含空位的二维GaN电子结构和光学性质的第一性原理研究

基于密度泛函理论,计算了二维GaN及其Ga、N空位体系的电子结构和光学性质,通过形成能的计算分析了空位缺陷体系的稳定性,然后进一步计算了各体系的电子结构,分析并讨论了空位缺陷对吸收光谱的影响。计算结果表明:Ga-N空位体系形成能最小,该结构最容易形成;Ga空位体系产生的缺陷能级使二维GaN呈现p型半导体特性,反之N空位缺陷呈现n型半导体特性,缺陷能级的出现有利于提高二维GaN电子迁移率以及光响应能力;各空位体系的吸收光谱均发生红移,其吸收系数在低能区域均大于本征二维GaN,这说明Ga、N空位的产生可以提升二维GaN对可见光的吸收能力。

As/HfS_(2)范德瓦耳斯异质结电子光学特性及量子调控效应

两种或两种以上的单层材料堆垛成范德瓦耳斯异质结是实现理想电子及光电子器件的有效策略.本文选用As单层及HfS_(2)单层,采用6种堆垛方式构建As/HfS_(2)异质结,并选取最稳结构,利用杂化泛函HSE06系统地研究了其电子和光学性质以及量子调控效应.计算发现,As/HfS_(2)本征异质结为Ⅱ型能带对齐半导体,且相对两单层带隙(>2.0 eV)能明显减小(约0.84 eV),特别是价带偏移(VBO)和导带偏移(CBO)可分别高达1.48 eV和1.31 eV,非常有利于研发高性能光电器件和太阳能电池.垂直应变能有效调节异质结的能带结构,拉伸时带隙增大,并出现间接带隙到直接带隙的转变现象,而压缩时,带隙迅速减少直到金属相发生.外加电场可以灵活地调控异质结的带隙及能带对齐方式,使异质结实现Ⅰ型、Ⅱ型和Ⅲ型之间的转变.此外,As/HfS_(2)异质结在可见光区域有较强的光吸收能力,且可通过外加电场和垂直应变获得进一步提高.这些结果表明As/HfS_(2)异质结构在电子器件、光电子器件和光伏电池领域具有潜在的应用前景.

声子振动对硒硫化钼/碲硒化钨异质双层电子结构影响的理论研究

文章以硒硫化钼/碲硒化钨异质双层结构为研究对象,采用基于密度泛函理论(density functional theory,DFT)的第一性原理计算方法,研究界面堆叠形式对体系电子结构的影响。结果表明:4种不同堆叠构型均表现出Ⅱ型能带对齐关系,但具有不同的层间带隙;计算能量最稳定的Te-Se构型的振动结构,发现平面和垂直声子模式的振动分布均表现出高度的空间局域特性;进一步研究频率为425、339、225、204 cm的声子模式对Te-Se构型电子结构的影响,表明激发垂直声子振动能引起界面距离、层内带隙及跃迁偶极矩的显著变化,而且该变化与电子态和声子振动的空间局域性密切相关。研究结果深化了声子振动对过渡金属硫族化合物异质层电子结构影响的认识,为利用声子调控光催化性能提供了理论支撑。

β-Ga_(2)O_(3)/4H-SiC异质结界面的结构和电子性质

利用第一性原理计算,系统性地研究了β-Ga_(2)O_(3)/4H-SiC异质结界面的结构和电子性质。利用满足电子计数规则的成键模型,构建了具有粗糙度小和带隙干净的绝缘界面,Si-O键在该界面的化学键中占主导地位。计算结果表明:对于β-Ga_(2)O_(3)和4H-SiC而言,利用杂化泛函计算得到的带隙分别为4.7 eV和3.35 eV,与实验值吻合较好;对于β-Ga_(2)O_(3)/4H-SiC异质结界面,该界面表现出半导体特性,其直接带隙为0.46 eV;同时,β-Ga_(2)O_(3)与4H-SiC形成Ⅱ型能带对齐,计算得到的价带偏移为1.72 eV,导带偏移为0.18 eV。所得结果对设计基于β-Ga_(2)O_(3)和4HSiC的电子器件具有重要意义。

应变和电场调控HfSe_(2)/PtSe_(2)异质结的电子结构

本团队通过基于密度泛函理论的第一性原理方法,系统地研究了HfSe2/PtSe2范德瓦尔斯异质结(van der Waals heterostructures,vdWHs)的电子性质,包括堆垛方式、层间耦合、应变和外电场的影响.发现堆垛方式可以调节能带对齐类型--AA,AB′和AC′堆垛时为Ⅱ型,AB,AC,AA′则为Ⅰ型.在六种堆垛方式中,AA堆垛是最稳定的,其层间距为2.87A,带隙为1.0 eV,Ⅱ型的能带对齐方式有利于电子-空穴载流子的分离.进一步的计算表明,HfSe_(2)/PtSe_(2)异质结的电子性质可以通过垂直应变和双轴面内应变有效调节:在施加应变或改变层间距后,可以在HfSe_(2)/PtSe_(2)异质结中观察到从Ⅱ型到Ⅰ型能带对齐类型的转变;不仅如此,压缩应变和层间耦合还可以有效调控异质结的带隙大小.本研究将为未来HfSe_(2)/PtSe_(2)异质结在纳米电子及光电设备中的应用提供理论基础.