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摘要 我们简要总结了 15 多年来对基于二维材料 (2DM) 的自旋电子学的深入研究,这些研究使我们深入了解了基本的自旋传输机制、磁隧道结和自旋轨道扭矩器件中的新功能,以及使石墨烯成为自旋活性材料的强大而前所未有的邻近效应能力。尽管基于 2DM 的功能性器件和相关异质结构的组合不断增加,但我们概述了仍然阻碍自旋电子学在自旋逻辑和非易失性存储器技术中的实际应用的关键技术挑战。最后,我们提到了当前和未来的方向,这些方向将保持基于 2DM 和范德华异质结构的超紧凑自旋电子学领域的发展势头。
Abstract The assembly of monolayer transition metal dichalcogenides (TMDs) in van der Waals heterostructures yields the formation of spatially separated interlayer excitons (IXs) with large binding energies, long lifetimes, permanent dipole moments and valley-contrasting physics, providing a compelling platform for investigating and engineering spatiotemporal IX propagation with highly tunable动力学。进一步扭曲堆叠的TMD单层可以创建具有空间修改的带结构和不同的Moiré电位的长期周期性Moiré模式,具有定制的陷阱,这些陷阱可以引起与密度依赖性相变的强相关性,以调节激子运输。TMD异质结构中丰富的激子景观,加上Valleytronics和Twistronics的进步,对探索激子综合电路的巨大希望基于操纵激烈的扩散和运输。在这篇综述中,我们全面概述了了解IXS和Moiré激子的最新进展,特别关注了TMD异质结构中新兴的激子扩散和运输。我们强调通过各种方法对激子通量进行空间操纵,包括激子密度,介电环境,电场和结构工程,以进行精确控制。这种操纵激子扩散的能力为相互交流和信号处理提供了新的可能性,为在高性能光电上的激发应用铺平了道路,例如激发设备,valleytronic晶体管和光电探测器。我们终于通过概述了利用IX电流的观点和挑战来结束这项审查,用于下一代光电应用。
摘要二维原子晶体(2DAC)和范德华异质结构(VDWH)启发了一种无键的方法,用于构建除传统外观外观方法以外的异质结构。本演讲始于对范德华(VDW)相互作用的早期探索,以将不同的材料与原始电子界面整合在一起。我将重点关注我们最近在合成和探索各种各样的VDW超级晶格(VDWSL)家族方面的进步,该家族由2DACS的交替层和具有可自定义的化学化学组合物和结构基序的自组装分子层组成。i将强调这些分子中间层如何定制2DAC的电子和光学特性,并特别强调手性分子互晶的超晶格超晶格,这些超晶格超晶格表现出强大的手性诱导的自旋选择性和吸引人的手性超导性。使用多功能分子设计和模块化装配策略,2D分子VDWSL为量身定制电子,光学和量子性能提供了无限的机会,为新兴技术创建了丰富的平台。
当前的电力传输技术受到能源摩擦耗散引起的能量损失的困扰,并且正在搜索能够在环境压力和温度下能够在环境压力和温度下进行无摩擦能量运输的材料。激子,电子和孔的准孔子结合状态,能够具有量子冷凝。所产生的超级效应在理论上具有非隔离的能量传递,1,2可以激发新型的电子设备并刺激了巨大的创新,以实现有效的能量转移应用。此外,预计在高温下,激子的冷凝于传统的超导性。3虽然凝结是可以实现的,因为激子容易重新组合,尤其是在室温下,但通过将激素与极化子与北极子耦合3,4,并且在胆汁材料中的电子和孔的空间分离是通过实验实现的。5 - 8个双层系统为激子冷凝提供了重要的平台,这是由于电子的空间分离和层之间的空间分离,从而阻止了激子快速重组。石墨烯双层已被证明是激子冷凝的有希望的候选人,其电子状态的扭曲角度依赖于
1 中国科学院物理研究所北京凝聚态物理国家实验室,北京 100190;baiqinghu@iphy.ac.cn (QB);yangguo@aphy.iphy.ac.cn (YG);azjin@iphy.ac.cn (AJ);quanbaogang@iphy.ac.cn (BQ);hfyang@iphy.ac.cn (HY);blliu@iphy.ac.cn (BL) 2 中国科学院大学物理学院,中国科学院真空物理重点实验室,北京 100190 3 松山湖材料实验室,东莞 523808;liangqijie@sslab.org.cn 4 深圳大学射频异质集成国家重点实验室,深圳 518060;2200434018@email.szu.edu.cn (TL) wgliao@szu.edu.cn (WL) 5 深圳大学电子信息工程学院,深圳 518060,中国 6 中国科学院大学,中国科学院拓扑量子计算卓越中心,中国科学院真空物理重点实验室,北京 100190,中国 * 通信地址:xinhuang@iphy.ac.cn (XH); czgu@iphy.ac.cn (CG) † 这些作者对这项工作做出了同等贡献。
