $_2$。
2019-12-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Control of Spin in La(Mn,Zn)AsO Alloy by Carrier Doping
无磁场条件下自旋的控制是自旋电子学器件发展的挑战之一。为了解决这一问题，我们从实验合成的两种稀土元素过渡金属砷化物氧化物LaMnAsO和LaZnAsO出发，提出了一种新的LaMn0.5Zn0.5AsO合金。通过强关联修正的第一性原理计算，我们发现LaMn_（0.5）Zn_（0.5）AsO合金在基态是反铁磁半导体，而在铁磁态是双极磁性半导体.电子和空穴掺杂的LaMn_（0.5）Zn_（0.5）AsO合金中的反铁磁和铁磁转变，以及半导体和半金属的转变。特别地，自旋极化方向可根据掺杂载流子的类型进行切换。LaMn_（0.5）Zn_（0.5）AsO合金在实验中可以通过施加栅压实现载流子掺杂，是一种很有前途的自旋电子材料，可以利用电场产生和控制自旋极化载流子。
2013-08-02 cond-mat.mtrl-sci
Excitons versus electron-hole plasma in monolayer transition metal dichalcogenide semiconductors
当电子-空穴对在半导体中被激发时，先验地不清楚它们是否形成未结合粒子的费米子等离子体或玻色子激子气体。通常，激子相与低温相关联。在原子薄的过渡金属二硫属化物半导体中，激子由于强库仑相互作用和大的激子态密度而即使在室温下也是特别重要的。使用国家的最先进的多体理论，包括动态屏蔽，我们表明，激子与等离子体的比例可以有效地调整介电基板屏蔽以及载流子掺杂。此外，我们预测莫特过渡从激子占主导地位的制度完全电离的电子-空穴等离子体之间的激发密度$3\times10^{12}$ cm $^{-2}$和$1\times10^{13}$ cm $^{-2}$取决于温度，载流子掺杂和介电环境。我们建议通过研究激子卫星光电子能谱和扫描隧道显微镜观察这些影响。
2017-05-18 cond-mat.mtrl-sci
Calculation of Carrier Doping-Induced Half-Metallicity, and Transformation of Easy Axis in Two-Dimensional MSi2N4 (M = Cr, Mn, Fe, and Co) Monolayers
该研究利用密度泛函理论计算，考察 MSi2N4（M = Cr、Mn、Fe、Co）单层的稳定性、电磁性质及载流子掺杂诱导的半金属性与易轴转变。
2023-04-21 cond-mat.mtrl-sci
Doping a Wigner-Mott insulator: Exotic charge orders in transition-metal dichalcogenide moiré heterobilayers
本文研究过渡金属二硫化物莫尔异质双层中偏离公度填充时的电子相，提出掺杂Wigner-Mott电荷转移绝缘体与可导电的“电子泥浆”两类竞争相，并指出空间极不均匀的局域态密度是识别电子泥浆的关键特征。
2023-12-05 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Enhanced Carrier Transport by Transition Metal Doping in WS2 Field Effect Transistors
高接触电阻是二维（2D）层状半导体的电子器件应用的主要关注点之一。在这里，我们探讨了增强的载流子输运通过金属-半导体界面的WS 2场效应晶体管（FET）通过引入一个典型的过渡金属，铜，有两种不同的掺杂策略：（i）“广义”的Cu掺杂，通过使用随机分布的Cu原子沿沟道和（ii）“局部”的Cu掺杂，通过调整在金属-半导体界面的Cu层。与原始WS 2 FET相比，由于接触电阻降低了1 - 3个数量级，一般化的Cu原子掺杂剂和局部化的Cu接触装饰两者都可以提供肖特基到欧姆接触转变，并且因此将电子迁移率提高了5 - 7倍。我们的工作表明，过渡金属的引入可以是一种有效和可靠的技术，以提高载流子输运和器件性能的二维TMD FET。
