Fabrication and Imaging of Monolayer Phosphorene with Preferred Edge Configurations via Graphene-Assisted Layer-by-Layer Thinning
磷烯（Phosphorene）是黑磷（BP）的单层膜，是一种具有高载流子迁移率和面内各向异性等物理性质的二维单质材料。为了从根本上理解这些不同的物理性质，对磷烯进行原子尺度的结构研究是至关重要的，特别是关于各种缺陷和优选的边缘配置。然而，它一直是具有挑战性的调查单层和少层磷烯，因为在制备高品质的样品和损伤过程中引起的表征过程中出现的技术困难。在这里，我们成功地制造高品质的单层磷烯使用受控的减薄过程与透射电子显微镜，并随后进行原子分辨率成像。石墨烯保护抑制了电子束对多层BP的损伤，并且一侧石墨烯保护促进了样品的逐层减薄，从而呈现高质量的单层和双层区域。我们还观察到原子尺度的晶体边缘的形成，主要沿锯齿形和（101）终端，这是源于边缘动力学下的电子束诱导溅射过程。我们的研究展示了一种新的方法来成像和精确地操纵空气敏感的二维材料的厚度和边缘配置。
2019-12-03 cond-mat.mes-hall
Direction dependent thermal conductivity of monolayer phosphorene: parameterization of Stillinger-Weber potential and molecular dynamics study
一个Stillinger-Weber原子间相互作用势参数化磷烯。它很好地再现了晶体结构，结合能和声子色散的第一性原理计算预测。磷烯的热导率进一步探讨了平衡分子动力学模拟采用的潜在参数的最佳设置。在室温下，沿锯齿形和扶手椅方向的本征热导率分别为约152.7和33.0 W/mK，具有大的各向异性比为5。磷烯的热导率具有显着的方向依赖性，与以前的报道一致，主要是由于晶格动力学计算揭示的声子群速度的强各向异性和声子寿命的弱各向异性。此外，Z字形和扶手椅方向的有效声子平均自由程分别为141.4和43.4nm。
2015-05-26 cond-mat.mes-hall
Strain engineering the charged-impurity-limited carrier mobility in phosphorene
本文基于紧束缚模型，在线性形变条件下，研究了磷烯的电子能带结构随应变的变化规律.我们表明，应变磷烯的电子能带结构，实验上可访问的载流子密度和单轴应变，是很好地描述了一个应变相关的去耦电子空穴哈密顿。然后，采用解耦的哈密顿量，我们考虑的电荷杂质限制的载流子迁移率在磷烯的应变依赖性，这两种类型的载流子，任意的载流子密度和扶手椅和锯齿形方向。我们发现，在正常方向的单轴拉伸（压缩）应变增强（削弱）的载流子迁移率的各向异性，而在Z字形方向的单轴应变的作用相反。此外，在扶手椅方向施加单轴应变被证明是无效的载流子迁移率的各向异性。这些将基于应变对载体有效质量的影响来解释。
2015-11-13 cond-mat.mes-hall
Highly anisotropic electronic transport properties of monolayer and bilayer phosphorene from first principles
从理论上研究了磷烯的本征载流子输运动力学。利用密度泛函理论的处理，低场迁移率和饱和速度的特点是在单层和双层结构中的电子和空穴。分析清楚地阐明了通过各向异性能带结构和载流子-声子散射率表现出的晶体取向依赖性。在单层中，在室温下，扶手椅方向上的空穴迁移率估计为Z字形方向上的大约5倍（460 cm $^2$ /Vs对90 cm $^2$ /Vs）。另一方面，双层输运表现出更适度的各向异性，具有显著更高的迁移率（分别为1610 cm $^2$ /Vs和760 cm $^2$ /Vs）。对导带电子的计算表明了相当的依赖性，而特征值通常较小约2倍。饱和速度的变化被认为是不太明显。凭借预期的优异性能和减小的各向异性，少层磷烯提供了一个有希望的机会，特别是在p型应用中。
2016-05-14 cond-mat.mes-hall
Proximity-induced spin-orbit coupling in phosphorene on a WSe$_2$ monolayer
本文通过第一性原理与有效模型研究磷烯/WSe$_2$异质结构中的邻近自旋轨道耦合，揭示Γ点空穴耦合显著增强的机制，并提出基于C₁ᵥ对称性的模型，证明扭转角度可有效调控自旋轨道场。
2023-09-25 cond-mat.mes-hall
Unconventional Strain-Dependent Conductance Oscillations in Pristine Phosphorene
磷烯是一种单元素二维半导体，已迅速成为晶体管和光电子器件的高迁移率材料。此外，作为一种2D材料，它可以承受高水平的应变，从而能够对其电子特性进行敏感的修改。本文研究了磷烯纳米晶体的应变相关电学性质。进行广泛的计算，我们确定电导作为单轴和双轴应变刺激的函数，并揭示了一个独特的区域相图。这使我们能够通过简单的应变应用首次发现原始磷烯中的电导振荡。我们表明，这种非常规的电流-电压的行为是如何可调的应变的性质，以及如何额外的栅极电压可以调制所观察到的现象和开关效率的振幅（峰谷比）。此外，我们表明，开关是非常强大的对掺杂和缺陷。我们详细的研究结果提出了新的领导创新的应变为基础的计量和高频纳米电子开关的磷烯。
2019-07-07 cond-mat.mes-hall
Electronic and magneto-optical properties of monolayer phosphorene quantum dots
本文利用紧束缚方法研究了矩形、六边形和三角形单层磷烯量子点的电子和磁光性质。数值计算了电子态、态密度、电子密度分布、Laudau能级以及光吸收谱。我们的计算表明：（1）由于单分子层磷烯（MLP）中的各向异性电子跳跃，无论其形状和边缘构型如何，在各种MPQD的带隙中都出现边缘态。处于任意边缘态的电子只出现在量子点边界的扶手椅方向，这与石墨烯量子点中的电子只出现在扶手椅方向不同;（2）MPQD的磁能级呈现出Hofstadter-butterfly谱，随着磁场的增加，磁能级逐渐接近MLP的朗道能级.在磁能谱中出现了与MLP完全不同的“平带”;（3）量子点的尺寸、边界边缘的类型和外加磁场可以调节量子点的电学和光学性质。
