Exciton fine structure in twisted transition metal dichalcogenide heterostructures
过渡金属二硫属化物（TMD）异质结构的莫尔超晶格中存在丰富的激子现象，这些现象与层间扭曲角和所涉及的量子态的诱导变化有关。这种系统中激子的理论计算通常基于模型莫尔势以减轻计算成本。然而，从头开始理解的电子-空穴耦合主导的激发是至关重要的，以实现扭曲诱导的光学选择规则的修改。本文利用多体微扰理论计算和分析了扭曲TMD异质结构中扭曲角与激子性质的关系。我们提出了一个一般的方法来展开激子态从莫尔布里渊区到布里渊区的分离层。将该方法应用于扭曲的MoS $_2$ /MoSe $_2$双层膜，发现其光激发谱主要由单层膜中不同动量的电子和空穴之间的混合跃迁所控制，导致层间和层内激子之间的非预期的和角度相关的杂化.我们的研究结果提供了一个设计途径，调谐激子层的本地化在TMD异质结作为扭转角的函数。
2022-09-12 cond-mat.mtrl-sci
Nano-optics of transition metal dichalcogenides and their van der Waals heterostructures with electron spectroscopies
本研究围绕过渡金属二硫化物单层及其范德华异质结构的纳米光学特性展开，通过扫描（透射）电子显微镜中的阴极发光和电子能量损失谱技术进行表征，探讨技术改进对纳米尺度研究的推动作用。
2024-10-31 cond-mat.mtrl-sci
Interlayer Coupling Effect in van der Waals Heterostructures of Transition Metal Dichalcogenides
由二维过渡金属二硫属化合物（TMDC）形成的范德华（vdW）异质双层膜为各种电子和光学性质创造了一个有前途的平台。从头算能带结果表明，在TMDCs vdW异质双分子层中引入Janus WSSe单层可以改变第二类能带的能带偏移，而不需要外加电场.在对称性分析的基础上，确定了TMDCs vdW异质双层膜允许的层间跳跃通道，并建立了一个四能级kp模型来计算层间跳跃。结果表明，层间电极化的强度具有不同的能带偏移，可以调节层间耦合强度。此外，还阐明了不同层间跳跃强度的TMDCs vdW异质层中层间谷激子形成机制的差异。
2020-09-03 cond-mat.mtrl-sci
High-temperature Anomalous Hall Effect in Transition Metal Dichalcogenide-Ferromagnetic Insulator Heterostructure
过渡金属二硫属化物（TMD）在铁磁材料（FM）上的集成可能会产生迷人的物理学和电子学和自旋电子学应用的前景。在这项工作中，高温反常霍尔效应（AHE）的TMD ZrTe 2薄膜的异质结构的方法，通过沉积在亚铁磁绝缘体YIG（Y3 Fe 5 O 12，钇铁石榴石）的表现。在该异质结构中，在高达至少400 K的温度下可以观察到显著的异常霍尔效应，这是在TMD中观察AHE的记录高温，并且大的RAHE比先前报道的基于拓扑绝缘体或TMD的异质结构中的值大一个数量级以上。YIG和ZrTe 2之间界面反应诱导的ZrO 2的磁化被认为对ZrTe 2中诱导的高温反常霍尔效应起着至关重要的作用。这些结果揭示了一个有前途的系统，为室温自旋电子器件的应用，它也可能打开一个新的途径，引入磁性的TMD和探索量子AHE在更高的温度下考虑到非平凡的拓扑结构的预测在ZrTe 2。
2020-02-27 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
Ultrafast Exciton Decomposition in Transition Metal Dichalcogenide Heterostructures
该研究针对层状过渡金属二硫族化合物异质结构的激子弛豫问题，提出第一性原理理论方法计算声子诱导激子分解，发现光激发后飞秒尺度内亮态光学活性降低等现象，揭示了此前未被探索的激子弛豫新起点。
2023-08-23 cond-mat.mtrl-sci
Charge-separated electron-hole liquid in transition metal dichalcogenide heterostructures
被认为是基于过渡金属二硫属化物的单层（双层）的II型异质结构中的电子空穴液体的形成的可能性。它表明，额外的山谷中的导带，这是存在于双层，需要其观察。用变分法求出了层间激子的结合能。给出了电子-空穴液体复合线形状的解析公式。
2022-05-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Intermediates of Forming Transition Metal Dichalcogenide Heterostructures Revealed by Machine Learning Simulations
Dalian University of Technology（大连理工大学）；Suzhou Laboratory（苏州实验室）；South China Normal University（华南师范大学）
本研究利用机器学习模拟揭示了双层MoS₂/WS₂异质结构中关键的亚稳SMMS中间结构，该结构促进金属原子交换并降低肖特基势垒，为高性能FETs提供新途径。
2026-02-25 cond-mat.mtrl-sci
Electron Channelling Contrast SEM Imaging of Twist Domains in Transition Metal Dichalcogenide Heterostructures
本文提出利用SEM中的电子通道衬度成像（ECCI）对扭转TMD异质结构中的畴进行非破坏性可视化，并通过理论计算阐明衬度反转机制，给出优化畴衬度的实验条件。
2024-11-25 cond-mat.mtrl-sci
Vertical Heterostructures between Transition-Metal Dichalcogenides -- A Theoretical Analysis of the NbS$_2$/WSe$_2$ junction
