二维Ca(OH)2和α-tellurene材料光电性质的调控
自从石墨烯被发现，二维(2D)材料受到了广泛的关注，主要由于二维材料具有与体材料截然不同的电子和光学性质。石墨烯的载流子迁移率很高，透光率也很好，机械强度超高，然而石墨却不具有这些性质。后来为了满足应用的需求，实验上陆续合成出上千种二维材料。以过渡金属硫族化合物，黑磷烯为代表的二维材料掀起了二维材料的研究热潮。本文主要关注2DX(OH)2和α-tellurene，研究对其性质的调控。2DX(OH)2具有直接能带结构，带隙约为3.68eV，但是其光吸收性能不佳，需要外加调控来获得较理想的性质。α-tellurene最近被实验上合成了出来，发现它的带隙大小依赖层厚度的变化。2Dα-tellurene表现了直接带结构，具有相对于其他二维半导体材料较低的激子结合能。在红外光区域内还具有很高的光吸收率。同时，α-tellurene的振子强度也较高(104),预示着很高的电子空穴复合率。在本篇论文中，我们利用了第一性原理方法计算了2DX(OH)2(X=Ca,Mg)/Graphene、Ca(OH)2/α-MoTe2、Graphene/α-tellurene、α-tellurene等二维体系的能带结构和光学性质。内容如下： 1)X(OH)2(X=Ca,Mg)/Graphene范德华异质结具有较小的p型肖特基势垒，(小于0.3eV)。外界电场很容易把p型肖特基势垒调控成欧姆接触，实现电子的高效注入。另外，我们发现X(OH)2(X=Ca,Mg)/Graphene/Graphene范德华异质结具有更小的肖特基势垒。而且，加电场更容易把肖特基接触调控为欧姆接触。这项研究为二维碱土金属氢氧化物在电子器件领域的应用奠定了基础。 2)Ca(OH)2/α-MoTe2异质结具有典型的I型能带对齐，受到外界激发时，电子和空穴能够从Ca(OH)2转移到α-MoTe2层，可以实现电子空穴的复合发光。另外，Ca(OH)2/α-MoTe2在紫外光谱区域具有较高的光吸收性能(105 cm-1)。而且，外加电场可以把I型能带对齐调制成II型能带对齐，实现电子和空穴的空间分离。 3)对于Graphene/α-tellurene，我们发现石墨烯和碲烯之间可以形成稳定的范德华异质结。而且石墨烯发生自发的空穴掺杂，这种空穴掺杂还可以被层间耦合效应和外加电场调控为电子掺杂。另外改变层间距和施加外电场都可以容易地调控肖特基势垒。 4)α-tellurene是一种新的二维半导体材料，来源于体材料碲。α-tellurene表现出弱的激子结合特性，激子结合能是小于0.18eV。而且，在1到2eV光谱区间内拥有很高的振子强度(104)，预示着很高的电子空穴复合率。外加应变和电场可以使激子基态吸收峰发生明显的红移，促进材料在低能区域的光吸收。此研究揭示了α-tellurene的激子性质，为其在光电器件的设计和制备等方面给出了必要的指导。
二维(2D)材料;α-tellurene材料;能带结构;光电性质;第一性原理
河南师范大学
硕士
物理学、凝聚态物理
夏从新
2019
中文
TB383
2020-07-28（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）