2015-07-14 cond-mat.mes-hall
Bloch dynamics in inversion symmetry broken monolayer phosphorene
本研究探讨了反演对称性破缺的单层磷烯中布洛赫电子的振荡动力学，揭示了自旋轨道耦合及外场对运动轨迹和状态转变的关键影响。
2023-06-17 cond-mat.mes-hall
Anisotropic hybrid excitation modes in monolayer and double-layer phosphorene on polar substrates
研究了位于SiO2、h-BN和Al 2 O3等极性基底上的单层和双层磷烯体系中各向异性杂化等离子体激元-SO声子色散关系。我们利用RPA中的动态介电函数，考虑电子-电子相互作用和基底SO声子通过Frohlich相互作用产生的长程电场，计算了这些混合模。在长波长范围内，我们得到了混合等离子体激元-SO声子色散关系的解析表达式，它代表了这些模式的行为，类似于从损耗函数得到的模式。我们的结果表明，在等离子体SO声子模式的各向异性很强，而他们更强的沿轻质量方向在我们的异质结构。此外，我们还发现衬底的类型对耦合模的色散关系有很大的影响。此外，通过调节极性衬底上双层磷烯中层间的错位和分离，我们可以设计混合模式。
2017-05-01 cond-mat.mes-hall
Electronic structure and optic absorption of phosphorene under strain
研究了应变下磷烯（黑磷单层膜）的电子结构和光吸收。应变被认为是一个强有力的工具的能带结构工程。扶手椅方向和锯齿形方向的面内应变改变了两个方向上的有效质量分量，而垂直应变只对扶手椅方向上的有效质量有显著影响。面内压缩应变和垂直拉伸应变使带隙变窄。在一定的应变配置下，带隙闭合，能带演化为半狄拉克型：色散在扶手椅方向上是线性的，在锯齿方向上是无带隙的二次型。带边光吸收沿扶手椅方向完全偏振，且偏振率随光子能量的增加而减小。应变不仅改变吸收边，而且改变吸收偏振。
2016-01-06 cond-mat.mes-hall
Magneto-optical transport properties of monolayer phosphorene
单层磷烯的电子性质是奇异的，这是由于它的褶皱结构和大的本征直接带隙。我们推导并讨论了在垂直磁场存在下的能带结构。此外，我们评估的磁光霍尔和纵向光学电导率，作为温度，磁场，和费米能量的函数，并表明，它们强烈地受磁场。前者的虚部和后者的实部表现出规则的{ \it带间}振荡，作为频率$ω$在$\hslashω\sim 1.5-2$ eV范围内的函数。后者的强{ \it带内}响应和前者的弱响应发生在低得多的频率。与传统的二维电子气或石墨烯相比，磁光响应可以在微波到太赫兹和可见光频率范围内进行调谐，其中响应限于太赫兹范围。这种在各向异性结构中隔离载流子的能力可能使磷烯成为新光学器件的有希望的候选者。
2015-07-22 cond-mat.mes-hall
Aharonov-Bohm effect in monolayer black phosphorus (phosphorene) nanorings
本文从理论上证明了单层磷烯纳米环（PNR）中的Aharonov-Bohm（AB）效应。采用原子量子输运模拟方法研究了多调制源对样品电导的影响。在垂直磁场作用下，我们发现扶手椅型和锯齿型PNR的电导都在低能窗口内周期性振荡，这是AB效应的一种表现。我们的数值计算结果揭示了锯齿形PNR中的巨磁电阻（MR）（最大值接近200%）。这归因于AB效应在第二子带底部以下的宽能量范围内诱导的相消干涉相位。我们还表明，PNR电导是高度各向异性的，提供了一种额外的方式来调制MR。在PNR中的巨MR保持在室温下的热加宽效应的存在下。
2017-05-13 cond-mat.mes-hall
Anisotropic charged impurity-limited carrier mobility in monolayer phosphorene
原子级薄的2D材料中的室温载流子迁移率通常远低于由声子散射施加的本征极限，声子散射是由其环境中的远程带电杂质散射的结果。我们模拟了带电杂质限制的载流子迁移率$μ$在裸和封装的单层磷烯。我们发现一个显着的温度依赖性的载流子迁移率（$μ\propto T^{-γ}$），结果从温度变化的电荷屏蔽和随晶体取向。有效质量的各向异性导致各向异性载流子迁移率，扶手椅方向上的迁移率比Z字形方向上的迁移率大约大一个数量级。特别地，这种迁移率各向异性在低温和高载流子密度下增强。在用高- $κ$覆盖层封装的情况下，迁移率增加高达一个数量级，尽管其温度依赖性和各向异性降低。
2014-12-10 cond-mat.mes-hall
Anisotropic transport of normal metal-barrier-normal metal junctions in monolayer phosphorene
本文采用连续晶格模型和微观晶格模型研究了磷烯单分子膜在高度为$U_0$和宽度为$d$的单个和多个势垒存在下的输运性质。并显示了沿扶手椅边缘的电子输运性质（$x$方向）与传统的二维电子气中的对应物在性质上不同，如准粒子和石墨烯或承载无质量狄拉克准粒子的拓扑绝缘体表面。我们表明，运输，介导的大量狄拉克电子，允许一个实现准直准粒子运动沿$x$，从而使单层磷烯一个理想的实验平台，研究克莱因悖论。我们研究了隧穿电导$G \equiv G_{xx}$作为$d$和$U_0$的函数的依赖关系，并证明了对于给定的外加电压$V$，其行为从振荡变化到$d$的衰减函数，对于$U_0$的范围具有有限的非零上、下界，并提供了$G$随$d$衰减的这些界的解析表达式.我们将$G$的这种行为与石墨烯中的无质量狄拉克电子的行为进行了对比，并与磷烯中的锯齿形边缘（$y$方向）的行为进行了对比，其中准粒子在低能量下服从有效的薛定谔方程。我们还研究了沿$x$通过多个势垒的输运，并证明了这些性质也适用于通过多个势垒的输运。最后，我们提出了具体的实验，可以验证我们的理论预测。
