单轴应变调控及La原子掺杂单层黑磷的能带、电子结构与光学性质

作     者：刘岩 

作者单位：沈阳师范大学 

学位级别：硕士

导师姓名：封文江

授予年度：2023年

学科分类：08[工学] 080501[工学-材料物理与化学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 

主      题：单层黑磷 第一性原理 光学性能 二维材料 掺杂浓度 

摘      要：单层黑磷是一种独特的层状二维材料,它具有出色的导电性能,如高导电性、高迁移率和高开关比。其具有特殊的面内各向异性,并且结构稳定、制备方法多样。这些性能使得其在器件的开发潜力方面远超过其他二维材料,应用前景广阔。本论文采用第一性原理方法,系统计算并分析了单轴应变调控及La原子掺杂单层黑磷的能带、电子结构与光学性质等。研究结果表明:1.单轴应变可以改变单层黑磷能带结构,可以对其带隙在0 e V～1.346 e V范围内有效调节。当X轴受10%压应变时单层黑磷变为金属材料。受拉应变时,单层黑磷的光学性质图像红移。受压应变时,其光学性质图像蓝移。静态反射率可在0.1～0.13范围内受单轴应变调控,反射率最大为83%。静态折射率可以在1.93～2.23范围内受单轴应变调控,折射率峰值最高可达2.46。静态介电函数可在3.75～4.96范围内进行调控。2.掺杂不同浓度La原子的单层黑磷,大多呈现直接带隙(除了PLa),且能隙随掺杂浓度的增加单调减小。La原子掺杂浓度为1/32时,其能隙最大为1.024 e V;La原子掺杂浓度为1/4时,能隙最小为0.541 e V。推测继续增大掺杂浓度可能接近于块体黑磷的带隙值。低浓度掺杂的PLa相比于本征黑磷,反射率、折射率、损失函数峰值增大,图像红移。吸收峰、消光系数、电导率峰值减小。而对于高浓度掺杂的PLa、PLa、PLa而言,光学性能峰值均增大。具体说来,PLa的反射率、损失函数具有最大值。PLa的折射率、消光系数、介电函数实部具有最大值。而PLa的吸收率、电导率具有最大值。La原子掺杂后体系光学性能覆盖范围均增大。