二维GaS/HfS2和SnSe2/MoTe2异质结中激子光性质的理论研究

作     者：杜丽国 

作者单位：内蒙古大学 

学位级别：硕士

导师姓名：王舒东

授予年度：2023年

学科分类：07[理学] 070205[理学-凝聚态物理] 0702[理学-物理学] 

主      题：密度泛函理论 异质结 层间激子 激子寿命 光学性质 

摘      要：低维过渡金属硫族化合物(transition metal dichalcogenides,TMDCs)是一种新型低维半导体材料。本文利用密度泛函理论的第一性原理方法,考虑了具有屏蔽库仑相互作用的多体格林函数以及Bethe-Salpeter方程,研究了Ga S/Hf S和MoTe/SnSe异质结的激子光性质。具体内容分为如下两个部分:(1)通过优化得到最稳定堆叠方式的异质结构,在此基础上研究压力依赖下的激子效应。Ga S/Hf S异质结是一种具有II型能带排列的间接带隙半导体,这种结构有利于层间激子的形成。通过计算发现间接带隙的GW校正比直接带隙更加敏感,能带的CBM电荷分布比VBM电荷分布随压力增加变化更加明显。结果还发现直接激子的亮暗性质依赖于激子自旋构型,并随压力增加激子寿命发生变化,在室温下最低能量的亮激子在8 GPa下寿命长达0.021 s。间接激子比直接激子随压力的变化更加敏感,在动量空间中光吸收性质也有显著的变化。(2)不同堆叠模式的MoTe和SnSe单层材料会表现出不同的性质,而将2H相的MoTe和SnSe堆叠成的异质结构在光学领域中具有很大的发展前景。本文通过GW计算发现,从直接跃迁位置到间接跃迁位置的动量空间中,间隙先增大后减小,第一个吸收峰先发生蓝移后发生红移。本文还计算了自旋轨道成分进而探究了直接激子的亮暗性质。