2016-10-07 cond-mat.mes-hall
Strain and the optoelectronic properties of non-planar phosphorene monolayers
晶格{ \em Kirigami}、超轻超材料、多分散聚集体、陶瓷纳米晶格和二维（2-D）原子材料共享固有的结构离散性，并且它们的材料性质随着它们的形状而演变。为了证明材料性质和局部几何形状之间的密切关系，我们探索了磷烯-一种新的2-D原子材料-在圆锥形结构中的性质，并记录了与其非平面形状直接相关的半导体间隙的减小。无论考虑磷烯同素异形体如何，这种几何效应都会发生，并且它提供了一种独特的光学工具来挑出这种2-D材料上的局部结构缺陷。我们还对其他2-D原子材料的晶体晶胞进行了分类，并提出了直接从其不同的二维结构中获得局部几何形状的方法，同时绕过了基于参数连续体的常见形状描述。
2015-04-27 cond-mat.mes-hall
Anisotropic Moiré Optical Transitions in Twisted Monolayer/bilayer Phosphorene Heterostructures
范德瓦尔斯异质结构的莫尔超晶格提供了一种强大的新方法来设计二维（2D）材料的电子结构。在不同的云纹异质结构中出现了许多新的量子现象，例如石墨烯系统中的相关绝缘体、超导体和Chern绝缘体以及过渡金属二硫属化物（TMDC）系统中的云纹激子。扭曲磷烯提供了另一个有吸引力的系统来探索莫尔物理，因为磷烯具有各向异性的矩形晶格，不同于石墨烯和TMDC中的各向同性六方晶格。在这里，我们报告新兴的各向异性莫尔光学跃迁扭曲单层/双层磷烯。磷烯云纹超晶格中的光共振敏感地依赖于单层和双层之间的扭转角。令人惊讶的是，即使对于大到19°的扭转角，莫尔异质结构也表现出与构成单层和双层磷烯中的光学共振完全不同的光学共振。新的莫尔光学共振表现出很强的线偏振，其主轴与双层磷烯的光轴接近但不同。我们的从头计算结果表明，与石墨烯和TMDC的六方晶格的K点带隙不同，磷烯的Γ点直接带隙和矩形晶格导致了大扭曲角磷烯异质结构中非常强的莫尔物理。我们的研究结果突出了探索磷烯和其他具有不同晶格构型的范德华异质结构中的莫尔物理的令人兴奋的机会。
2019-12-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Strain-tuning of spin anisotropy in single-layer phosphorene: insights from Elliott-Yafet and Dyakonov-Perel spin relaxation rates
本研究提出通过约1.2%锯齿向拉伸应变与垂直电场协同调控单层磷烯的外禀自旋–轨道耦合，实现Γ点附近持续自旋织构，并揭示高达10^5的自旋弛豫各向异性。
2025-01-10 cond-mat.mes-hall
Tuning electrical and optical anisotropy of a monolayer black phosphorus magnetic superlattice
从理论上研究了调制周期性垂直磁场对单层黑磷（磷烯）电子态和光吸收谱的影响。我们证明了不同的磷烯磁超晶格（PMS）取向可以产生不同的能谱，即，调谐固有电子各向异性。Rashba自旋轨道耦合（RSOC）将在该磷烯磁性超晶格中发展自旋分裂能量色散。各向异性的动量相关的载流子分布沿/垂直于磁条的证明，和这些奇异的属性，通过调整超晶格的几何形状，磁场和RSOC项（通过外部电场）的操纵系统地解决。相应地，我们在基态电子-空穴对跃迁速率谱和PMS取向依赖的各向异性光吸收谱中发现了亮-暗跃迁。这一特性为我们利用磁超晶格结构对磷烯的电子各向异性进行调制以及利用光学技术检测这种调制能力提供了一种可行的方法。
2017-11-07 cond-mat.mes-hall
Exciton in phosphorene: Strain, impurity, thickness and heterostructure
二维电子屏蔽效应是决定激子性质的重要因素，它决定了光电和光子器件的性能。考虑到$GW-$的Bethe-Salpeter形式中的电子-空穴相互作用，我们首先研究了原始磷烯的激子性质，并研究了应变和杂质覆盖的影响。计算结果表明，在这些系统中，各向异性的空间离域强烈束缚激子。进一步，我们提出了一个以各向异性激子质量和有效电子屏蔽为参数的简化类氢模型，相应的结果与现有的$GW-$ BSE计算结果非常吻合.然后用简化模型研究了少层异质结构磷烯中激子的重整化。载流子有效质量随着电子屏蔽的增加而变化，使这些系统中的激子束缚重正化。我们建立了本模型，其中的参数计算在计算成本较低的第一性原理计算，可以预测激子性质具有良好的精度为较大的二维系统，其中的多体$GW-$ BSE计算是不可能的。
2018-10-29 cond-mat.mes-hall
Thermoelectric transport in monolayer phosphorene
我们应用广义玻尔兹曼理论来描述单层磷烯在短程和长程带电杂质相互作用下的热电输运性质。首先，我们提出了一个低能量的哈密顿量来探索准确的电子能带结构的磷烯与密度泛函模拟得到的结果进行比较。我们解释了导带和价带之间的耦合对热电性能的影响。我们表明，磷烯的导电性是高度各向异性的，而塞贝克系数和品质因数，而不受影响，通过存在或不存在的耦合项，几乎是各向同性的。此外，我们表明，$n$型掺杂的导电性是更多的耦合项比$p$型的影响。随着热电势符号的变化，可以实现深刻的热电效应。
2017-01-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Enhanced thermoelectric performance of phosphorene by strain-induced band convergence
近年来，人们预测单层磷烯是一种很有前途的热电材料。在这项工作中，我们提出了进一步提高磷烯的热电性能的应变诱导带收敛。采用第一性原理计算结合半经典Boltzmann理论研究了单轴应变对磷烯热电性质的影响。当施加Z字形方向的应变时，在5%的临界应变下，Z字形方向的Seebeck系数和电导率同时得到了显著的提高，此时能带收敛。最大的ZT值为1.65，在300 K，然后通过使用体晶格热导率保守估计。当扶手椅方向应变为8%时，磷烯扶手椅方向的室温ZT值可达2.12。结果表明，应变诱导能带收敛是提高磷烯热电性能的有效方法。