低维金属-半导体垂直异质结构（VH）在电子器件小型化的极限研究中是很有前途的候选者。在这条研究线，在这里，我们提出了一个理论/计算研究的NbS $_2$ /WSe $_2$金属-半导体垂直异质结使用密度泛函理论（DFT）和电导模拟。我们首先构建原子模型的NbS $_2$ /WSe $_2$ VH考虑所有五个可能的堆叠方向在界面上，我们进行DFT和量子力学（QM）散射模拟，以获得信息的能带结构和传输系数。然后，我们进行了分析的QM结果的静电势，片段分解，和频带对齐。从这个分析预期的传输行为是在良好的协议，从而充分合理化，DFT的结果，和独特的双峰分布的传输。最后，我们使用最大本地化的Wannier函数，投影态密度（PDOS），和一个简单的解析公式来预测和定量解释的情况下，外延取向不良的运输的差异。在过渡金属二硫族化物系统中，NbS $_2$ /WSe $_2$垂直异质结构表现出宽的有限透射间隔和双峰轮廓，这些特征可以在应用中被利用。
2022-08-02 cond-mat.mtrl-sci
Laser-Assisted Chemical Modification of Monolayer Transition Metal Dichalcogenides
激光辅助化学改性超薄过渡金属二硫属化物（TMD），局部取代硒的硫原子。光转换过程发生在受控的反应性气体环境中，并且通过原位实时拉曼和光致发光光谱监测非均相反应速率。空间局部化的光转换导致了具有化学上不同的域的异质TMD结构，其中膜的初始高结晶质量在该过程中不受影响。这已经通过透射电子显微镜以及拉曼和光致发光空间图得到进一步证实。我们的研究表明，激光辅助化学转化的潜力，按需合成的异质二维材料与纳米器件中的应用。
2018-04-26 cond-mat.mtrl-sci
Interaction between pentacene molecules and monolayer transition metal dichalcogenides
本研究基于密度泛函理论第一性原理计算，探究并五苯在四种常见单层过渡金属二硫族化合物上的吸附，分析体系结构、电子特性及异质结能带排列的影响因素，为相关柔性光电器件应用提供支撑。
2023-04-17 cond-mat.mtrl-sci
Lateral transition metal dichalcogenide heterostructures for high efficiency thermoelectric devices
本文在多尺度量子输运框架下研究了横向TMDC异质结构的热电性能，发现其能带排列可显著提升ZT值和功率因子，为开发超高效平面热电器件开辟了新途径。
2020-12-03 cond-mat.mtrl-sci
Spontaneous interlayer compression in commensurately stacked van der Waals heterostructures
对层状二维材料，特别是过渡金属二硫属化物的堆叠异质结构的兴趣，导致需要更好地理解堆叠引起的结构和电子变化。在这里，我们调查的理想化的异质结构的影响，与周期性相称的堆叠，对结构，电子和振动特性，当相比，对应的散装过渡金属dichalcogenide。我们发现，在异质结构与不同的硫属物种有一个很强的压缩层间间距，相比，散装化合物。异质结构的这种压缩是由层之间的感应极化相互作用的强度增加引起的，而不是完全的电荷转移。我们认为，这种效果是真实的，而不是由于强加的可兼容性，并应在异质结结合不同的硫族元素观察。有趣的是，我们发现钛基二硫族化合物的无公度堆叠导致电荷密度波声子模式的稳定，这是不稳定的1 T相在低温下。混合的Ti-和Zr-异质结构仍然是不稳定的，但具有电荷密度波或铁电不稳定性。
2020-12-21 cond-mat.mtrl-sci
Enhanced Magnetism in Heterostructures with Transition-Metal Dichalcogenide Monolayers
二维材料及其异质结构为纳米尺度的磁性开辟了新的可能性。在这项研究中，我们利用第一性原理模拟研究的结构，电子和磁性的$\textrm{Fe}/\textrm{WSe}_2/\textrm{Pt}$系统包含原始的，有缺陷的，或掺杂的$\textrm{WSe}_2$单层。铁磁Fe层的邻近效应进行了研究，考虑缺陷和钒掺杂的$\textrm{WSe}_2$单层。所有的异质结构被发现是铁磁性的，和插入的过渡金属dichalcogenide的自旋取向的重新分配和磁性原子的密度增加，由于磁化的$\textrm{WSe}_2$的结果。由于$\textrm{WSe}_2$，费米能级处的总态密度增加;然而，过渡金属二硫属化物可能由于比范德华耦合更强而失去其独特的半导体性质。自旋分辨的电子结构特性与$\textrm{WSe}_2$单层异质结构中发现的较大自旋塞贝克系数有关。
2022-10-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Tailoring interfacial nanostructures at graphene/transition metal dichalcogenide heterostructures
二维（2D）范德华（vdWs）材料与非二维材料的集成以实现混合维异质结构具有创造现有材料无法达到的功能器件的潜力，并且长期以来一直是材料科学界的追求。在这里，我们报告了单层/双层过渡金属二硫属化物（TMD）纳米结构的图案化与纳米精度，可调的尺寸和网站在石墨烯/TMD异质结构的界面。我们的实验表明，TMD纳米结构可以创建在选定的位置的接口使用扫描隧道显微镜光刻，更重要的是，界面的TMD纳米结构的尺寸可以调整与纳米级的精确合并相邻的TMD纳米结构或通过进一步的剪裁。明确观察到从体TMD中的六方相到界面纳米结构中的单斜相的结构相变，这在石墨烯上局部引入了定义明确的静电势。这些结果不仅使高质量的图案化pn结的vdWs异质结构的创建，但也提供了一个新的路线，实现定制设计的混合维异质结构。
2022-12-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Trion gas, electron-hole liquid, and metal-insulator transition in doped heterostructures based on transition metal dichalcogenides
