van der Waals junctions of two-dimensional materials with an atomically sharp interface open up unprecedented opportunities to design and study functional heterostructures. Semiconducting transition metal dichalcogenides have shown tremendous potential for future applications due to their unique electronic properties and strong light–matter interaction. However, many important optoelectronic applications, such as broadband photodetection, are severely hindered by their limited spectral range and reduced light absorption. Here, we present a p–g–n heterostructure formed by sandwiching graphene with a gapless band structure and wide absorption spectrum in an atomically thin p–n junction to overcome these major limitations. We have successfully demonstrated a MoS2–graphene–WSe2 heterostructure for broadband photodetection in the visible to short-wavelength infrared range at room temperature that exhibits competitive device performance, including a specific detectivity of up to 1011 Jones in the near-infrared region. Our results pave the way toward the implementation of atomically thin heterostructures for broadband and sensitive optoelectronic applications.

We report an atomic-scale characterization of ${\mathrm{ZrTe}}_{5}$ by using scanning tunneling microscopy. We observe a bulk band gap of $\ensuremath{\sim}80\text{ }\text{ }\mathrm{meV}$ with topological edge states at the step edge and, thus, demonstrate that ${\mathrm{ZrTe}}_{5}$ is a two-dimensional topological insulator. We also find that an applied magnetic field induces an energetic splitting of the topological edge states, which can be attributed to a strong link between the topological edge states and bulk topology. The relatively large band gap makes ${\mathrm{ZrTe}}_{5}$ a potential candidate for future fundamental studies and device applications.

Abstract The great challenges for existing wearable pressure sensors are the degradation of sensing performance and weak interfacial adhesion owing to the low mechanical transfer efficiency and interfacial differences at the skin–sensor interface. Here, an ultrasensitive wearable pressure sensor is reported by introducing a stress‐concentrated tip‐array design and self‐adhesive interface for improving the detection limit. A bipyramidal microstructure with various Young's moduli is designed to improve mechanical transfer efficiency from 72.6% to 98.4%. By increasing the difference in modulus, it also mechanically amplifies the sensitivity to 8.5 V kPa −1 with a detection limit of 0.14 Pa. The self‐adhesive hydrogel is developed to strengthen the sensor–skin interface, which allows stable signals for long‐term and real‐time monitoring. It enables generating high signal‐to‐noise ratios and multifeatures when wirelessly monitoring weak pulse signals and eye muscle movements. Finally, combined with a deep learning bimodal fused network, the accuracy of fatigued driving identification is significantly increased to 95.6%.

We experimentally demonstrated that composites, being effective in optimizing the thermoelectric performance, can also enhance photothermoelectric effects in this work. In detail, we employed an alternating-growth in chemical-vapor-transport to grow the SnSe–SnSe2 composite crystals. The photo-responsivities of SnSe–SnSe2 (atomic-weight-ratio as 44%–56%) composite are comparable to SnSe crystals in the visible band (444 and 532 nm). However, the responsivities of SnSe–SnSe2 have remarkable 27.3% enhancement than those of SnSe crystal at the near-infrared band (1310 and 1550 nm). Supported by optical spectroscopy and theoretical electronic band structure, the enhanced optical responsivity of SnSe–SnSe2 composites is due to the formation of P–N junctions at interfaces between SnSe and SnSe2, leading to more optical transition channels and corresponding optical absorptions in near-infrared band. Our work verifies that hetero-junction formed among constituent compounds in composites is effective in optimizing the photothermoelectric response of thermoelectric materials in certain electromagnetic bands, paving the way to develop photoelectric detection devices.

The two-dimensional (2D) Janus van der Waals (vdW) materials possess ferroelectricity due to inborn out-of-plane symmetry breaking such as 2D Janus transition-metal dichalcogenides (TMDs). Furthermore, "slidetronics" also shows us that the lateral sliding of two parallel-stacked 2D vdW layers can realize out-of-plane electric polarization. The Janus MoSSe monolayer was stacked in three modes to generate MoSSe bilayers referring to its parent MoS2, and their sliding ferroelectricity was systematically studied by using the first-principles calculations. Our calculations also reveal that vertical displacement can consume similar energies to realize out-of-plane polarizations for MoSSe bilayers. The current density–voltage curves of two-terminal MoS2/MoSSe-bilayer-based ferroelectric tunnel junctions were estimated by using the nonequilibrium Green's function method to judge their resistance switching capability. The 2D Janus vdW materials behave excellently like their nonferroelectric parents to fabricate low-power-consumption and high-speed data-reading-and-writing ferroelectric tunnel junctions.

Conductive bridge random access memory (CBRAM) devices exhibit great potential as the next-generation nonvolatile memory devices. However, they suffer from two major disadvantages, namely relatively high power consumption and large cycle-to-cycle and device-to-device variations, which hinder their more extensive commercialization. To learn how to enhance their device performance, kinetic Monte Carlo (KMC) simulations were employed to illustrate the variation of electroforming processes in nanomanipulated CBRAM devices by introducing an ion-blocking layer with scalable nanopores and tuning the microstructures of dielectric layers. Both the size of nanopores and the inhomogeneity of dielectric layers have significant impacts on the forming processes of conductive filaments. The dielectric layer with a high-content loose texture plus the scalable nanopore-containing ion-blocking layer leads to the formation of size-controlled and uniform filaments, which remarkably contributes to miniaturizable and stable CBRAM devices. Our study provides insights into nanomanipulation strategies to realize high-performance CBRAM devices, still awaiting future experimental confirmation.