2014-06-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Landau levels and magneto-transport property of monolayer phosphorene
在有效的\textbf{\emph{k$\cdot$p}}哈密顿量和紧束缚模型的框架下，对磷烯在垂直磁场下的朗道能级和磁输运性质进行了理论研究.在低场区，我们发现LL指数$n$和磁场$B$都与LL指数线性相关，这与传统的半导体二维电子气的情况类似。导带和价带的朗道劈裂不同，由于各向异性的有效质量不同，对应于各向异性层的波函数也不同。通过求解解耦的哈密顿量，得到了低能区激光限幅的解析表达式，与数值计算结果吻合较好。在高磁区，利用TB模型得到了自相似的Hofstadter蝶形谱。在宽的磁场范围内，HB谱与用有效\textbf{\emph{k$\cdot$p}}理论计算的朗道能级扇一致。我们发现，由于各向异性的跳跃参数的磷烯纳米取向的LL强烈依赖于带状取向。霍尔和纵向电导（电阻）清楚地揭示了LL的结构。
2015-04-24 cond-mat.mes-hall
The overlooked role of band-gap parameter in characterization of Landau levels in a gapped phase semi-Dirac system: the monolayer phosphorene case
二维带隙半狄拉克（GSD）材料是指具有有限带隙的系统，其载流子在一个方向上表现出相对论行为，而在另一个方向上表现出薛定谔行为。在目前的工作中，我们表明，除了两个众所周知的能带功能（曲率和手征），带隙参数也发挥了至关重要的作用，在指数和磁场依赖的朗道能级（LLS）在GSD系统。我们以单层磷烯作为GSD的代表性例子，明确地提供物理的见解，这个参数在确定的指数和磁场依赖性的LLS的作用。我们推导出一个有效的一维薛定谔方程的载流子在一个垂直的磁场的存在下，并认为，其有效电位的形式显然是敏感的无量纲的带隙，是可调的结构参数。这个有效间隙的理论大小及其与椭圆形$k$ -空间回旋加速器轨道的相互作用解决了在确定原始单层磷烯中的量子霍尔效应的类型时似乎存在的矛盾。我们的研究结果有力地证实了在这种GSD材料中，LLS对磁场的依赖性与传统的二维半导体电子气一样，直到非常高的场域。利用应变诱导能隙修正方案，我们证明了LLS的场依赖性不断演化为$B^{2/3}$行为，这对无带隙的半狄拉克系统是成立的。带隙参数的突出作用可能会影响GSD材料的物理性质中的带各向异性的后果，包括磁输运、光学电导率、介电函数和热电性能。
2022-11-09 cond-mat.mes-hall
Wetting and Diffusion of Water on Pristine and Strained Phosphorene
磷烯是一种新型的二维纳米材料，在生物学领域具有广阔的应用前景。尽管如此，生物流体对磷烯的润湿和扩散性质仍然是难以捉摸的。在这项研究中，使用分子动力学（MD）模拟，我们研究了水的结构和动力学性质的原始和应变磷烯。分子动力学模拟表明，磷烯表面的水分子扩散是各向异性的，而应变增强扩散则明显存在，这是由应变诱导的能量平滑引起的.水滴在磷烯表面的接触角随横向应变呈现非单调变化。水在横向拉伸磷烯上的结构与在纵向拉伸磷烯上的结构不同。此外，我们还发现水在张力磷烯上的接触角与界面水的纵向和横向扩散系数之商成正比。这些发现将为在纳米级操纵水的润湿和运输的潜在方法以及磷烯的未来生物应用提供有益的见解。
2015-12-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Strain-Engineering Anisotropic Electrical Conductance of Phosphorene and Few-Layer Black Phosphorus
新制备的单层磷烯及其少层结构由于其有限的直接带隙和相当大的但各向异性的电子迁移率而有望在电子和光学应用中具有前景。通过第一性原理模拟，我们表明，这种独特的各向异性电导可以通过使用简单的应变条件进行控制。通过适当的双轴或单轴应变，我们可以将优选的导电方向旋转90度。这对于探索磷烯的量子霍尔效应以及奇异的电子和机械应用具有重要意义。
2014-03-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Lattice Vibrational Modes and Raman Scattering Spectra of Strained Phosphorene
应变在二维半导体的制造样品中是突出的，它也是工程特性的可利用工具。然而，量化应变和表征其在材料上的空间不均匀分布是具有挑战性的任务。在这里，我们报告的晶格振动模式和相应的拉曼光谱的应变单层黑磷（磷烯）的第一性原理模拟。我们发现磷烯的振动模式的频率和它们的拉曼散射峰表现出实质性的和明显的位移，根据类型和大小的应变。因此，结合高空间分辨率的拉曼散射测量，我们的计算结果可以量化磷烯的应变分布。这些信息对于理解磷烯未来大规模制造和应变工程的结构是必不可少的。
2014-07-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Strong Thermal Transport Anisotropy and Strain Modulation in Single-Layer Phosphorene
采用第一性原理计算和非平衡格林函数方法，研究了单层磷烯的弹道热输运。结果表明，Z字形方向的热导率比扶手椅方向的热导率高40%，具有明显的晶体学取向依赖性。此外，我们发现，热导各向异性的取向可以通过施加应变进行调谐。特别是，当施加一个方向的应变时，方向的热导率增强，但当施加一个方向的应变时，方向的热导率降低;而方向的热导率总是降低，当施加一个Z字形或方向的应变时。研究结果表明，单层磷烯薄膜中显著的热输运各向异性及其应变调制效应可用于磷烯基电子器件和光电子器件的热管理.