研究了掺杂对过渡金属二硫族化合物异质结构中电子空穴液体参数的影响。绘制了弹流润滑相图。结果表明，对于高温紧束缚弹流润滑的形成，以及从半导体态（激子态）到半金属态（电子-空穴等离子体/液体）的转变，在能带中掺杂更多的谷是有利的.采用修正的Mott判据和屏蔽势变分计算方法研究了从氚气体到电子空穴等离子体的转变。研究了在无激光激发的平衡态下掺杂对金属-绝缘体相变的影响。
2022-05-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Two-step conversion of metal and metal oxide precursor films to 2D transition metal dichalcogenides and heterostructures
本综述系统介绍了制备二维过渡金属二硫族化合物的两步转化法，梳理了工艺各环节的影响变量，阐明其多衬底沉积、低温加工等优势，并展望了其在电子、传感、光电器件及能源催化等领域的应用潜力。
2024-01-29 cond-mat.mtrl-sci
Designer three-dimensional electronic bands in asymmetric transition metal dichalcogenide heterostructures
Monash University（蒙纳士大学）；University of Manchester（曼彻斯特大学）；Syarif Hidayatullah State Islamic University Jakarta（雅加达希达亚图拉国立伊斯兰大学）；Flinders University（弗林德斯大学）；Tohoku University（东北大学）；Lawrence Berkeley National Laboratory（劳伦斯伯克利国家实验室）；Pennsylvania State University（宾夕法尼亚州立大学）
本研究通过异质结构设计，在三维中实现了非对称过渡金属二硫化物的电子能带调控，揭示了层间耦合与拓扑相稳定的新机制。
2025-09-16 cond-mat.mtrl-sci
van der Waals heterostructure for photocatalysis: Graphitic carbon nitride and Janus transition-metal dichalcogenides
通过分解水将太阳能转化为化学能是产生可持续和可再生解决方案而不对环境造成有害影响的有前途的手段。在这方面，二维半导体作为潜在的催化剂，在这里，我们结合Janus过渡金属二硫属化物（MoXY，X/Y = S，Se，Te）和石墨碳氮化物的范德华异质结构。在第一性原理计算中，我们研究了决定光催化活性的电子，光学和激子性质。由于内部电场，光生电子和空穴在MoXY层中分离，并且还产生用于氧化还原反应的高过电位。在这些异质结构纳米复合材料中，高光学吸收跨越整个可见光和近紫外区。此外，较低的激子结合，计算在二维类氢模型，表明有效的电荷分离。在这种异质结构的光催化性能的巨大的可调谐性应吸引相当大的理论和实验的关注在未来。
2019-06-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Moiré-Bose-Hubbard model for interlayer excitons in twisted transition metal dichalcogenide heterostructures
在半导体过渡金属二硫属化物的双层中，层之间的扭转角可以用于在与单位晶胞相比大的长度尺度上引入高度规则的周期性电势调制。在这样的结构中，可以出现相关态，其中异质结构中的激子由于激子-激子相互作用而强烈地局域化到电势最小值。我们探讨莫特和扩展激子相位之间的过渡的摩尔-玻色-哈伯德哈密顿量。跳跃和现场相互作用参数从层间激子波函数的Wannier表示获得，和非本地Rytova-Keldysh模型用于属性的二维材料中的激子的介电屏蔽。对于足够小的激子浓度和基板屏蔽我们的模型预测莫特绝缘状态的出现，建立扭曲的TMD异质结构作为可能的量子模拟玻色子多体系统。
2022-03-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Electronic, optical and transport properties of van der Waals Transition-metal Dichalcogenides Heterostructures: A First-principle Study
二维过渡金属二硫属化物（TMD）MX $_2$（M = Mo，W; X= S，Se，Te）具有独特的性质和新颖的应用。在这项工作中，我们进行第一性原理计算的范德华（vdW）堆叠MX $_2$异质结构，系统地研究其电子，光学和输运性质。我们执行所谓的安德森规则分类的异质结构，提供了两种半导体材料的异质结构的能带图的建设方案。对于大多数MX $_2$异质结构，导带最大值（CBM）和价带最小值（VBM）位于两个独立的半导体中，形成II型能带结构，因此电子-空穴对在空间上分离。我们还发现在形成MX $_2$异质结构后，在$Γ$点处有很强的层间耦合，甚至导致间接带隙。而在$K$点附近的能带结构保持为独立的单分子层。讨论了MX $_2$异质结的载流子迁移率与弹性模量、有效质量和形变势常数的关系，并与单层MX $_2$的载流子迁移率进行了对比。
2018-04-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Stabilizing sample-wide Kekulé orders in graphene/transition metal dichalcogenide heterostructures
