双轴向应变对单层GeSe气体传感特性的影响

采用第一性原理计算方法,通过在吸附了H2,H2O,CO,NH3,NO,NO2等气体分子的单层GeSe上施加–8%—8%的双轴向应变,从微观角度阐明应变对吸附体系电子性质的影响及其内在机理.计算结果表明,对于CO,NH3和NO气体分子在–8%—8%,以及NO2分子在–8%—6%的双轴向应变范围内,单层GeSe具备成为气体传感器的应用潜力.较大的压缩应变(–6%—–8%)有助于提高单层GeSe对CO和NO气体的响应速度和敏感性.

提高单层GeSe对H_(2)O气体传感性能的第一性原理研究

采用第一性原理计算方法,通过在单层GeSe上施加双轴向应变、外加电场、掺Ag等途径来探索提高单层GeSe对H_(2)O分子传感性能的有效方法,并从微观角度阐明内在机理.计算结果表明,-1.0 V/的外加电场能有效降低H_(2)O分子在单层GeSe的吸附能并使二者之间的电荷转移量增加11倍,显著提高了单层GeSe对H_(2)O分子的响应速度和敏感性.研究结果为进一步设计并制成二维GeSe基湿度传感器提供了理论依据.

原子吸附对二维GeSe光电性质的影响

GeSe作为一种Ⅳ-Ⅵ族半导体,具有优良的光电性质。二维GeSe具有直接带隙,带隙值在1.0~1.2 eV,与Si的带隙接近,因而单层GeSe可以用于光电领域。应用基于密度泛函理论的第一性原理方法探究了Al,O,B吸附对二维GeSe材料光电性质的影响,计算结果表明采用广义梯度近似(PW91形式下)交换关联泛函能够更好地描述GeSe单层的电子性质。吸附能计算结果表明,O,Al,B原子能稳定吸附在GeSe单层上,其中O形成的吸附最稳定。能带和态密度分析表明,吸附B,Al原子在带隙中产生的杂质能带使GeSe单层导电类型发生了改变,吸附原子调制了GeSe单层的带隙的宽度和光吸收的吸收边。光学性质计算结果表明,吸附原子影响了GeSe单层的折射率、消光性质,同时调控了光吸收和反射性质。Al吸附增强了从红外到可见光再到紫外光区整个光谱区的吸收;B吸附增强了从可见光到紫外光区的光吸收。同时,B,Al吸附也会增强光的反射,尤其是紫外光区的反射。总之,该研究为GeSe二维材料在光电领域的应用提供了可靠的理论依据。

应力调控下二维硒化锗五种同分异构体的第一性原理研究

采用第一性原理计算方法,研究了二维单层硒化锗(GeSe)的5种同分异构体结构的稳定性和在应力调控下的电子性质变化规律.计算结果表明:5种同分异构体结构都具有热力学稳定性;a-GeSe是直接带隙半导体, b-GeSe, g-GeSe, d-GeSe和e-GeSe都是间接带隙半导体. a-GeSe在应力调控下出现了直接到间接带隙的转变和半导体到金属性质的转变. b-GeSe和g-GeSe在应力的作用下具有可调节的间接带隙范围.当沿dGeSe双轴方向施加压缩应力为1%和4%时, d-GeSe的能带从间接带隙转变成直接带隙.通过沿e-GeSe的扶手椅形方向施加10%的拉伸应变,出现了从间接带隙到直接带隙的转变;继续增加拉伸应变到20%,能带结构一直保持直接带隙的特征,其可调范围为1.21—1.44 eV.沿d-GeSe双轴方向施加10%拉伸应变时,也出现了从间接带隙到直接带隙的转变;该直接带隙在双轴拉伸应变增加到19%前一直保持,可调范围为0.61—1.19 eV.