2014-09-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
The potential applications of phosphorene as anode materials in Li-ion batteries
组成电极的容量和稳定性决定了锂离子电池的性能。本研究利用密度泛函理论探讨了新近合成的二维磷烯作为电极材料的潜在应用。结果表明，锂原子可以与磷烯单分子层和双分子层形成强的键合，并发生明显的电子转移。锂化对磷烯的结构影响不大，体积变化仅为0.2%。锂化后观察到半导体到金属的转变。单层和双层磷烯上的扩散势垒计算为0.76和0.72 eV。磷烯单分子膜的理论比容量为432.79mAh/g，比其它商用负极材料的理论比容量大。研究结果表明，磷烯具有高容量、低开路电压、小体积变化和导电性，是一种很好的电极材料。
2014-08-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Monolayer phosphorene under time-dependent magnetic field
利用动力学不变量方法，我们得到了低强度含时磁场作用下单层磷烯的精确波函数。计算了恒定磁场和振荡磁场下的量子机械能期望值和跃迁几率。对于前者，我们观察到朗道能级能量与量子数n和m以及磁场强度B_0成线性关系。没有过渡发生。对于后者，我们观察到的能量振荡的时间，线性增加的朗道水平n和m和非线性的磁场。（k，l）到（n，m）的跃迁仅在l=m时发生。我们研究了（0，0）到（n，0）和（1，l）与（2，l）的概率转移。
2017-09-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Effective Doping of Monolayer Phosphorene by Surface Adsorption of Atoms for Electronic and Spintronic Applications
利用密度泛函理论研究了27种不同吸附原子的表面吸附对单层黑磷电子和磁性的影响。从每组中选择几个有代表性的元素，从碱金属（组I）卤素（组VII），我们计算的能带结构，态密度，磁矩和有效质量的能量最稳定的位置的吸附原子单层磷烯。我们预测，第I族金属（Li，Na，K），和第III族吸附原子（Al，Ga，In）是有效的，在提高n型移动载流子密度，与第III族吸附原子导致较低的有效质量的电子，从而更高的迁移率。此外，我们发现，过渡金属Ti和Fe的吸附原子，产生一个有限的磁矩（1.87和2.31 $μ_B$）在单层磷烯，具有不同的带隙和电子有效质量（从而迁移率），这大约相差10倍的自旋和自旋向下的电子开辟了探索自旋电子学应用的可能性。
2015-08-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Direct Band Gaps in Group IV-VI Monolayer Materials: Binary Counterparts of Phosphorene
本文采用基于密度泛函理论的电子结构计算方法，对磷烯的对应物Ⅳ-Ⅵ族二元单分子膜（XY）的几何、能量和电子性质进行了系统的研究。为此，我们选择了由相同数量的第IV族元素（X = C，Si，Ge，Sn）和第VI族元素（Y = O，S，Se，Te）组成的二元系统XY，它们具有三种几何构型，即褶皱结构、屈曲结构和平面结构。结合能的计算结果表明，所研究的所有二元体系都是能量稳定的。结果表明，与磷烯类似的褶皱结构是能量最稳定的几何构型。我们的电子能带结构的结果预测，起皱的SiO和CSe是直接带半导体的间隙为1.449和0.905 eV，分别。CSe的能带结构与磷烯非常相似。其余的IV-VI族二元单分子膜在起皱的配置和所有的屈曲单分子膜也是半导体，但间接带隙。重要的是，我们发现，间接和直接带隙之间的差异是非常小的许多起皱的单分子膜。因此，有可能通过适当的外部影响使这些系统经历从间接带隙半导体状态到直接带隙半导体状态的转变。实际上，我们在本工作中表明，七个二元单层，即SnS，SiSe，GeSe，SnSe，SiTe，GeTe和SnTe，当它们受到小的机械应变（<= 3%）时，成为直接带隙半导体。这使得本工作中研究的16个二元单层中有9个是直接带隙半导体。因此，有可能在未来的发光二极管和太阳能电池中利用磷烯的这些二元对应物。
2016-03-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Monolayer Phosphorene-Metal Interfaces
最近，磷烯电子和光电原型器件已经制造了各种金属电极。首次系统地探讨了单层磷烯与一系列常用金属（Al、Ag）的接触性能。Cu、Au、Cr、Ni、Ti和Pd）的电子结构计算和更可靠的量子输运模拟。所有被检金属之间均存在强相互作用，ML磷烯的能带能带结构被破坏。在量子输运模拟方面，ML磷烯与Au、Cu、Cr、Al和Ag电极形成n型肖特基接触，电子肖特基势垒高度（SBH）分别为0.30、0.34、0.37、0.51和0.52 eV，并且与Ti、Ni和Pd电极形成p型肖特基接触，空穴SBH分别为0.30、0.26、0.34和0.52 eV。和0.16eV。这些结果与现有的实验数据吻合得很好。我们的研究结果不仅提供了一个洞察ML磷烯-金属界面，但也有助于ML磷烯为基础的器件设计。
2015-07-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Electron-doped phosphorene: A potential monolayer superconductor
通过第一性原理计算，我们预测电子掺杂磷烯是一种潜在的类BCS超导体。电子掺杂使布里渊区中心的伸缩模明显软化，产生较强的电子-声子耦合。超导性可以由高于$1.3 \times10^{14}$ cm $^{-2}$的掺杂电子密度（$n_{2D}$）引入，并且当$n_{2D}>2.6 \times10^{14}$ cm $^{-2}$时可以在液氦温度之上存在。最高临界温度高于10 K。磷烯的超导电性将极大地拓宽这种新型材料的应用。