Kekulé相是石墨烯中的Peierls样晶格畸变，预测其具有石墨烯以外的新电子态（1-8）。虽然通过在高磁场中引入电子-电子相互作用（9-11）或吸附原子超晶格（12-15）在石墨烯中实现了Kekulé相，但在实验中获得大面积的石墨烯Kekulé相仍然是一个极具挑战性的问题。在这里，我们证明，样品范围内的Kekulé扭曲的石墨烯可以稳定通过使用过渡金属二硫属化物（TMD）作为衬底和诱导的Kekulé订单是相当强大的整个石墨烯/TMD异质结构与不同的扭曲角。异质结构的相称结构提供周期性散射中心，其打破石墨烯的平移对称性并耦合石墨烯中的两个谷的电子，这使石墨烯朝向全局凯库勒密度波相位倾斜。出乎意料的是，在不同能量下稳定的三种不同的Kekulé键织构在每个石墨烯/TMD异质结构中直接成像。我们的研究结果揭示了一个意想不到的敏感性，在石墨烯的电子性能的支持衬底，并提供了一个有吸引力的路线设计新的阶段在石墨烯/TMD异质结构。
2022-08-02 cond-mat.mes-hall 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
Ultrasensitive acoustic graphene plasmons in a graphene-transition metal dichalcogenide heterostructure: strong plasmon-phonon coupling and wavelength sensitivity enhanced by a metal screen
针对实际异质结构中屏蔽石墨烯等离激元-声子极化激元耦合强度增强难的问题，本研究用量子静电异质结构模型证明金属衬底可增强其耦合强度与波长灵敏度，实现单层分辨率的异质结构探测。
2024-06-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Magnetic Proximity Effects in Transition-Metal Dichalcogenides: Converting Excitons
单层过渡金属二硫属化物（TMD）的二维特征和减少的屏蔽导致普遍存在的强激子的形成，其结合能比体半导体大几个数量级。专注于中性激子，束缚电子-空穴对，占主导地位的TMD的光学响应，它表明，它们可以提供指纹的磁性异质结构中的磁邻近效应。这些邻近效应不能用广泛使用的单粒子描述来描述，而是揭示了通过旋转磁性基底的磁化来在光学惰性和活性激子之间转换的可能性。随着最近在制造Mo和W基磁性TMD异质结构方面的突破，这种出现的光学响应可以直接在实验上进行测试。
2017-09-22 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
Effect of molecular rotation and concentration on the adsorption of pentacene molecules on two-dimensional monolayer transition metal dichalcogenides
该研究通过第一性原理计算，探究并五苯分子在四种单层TMD基底上的浓度和取向效应，发现PEN/MoSe$_2$存在浓度依赖的II型-I型带隙转变。
2023-12-20 cond-mat.mtrl-sci
Electronic structures and optical properties of realistic transition metal dichalcogenide heterostructures from first principles
我们从第一性原理计算的电子结构和光学性质的过渡金属二硫属化物（TMD）的双层异质结构组成的二硫化钼层夹着WS 2，MoSe 2，MoTe 2，BN，或石墨烯片。与以前的工作相反，系统的构造方式，即组成无公度单层的无应变晶格常数被保留。我们发现在所有的TMD/TMD异质结构中，Γ-点态之间都存在强相互作用，这种相互作用可以导致间接带隙。另一方面，在K点附近的状态保持在单层中。当TMD与BN或石墨烯层配对时，Γ点周围的相互作用可以忽略不计，并且电子结构类似于两个独立的单层。对MoS 2/WS 2系统的光学性质的计算表明，即使当价带和导带边缘位于不同的层中时，光学跃迁的混合也是最小的，并且单层的光学特性在很大程度上保留在这些异质结构中。层间跃迁的强度被发现是可以忽略不计的小，一个令人沮丧的结果工程的TMD的光学间隙的异质结构。
2013-09-11 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Second harmonic generation control in twisted bilayers of transition metal dichalcogenides
过渡金属二硫属化物（TMD）异质双层中的扭转角是一个强制性的自由度，决定了电子相关性和莫尔激子的横向约束周期。在这里，我们进行偏振分辨二次谐波产生（SHG）光谱的MoS 2/WSe 2异质结构。我们证明，通过选择合适的激光能量的两个单层之间的扭曲角可以直接测量组装异质结构。我们表明，从异质结构的SHG信号的振幅和偏振度的层之间的扭曲角和激子共振在SH能量确定。对于扭转角接近于零的异质结，我们观察到激子共振能量的变化和新的共振的出现在线性和非线性极化率。
2021-10-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Band alignment and interlayer hybridisation in transition metal dichalcogenide/hexagonal boron nitride heterostructures
在范德华异质结构中，层间能带的相对排列以及由此产生的能带杂化是决定一系列电子性质的关键因素。这项工作研究这些影响的异质结构的过渡金属二硫属化物（TMD）和六方氮化硼（hBN），一个无处不在的组合作为封装材料的hBN的作用。通过与实验的角度分辨光电子能谱（ARPES）的结果进行比较的密度泛函计算的结果，我们探讨的TMD和hBN层的价态之间的杂化，并表明，它引入了避免TMD和hBN带之间的交叉点，与umklapp过程打开“鬼”避免在个别频带的交叉点。MoSe $_2$ /hBN异质结构的DFT和ARPES谱之间的比较表明，与DFT相比，实验中MoSe $_2$和hBN的价带在能量上显著进一步分离。然后，我们表明，一种新的bandwidth运营商可以应用到hBN价态的DFT计算，校正的频带对齐，并使定量比较ARPES，解释避免交叉和其他功能的带可见性的ARPES光谱。
