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摘要
近年来随着二维(2D)材料的高速发展,第1V主族单元素2D材料磷烯因其
突出的光电性质也获得大量的关注。磷烯主要分为黑磷相和蓝磷相两种稳定结构,
均具有高载流子迁移率、各向异性和层依赖的带隙值等特性,使得它们在场效应
晶体管、超级电容器及太阳能电池等方面拥有广阔的应用前景。因价电子数相同,
有地球储备丰富、成本低、环境友好等优点。目前已经有大量的研究报导了MX
材料的光电性质,但对它们形成异质结,进行改性的研究较少开展。本论文基于
第一性原理的计算和模拟,对SnSe和GeSe材料分别形成Ge。SnI喂Se合金、
SnSe/GeSe面内异质结以及GeSe同质范德华异质结的电子结构进行系统性研究。
主要内容如下:
和光学性质。计算得到GeSe和SnSe的互熔温度约为580K。随着Ge浓度的增加,
合金的带隙值随之增大,其中当Ge浓度超过0.5时,合金具有直接带隙。光学计
算表明,材料具有各向异性的特征,另外通过合金化提高了材料的光吸收系数。
2.阐明了面内异质结SnSe/GeSe在施加应力情况下对材料电子结构的影响。结
果表明,当拉伸应变作用于异质结的ZZ(Zigzag)边缘时,带隙值变化不大,但
电子空穴同时占据在SnSe;若改变界面方向的晶格参数,异质结的电荷密度有较
大转变,电子.空穴先占据在同种物质上,后随着应力增大,实现电子.空穴分离,
且异质结的带隙值也会随着这种变化减小或增大。若以ZZ方向为界面方向,沿
AC(Armchair)方向施加拉伸应变,也可以观察到载流子的分离,即形成II型异质
结。
3.计算了黑磷相与蓝磷相GeSe形成的同质范德华异质结的电子结构,并通过
改变层间距或电场对其电子结构进行调控。我们发现,通过调整层间距和施加拉
应力的方式可调节异质结的带边位置。构建了AA、AB两种结构的异质结,其中
以AB方式构建的异质结具有II型能带排列,且在外电场的作用下可转变为直接
带隙,而AA型的异质结也可以通过增加层间距或施力n#l-电场的方式来调节带隙
值。此外,异质结具有优异的光学性质,表现为较强的吸收系数(约为105cmJ)和
各向异性,并且在近红外到可见光区域具有明显的光学吸收。
关键词:第一性原理;类磷烯材料;黑磷相;蓝磷相;异质结构;电子结构;
光学性质
Abstract
Inrecent the of
years,with
rapiddevelopment
IV 2Dmaterial hasalsoreceivedmuchattentiondue
groupsingle-elementphosphorene
toits is dividedintotwo
outstandingphotoelectricproperties.Phosphorenemainly
stable and
structures,namely,black—phosphorene-phase
have carrier and band makethem
high mobility,anisotropylayer-dependentgaps,which
solarcells.
broad inthefieldsofeffect and
applicationprospects transistors,spintronics
thenumberofvalenceelectronsisthe 2Dmaterial
Since same,IV-VI MX(M=Ge,Sn;
structuralsimilartothatofthe havethe
X=S,Se)have
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