WS_2/WSe_2异质结层间相互作用的光谱研究

原子级厚度的过渡金属硫化物二维材料具有独特的电子和光学性质,当将其构筑成原子层异质结时,由于层间耦合作用和界面电荷传递,导致产生新的光学性质,在光电器件方面具有重要的潜在应用.利用机械剥离法制备了WS_2/WSe_2异质结,通过变温拉曼光谱和变温光致发光光谱,研究了异质结中的层间相互作用和界面电荷传递.从拉曼光谱和光致发光光谱上观测到了层间声子和层间激子的存在,表明WS_2和WSe_2构成的异质结中存在明显的层间相互作用.由于WS_2和WSe_2形成Ⅱ型能带排列,电子从WSe_2向WS_2转移,显著影响带电激子和中性激子发光强度.     

氢化MoS2/石墨烯异质结的第一性原理计算

基于密度泛函理论,研究了二硫化钼/石墨烯(MoS2/Gr)异质结及在异质结表面进行氢化后的结构稳定性、电子性能及光学性质;建立MoS2/Gr异质结结构模型,计算了氢化后的异质结的能带结构、态密度及光吸收系数.研究发现:MoS2/Gr异质结能带的带隙只有0.055 eV,无法用于电子器件;在异质结上表面或在异质结上下表面...     

新型二维GeC/InSe异质结光催化全解水性能的第一性原理研究

基于密度泛函理论方法,系统研究了新型二维GeC/InSe异质结的电子、光学性质和光催化特性。结果表明,二维GeC/InSe异质结的晶格失配率为0.98%,形成能为-0.135eV/atom,证明异质结的结构稳定。其次,异质结是带隙值为1.82eV的间接带隙半导体材料,表现为Ⅱ型能带对齐,价带和导带的带偏置分别为1.65eV和0.90eV,能够有效降低电子和空穴的复合率,提高GeC/InSe异质结的光催化性能。同时,异质结在可见光范围内有良好的光学响应,光吸收系数达到10⁵cm^-1,极大提高太阳能利用率,有利于光水解反应进行。因此,二维GeC/InSe异质结是一种有前景的可见光光催化材料。     

具有可调谐电子性能的AlAs/CdS异质结的第一性原理计算

本文采用基于密度泛函理论(Density Functional Theory, DFT)的第一性原理计算了AlAs/CdS异质结的几何结构、电子和光学性质.结果显示, AlAs/CdS异质结是具有0.688 eV直接带隙的Ⅱ型范德华(vdW)异质结,这有利于促进光生电子-空穴对的有效分离.当给异质结施加电场和应变时,异质结的带隙均可以调控为零,成功实现半导体到金属的转变,同时还伴随直接带隙-间接带隙的改变.更有趣的是,与两个单层相比, AlAs/CdS异质结的光吸收系数更高,吸收范围更加宽泛.上述特性表明AlAs/CdS异质结在光电探测器等光电子器件领域具有极大潜力.     

新型二维ZnO/InSe纳米复合材料电子结构与光催化性能的第一性原理研究

基于密度泛函理论方法,系统研究了新型二维ZnO/InSe异质结的电子结构和光催化性能。计算结果表明,二维ZnO/InSe异质结的晶格失配率为3.3%,形成能为-2.43eV,表明异质结的结构稳定。异质结表现为Ⅱ型能带对齐,价带和导带的带偏置分别为0.51和1.34eV,能够有效降低电子和空穴的复合率,提高ZnO/InSe异质结的光催化性能。二维ZnO/InSe异质结是带隙值为2.23eV的直接带隙半导体材料,对应有良好的可见光吸收范围,且光吸收系数高达10⁵ cm^-1,能够进一步提升光吸收效率。此外,异质结的带边位置分别跨过水的氧化还原电位,可用于光解水制备氢气。因此,二维ZnO/InSe异质结是一种有前景的可见光光催化材料。     

基于氢化及O修饰对Gr/BN异质结性质的调控

采用基于密度泛函理论的第一性原理方法研究了氢化及层间O修饰对石墨烯/BN(Gr/BN)异质结结构稳定性和电子性质的影响.建立了上下表面氢化及层间存在O修饰的石墨烯/氮化硼异质结结构模型,计算了氢化及层间O修饰的异质结的能带结构、态密度及荷转移.研究发现,Gr/BN异质结的性质与石墨烯类似,带隙非常小,无法应用于电子器件...     