2020-01-15 cond-mat.mtrl-sci
Emergence of one-dimensional wires of free carriers in transition-metal-dichalcogenide nanostructures
我们强调的出现在二维过渡金属-二硫属化物纳米结构-纳米带，岛屿，和反转域边界-作为一个广泛的和普遍的现象驱动的极性不连续性发生在其边缘或边界的金属状态。我们表明，这样的金属状态形成一维线的电子或空穴，与自由电荷密度，随着系统的大小增加，直到完全屏蔽的极化电荷，也可以控制特定的边缘或边界配置，例如，通过化学吸附的氢或硫原子的边缘。对于三角形的岛屿，当地的极性不连续性发生，即使在没有一个总的偶极矩的岛屿，并导致积累的自由载流子接近的边缘，提供了一致的解释以前的实验观察。为了进一步强调这些机制的普遍性，我们表明，极性不连续性引起的金属状态也在反转域边界。这些发现强调了工程过渡金属二硫属化物纳米结构在纳米和光电子学，自旋电子学，催化和太阳能收集方面的多种应用的潜力。
2015-09-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Ferromagnetism in a Semiconductor with Mobile Carriers via Low-Level Nonmagnetic Doping
我们发现，掺杂的立方黄铁矿，这是一个抗磁性半导体，成为铁磁性时，$p$型掺杂。我们还发现，这种材料可以表现出高自旋极化隧穿和运输设备。这些结果是基于第一性原理电子结构和输运计算。这说明了使用$p$型掺杂没有磁性杂质作为获得铁磁半导体行为的策略，与自旋电子应用，需要磁有序和良好的流动性的影响。这是一种很难通过用磁性杂质掺杂半导体来实现的组合。我们表明，磷和砷可能是实现这种行为的有效掺杂剂。
2021-04-08 cond-mat.mtrl-sci
Ultrafast electron localization and screening in a transition metal dichalcogenide
本研究利用阿秒瞬态吸收光谱探测二维$MoSe_2$，发现不同原子探针观测到的载流子动力学存在差异，揭示了钼原子周围的电子强局域化效应，为理解含过渡金属材料的电子性质提供了关键依据。
2022-10-11 cond-mat.mtrl-sci
Metal-insulator transition in type II heterostructures based on transition metal dichalcogenides
解析地解决了过渡金属二硫属化物Ⅱ型异质结中载流子间库仑相互作用的屏蔽问题。在足够高的载流子密度下，得到层间激子能量的密度依赖性。层间激子的能量在金属-绝缘体转变点趋于零。所提出的计算方案使得有可能找到这种转变的密度的温度依赖性。
2022-05-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Oxygen-vacancy-induced charge carrier in n-type interface of LaAlO3 overlayer on SrTiO3 (001): interface vs bulk doping carrier
采用密度泛函理论研究了SrTiO_3（STO）（001）表面LaAl_3（LAO）覆盖层n型界面中氧空位的作用。通过比较不同位置的单空位构型的总能量，发现氧空位优先出现在LAO表面。这些表面氧空位在界面处产生二维载流子分布，导致STO侧界面处的能带弯曲。界面处的感应载流子电荷部分或完全补偿了LAO中的极性电场，这取决于LAO表面氧空位的浓度。此外，还介绍了STO中氧空位的电子性质。STO中的每个氧空位产生两个电子载流子，但这两个载流子电荷对LAO中的屏蔽极场没有影响。在界面处的能带结构依赖于氧空位的浓度，并与实验结果进行了比较。