隧道光谱已在2D材料的范围内广泛使用,以探索电子 - phonon耦合(自然物理学4,627,2008),以解决电子缺陷状态(Commun Phys 1,94,2018),并调查了共鸣式隧道(Nature Nanotech tunneling(Nature Nanotech 9,808,808,2014,2014,2014年)。此外,在半导体异质结构的传输测量中也观察到了激子(J. Appl。物理。81,6221,1997)。在所有这些研究中,相关状态都被电荷注入激发。另一方面,在我们的工作中,TMD坐在电路外,没有电荷载体注入TMD。
极性子是轻质的准颗粒,可控制纳米级量子材料的光学响应,从而实现片上的通信和局部感应。在这里,我们报告了封装在六角硼(HBN)中的Magne offer-Nedral石墨烯中的Landau-Phonon Polariton(LPP)。这些准颗粒从石墨烯中的狄拉克磁饰模式与HBN中的双曲线声子极化模式的相互作用中脱颖而出。使用红外磁纳米镜检查,我们揭示了在量化的磁场处的真实空间中完全停止LPP传播的能力,违反了常规的光学选择规则。基于LPP的纳米镜检查还分别说明了两个基本多体现象:费米速度的恢复速度和依赖于场的磁性磁性。我们的结果突出了磁性调谐的狄拉克异质结构对精确的纳米级控制的潜力和光 - 物质相互作用的传感。
由于其独特的光学和电子特性,垂直的范德华异质结构(VDWH)引起了光电应用的大量关注,例如光检测,光收获和光发射二极管。为了完全利用这些特性,了解跨VDWH的界面电荷转移(CT)和重组动力学至关重要。然而,界面能量和缺陷态对石墨烯转变金属二北核化金(GR-TMD)VDWH的界面CT和重组过程的影响仍在争论中。在这里,我们研究了具有不同化学成分(W,MO,S和SE)的GR-TMD VDWH中的界面CT动力学和可调的界面能量。We demonstrate, using ultrafast terahertz spectroscopy, that while the photo-induced electron transfer direction is universal with graphene donating electrons to TMDs, its efficiency is chalcogen-dependent: the CT efficiency of S atom-based vdWHs is 3–5 times higher than that of Se-based vdWHs thanks to the lower Schottky barrier present in S-based vdWHs.相比之下,从TMD到GR的电子反传递过程定义了电荷分离时间,它依赖金属依赖性,并由TMDS的中间隙缺陷水平支配:W过渡金属基于vDWH的电荷分离极为长,远超过1 ns,这比基于MO的VDWH远超过了PS Experation 10 s的基于MO的VDWH。与基于MO的TMD相比,这种差异可以追溯到基于W的TMD中报告的更深层次的中间隙缺陷,从而导致了从被困状态到石墨烯的后电子转移的变化能量。我们的结果阐明了界面能量学和缺陷的作用,通过在GR-TMD VDWH中定制TMD的化学组成和重组动态,这是优化光电设备的优化,尤其是在光电检测领域中。
二维(2D)板和一维(1D)纳米替伯苯格几何形状的磁性拓扑绝缘子(MTIS)和超导体(SCS)的异质结构已预计宿主分别为宿主,手给了Mathiral Majoragana(Maginala Majorana Edge States(CMESS)和Majorana Boundana Boundate(Majorana Boundate)。我们研究了这种MTI/SC异质结构的拓扑特性,随着几何形状从宽平板变为准1D纳米替比系统的变化,并随着化学电位,磁掺杂和诱导的超导配对电位的函数。为此,我们构建了有效的对称性受限的低能汉密尔顿人,以解决真实空间的结构。对于具有有限宽度和长度的纳米替物几何形状,我们观察到以CMES,MBS和共存的CMES和MBS为特征的不同相,因为化学电位,磁性掺杂和 /或宽度是不同的。