二维异质结MoS_2/WSe_2能带排列的第一性原理研究

由于二维材料具有丰富的物理化学性质,比如在场效应管、薄膜电路等低微纳米器件上有巨大的潜在应用价值,从而吸引了研究者们的广泛关注和兴趣.本文中,我们采用第一性原理方法,对两种二维材料MoS_2和WSe_2组成的一种新形式的异质结进行能带排列方面的探索.首先,我们将两种材料堆叠成垂直方向,增大层间距,考察基本没有相互作用时的能带排列.然后,我们分别考察MoS_2/MoS_2-WSe_2以及WSe_2/WSe_2-MoS_2两种结构.结果发现,在组成异质结材料之后,层间的弱相互作用对两个组分材料的能带和态密度都有非常重要的影响.随着双层区域尺寸的增加,其价带顶和导带底都会有连续的变化,能带排列趋于安德森极限.此理论工作,将有助于人们理解各种类型的二维异质结能带排列情况,进而帮助理解低维器件的性能变化.     

C／BNxC2（1—x）、BN／NBxC2（1—x）和C／BN异质结价带偏移

彩和原子集团展开和平均键能相结合的方法，研究了宽带隙高温半导体，合金型应变层异质界面C／BNxC2(1-x)、BN/NBxC2(1-x)和生长在BN/NBxC2(1-x)合金衬底上的C／BN应变层异质结的价带偏移△Ev。结果表明：C／BNxC2(1-x)和BN/NBxC2(1-x)的△Ev随x的变化是非线性的，而应变层C／BN的△Ev随x的变化是接近于线性；三种异质结的△Ev值随x的变化关系决定于异质界面两侧带阶参数Emv随x的变化规律。     

Bi2Se3/MoS2异质结的光学性质

对单层MoS₂与纳米级别厚度的Bi₂Se₃薄片进行组合构建超薄异质结,利用HR-Evolution显微共聚焦拉曼光谱系统,结合反射、拉曼和荧光光谱学测试技术,对Bi₂Se₃/MoS₂异质结中的激子发光、异质结中的界间相互作用和电荷转移等行为进行了深入而系统的研究.首先,利用干法转移技术将不同厚度的Bi₂Se₃薄片转移到CVD生长的单层MoS₂上构建Bi₂Se₃/MoS₂异质结.然后,利用反射光谱和拉曼光谱技术探测异质结的平整度和界面耦合质量,表明异质结的2种材料发生堆叠后具有良好的平整度,按照不同厚度对白光保留着良好的透光性;2种材料堆叠时没有引入附加应力,形成的异质结具有良好的界面耦合质量.最后,通过对异质结的荧光光谱研究发现下层母体材料MoS₂的A、B激子峰的发光效率大大减弱,同时它们的发光波长随着上层Bi₂Se₃薄片的厚度增加逐渐减小,半高宽随着上层Bi₂Se₃薄片的厚度增加逐渐变窄,这说明电子传递到Bi₂Se₃/MoS₂界面后发生退激发,使得MoS₂的发光发生明显猝灭,而且该结果可能还包括异质结的电子能带结构变化导致电荷发生重新分布的的更深层次原因.该研究对新型光电子器件的设计和应用具有一定的意义和指导作用.     