2009-12-24 cond-mat.mtrl-sci
High-Mobility Carriers Induced by Chemical Doping in the Candidate Nodal-Line Semimetal CaAgP
我们报道了候选半金属半导体CaAgP单晶的电子性质。CaAgP的输运性质是在空穴掺杂的半导体框架内理解的。与此相反，Pd掺杂的CaAgP表现出急剧增加的磁阻在低磁场和一个强烈的电阻率在低温下可能由于弱的反局域化下降。霍尔电导数据表明，Pd掺杂的CaAgP不仅有由Pd掺杂诱导的空穴载流子，而且在狄拉克点附近有高迁移率的电子载流子。掺Pd的CaAgP的电阻率也表现出超导转变，起始温度为1.7- 1.8K。
2020-08-14 cond-mat.mtrl-sci
Ultrafast Carrier Dynamics in Two-Dimensional Electron Gas-Like K-doped MoS2
与过渡金属二硫属化物如MoS2上的原子吸附物相关的电子相互作用可以诱导大量的电子重构，导致形成新型的重掺杂过渡金属二硫属化物，其表现出二维电子气的特性。量子限制和降维对这种二维系统中载流子动力学的影响目前尚不清楚，但如果它们要在光电子器件中找到应用，则是至关重要的。在这里，我们通过角分辨光电发射和先进的X射线光谱的组合，在减少尺寸的多体相互作用大大缩短载流子寿命到0.5 fs以下，并揭示了如何钾插入MoS2迫使轨道再杂交，以创建一个二维电子气。
2020-08-02 cond-mat.mtrl-sci
Flat-band plasmons in twisted bilayer transition metal dichalcogenides
扭曲双层过渡金属双硫族化合物是研究平带现象的理想平台。本文采用全紧束缚模型和无规相位近似，研究了掺空穴的双层扭曲MoS $_2$（tb-MoS $_2$）中的平带等离子体激元.当考虑tb-MoS $_2$中的晶格驰豫时，平带没有与远程价带分离，这使得带间跃迁在转换等离子体激元色散和能量方面的贡献显着不同。特别是，低阻尼和准平坦的等离子体出现，如果我们只考虑带内跃迁在掺杂的平带，而一个$\sqrt q$等离子体色散出现，如果我们也考虑带间跃迁的平带和远程带之间。此外，等离子体激元能量是可调的扭曲角和掺杂水平。然而，在没有晶格弛豫的刚性样品中，较低能量的准平坦等离子体激元和较高能量的带间等离子体激元可以共存。对于具有高掺杂水平的刚性tb-MoS $_2$，强烈增强的带间跃迁淬灭准平坦等离子体激元。基于晶格弛豫和掺杂效应，我们得出结论，两个条件，孤立的平带和适当的空穴掺杂水平，是必不可少的观察到低阻尼和准平坦的等离子体模式在扭曲双层过渡金属二硫属化物。我们希望我们对平带等离子体激元的研究能对将来研究扭曲双层过渡金属双硫族化合物等离子体激元介导的超导电性的可能性有所指导。
2022-06-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Oxygen doping of P3HT:PCBM blends: Influence on trap states, charge carrier mobility and solar cell performance
采用电流-电压、热刺激电流（TSC）和线性升压电荷提取（CELIV）测试技术研究了氧对P3 HT：PCBM（聚3-己基噻吩：[6，6]-苯基C61丁酸甲酯）太阳电池性能的影响。暴露于氧导致载流子浓度提高和载流子迁移率降低。此外，观察到更深陷阱的增强形成，尽管发现陷阱的总体密度不受氧气暴露的影响。借助宏观模拟，通过求解一维Poisson方程、连续性方程和漂移扩散方程组，研究了载流子迁移率降低和载流子密度增加对太阳能电池主要参数的影响，与实验结果一致.
