少层Bi_2Se_3拓扑绝缘体薄膜电子结构和光学性质理论研究

文章采用密度泛函理论方法,研究少层Bi_2Se_3拓扑绝缘体薄膜的电子结构和光学性质随薄膜厚度的变化。能带结构和态密度分析发现,当薄膜厚度从5QL(quintuple layer)逐步变化到1QL时,其费米能级附近的电子态仍然保持线性色散关系;特别是当薄膜厚度减小到2QL和1QL时,由于量子限域效应,体电子态和表面电子态的能隙都明显增大,导致体电子态和表面电子态发生分离,这种分离有利于制备基于1QL和2QL的Bi_2Se_3拓扑绝缘体薄膜的自旋电子器件。光吸收系数的计算发现,厚度为5QL、4QL、3QL的薄膜在红外区有1个吸收主峰,吸收边远超出了红外区;当厚度减小到2QL和1QL时,吸收边发生明显蓝移,红外区的吸收峰蓝移且强度明显减小,这表明3QL以上的Bi_2Se_3拓扑绝缘体薄膜更适合制备红外光探测器件。