应变调控单层2H-MoS2的能带结构和光学性质

为了从电子层面分析应变对能带结构以及光学性质产生影响的机理,采用密度泛函理论研究了应变对单层2H-MoS₂能带结构、光学性质、载流子迁移率和光催化分解水的影响.结果表明：晶格拉伸后带隙由2.15 eV减小到了1.65 eV,而晶格压缩后带隙由2.15 eV增大到2.66 eV.随着拉应变的增大,吸收曲线产生了蓝移,压应变对光学吸收系数的影响刚好相反.电子的载流子迁移率比空穴的大10倍左右,所以光照下电子和空穴能够有效的分离.综合光的吸收系数和光催化制氢条件这两个方面的因素可知,应变在2%、-2%、-6%这三种情况下能够得到最好的光催化制氢效果.     

声子振动对硒硫化钼/碲硒化钨异质双层电子结构影响的理论研究

文章以硒硫化钼/碲硒化钨异质双层结构为研究对象,采用基于密度泛函理论(density functional theory, DFT)的第一性原理计算方法,研究界面堆叠形式对体系电子结构的影响。结果表明：4种不同堆叠构型均表现出Ⅱ型能带对齐关系,但具有不同的层间带隙;计算能量最稳定的Te-Se构型的振动结构,发现平面和垂直声子模式的振动分布均表现出高度的空间局域特性;进一步研究频率为425、339、225、204 cm^-1的声子模式对Te-Se构型电子结构的影响,表明激发垂直声子振动能引起界面距离、层内带隙及跃迁偶极矩的显著变化,而且该变化与电子态和声子振动的空间局域性密切相关。研究结果深化了声子振动对过渡金属硫族化合物异质层电子结构影响的认识,为利用声子调控光催化性能提供了理论支撑。     

堆叠方法与堆叠层数对扶手型石墨烯纳米带电子能带的影响

摘要：根据紧束缚模型理论,研究了AA堆叠与AB堆叠的双层扶手型石墨烯纳米带和少层扶手椅型石墨烯纳米带的能带结构,并相应地给出了解析解．改变双层扶手型石墨烯纳米带空间的拓扑结构,能带与能隙也相应地随之变化;另外,当扶手型石墨烯纳米带的带宽n不变时,随着层数的增加,能带结构随之变化,能隙则成指数型减小．     

InAs／GaAs应变异质界面能带排列的极端应变效应

建议用一种基于超晶格自洽超原胞计算的形变势方法来确定ＩｎＡｓ／ＧａＡｓ应变异质界面的能带排列情况。该方法全面考虑了界面电荷、弹性应变以及自旋－轨道耦合等因素对能带排列的影响。结果表明，ＩｎＡｓ／ＧａＡｓ异质界面的能带排列具有极端显著的应变效应，通过人工控制其平面内晶格常数（可由选择不同的衬底来实现），可使其成为Ⅰ型，Ⅱ型超晶格或金属。此应变效应主要来源于单轴应力及其与自旋－轨道分裂的耦合，而流体静压和界面电荷的作用则相对很小．本文对以ＧａＡｓ为衬底情况下的计算结果与Ｘ射线光发射实验数据相一致。     

半导体球形异质结中界面光学声子及电声相互作用

在介电连续模型下,运用传递矩阵的方法研究多层球形异质结中的界面光学声子,得出了多层球形异质结中的界面光学声子的本征模解、色散关系和电子与界面光学声子相互作用的哈密顿.对5层球形异质结CdS/HgS/CdS/HgS/H2O中的界面声子的色散关系和电声相互作用的耦合强度进行了数值计算,结果发现在5层球形异质结中,存在着7支光学界面声子,但仅有一支界面声子对电声相互作用的耦合强度具有重要的影响.     

n-InN/p-NiO异质结能带排列的X射线光电子能谱测量

为了准确确定n-InN/p-NiO价带和导带的补偿,使基于n-InN/p-NiO异质结的光电子器件应用和器件模型分析更加科学,利用X射线光电子能谱测量了n-InN/p-NiO异质结的价带补偿。异质结的价带补偿值为0.38±0.19 eV,导带补偿为3.33±0.19 eV,表明该异质结为交错型能带排列。与具有断带型能带排列的InN/Si和InN/GaAs异质结相比,n-InN/p-NiO异质结可以更容易地形成p-n结。     