2010-08-25 cond-mat.mtrl-sci
Energy renormalizations of resident carriers and excitons in transition metal dichalcogenide monolayers
University of Rochester（罗切斯特大学）
研究了过渡金属二硫化物单层中驻留载流子和激子的能量重整化，通过电子电荷掺杂WSe₂单层的实验，揭示了动态屏蔽数学在该材料中的重要性。
2026-03-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Half-metallicity in honeycomb-kagome-lattice Mg3C2 monolayer with carrier doping
为了获得高集成度、高性能的自旋电子器件，二维半金属材料一直是人们研究的热点。在这里，我们提出了一种具有蜂窝-kagome晶格的稳定的2D材料，即，基于第一性原理计算的Mg3 C2单分子层。该单层在其基态下是反铁磁（AFM）半导体。我们进一步证明，在这种二维材料中，从AFM半导体到铁磁半金属的转变可以通过载流子（电子或空穴）掺杂来诱导。这种磁性转变可以用Stoner判据来理解。此外，半金属度对于电子掺杂的系统来自于碳（C）原子的2 pz轨道，而对于空穴掺杂的情况来自于C2 px和2 py轨道。我们的研究结果突出了一种新的有前途的材料，具有可控的磁性和电子性能，面向2D自旋电子应用。
2018-03-15 cond-mat.mtrl-sci
Reentrant Quantum Spin Hall States in Charge Density Wave Phase of Doped Single-Layer Transition Metal Dichalcogenides
利用第一性原理计算方法，我们揭示了单层1 T $'$ -MoTe $_2$和1 T $'$ -WTe $_2$在无掺杂时呈现量子自旋霍尔（QSH）边缘态的一系列相变随电子掺杂的变化.随着掺杂的增加，我们发现声子介导的超导相首先实现，其次是一个电荷密度波（CDW）相与非对称晶格对称性。新发现的CDW相显示狄拉克或外尔能带的自旋轨道耦合的分数带填充的情况下，重新进入拓扑绝缘相与完全填充的带。与CDW相共存的QSH态的强劲复苏被证明是源于通过强电子-声子相互作用引起的非对称晶格畸变引起的能带反转，从而表明仅通过掺杂就可以在二维晶体上实现超导，密度波和拓扑态之间的各种界面态。
2017-11-21 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Efficient photogeneration of charge carriers in silicon nanowires with a radial doping gradient
通过无电极时间分辨微波电导率测量，研究了气-液-固机制生长的硅纳米线阵列中载流子的产生效率、迁移率以及光激发下的衰减动力学。在光电导和载流子寿命的幅度的大的增强被发现取决于在生长过程中的杂质的掺入。它们被解释的内部电场，建立了，由于较高的掺杂侧壁，揭示了通过详细分析的纳米线的形态和化学成分。
2011-06-28 cond-mat.mtrl-sci
Atom-level design strategy for hydrogen evolution reaction of transition metal dichalcogenides catalysts
本研究针对过渡金属二硫化物析氢反应催化剂，通过分析150种掺杂体系的氢吸附自由能变化根源，提出早期掺杂用电荷调控、晚期掺杂用结构调控的原子级设计策略。
2023-06-15 cond-mat.mtrl-sci
Spin and Orbital Edelstein effect in gated monolayer transition metal dichalcogenides
本文通过第一性原理计算研究栅控单层 TMDs 的自旋与轨道 Edelstein 效应，揭示电子掺杂下轨道响应主导、空穴掺杂下应变可显著增强效应，且 OEE 较已有体系大一个数量级。
2025-09-30 cond-mat.mtrl-sci
Probing Photo-excited Charge Carrier Trapping and Defect Formation in Synergistic Doping of SrTiO3
