声子晶体超晶格的能带折叠现象

为了研究声子晶体超晶格的能带折叠现象,利用平面波展开法结合超晶胞方法分析了声子晶体超晶格的能带结构。研究表明,声子晶体超晶格的能带与光子晶体、半导体超晶格相同,都具有能带的折叠现象。

光子晶体超晶格的能带折叠

我们分析了光子晶体超晶格的能带结构 ,光子晶体超晶格的能带与半导体超晶格的相同 ,都有能带的折叠现象。一维光子晶体超晶格的每条能带被折叠成 M条 ,二维光子晶体超晶格的每一条能带被折叠成 M2 条 ,M是每个维度晶格放大的倍数。显然如果是三维光子晶体超晶格 ,每一条能带将被折叠成 M3条。

过渡金属二硫化物/三卤化铬范德瓦耳斯异质结的反折叠能带

过渡金属二硫化物MX_(2)/三卤化铬CrX_(3)组成的范德瓦耳斯异质结能有效操控MX_(2)的谷极化,在能谷电子学中有广泛的应用前景.本文结合第一性原理和k投影能带反折叠方法比较研究了MoSe_(2)/CrI_(3),MoSe_(2)/CrBr_(3)和WS_(2)/CrBr_(3)三种磁性范德瓦耳斯异质结的堆垛和电子结构,探索了体系谷极化产生的物理机理.计算了异质结不同堆垛的势能面,确定了稳定的堆垛构型,阐明了时间/空间反演对称破缺对体系电子结构的影响.由于轨道杂化,磁性异质结的导带情况复杂,且MoSe_(2)/CrI_(3)体系价带顶发生明显变化,不能与单层MX_(2)直接对比.而借助于反折叠能带,计算清晰揭示了CrX_(3)对MX_(2)电子结构的影响,定量地获得了MX_(2)的能谷劈裂,并发现层间距和应变可以有效调控能谷劈裂.当层间距减小到2.6Å时,AB堆垛的MoSe_(2)/CrI_(3)谷劈裂值可达到10.713 meV,是平衡结构的8.8倍,相当于施加约53 T的外磁场.通过k投影能带反折叠方法克服了异质结超胞电子结构不易分析的局限性,对其他磁性范德瓦耳斯体系的研究具有重要的借鉴意义.

能带反折叠方法研究进展

基于密度泛函理论的第一性原理方法已经成为人们研究材料结构、性质以及进行新功能材料设计的重要手段。对于掺杂和界面体系,人们常常需要使用超胞来描述。超胞的使用导致能带折叠,从而掩盖能带结构的重要特征,为人们分析掺杂和界面效应对材料能带结构的影响带来困难。本文概述了超胞导致的能带折叠现象,重点介绍了基于平面波和原子轨道的能带反折叠方法、声子能带反折叠方法及相关计算工具,给出了该方法在掺杂和界面体系电子、声子能带结构方面应用的例子,并对该方法进行了展望。