强极化衬底下不同堆垛方式双层石墨烯能隙的研究

基于第一性原理计算,以强极性极化材料作为衬底,提出一种打开双层石墨烯能隙的有效方法.应用表面功能化的氮化硼极性材料为衬底,使以AA和转角形式堆垛的双层石墨烯,其能隙打开到0.033 9 e V和0.032 5 eV.当以AB方式堆垛双层石墨烯时,在该衬底下其能隙可达到0.430 eV左右;且此能隙随衬底与双层石墨烯之间的堆垛方式的不同而发生微小变化.这表明该方法一方面能够通过改变双层石墨烯自身的堆垛方式来有效的改变其能隙大小;另一方面在AB堆垛情况下通过调整衬底与相邻石墨烯的堆垛方式可以对其能隙在0.430 eV附近进行微调.该方法在完美的保持双层石墨烯结构完整性的前提下,能够获得适用于光电子器件的能隙.相较于其他方法,该方法更加切实可行,能够促进石墨烯在半导体器件中的应用以及石墨烯技术的发展.     

GaN／InGaN应变层临界厚度的计算

本文主要借鉴PB模型、Fisher模型和Matthews模型并通过优化其中的组分和滑移间距参数,考虑影响临界厚度的相关因素,对GaN/InGaN异质结应变层临界厚度进行理论计算,再结合实验值进行比较分析,发现PB模型比较能准确估计GaN/InGaN异质结应变层临界厚度.最后进一步考虑热应力对临界厚度的影响时,发现对其影响不大.     

第一性原理研究Bi2Te3材料及在应变作用下的电子结构变化

通过第一性原理系统地研究了Bi2Te3块体和薄膜的电子结构及其在应变下的电子结构变化。计算结果表明:Bi2Te3块体属于直接带隙半导体,宽度约为0.177eV,Bi2Te3单QL(Quintuplelayer)薄膜则呈现间接带隙特征,带隙值约为1.031eV;在不超过3%的应变作用下,块体和薄膜材料的能带结构不受影响,但带隙宽度随应变增加成线性变化关系。
     

MoS2/Si异质结的接触和伏安特性的研究（英文）

单层硫化钼(MoS2)因具有直接带隙和特殊的六方晶系层状结构,而呈现优异的光学特性和电学特性。基于p-n结扩散模型推导了MoS2/Si异质结的接触特性和伏安特性,分析了不同施主掺杂浓度(n-MoS2)和受主掺杂浓度(p-Si)对能带结构和输运特性的影响。研究表明:MoS2/Si异质结的内建电势和势垒区宽度由施主、受主掺杂浓度共同决定。随着掺杂浓度的升高,内建电势VD逐渐增大,而势垒区宽度XD呈明显减小的趋势。另外,发现p-Si的受主掺杂浓度决定了MoS2/Si异质结的电流密度和反向饱和电流密度,均随着p-Si的受主掺杂浓度的增大而减小,但与n-MoS2的掺杂浓度关系不大。     

静压下ZnSe/Zn1-xCdxSe应变异质结中电子的本征态

运用三角势近似且计入电子向势垒的隧穿,通过数值计算方法求解定态薛定谔方程,研究流体静压力影响下有限深势垒ZnSe/Zn1-xCdxSe应变异质结中电子的本征态问题,讨论了其基态、第一激发态和第二激发态本征能量及相应的各级本征函数,同时与无应变的情形进行了比较分析.数值计算结果表明,应变使电子的能级降低,能级间距减小,且导致波函数的隧穿几率增加.静压效应显著降低能级和能级间距.因此,讨论电子在应变型异质结构中的散射问题时,需要计入材料间由于晶格不匹配而产生的应变效应的影响.