钛酸锶（SrTiO3）由于其独特的带边排列而被广泛用作一种有前途的光催化剂，其相对于对应于析氧反应（OER）和析氢反应（HER）的氧化和还原电位。然而，可以设想通过有效控制氧空位状态来进一步增强这种材料的光催化活性。这可以在SrTiO 3中的元素官能化的影响下基本上调谐光激发的载流子捕获，对应于缺陷形成能量。SrTiO_3中的电荷俘获态通过在Ti位上用p区元素如铝（Al）相对于相对氧空位的替代掺杂而降低。借助基于密度泛函理论（DFT）的电子结构计算方法，从缺陷形成能、能带边缘排列和相应的载流子复合几率的角度探讨了Al和Ir掺杂对SrTiO 3光催化分解水过程的协同效应.我们还系统地研究了Ir：Al功能化对贫氧SrTiO 3中费米和导带之间的受主能级位置的比率效应，这支配了载流子复合，因此相应的光催化效率。
2021-05-11 cond-mat.mtrl-sci
Valley Coherent Hot Carriers and Thermal Relaxation in Monolayer Transition Metal Dichalcogenides
我们显示室温谷相干性与MoS 2，MoSe 2，WS 2和WSe 2单层使用线性偏振分辨热光致发光（PL），在接近激发的能量-证明保存谷相干性之前，充分的散射事件。共极化热发光的特点，使我们能够提取的结合能的下限为0.42（+/- 0.02）eV的单层二硫化钼中的A激子。PL峰的展宽被发现是由玻尔兹曼型热发光尾，并使用指数衰减的斜率，在原位提取的载流子温度在不同阶段的能量弛豫。在弛豫过程中发射的光学声子的温度探测通过利用相应的拉曼峰的加宽，由于温度引起的非谐效应。研究结果提供了谷相干热载流子光生及其随后的能量弛豫路径的物理图像。
2016-05-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Carrier screening controls transport in conjugated polymers at high doping concentrations
本研究针对高掺杂共轭聚合物输运特性研究中未考虑载流子屏蔽的不足，引入德拜-休克尔形式的载流子屏蔽修正高斯态密度，结合泡利主方程计算输运参数，揭示了屏蔽对态密度、塞贝克系数斜率及热电功率因子的关键影响。
2023-11-07 cond-mat.mtrl-sci
Carrier Trapping by Oxygen Impurities in Molybdenum Diselenide
理解缺陷对载流子动力学的影响对于过渡金属双硫族化合物的基础物理和潜在应用都是至关重要的。本文用超快泵浦探测光谱研究了氧杂质俘获光激发载流子的现象。氧杂质有意地在剥离的多层MoSe 2中用Ar+等离子体照射和空气暴露产生。等离子体处理后，瞬态吸收信号先增大后减小，这是缺陷捕获载流子的特征。氧缺陷密度越大，俘获效应越显著。从瞬态吸收信号估计的陷阱缺陷密度，其增加的趋势在较长的照射样品同意从X射线光电子能谱学的结果。密度泛函理论的第一性原理计算表明，占据Mo空位的氧原子产生了带隙中的缺陷态，这是载流子俘获的原因.我们的研究结果揭示了氧缺陷作为过渡金属二硫属化物中载流子捕获剂的重要作用，并促进了相关材料和器件应用中的缺陷工程。
2017-10-15 cond-mat.mtrl-sci
Limitations of ab initio methods to predict the electronic-transport properties of two-dimensional materials: The computational example of 2H-phase transition metal dichalcogenides
在过去的几年中，$ab~initio$方法已经成为一个越来越流行的工具，以评估在二维材料的本征载流子输运性能。实验信息的缺乏，以及在DFT工具的发展中取得的进展，以评估电子能带结构，声子色散和电子-声子散射矩阵元素，使它们成为一个有利的选择。然而，在文献中观察到的$ab~initio$计算的2D材料中的载流子迁移率之间存在很大的差异。一些差异是在计算电子-声子耦合常数和载流子迁移率时所作的物理近似的结果。这些近似值可以通过使用复杂的传输模型来避免。然而，尽管使用了适当的传输模型，在某些材料中，所报道的载流子迁移率的不确定性仍然相当大。在这些精细模型计算之间观察到的主要差异是所使用的DFT的“风味”（交换相关泛函、赝势和自旋轨道耦合效应）。在这里，考虑到几个单层2 H-TMD为例，我们计算的低场和高场的传输特性，使用不同的“口味”的DFT，并计算范围内的电子迁移率值。我们观察到，在某些材料中，这些值相差几个数量级（例如，在单层WS $_{2}$中，电子低场迁移率在37 cm $^{2}$ /（V $\cdot$ s）和767 cm $^{2}$ /（V $\cdot$ s）之间变化）。我们批判性地分析这些差异，并试图了解目前的$ab~initio$方法在计算载流子输运性质的局限性。