2022-10-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Low temperature synthesis of heterostructures of transition metal dichalcogenide alloys (WxMo1-xS2) and graphene with superior catalytic performance for hydrogen evolution
通过湿化学路线，然后在低温（300 $^\circ$ C）下热处理，获得通过交替石墨烯和过渡金属二硫属化物（TMD）合金形成的垂直异质结构的大面积（$\sim$ cm $^2$）膜。特别地，我们合成了堆叠的石墨烯和用作析氢催化剂的W $_x$ Mo $_{1-x}$ S $_2$合金相。当异质结构合金在300 $^o$ ℃退火时，我们观察到38.7 mV dec $^{-1}$和96 mV起始电位（在10 mA cm $^{-2}$的电流密度下）的塔菲尔斜率。这些结果表明，由石墨烯和W $_{0.4}$ Mo $_{0.6}$ S $_2$合金形成的异质结构比WS $_2$和MoS $_2$有效至少两倍，并且优于任何其他报道的TMD系统。这种策略提供了一种廉价且低温的合成替代方案，能够在析氢反应（HER）中取代Pt。此外，合金的催化活性随时间稳定，即催化活性即使在1000次循环后也不经历显著变化。使用密度泛函理论计算，我们发现，这种增强的析氢在W $_x$ Mo $_{1-x}$ S $_2$合金中主要是由于较低的能量势垒产生的d-轨道的过渡金属和H $_2$的s-轨道的有利的重叠，与最低的能量势垒发生W $_{0.4}$ Mo $_{0.6}$ S $_2$合金。因此，除了先前报道的产生点缺陷、空位和边缘的策略之外，现在还可以通过金属合金化进一步改善“惰性”TMD基面的性能。在相…
2017-05-05 cond-mat.mtrl-sci
Intrinsic disorder in graphene on transition metal dichalcogenide heterostructures
石墨烯等二维材料的电子性质对其环境非常敏感，尤其是底层衬底。与非晶绝缘衬底相比，平面范德华键合衬底（诸如六方氮化硼（hBN））已经显示出通过减少形貌变化和电荷波动而大大改善石墨烯器件的电性能。半导体过渡金属二硫属化物（TMD）是范德华键合材料的另一个家族，其最近作为石墨烯的hBN的替代基底以及新型石墨烯基器件异质结构中的组分而受到关注。此外，它们的半导体性质允许动态栅极电压控制与石墨烯的相互作用强度。通过局部扫描探针测量，我们发现TMD固有的晶体缺陷诱导石墨烯中的散射，这导致异质结构质量的显著退化，特别是与hBN器件上的类似石墨烯相比。
2014-11-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Exciton-exciton interaction in transition metal dichalcogenide monolayers and van der Waals heterostructures
由于强库仑相互作用，激子在2D材料中主导激发动力学。虽然电子之间的库仑散射已经得到了很好的研究，但激子的相互作用更具挑战性，仍有待探索。激子作为由电子和空穴组成的中性复合玻色子，表现出非平凡的散射动力学。本文研究了过渡金属二硫族化合物及相关的范德华异质结中的微观基础激子-激子相互作用。我们表明，有效的散射的关键标准是一个大的电子/空穴质量不对称引起的内部电荷的不均匀性的激子，并强调其cobosonic子结构。此外，交换和直接激子-激子相互作用都通过增强激子玻尔半径来增强。我们还预测了一个意想不到的温度依赖性，通常与声子驱动的散射，我们揭示了一个数量级更强的相互作用的层间激子由于其永久的偶极矩。所发展的方法可以推广到任意材料系统，并将有助于研究强关联激子系统，如莫尔超晶格。
2021-01-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Huge hole injection in tungsten dichalcogenide heterostructures without electric gating: a DFT study
Centre of New Technologies University of Warsaw（华沙大学新技术中心）
研究通过密度泛函理论，将化学电容器概念扩展到范德华异质结构，筛选出XeF2和KrF2作为合适受体，计算出相应异质结构中的空穴浓度，证明稀有气体氟化物可为TMD异质结构载流子密度非接触工程提供有效途径。
2026-07-23 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Direct Optical-Structure Correlation in Atomically Thin Dichalcogenides and Heterostructures
原子薄的过渡金属二硫属化物（TMD）具有独特的光电性能，包括增强的发光和高的开关电流比，可以通过制备更复杂的TMD异质结构来进一步调制。然而，传统的光学方法的分辨率限制不允许在这些材料中，特别是在TMD异质结构中的掩埋界面的直接光学结构相关测量。在这里，我们使用，第一次，在扫描透射电子显微镜（CL-STEM）中的电子束诱导阴极射线发光测量单层TMD（WS 2，二硫化钼和WSSe合金）之间的hBN层封装的光学性质。我们观察到暗区局部（~ 100 nm）的不完美的界面和单层折叠，这表明，在这个应用相关的异质结构层之间的紧密接触所需的适当的层间耦合。我们还实现了一个合适的成像方法，最大限度地减少电子束引起的变化，并提供测量的内在属性。为了克服TMD单层中小的电子相互作用体积的限制（因此光子产率低），我们发现用hBN封装TMD单层并随后退火是重要的。CL-STEM提供了一种强大的方法来直接测量横向或垂直异质结构和合金中的结构-光学对应关系。
2019-10-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Ultra-confined q2/3- plasmons and optical properties of graphene-transition metal dichalcogenide heterostructures