2014-12-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
Bilayer Phosphorene: Effect of Stacking Order on Bandgap and its Potential Applications in Thin-Film Solar Cells
Phosphorene是一种单层的黑磷，它不仅是一种天然的p型半导体，而且具有与层数相关的直接带隙（0.3 eV~1.5 eV），因此在纳米电子领域具有广阔的应用前景。基于密度泛函理论计算，我们研究了具有不同堆积级的双层磷烯的电子性质。我们发现，直接带隙的双层可以从0.78 - 1.04 eV的三个不同的堆叠顺序。此外，垂直电场可以进一步将带隙减小到0.56 eV（在场强0.5 V/V）。更重要的是，我们发现当MoS_2单层与p型AA-或AB-堆叠的双层磷烯叠加时，组合的三层可以是具有II型异质结取向的有效太阳能电池材料。预测AA-或AB-堆叠的双层磷烯的功率转换效率为~18%或16%，高于现有技术的三层石墨烯/过渡金属二硫属化物太阳能电池的报道效率。
2014-03-24 cond-mat.mes-hall
Strain engineered direct-indirect band gap transition and its mechanism in 2D phosphorene
最近制备的二维（2D）磷烯晶体结构在电子学应用中显示出巨大的潜力。本文采用第一性原理方法研究了应变对磷烯电子能带结构的影响。发现磷烯可以承受分别高达10 N/m和30%的表面张力和拉伸应变。当施加轴向应变时，磷烯的带隙经历了直接-间接-直接的转变。在Z字形方向上适度的-2%压缩可以触发该间隙过渡。通过充分的膨胀（+11.3%）或压缩（-10.2%应变），间隙可以从间接调整到直接。确定了五个具有不同电子能带结构的应变区，并确定了应变区边界的临界应变。根据近带边电子轨道的成键性质，揭示了能隙跃迁的起源，并提出了解释能隙随应变变化的一般机制。在扶手椅方向上的载流子的有效质量是一个数量级小于锯齿形轴，表明扶手椅方向有利于载流子的传输。此外，有效质量可以通过应变来戏剧性地调谐，其中其急剧的跳跃/下降发生在直接-间接间隙转变的区域边界处。
2014-03-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Modulation of electronic and mechanical properties of phosphorene through strain
我们报告的弹性，振动和电子性质的第一性原理研究最近合成的磷烯。通过计算Grüneisen参数，我们评估了对称双轴应变下拉曼/红外激活模的频移。我们还研究了诱导超导金属过渡，间隙的大小，和有效质量的载流子在各种应变配置。此外，我们展开的出现一个特殊的Dirac-shaped分散体的特定应变条件下，包括取向的拉伸应变。所观察到的线性能量谱具有对应于其每个线性分支的不同速度，并且限于第一布里渊区中的$Γ-X$方向。
2015-03-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Anisotropic charge density wave in electron-hole double monolayers: Applied to phosphorene
本文研究了在由六方氮化硼绝缘层隔开的两个电子空穴耦合单层膜系统中出现不均匀电荷密度波相位的可能性。电荷密度波状态是通过假设电子/空穴气体在电子和空穴层之间的库仑拖曳配置的负压缩性诱导的。在平衡条件下，我们推导出沿锯齿形和扶手椅方向的密度振荡的解析表达式。我们发现，密度调制不仅依赖于压缩性的符号，而且还依赖于低能带的各向异性。我们的结果适用于任何具有各向异性抛物带的二维系统，其特征在于不同的有效质量。对于相等的有效质量，即，各向同性能带，我们的结果同意Hrolak等人。[1]的文件。我们的数值结果适用于磷烯。
2018-11-29 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Group-IV monochalcogenide monolayers: two-dimensional ferroelectrics with weak intra-layer bonds and a phosphorene-like monolayer dissociation energy
我们进行了密度泛函理论计算与自洽范德华校正的交换相关（XC）泛函捕获的结构的黑磷和12个单硫族化合物单层，并发现以下结果：（a）在平面内的单位电池改变其面积从散装到单层。面内距离的变化意味着比共价键或离子键弱的键在单分子膜本身内起作用。这一观察结果与临界温度$T_c$的预测有关。(b)存在唯一地定义基态铁电晶胞（以及正方形和矩形顺电晶胞）的独立参数的层级：仅需要5个可优化参数来建立铁电基态晶胞的晶胞矢量和四个基矢量，而正方形和矩形顺电结构分别仅由3个或2个独立可优化变量定义。(c)当与正方形顺电结构的弹性能垒相比时，独立结构变量的数量减少与矩形顺电晶胞上的较大弹性能垒相关。这意味着在保持晶格参数固定（例如，使用NVT系综）的结构上获得的$T_c$应该大于在允许改变面内晶格矢量（例如，使用NPT系综）的结构上的转变温度。(d)这些材料的离解能（体裂解能）类似于剥离石墨和MoS $_2$所需的能量。(e)正方顺电晶胞的晶格参数与矩形铁电基态晶胞的晶格参数之间存在线性关系。这些结果突出了这些新颖的二维铁电体的微妙的原子结构。
2019-11-25 cond-mat.mes-hall
Strain-controlled thermoelectric properties of phosphorene hetero-bilayers
本研究利用部分二维单层材料的可逆半导体-金属转变特性，提出堆叠磷烯与一硫化碳的异质双层结构，通过第一性原理计算证实单轴应变可调控两层的导电/导热角色，为新型器件设计提供新思路。
2021-05-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Straintronics in Phosphorene: Tensile vs Shear Strains and Their Combinations for Manipulating the Band Gap