2019-12-09 cond-mat.mtrl-sci
Atomic Hole Doping of Graphene
石墨烯具有严格的二维电子结构和极高的载流子迁移率，是下一代电子材料的理想候选材料。开发基于石墨烯的电子器件的先决条件是通过外部（栅极）和内部（掺杂）手段可靠地控制载流子的类型和密度。虽然已经成功地证明了石墨烯薄片和碳化硅上的外延石墨烯的门控，但可靠的化学掺杂方法的发展是一个真正的挑战。特别地，空穴掺杂是未解决的问题。到目前为止，它只能用反应性分子吸附物实现，这在很大程度上与任何设备技术都不兼容。在这里，我们通过角度分辨光电子能谱显示，在碳化硅衬底上用铋、锑或金对外延石墨烯层进行原子掺杂，提供了p型掺杂的有效手段。原子掺杂不仅是载流子密度内部控制的首选方法。结合SiC上外延石墨烯的固有n型特性，可以将载流子从电子调谐到空穴，而不影响锥形能带结构。
2008-08-05 cond-mat.mtrl-sci
The impact of valley profile on the mobility and Kerr rotation of transition metal dichalcogenides
半导体过渡金属二硫属化物在室温附近的输运和光学性质由复杂的、自旋织构的和多谷电子景观内的电子-声子散射机制决定。谷的相对位置是关键的，但它们对外部参数敏感，很难直接确定。我们提出了一个第一性原理模型作为谷位置的函数来计算载流子迁移率和克尔旋转角。该模型带来了有价值的见解，以及宏观性质的定量预测范围广泛的载流子密度。掺杂依赖的迁移率显示出特征峰，峰的高度取决于谷的位置。当相同的自旋谷对齐时，克尔旋转信号增强，当相反的自旋谷填充时，克尔旋转信号猝灭。我们提供的指导方针，以优化这些数量相对于实验参数，以及\emph{in situ}表征的谷位置的理论支持。
2022-10-24 cond-mat.mtrl-sci
Modulation doping to control the high-density electron gas at a polar/non-polar oxide interface
提出了一种调制掺杂方法来控制原型极性/非极性氧化物界面处的高密度电子气的载流子密度。结果表明，通过将GdTiO 3层与Sr合金化，GdTiO 3/SrTiO 3界面处的电子气载流子密度可以从其最大值（~ 3 × 10^14 cm^-2）降低20%。二维电子气的塞贝克系数随着载流子密度的降低而增加。实验结果提供了洞察的起源载流子在氧化物界面表现出极性不连续。
2012-08-28 cond-mat.mtrl-sci
Phonon-assisted Auger decay of excitons in doped transition metal dichalcogenide monolayers
本文通过求解Bethe-Salpeter方程，研究了掺杂TMDC单层中声子辅助俄歇衰变对激子非辐射寿命的影响，发现低掺杂下该通道即可与辐射衰变竞争。
2024-10-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Enhanced thermopower in two-dimensional ruthenium dichalcogenides $RuX_2$ (X = S, Se): a first-principles study
本研究利用第一性原理计算和半经典玻尔兹曼输运方程，系统探讨了二维 $T^{\prime}-RuX_2$ (X = S, Se) 的电子与热电特性，发现其具有高热电势和优异的 ZT 值，是高温热电器件的有力候选材料。
2025-05-28 cond-mat.mtrl-sci
Change-over of carrier type and magneto-transport property in Cu doped Bi2Te3 Topological Insulators
研究了Cu掺杂Bi_2Te_3拓扑绝缘体的结构、电阻率、热电势和磁输运性质。通过霍尔效应和热电功率测量，观察到Bi_2Te_3中Te位Cu掺杂引起的载流子从n型向p型的调谐。Cu的掺杂降低了载流子的迁移率，这说明费米能级从体导带向体价带移动。此外，在高磁场下，纯Bi_2Te_3的线性磁电阻（LMR）与时间反转对称性（TRS）保护的无带隙拓扑表面态有关，而Cu的掺杂破坏了TRS，使带隙开放，从而猝灭了LMR。
2016-09-21 cond-mat.mtrl-sci