我们报告了与等离子体激元和光电子学的关键参数，如吸光度和透射率，在2D过渡金属二硫属化物（GrTMD）衬底上的石墨烯单层的范德华异质结构中的有趣的可能性。我们得到的禁带与Rashba自旋轨道耦合依赖的赝塞曼场由于衬底诱导的相互作用的相互作用。这使我们能够获得在有限掺杂的情况下，完全忽略自旋翻转散射事件的介电函数的表达式。我们观察到屏蔽的相对强度几乎是一个常数，相对于载流子密度的变化。与独立的石墨烯相比，GrTMD等离子体激元（可调）的更强的限制能力是我们分析的主要结果;等离子体激元色散产生q2/3行为，而不是众所周知的q1/2行为。我们还发现，吸收率和透射率是频率和栅电压的增函数。这一结果对于利用光电导和光电效应的器件是有用的。
2017-03-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Epitaxial Growth of 2D Layered Transition Metal Dichalcogenides
过渡金属二硫属化物（TMD）单层和异质结构已成为一类引人注目的材料，具有变革性的新科学，可用于新型器件技术。这些材料通常通过从大块晶体剥离薄片来制造，但是需要单晶膜的晶片级外延来推进该领域。本文综述了TMD薄膜所特有的范德华键合晶体外延生长的基本方面。TMD晶体的结构和电子特性最初描述了气相沉积的来源和方法。TMD外延的具体问题进行了严格审查，包括基板性能和膜基取向和键合。讨论了不同衬底类型上的TMD外延的现状以及大面积外延膜的表征技术。提出了未来的发展方向，包括衬底，在原位和全晶圆表征技术和异质结生长的发展。
2019-09-08 cond-mat.mtrl-sci
Room Temperature Valley Polarization and Coherence in Transition Metal Dichalcogenide-Graphene van der Waals Heterostructures
由石墨烯和过渡金属二硫属化物（TMD）制成的范德华异质结构是用于光电、自旋电子和谷电子器件的新兴平台，其可以受益于（i）TMD中的强的光-物质相互作用和自旋谷锁定以及（ii）石墨烯中的特殊的电子和自旋输运。这种器件的操作需要显著的谷极化和谷相干性，理想地高达室温。在这里，使用一个全面的穆勒偏振分析，我们报告\textit{artifact-free}室温度的谷极化高达$40~\%$，值得注意的是，谷相干高达$20~\%$在单层二硫化钨（WS $_2$）/石墨烯异质结构。即使在低温下，二硒化钼（MoSe $_2$）中的谷反差也特别难以实现。在将单层MoSe $_2$与石墨烯接合时，谷极化和相干性的室温程度分别与$14~\%$和$20~\%$一样高。我们的研究结果进行了讨论，根据最近的报道，高效的层间耦合和激子转移的TMD/石墨烯异质结构和室温手性轻物质相互作用和相干光谷电子器件的承诺。
2018-04-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Visualizing Band Offsets and Edge States in Bilayer-Monolayer Transition Metal Dichalcogenides Lateral Heterojunction
半导体异质结构是许多重要器件应用的基本构件。二维半导体的出现为制造异质结构开辟了一个新的领域。由于过渡金属二硫属化物薄膜的带隙具有敏感的层依赖性，因此使用具有不同厚度的相同材料来产生横向异质结是自然的。使用扫描隧道显微镜和光谱，在这里，我们显示了在MoSe 2和WSe 2的双层-单层界面的电子结构的真实空间图像。大多数双层-单层异质结被发现有一个取向的界面，和这样的原子尖锐的异质结的能带排列是I型的定义良好的界面模式，作为一个窄隙量子线。利用这种通常存在的厚度平台作为横向异质结的能力是对基于原子级薄的过渡金属二硫属化物的器件应用的工具集的重要补充，具有容易和灵活实施的优点。
2015-12-05 cond-mat.mtrl-sci
Role of Strain on Electronic and Mechanical Response of Semiconducting Transition-Metal Dichalcogenide Monolayers: an ab-initio study
采用基于密度泛函理论的完全相对论第一性原理计算，研究了单层过渡金属二硫属化合物MX 2（M=Mo，W，Sn，Hf，X=S，Se，Te）的电子结构和弹性性质.我们专注于应变的能带结构的作用和跨系列的二维材料的能带排列。我们发现，应变对带隙有显着的影响;双轴应变为1%的2 H结构中的带隙降低，由尽可能多的0.2 eV的MoS 2和WS 2，而增加它的1 T材料。这些结果表明，应变是一个强大的途径，以调节其性能，例如，应变能够形成，否则不可能，打破间隙异质结构内的2 H类。这些计算提供了洞察力和定量信息的异质结的合理发展的基础上，这些类的材料占应变的影响。
2013-12-04 cond-mat.mtrl-sci
Intra-band and Inter-band Plasmons in Transition Metal Dichalcogenide-Graphene van der Waals Heterostructures
在早期的工作中，已经表明石墨烯单层的范德华异质结构（vdWHs）在2D过渡金属二硫属化物（GrTMD）衬底上的分散包括自旋分裂的带隙带。使用这些，它也表明，带内等离子体色散的有限掺杂和长波长限制涉及的Q2/3（非常规）的行为，而不是众所周知的Q1/2的行为。本文报道了这种vdWH的光学电导率和光学性质。我们发现，有没有（带间）等离激元的电子掺杂，只要Gr-TMD异质结构是由正介电常数材料上下包围。然而，如果异质结构被负介电常数（NDC）材料包围，人们发现将有声学等离子体激元。对于空穴掺杂的情况，不需要NDC材料。我们发现，当载流子密度大于一个适度的临界值时，也会出现栅电压可调的带内声等离子体激元。与掺杂石墨烯相比，GrTMD等离子体激元的更强的嵌顿能力是本工作的另一个值得注意的结果。人们发现，带内吸收率是随着频率在一个给定的栅极电压，并在一个给定的频率与栅极电压增加;带间透射率，然而，是一个递减的函数的频率和栅极电压。
