范德瓦爾斯結構
關注創建者：opt-simul 創建時間：2022-02-14
范德瓦爾斯結構的實例教程
013 - COMSOL基于范德瓦爾斯結構的雙曲線超材料（僅包含模型文件，40元）
基本介紹：
主要內容：根據發表在 Science 上的論文《Infrared hyperbolic metasurface based on nanostructured van der Waals materials 作者：Peining Li等》，重復了圖1b、圖1c、圖1f、圖1g；
基于COMSOL頻域求解，使用的軟件版本為COMSOL 5.4 (5.4.0.225)；
計算所需的內存：32 GB；
涉及的內容：各向異性材料、阻抗邊界條件、電偶極子、散射邊界條件、完美匹配層、對數據集的操作 等；
繪制了：電場模、電場z分量的分布、Poynting矢量分布；
注意：本案例僅包含模型文件，沒有講解視頻，不附帶答疑指導。
包含的文件截圖：
詳細描述：
如上圖所示，利用comsol仿真雙曲線超材料上光的傳播。分為兩種情況：一種是純 hBN材料，另一種是將 hBN 做成一維條狀陣列來實現介電常數的各向異性。在偶極子的激發下，第二種情況能實現雙曲線形的波矢分布。
計算的內容和結果：
1、hBN為均勻薄板時的電場分布。上圖：文獻中的圖；下圖：本例的結果 ??
2、hBN為光柵結構（超材料）時的電場分布。上圖：文獻中的圖；下圖：本例的結果 ??
再次提醒：本案例僅包含模型文件，沒有講解視頻，也不附帶答疑指導。
展開 【成果簡介】
近日，來自國家納米科學中心江潮（百人計劃、通訊作者）、何軍（百人計劃、共同通訊作者）的團隊在 Science Advances發表了題為Nonvolatile infrared memory in MoS2/PbS van der Waals heterostructures的文章，該團隊報告了一個使用MoS2/PbS范德瓦爾斯異質結構的紅外記憶裝置，其中紅外脈沖激發了一個持久的電阻狀態，在實驗時間尺度內（超過104秒）幾乎沒有放松。該設備即使在斷電3小時后也能完全恢復內存狀態，這表明它具有非易失性存儲設備的潛力。在定量分析的理論模型的支持下，他們提出光存儲器和電擦除現象分別起源于PbS中紅外誘導的空穴的局部化以及來自MoS2到PbS的電子脈沖增強隧道效應。基于MoS2異質結構的存儲器件為光電子紅外存儲器和可編程邏輯器件開辟了一個新的領域。
【圖文導讀】
圖1:紅外記憶裝置的原理圖和光電傳輸性能
A: 紅外記憶裝置的示意圖；
B: 異質結構的帶狀排列；
C: 可變光功率密度的紅外照明傳輸特性曲線；
D: 光電流曲線；
E: 在MoS2通道中載流子密度的數值模擬；
F: 功率密度的響應度和特定檢測率的依賴性顯。
圖2:PPC和可擦寫內存
A-B: MoS2-PbS分子結構和純MoS2的時間演化；
C: 使用紅外激光脈沖和柵極電壓脈沖分別寫入和擦除存儲器。
圖3:紅外存儲和Vg脈沖擦除的物理原理
A: 時間演化的MoS2-PbS疊層結構中載流子分布的時間演化；
B: 作為時間函數的紅外激光脈沖和Vg脈沖的大小；
C: MoS2中載流子濃度變化時間的變化。
展開 進一步利用自主搭建的超短脈沖電源（半峰寬為21 ns，幅值為+20.2/-20.8 V）來對器件進行寫入/擦除操作，仍然能成功實現高的擦除/寫入比（1010），及超快讀取（圖4 a-d）；此外，將InSe溝道替換成MoS2，同樣能實現超快的編程/擦除操作，表明了具有原子級銳利界面的范德瓦爾斯異質結構實現超快浮柵存儲器的普適性。更進一步受益于極高的擦除/寫入比，他們通過優化hBN的厚度，實現了浮柵存儲器的多值存儲（圖4 e）。
圖4. 基于范德瓦爾斯異質結的浮柵存儲器的超快寫入/擦除操作及其多值存儲特性。a. 在控制柵上施加幅值為+20.2/-20.8 V、半峰寬為21 ns的脈沖電壓成功實現浮柵存儲器的編程/擦除操作，擦除/寫入比高達~1010。b-c. 浮柵存儲器在經過編程（b）和擦除（c）脈沖后的超快響應。d. 對浮柵存儲器進行間隔為~100 ns的連續擦除、編程操作后的電流特性。e. 浮柵存儲器的多值（2-bit）存儲特性。
基于原子級銳利界面的范德瓦爾斯異質結超快浮柵存儲器具有和動態隨機存取存儲器（10 ns）相當的編程速度，同時具備非易失、大容量的存儲特性。對于發展未來高性能非易失存儲器具有重要意義，也為進一步開發基于范德瓦爾斯異質結構的高性能電子器件提供了一種創新思路。未來在應用上的挑戰主要是高質量、大面積hBN和二維原子晶體溝道材料的外延生長及其集成器件的構筑。
吳良妹（已畢業）、王愛偉（已畢業）、時金安（中國科學院大學）和嚴佳浩（已畢業）為共同第一作者，鮑麗宏副研究員、歐陽敏教授和高鴻鈞院士為共同聯系作者。中國科學院大學周武教授等參與了該項研究。
展開 而最近發現的二維（2D）范德華磁體為通過范德瓦爾斯異質結構器件平臺在納米尺度上對磁性進行電控制開辟了一扇新的大門。
【成果簡介】
