黑磷烯的晶体学表征及其在纳米结构中的应用

二维材料领域的核心问题是当材料以不同边缘几何形状在纳米尺度上图形化时其行为如何。由于褶皱结构固有的各向异性，黑磷烯纳米结构可能具有更多种类的边缘几何形状。在此，我们通过手性矢量（角度）对磷烯进行统一的全面二维平面晶体学表征，并由此发现了一种新型边缘原子构型——斜面边缘几何。具有斜面边缘的磷烯纳米带（PNRs），如同先前注意到的锯齿形与斜扶手椅形 PNRs 一样，也具有有趣的两重简并边缘态。这三条边缘方向，连同无边缘态的斜锯齿形与扶手椅形方向，将磷烯划分为四个区域，其间的电子性质互不相同。进一步，对于沿任意可能方向切制的 PNR，通过考虑结构中的 z 方向，其是否具有边缘态取决于沿边缘的周期锯齿状形貌。此外，我们提出了一种基于 PNR 的 z 形同质结，尺度约 $\sim$100 nm，其中两个 PNR 电极之间的中心散射区是具有各种边缘形貌的 PNR 段构成的磷烯量子点（PQD）。有趣的是，该结的计算电导敏感依赖于中心 PQD 边缘态，其在费米能附近呈现出带共振振荡的阶梯形，否则由于缺少边缘态电子输运被阻断。显著地，振荡峰的数目恰好与 PQD 一条边缘上锯齿的数目相匹配，因为锯齿状边缘的离散能级为电子提供了输运通道。此处结果可推广至 VA 族二维材料以观察纳米结构的电子性质。