2018-04-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Band Alignment in Black Phosphorus/Transition Metal Dichalcogenide Heterolayers: Impact of Charge Redistribution, Electric Field, Strain and Layer Engineering
本工作的目的是通过密度泛函理论（DFT）模拟研究电荷重新分布、外加层法向电场、外加应变和层工程对黑磷（BP）/二硫化钼（MoS 2）异质结构能带排列的影响。黑磷是一种p型材料，具有高迁移率，机械灵活性和对层数的敏感性。将其与电负性更强的材料结合，MoS 2导致强载流子限制和II型异质结构。层间的电荷重新分布改变了电子亲合规则所预期的能带排列。所施加的外部场、应变和多个BP层提供在II型范围内的能带对准可调性和/或向I型和III型异质结构的过渡。BP/MoS 2异质结构的可调谐性可用作隧道场效应晶体管、具有可调谐势垒高度的整流二极管、可重构FET和电光调制器。此外，考虑单层BP与其他单层过渡金属二硫属化物（TMD）的异质结构表明实现不同能带排列类型的能力。在我们的模拟中，I型排列被发现与二硒化钨（WSe 2）、二硒化钼（MoSe 2）和二硫化钨（WS 2），以及三硫化铪（HfS 2）和二硒化铪（HfSe 2）的III型排列。
2022-08-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Second-harmonic imaging microscopy for time-resolved investigations of transition metal dichalcogenides
二维过渡金属二硫属化物（TMDC）在光电子学和所谓的谷电子学中的各种应用中显示出了希望。它们的操作和性能很大程度上取决于各个层的堆叠。在这里，光学二次谐波产生（SHG）在成像模式被证明是一个通用的工具，系统的时间分辨的调查TMDC单层和异质结构，考虑到材料的结构。无需任何标测或扫描即可探测大样本区域。通过偏振相关的测量，单层的结晶取向或异质结的堆叠角可以评估为整个视场。泵浦探测实验，然后允许相关的二次谐波响应与底层结构的观察到的瞬态变化。相应的时间分辨率实际上受到所用激光器的脉冲持续时间的限制。作为一个例子，偏振相关和时间分辨测量的单层和多层的MoS $_2$薄片生长在SiO $_2$ /Si（001）衬底。
2020-04-17 cond-mat.mtrl-sci
Strong electron-hole symmetric Rashba spin-orbit coupling in graphene/monolayer transition metal dichalcogenide heterostructures
尽管石墨烯具有极弱的固有自旋轨道耦合（SOC），但已显示石墨烯通过与剥离的过渡金属二硫属化物（TMD）的邻近耦合而获得相当大的SOC。在这里，我们展示了强烈的诱导Rashba SOC的石墨烯是接近耦合到一个单层TMD膜，二硫化钼或WSe 2，生长通过化学气相沉积具有显着不同的费米能级位置。石墨烯/TMD异质结构是利用六方氮化硼，作为一个平面模板，以促进密切接触，因此，强烈的界面之间的相互作用，如证明的TMD光致发光的淬灭的拾取转移技术制造。我们观察到强烈的诱导石墨烯SOC，表现在一个明显的弱反本地化（WAL）的石墨烯磁导效应。从WAL分析中提取的自旋弛豫速率随动量散射时间线性变化，并且与载流子类型无关。这表明一个占主导地位的Dyakonov-Perel自旋弛豫机制所引起的诱导Rashba SOC。我们的分析产生的Rashba SOC的能量约1.5 meV的石墨烯/WSe 2和约0.9 meV的石墨烯/MoS 2，分别。诱导Rashba SOC的近电子-空穴对称性质提供了可能的潜在SOC机制的线索。
2017-07-11 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Controllable Water Vapor Assisted Chemical Vapor Transport Synthesis of WS2-MoS2 Heterostructure
二维过渡金属二硫属化物（MX2）及其异质结构的气相合成通常再现性差并且对不受控的环境湿度敏感。最近认识到，水蒸气可以通过在高温下与MX2反应以形成挥发性金属羟基氧化物（MOx（OH）y）和氢硫属化物（H2 X）而在MX2的生长中发挥重要作用，所述挥发性金属羟基氧化物（MOx（OH）y）和氢硫属化物（H2 X）显著改变生长过程。在这里，我们报告的WS 2，二硫化钼，和它们的异质结构的可控合成使用水辅助化学气相传输（CVT）。通过二水硫酸钙（CaSO 4 2 H2O）固体前体的热脱水可以可调地输送水蒸气，不仅提供比液态水低得多的蒸气压基线和更宽的可调范围，而且可以很容易地集成到化学气相沉积过程中。这允许WS 2的单层、多层和螺旋纳米片的受控生长，以及MX 2边缘上的横向外延生长，以及大面积WS 2-MoS 2异质结构的更可再现的生长。拉曼和光致发光光谱映射证实了WS 2-MoS 2异质结构的各种类型。这些结果揭示了MX2的生长机理，并为其他金属硫属化物的可控生长提供了一种通用方法。
2019-09-03 cond-mat.mtrl-sci
Phonon-assisted Photoluminescence from Dark Excitons in Monolayers of Transition Metal Dichalcogenides
过渡金属二硫属化合物（TMD）的光致发光（PL）光谱显示了亮激子线以下的大量发射峰，但尚未解释所有的发射峰。在这里，我们研究了声子辅助动量暗激子重组的发射轨迹。为此，我们发展了一个微观理论，描述同时激子，声子和光子相互作用，包括一致的多粒子退相。我们解释了由于亮态和暗态的不同配置，在钨基和钕基材料中亮激子下面的PL有很大不同。在良好的协议与实验中，我们表明，WSe $_2$表现出清晰可见的低温PL信号来自声子辅助动量暗激子的复合。
2019-04-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Interlayer coupling and gate-tunable excitons in transition metal dichalcogenide heterostructures