近日，來自Cornell University的物理系的麥建輝(通訊作者)和應用與工程物理學院的單潔 (共同通訊作者)聯合團隊的姜生偉（第一作者）在 Nature Materials發表了題為Electric-field switching of two-dimensional van der Waals magnets的文章，首次在晶體結構為中心反演對稱的雙層CrI3中發現了完全由自旋序(spin order)控制的磁電耦合效應，并且磁電耦合系數達到了110ps/m，超過了絕大多數單相磁電耦合材料。由于巨大磁電耦合系數,外加較小電壓就能產生30%的飽和磁矩，利用該效應可以實現對材料磁性連續可逆地產生與翻轉。該文章被nature materials新聞觀點作為亮點報道。
【圖文導讀】
圖1：雙層CrI3的晶體結構和磁性相圖
a: 單層CrI3的頂視圖與側視圖；
b: AFM雙層CrI3由具有反鐵磁層間耦合的兩個FM單層組成；
c: 溫度與的磁場的函數，插圖描繪了不同磁場下雙層CrI3的磁性基態；
d: 雙層CrI3中的磁序的相圖。
圖2：AFM雙層CrI3中的線性磁電效應
a: MCD信號作為磁場在4K的代表性電場下的函數；
b: 面磁矩的相對和絕對變化；
c: 自旋翻轉相變的臨界磁場和施加電場函數。
圖3：雙層和單層CrI3的磁電響應
對于雙層CrI3，通過在0.8V nm-1和0V nm-1下減去M-H曲線獲得ME響應。然后通過電場差異對其進行歸一化，黑色和紅色實線分別是磁場的前向和后向掃描。對于CrI3單層，在0.34 V nm-1和-0.34 V nm-1下減去M-H曲線獲得的。
展開 理論上預測的硅烯和基于硅烯的范德瓦爾斯異質結雖然具有令人感興趣的物理性質，但是由于硅烯在空氣中易于氧化，目前來說，在實驗上制備此類器件仍然具有很大的挑戰性。
【成果簡介】
近日，中國科學院物理研究所高鴻鈞、杜世萱（共同通訊）等研究人員通過硅插層方法成功制備了石墨烯/硅烯范德瓦爾斯異質結構。密度泛函理論計算顯示石墨烯和硅烯層之間的相互作用較弱，證實了范德華異質結構的形成。他們首先在Ru(0001)襯底上生長石墨烯層，并在其下插入硅原子以構筑硅烯。同時，他們通過控制硅的量，在石墨烯下制備不同類型的硅烯納米結構并通過掃描隧道顯微鏡（STM）成像分析。在低劑量下，在石墨烯摩爾圖案的頂部（atop）區域下周期性排列的硅烯納米片段陣列是一種新型的本征圖案化的二維材料；而在較高劑量下，插入的Si形成硅烯單層。在更高的Si劑量下，在石墨烯和基底之間則形成多層硅烯。將所制備的石墨烯/硅烯異質結構在環境條件下暴露兩周，沒有顯示出可觀察到的損壞，表明了其良好的空氣穩定性。該研究發表于Advanced Materials，題為“Stable Silicene in Graphene/Silicene Van der Waals Heterostructures”。文章第一作者為物理所李更。
【圖文導讀】
圖1. 在石墨烯/Ru(0001)界面處的硅烯結構形成示意圖
在退火過程中，沉積的Si原子插入到石墨烯和Ru基底之間。Si含量較小時，Si原子在頂部區域下方形成蜂窩狀硅烯納米薄片。
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013 - COMSOL基于范德瓦爾斯結構的雙曲線超材料（僅包含模型文件，40元）
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基于
進一步利用自主搭建的超短脈沖電源（半峰寬為21 ns，幅值為+20.2/-20.8 V）來對器件進行寫入/擦除操作，仍然能成功實現高的擦除/寫入比（1010），及超快讀取（圖4 a-d）；此外，將InSe溝道替換成MoS2，同樣能實現超快的編程/擦除操作，表明了具有原子級銳利界面的范德瓦爾斯異質結構實現超快浮柵存儲器的普適性。
【成果簡介】
近日，中國科學院物理研究所高鴻鈞、杜世萱（共同通訊）等研究人員通過硅插層方法成功制備了石墨烯/硅烯范德瓦爾斯異質結構。密度泛函理論計算顯示石墨烯和硅烯層之間的相互作用較弱，證實了范德華異質結構的形成。他們首先在Ru(0001)襯底上生長石墨烯層，并在其下插入硅原子以構筑硅烯。
而最近發現的二維（2D）范德華磁體為通過范德瓦爾斯異質結構器件平臺在納米尺度上對磁性進行電控制開辟了一扇新的大門。
【成果簡介】
近日，來自國家納米科學中心江潮（百人計劃、通訊作者）、何軍（百人計劃、共同通訊作者）的團隊在 Science Advances發表了題為Nonvolatile infrared memory in MoS2/PbS van der Waals heterostructures的文章，該團隊報告了一個使用MoS2/PbS范德瓦爾斯異質結構的紅外記憶裝置，其中紅外脈沖激發了一個持久的電阻狀態
到目前為止，關于扭曲角度在范德瓦爾斯異質結構中效應的研究主要集中在石墨烯/六方氮化硼扭曲結構中，由于在六方氮化硼中存在大帶隙，其表現出相對較弱的層間相互作用。
【成果簡介】
近日，在美國麻省理工學院P.
