二维BCN的新结构及光电性质的第一性原理研究

采用粒子群优化算法的结构预测程序CALYPSO结合基于密度泛函理论的VASP软件包对B6C6N6进行结构预测,得到新的二维BCN结构,该结构由6个B、6个C、6个N组成类石墨烯六角结构,其中B—N、B—C—N以及C—C之间形成的六环是稳定BCN结构的关键。凝聚能和声子谱计算结果表明二维BCN在热力学和动力学上均是稳定的。能带结构和电子态密度的计算分析表明BCN是禁带宽度为2.60 eV直接带隙半导体。基于形变势理论,计算了BCN新结构的载流子迁移率,发现BCN在"之"字边和"扶手"边方向上的电子迁移率分别为632.5,923.3 cm^2·V^-1·s^-1,而空穴在两个方向上的迁移率分别为765.7,622.6 cm^2·V^-1·s^-1,迁移率的值明显高于MoS2的载流子迁移率,相对较高的迁移率说明二维BCN具有较好的输运性质。光学性质的计算研究表明BCN的介电函数虚部峰值同吸收谱和光电导率的实部峰值吻合得很好,可见光范围内的吸收峰位于光子能量~2.61 eV处,可见光范围内的吸收主要归因于电子从价带顶到导带底的跃迁。本研究结果为实验上实现原子比为6∶6∶6的BCN的制备以及BCN在光电器件方面的应用提供了重要的理论依据。