本文结合TB模型与DFT模拟研究单轴拉伸、剪切及其组合应变对单层黑磷烯带隙的调控，揭示两种方法在拉伸应变下的差异，并证明组合应变可拓宽带隙范围并在非破坏性应变下诱导半导体—半金属相变。
2023-06-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Proximity induced Colossal Conductivity Modulation in Phosphorene
磷烯是一种单元素二维层状半导体材料，在纳米电子学和自旋电子学领域具有巨大的应用潜力。在这项工作中，我们研究了有机分子（苯）在紧密接近的磷纳米颗粒的效果。我们广泛的计算表明，作为分子吸附的结果，磷烯的半导体性质保持不受影响，而输运性质经历了剧烈的变化。在掺杂原子和外部应变的影响下，观察到电导率的巨大变化，最大增强> 1500%，这是以前没有观察到的。这种效应对于（i）系统尺寸的变化，（ii）掺杂剂的类型、位置和浓度以及（iii）外部应变的性质和大小是相当稳健的。此外，我们还演示了如何使用栅极电压来微调场效应晶体管（FET）结构中的增强电导率响应。我们的研究结果为基于磷的纳米电子学在传感、开关等应用中提供了新的方向，在这些应用中，更高水平的传导可以提供更好的分辨率、更高的开/关比和更高的能效。
2019-07-07 cond-mat.mes-hall
Valence force model and nanomechanics of single-layer phosphorene
为了理解应变和材料性质的关系，既需要将给定应变与原子位移联系起来的微观模型，也需要将施加的应力与诱导应变联系起来的宏观模型。从黑磷（磷烯）的价力模型开始[Kaneta等人，Solid State Communications，1982，44，613]，我们使用最近的实验和计算结果来获得一组改进的价力参数。从该模型出发，我们计算了单层磷烯的声子色散和弹性性质。最后，我们利用这些结果推导出一个完整的连续模型，包括弯曲刚度，有效的磷烯的长波长变形。这个连续介质模型，然后被用来研究加压悬浮磷烯片的性质。
2016-06-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Controlling electric and magnetic Purcell effects in phosphorene via strain engineering
本文研究单轴应变对磷烯衬底附近量子发射体自发辐射的调控，发现电与磁 Purcell 效应可从近完全抑制到增强超 1300%，并可用应变定制衰变路径。
2023-07-04 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Berry Curvature Dipole and its Strain Engineering in Layered Phosphorene
本研究通过对称性设计、应变与交错在位势调控层状磷烯，预测可在 Fermi 能级产生显著且符号可控的 Berry 曲率偶极子，并发现增加层数可降低所需应变。
2023-10-31 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Edge State and Intrinsic Hole Doping in Bilayer Phosphorene
本文用Harrison提出的简单LCAO模型，定性地研究了黑磷层状晶体的单元结构--双层磷烯的边缘态。该模型成功地再现了单层磷烯体隙中的孤立边缘态。而在双层磷烯中，边缘态几乎被埋在价带中，在锯齿形边缘没有孤立的中隙边缘态。由于埋置的边缘态作为受体，空穴从边缘态掺杂到体中。这给出了未掺杂黑磷中p型导电的可能解释。在垂直电场作用下，由于部分边缘态进入带隙，降低了本征空穴掺杂。双层磷烯的这些特征可能更适合于器件应用。
2014-10-29 cond-mat.mes-hall
Prediction of a Two-dimensional Phosphorus Nitride Monolayer
今天，二维半导体材料已经扩展到氮族：磷烯，砷烯，锑烯甚至氮。受其启发，基于第一性原理密度泛函计算，我们提出了一种新的二维氮化磷（PN）结构，由于其极高的内聚能，该结构在室温以上是稳定的。与磷烯不同，PN结构耐高温氧化。该结构被预测为具有2.64 eV的宽的间接带隙的半导体。更有趣的是，氮化磷单层在相对小的拉伸应变下经历了间接到直接的带隙转变。这种电子结构的巨大转变，结合结构稳定性和高温抗氧化性，可能为高速晶闸管、功率电子模块、超高效率LED和半导体激光器的令人兴奋的创新铺平道路。
2016-03-09 cond-mat.mes-hall
Plasmon modes in monolayer and double-layer black phosphorus under applied uniaxial strain
本文利用线弹性理论研究了在长波范围内，施加面内单轴应变对单层、双层和双层磷烯结构等离子体激元色散的影响。在低能量极限下，这些效应可以通过沿扶手椅和Z字形方向的各向异性能带的曲率变化来建模。我们推导出单轴应变下的等离子体激元模式的解析关系，并表明所施加的应变的方向是很重要的。此外，我们观察到沿扶手椅方向，等离子体色散随应变的变化是不同的，比沿锯齿形方向的变化大。利用两层磷烯系统的解析关系，我们发现层的应变依赖的取向因子可以被认为是一种手段来控制等离子体激元能量的变化。此外，我们的研究表明，等离子体激元集体模式更受影响时，应变相等地施加到层的情况下，其中应变不对称地施加到层。我们还计算了应变对双层磷烯结构中的拖曳电阻率的影响，并得到了等离子体激元激发的变化，由于施加的应变，是主要负责预测的结果。这一研究可以很容易地推广到其他各向异性二维材料。
2017-10-21 cond-mat.mes-hall
Laser-induced topological transitions in phosphorene with inversion symmetry
