检索结果-南通市图书馆

作者：胡金赤西安理工大学

学位级别：硕士

具有MXY类型结构的janus单层材料,中间金属原子M和其两侧的硫族元素或者卤素X与Y,形成对称性破缺能级,极大地提高激子吸收强度,在结构相变材料,光催化水分解,光伏器件,压电器件等方面有着广泛的应用前景。janus材料丰富的表面结构,易构... 详细信息

具有MXY类型结构的janus单层材料,中间金属原子M和其两侧的硫族元素或者卤素X与Y,形成对称性破缺能级,极大地提高激子吸收强度,在结构相变材料,光催化水分解,光伏器件,压电器件等方面有着广泛的应用前景。janus材料丰富的表面结构,易构成多样堆叠结构的范德华异质结,可以通过改变外部电场或应变以及范德华相互作用垂直堆叠,调控价带最大值与导带最小值,改善材料的光电特性,设计先进的光电器件。本文基于密度泛函理论(DFT)的第一性(First-Principles)计算方法,计算了janus BiXI单层(X=S、Se、Te)及其BiXI-BiXI(X与X为不同的硫属原子)异质结结构材料的光电特性,分析讨论了不同异质结结构及其施加不同双轴应变下对其电子结构和光学性能的影响,得到以下结论:1.本文中janus结构单层BiXI声子谱并未出现虚频,结构稳定,声子色散在较低频率明显具有三个声学分支,包括纵向声学模式(LA)、横向声学模式(TA)和声学模式(ZA),依次从上至下分布;BiSI、BiSeI、BiTeI为间接带隙,带隙分别为1.75eV、1.43eV和1.12eV,材料导带底主要由Bi元素的极化强度决定,导带底主要由Bi元素的p轨道贡献,直接影响着导带底位置,而价带顶对应的X元素(X=S、Se、Te)p轨道比I元素和Bi元素贡献占比大的多,随着硫属元素X的原子序数增加,原子的电负性降低,层内原子之间形成的化学键强度减弱,带隙值减小,选择不同材料可以改变能带结构满足不同的实际需求。2.构建了54种高对称堆叠结构的BiXI-BiXI异质结结构模型,计算分析了模型-I(X-I)、模型-Ⅱ(X-X)以及模型-Ⅲ(I-I)的结构稳定性,得到了9种稳定的异质结结构;janus范德华异质结结构改变了单层材料的带隙结构,带隙为交叠型带隙,异质结模型-Ⅱ(X-X)转变为直接带隙二型异质结半导体,模型-I(X-I)和模型-Ⅲ(I-I)仍为间接带隙,其导带底主要由Bi元素的p轨道贡献,价带顶与单层不同,主要由电负性强的X与I的p轨道共同贡献,不同堆叠方式下Bi的s轨道也有少部分贡献。***范德华异质结堆叠方式不同,对光学特性影响也不同,异质结相比于单层材料,异质结吸收的峰值变大,吸收带和吸收峰值波长均发生红移,对比单层吸收峰值波长均位于紫外光区域,在可见光区域的吸收率对比单层最高提升1.44倍,为可见光光电器件的设计和应用提供了设计思路。4.在对异质结施加双轴应变后,拉伸应变下带隙值减小,在压缩应变下带隙值增加,价带顶在高对称G点处发生简并,BiSI-BiTeI和BiSeI-BiTeI模型-Ⅲ(I-I)转换为直接带隙半导体,同时5%压缩应变下其吸收峰值处于可光区域,对比于未施加应力下的吸收率提升了12%-14.4%,本文几种异质结中BiSI-BiTeI的在可见光区域吸收率最高。本文研究结果表明,通过异质结结构设计,以及外部电场或应变作用,可以改变材料的电子结构和能带带隙,改善材料的光电特性,为不同需求的光电器件的设计和应用提供思路。

关键词：第一性原理 janus单层异质结电子结构光学性质

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应变和电场对Ga_(2)SeTe/In_(2)Se_(3)异质结电子结构和光学性质的影响

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物理学报 2023年第7期72卷 328-338页

作者：孙婷钰吴量何贤娟姜楠周文哲欧阳方平中南大学物理与电子学院超微结构与超快过程湖南省重点实验室纳米光子学与器件湖南省重点实验室长沙410083 新疆大学物理与技术学院碳基能源化学与利用国家重点实验室乌鲁木齐830046 中南大学粉末冶金研究院粉末冶金国家重点实验室长沙410083

异质结构的构筑与堆垛是新型二维材料物性调控及应用的有效策略.基于密度泛函理论的第一性原理计算,本文研究了4种不同堆叠构型的新型二维janus Ga_(2)SeTe/In_(2)Se_(3)范德瓦耳斯异质结的电子结构和光学性质.4种异质结构型均为Ⅱ型能... 详细信息

异质结构的构筑与堆垛是新型二维材料物性调控及应用的有效策略.基于密度泛函理论的第一性原理计算,本文研究了4种不同堆叠构型的新型二维janus Ga_(2)SeTe/In_(2)Se_(3)范德瓦耳斯异质结的电子结构和光学性质.4种异质结构型均为Ⅱ型能带结构的间接带隙半导体,光致电子的供体和受体材料由二维In_(2)Se_(3)的极化方向决定.光吸收度在可见光区域高达25%,有利于太阳可见光的有效利用.双轴应变可诱导直接-间接带隙转变,外加电场能有效调控异质结构带隙,使AA2叠加构型的带隙从0.195 eV单调增大到0.714 eV,AB2叠加构型的带隙从0.859 eV单调减小到0.058 eV,两种调控作用下异质结的能带始终保持Ⅱ型结构.压缩应变作用下的异质结在波长较短的可见光区域表现出更优异的光吸收能力.这些研究结果揭示了janus Ga_(2)SeTe/In_(2)Se_(3)范德瓦耳斯异质结电子结构的调控机理,为新型光电器件的设计提供理论指导.

关键词： janus单层范德瓦耳斯异质结光电特性第一性原理

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