【摘要】：基于密度泛函理論的第一性原理計算是目前對凝聚態(tài)物質開展理論科學研究的重要方法。我們利用該方法對以GeSe為代表的二維四族一硫化合物開展了系統(tǒng)的理論研究。首先,我們把初步研究對象確定為單層GeSe,因為其具有直接帶隙和較小的載流子有效質量。在實際應用中,這些特點會賦予它更好的性能。在此基礎上,我們研究了在不同高對稱點位吸附輕的非金屬原子(H,F,Cl)條件下,單層GeSe可調的電子性質和磁性。從我們的研究結果可以看出,在H原子修飾的系統(tǒng)中,單層GeSe的電子性質可以得到有效的調控。在保持直接帶隙的同時,單層GeSe擁有稀磁態(tài)。它們中的大多數(shù)表現(xiàn)出雙極型半導體行為,而其余的擁有自旋無間隙半導體特性。而在吸附F和Cl原子的系統(tǒng)中,磁性只出現(xiàn)在吸附F原子的D-Se結構。其它的都呈現(xiàn)p型半導體特性。這些結果表明輕非金屬元素對GeSe的修飾是調整其電子和磁性的可用方法。改性之后的單層GeSe將會在未來自旋電子和光電子器件的應用中擁有巨大潛力。鑒于大部分二維四族一硫化合物是間接帶隙半導體。我們構建了四種雙層高對稱堆疊模型來調控它們的電子性質。在系統(tǒng)地研究了所有雙層四族一硫化合物的動力學和熱穩(wěn)定性之后。我們篩選出在室溫下可能穩(wěn)定存在的體系。然后,利用第一性原理計算來研究雙層結構是如何影響它們性質的。結果表明,形成雙層結構使四族一硫化合物材料的電子性質可以被有效調節(jié)。通過該方法,它們的帶隙值可以實現(xiàn)在0.789至1.617eV之間的寬譜調控。并且在三種情況下可以實現(xiàn)間接帶隙到直接帶隙的轉換。進一步的考慮到該類材料的柔韌性與靈活性,我們在平面內施加了單軸向拉伸應力來調整它們的能帶結構,并實現(xiàn)更多的間接帶隙到直接帶隙的轉換。直接帶隙的實現(xiàn)將有助于其在下一代高效率的現(xiàn)代納米光電子和光伏器件中應用。我們還研究了不同雙層四族一硫化合物材料對外部垂直電場的響應情況。結果顯示,在層內極化效應和巨斯塔克效應的共同作用下,它們體現(xiàn)出對外部電場較弱的耐受性。
【圖文】：

石墨烯平面蜂窩結構

(a)黑磷的結構；(b)過渡金屬二硫化物的結構
【學位授予單位】：云南大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：O469

【參考文獻】

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1 LUO Kun;CHEN ShiYou;DUAN ChunGang;;Indirect-direct band gap transition of two-dimensional arsenic layered semiconductors—cousins of black phosphorus[J];Science China(Physics,Mechanics & Astronomy);2015年08期

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本文編號：2624734