最近的从头算计算和实验报告了多层磷烯在垂直直流场、压力或掺杂下的绝缘-半金属相变，作为实现拓扑相的可能途径。在这项工作中，我们表明，即使是单层磷烯可能会发生Lifshitz过渡到半金属和拓扑绝缘相，提供它是快速驱动的面内时间周期性激光场。基于四轨道紧束缚描述，我们给出了一个基于反演对称性的规定，以理解光子重整化能带结构的拓扑结构，直到高频极限的第二阶。除了最初的带绝缘行为，两个额外的阶段，从而确定。具有无质量狄拉克电子的半金属相可以由线性极化场诱导，而椭圆极化场可能将材料驱动到异常量子霍尔相。
2016-06-16 cond-mat.mes-hall
Multiorbital edge and corner states in black phosphorene
我们从理论上研究了单层黑磷烯中的边角局域态。利用基于密度泛函理论的紧束缚模型，我们发现非平面褶皱几何所导致的多轨道能带结构对边界局域模的形成起着至关重要的作用.特别是，我们证明了边缘状态出现在沿任意晶体学方向的边界处，并且可以从与$3p_x$，$3p_y$，$3p_z$轨道相关的Wannier轨道占据磷烯的所有键中心的事实来理解。在两条边相交的角上，我们发现由于高阶拓扑角态和附近的边态的杂化，出现了多个角局域态。这些特征性质的边缘和角落的状态可以直观地解释了一个简单的拓扑等价模型，其中所有的键角变形为$90^{\circ}$。
2021-09-21 cond-mat.mes-hall
Anisotropic plasmons, excitons and electron energy loss spectroscopy of phosphorene
本文基于从头算含时密度泛函理论研究了磷分子单层膜的各向异性电子能量损失谱。与黑磷类似，未掺杂的单层磷烯的EELS的特征在于在带隙附近的能量的各向异性激子峰，以及更高能量的带间等离子体峰。在掺杂时，对于带隙内的能量，也出现额外的带内等离子体激元峰。与其他二维系统类似，带内等离子体激元峰在长波极限下以$ω_{\rm pl} \propto \sqrt{q}$的形式在Z字形和扶手椅方向上分散，并且随着波矢的增大而偏离。长波长等离子体激元带内色散的各向异性被发现是成反比的有效质量比的平方根：$ω_{\rm pl}(q \hat{y})/ω_{\rm pl}(q \hat{x}) = \sqrt{m_x/m_y}$。
2017-03-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Strongly anisotropic RKKY interaction in monolayer black phosphorus
本文从理论上研究了二维黑磷分子中Ruderman-Kittel-Kasuya-Yosida（RKKY）相互作用。在低空穴掺杂水平下，由于近价带平坦，RKKY相互作用显著增强。值得注意的是，对于空穴掺杂的磷烯，最高的RKKY相互作用发生在两个杂质位于沿锯齿形方向，并随着改变方向从锯齿形到扶手椅方向趋于最小值。结果表明，这种相互作用是高度各向异性的，并且两个磁性吸附原子的基态可以通过改变杂质的转动组态来调节。由于各向异性带色散，相对于旋转角度的振荡行为由$\sin(2k_{\rm F}R)$很好地描述，其中费米波长$k_{\rm F}$在不同方向上变化。我们还发现RKKY振荡的尾部在大距离处以$1/R^2$的形式脱落。
2017-12-24 cond-mat.mes-hall
Electronic and interfacial properties of 2D mxene/blue phosphorene heterostructures: impact of external strain for thermoelectric applications
本文通过第一性原理研究氧官能化MXene/蓝磷烯异质结构在应变下的电子与热电性质，发现应变可调控带隙和能带排列类型并显著提升热电功率因子与品质因数，为其在光电子和高温热电器件中的应用提供依据。
2024-10-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Band Tuning of Phosphorene Semiconductor via Floquet Theory
石墨烯和磷烯分别是石墨和磷的单层。石墨烯是完全相对论性（狄拉克）费米子系统，而磷烯是伪相对论性费米子系统。在磷烯中，磷烯的电子光谱在一个方向上具有狄拉克（线性）带，在另一个方向上具有薛定谔（抛物线）带。在共振情况下，利用旋转波近似研究了常规拉比振荡. Floquet理论是研究非共振情形下Rabi振荡的一种可供选择的方法，在低能物理中占主导地位。本文利用Floquet理论研究了石墨烯和磷烯在强量子化电磁场作用下的非线性光学响应。观察到石墨烯和磷烯的布洛赫-西格特位移。一个数值模型是用于证明磷烯的各向异性的作用。因此，Floquet理论可以用来描述不同的费米子系统。
2019-04-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Phosphorene: Synthesis, Scale-up, and Quantitative Optical Spectroscopy
磷烯，一个二维（2D）单层的黑磷，吸引了相当大的理论兴趣，虽然单层，双层和少层薄片的实验实现一直是一个重大的挑战。在这里，我们系统地调查液体剥离的条件，以实现第一次大规模生产的单层，双层，少层磷，剥离证明在10克规模。我们描述了一种快速的方法，用于量化的厚度的二维磷，并表明，单层和几层薄片由我们的方法产生的结晶和未氧化的，而空气暴露导致快速氧化和酸的生产。随着大量的2D磷现在可用，我们执行材料的吸收边缘的第一个定量测量-这是几乎相同的材料的带隙在我们的实验条件下-作为薄片厚度的函数。我们的吸收光谱的解释依赖于在这项工作中介绍的分析方法，允许在量子限制半导体的多分散样品的吸收边的准确测定。使用这种方法，我们发现黑磷的带隙从本体的0.33 +/- 0.02 eV增加到双层的1.88 +/- 0.24 eV，这个范围比任何其他2D材料都大。此外，我们量化了更高能量的光学跃迁（VB-1到CB），它从2.0 eV的散装到3.23 eV的双层。这项工作描述了几种生产和分析2D磷的方法，同时也产生了一类具有前所未有的光电性能的2D材料。
2015-08-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
