低维材料物理及器件¶
尺度 \(10^{-7} \sim 10^{-9} \text{m}\)
Low Dimensional Materials¶
- 1959, Feynman, 提出人为排列原子的设想。“There is plenty of room at the bottom.”
- 1981, STM 的发明
- 1989, IBM 搬移原子
当材料尺寸与许多物理特征长度（光波波长、传导电子德布罗意波长等）相当时，传统固体物理的周期性边界条件不再适用
天然存在的纳米材料：凹凸棒（蒙脱石）
中世纪教堂玻璃：玻璃中的金银纳米颗粒
金属的熔点在纳米尺度下会显著降低
\[ T_{\text{m}}(r) = T_{\text{m}}(\infty) \exp\left[-\frac{\alpha-1}{r/r_0 -1}\right] \]
Si: indirect band gap, ineffective GaAs: direct band gap, effective
1) 小尺寸效应 2) 量子尺寸效应 3) 表面效应
Dimensionality of Carbon Solids
- \(\text{C}_{60}\): 0D
- Nanotube: 1D
- Graphene: 2D
- Diamond: 3D
\(\text{MoS}_2\) bulk \(\to \text{MoS}_2\) monolayer：间接带隙转变为直接带隙
单晶生长的 Vapor-Liquid-Solid 机制
Valley¶
2H-\(\text{MoS}_2\)
- 空间群 \(D_{6h}^4\)
- 空间反演对称
- 三重旋转对称
单层 \(\text{MoS}_2\) 空间反演破缺，但时间反演对称性保留 \(\implies\) 能量是简并的，\(K\) 空间差个负号（能谷电子学 Valleytronics 的物理基础！）
激子（exciton）的束缚态
- 三激子（trion）：激子和两个电子
- 双激子（biexciton）
The valley pseudospin
加磁场，打破时间反演对称性，能量分裂
- Valley Zeeman effect
- Valley Hall effect
- Berry curvature
\(K\) 谷电子向 \(K'\) 谷散射，人为地建立 \(K\) 向 \(\Lambda\) 的通道？
暗激子
层间耦合
Moire heterojunctions
异质结中的库仑拖拽, 2025.4
锌氧化物
p-type 很难制备，stability and reproducibility 不佳