双层范德华（vdW）异质结构如MoS 2/WS 2和MoSe 2/WSe 2最近引起了人们的广泛关注，特别是因为它们的II型能带排列和层间激子作为最低能量激子态的形成。在这项工作中，我们计算了这种异质结构的电子和光学性质的第一性原理GW+Bethe-Salpeter方程（BSE）方法，揭示了层间耦合在决定激发态性质，包括能带排列和激子性质的重要作用。计算表明，由于层间耦合，低能激子可以通过垂直栅场进行宽范围的调谐。特别地，在这些双层异质结构中的最低能量激子的偶极振子强度和辐射寿命在实际的外部栅极场内变化超过一个数量级。我们还建立了一个简单的模型，捕捉背后的可调谐性的基本物理，并允许扩展的从头计算结果的大范围的电场。我们的工作阐明了双层vdW异质结构中层间激子的物理图像，并预测了二维光电子器件的宽范围的门可调激发态特性。
2017-12-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Machine-learning-assisted analysis of transition metal dichalcogenide thin-film growth
本研究采用机器学习辅助的RHEED分析方法，结合PCA和K-means聚类，研究了MBE在石墨烯衬底上生长ReSe2二维薄膜的过程，成功分离模式并滤除衬底贡献以监测衍射强度，为二维材料生长动力学分析及自主合成技术铺路。
2023-10-22 cond-mat.mtrl-sci
Reduced absorption due to defect-localized interlayer excitons in transition metal dichalcogenide-graphene heterostructures
该研究采用多体微扰理论探究硫族元素缺陷对WS₂-石墨烯、MoS₂-石墨烯异质双层光学性质的影响，发现缺陷虽引入低能跃迁、产生大振子强度激子，但会减弱类本征层内激子的光学响应，为光伏等领域的缺陷工程提供参考。
2023-03-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Longitudinal optical conductivity of graphene in van der Waals heterostructures composed of graphene and transition metal dichalcogenides
本文研究石墨烯/TMDC范德华异质结构中Rashba自旋轨道耦合、扭转角和温度对石墨烯纵向光学电导率的影响，揭示了双峰结构、硫族原子主导的扭转角效应及室温下热-光联合跃迁新能带的形成机制。
2023-12-01 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Two dimensional transition metal dichalcogenide based bilayer heterojunctions for efficient solar cells and photocatalytic applications
本研究通过第一性原理计算六种二维TMD双层垂直异质结的光电特性，评估其太阳能电池效率与析氢光催化潜力，发现部分异质结具备优异应用前景。
2025-01-14 cond-mat.mtrl-sci
Atomic reconstruction and moiré patterns in transition metal dichalcogenide van der Waals heterostructures
范德华层状材料，如过渡金属二硫属化物（TMD），是一类令人兴奋的材料，具有弱层间键合，使人们能够创建范德华异质结构（vdWH）。最近的工作表明，控制层之间的扭转角可以对vdWH特性产生显著影响。对于TMD vdWH，扭转角仅通过使用刚性晶格莫尔图案来处理。迄今为止，实验上还没有报道过原子重构，即单个层内原子的任何重排。在这里，我们证明了扭转角小于1°的MoSe 2/WSe 2和MoS 2/WS 2的vdWH经历了显著的原子级重构，导致由窄畴壁划分的离散相称畴，而不是如先前工作中假设的平滑变化的刚性晶格莫尔图案。使用导电原子力显微镜（CAFM），我们表明，两个TMD晶体的堆叠方向对原子重构有着深远的影响，与最近的石墨烯/石墨烯和MoS 2/MoS 2结构的理论工作和石墨烯双层和hBN/graphene vdWH的实验工作一致。透射电子显微镜（TEM）提供了MoSe 2/WSe 2结构中原子重构的额外证据，并展示了大角度刚性晶格莫尔图案和小角度原子重构之间的过渡。我们用密度泛函理论计算了相应重构畴的能带结构，发现相对电子带边的调制与CAFM结果和重构vdWH的光致发光光谱一致. TMD异质结构中原子重构的存在以及所观察到的对纳米尺度电子性质的影响为这类重要的异质结构的行为提供了基本的见解。
2019-11-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Picosecond energy transfer in a transition metal dichalcogenide-graphene heterostructure revealed by transient Raman spectroscopy
强烈的光-物质相互作用和独特的结构和电学性质使得由石墨烯（Gr）和单层过渡金属二硫属化物（TMD）组成的范德华异质结构成为隧道晶体管、柔性电子器件以及光电子器件（包括光探测器、光致发光器件和量子发光器件（QLED））的有希望的构建块。使用最少量的活性吸收体材料的明亮和窄线发射器。这些器件的性能主要取决于层间相互作用，而层间相互作用在许多方面仍然知之甚少。具体来说，已经提出了两类耦合机制：电荷转移（CT）和能量转移（ET），但它们的相对效率和潜在的物理是一个悬而未决的问题。在这里，建立一个时间分辨拉曼散射实验，我们确定的电子温度曲线Gr响应TMD光激发，跟踪皮秒动态的G和2D波段。令人信服的证据，一个占主导地位的作用ET过程中完成的特征时间~ 4 ps。我们的研究结果表明，存在一个中间过程之间观察到的皮秒ET和产生的净电荷的光电应用中检测到的较慢的电信号。
2022-04-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
