Effect of strain and electric field on electronic structure and optical properties of Ga2SeTe/In2Se3 heterojunction

Sun Ting-Yu; Wu Liang; He Xian-Juan; Jiang Nan; Zhou Wen-Zhe; Ouyang Fang-Ping

doi:10.7498/aps.72.20222250

Abstract

Authors and contacts

FullText HTML

1. 引　言
2. 计算模型与方法
3. 计算结果与讨论
3.1 Janus Ga2SeTe单层和In2Se3单层的几何结构和电子性质
3.2 Janus二维硫化物异质结的稳定性和光电特性
3.3 Janus二维硫化物异质结在应变和电场调控下的电子结构与光学性质
4. 结　论

References

Abstract

Stacking two-dimensional materials into heterogeneous structures is an effective strategy to regulate their physical properties and enrich their applications in modern nanoelectronics. The electronic structure and optical properties of a new two-dimensional Janus Ga₂SeTe/In₂Se₃ heterojunction with four stacked configurations are investigated by first principles calculations. The heterojunction of the four configurations is an indirect band-gap semiconductor with a type-II band structure, and the photoelectron donor and acceptor materials are determined by the polarization direction of two-dimensional In₂Se₃. The light absorption rises to 25% in the visible region, which is conducive to the effective utilization of the solar visible light. The biaxial strain can induce direct-indirect bandgap transition, and the applied electric field can effectively regulate the bandgap of heterogeneous structure. The bandgap of AA2 configuration increases monotonically from 0.195 eV to 0.714 eV, but that of AB2 configuration decreases monotonically from 0.859 eV to 0.058 eV. The band of the heterojunction always maintains the type-II structure under the two kinds of configurations. The heterojunctions under compressive strain show better light absorption capability in the visible region with shorter wavelength. These results reveal the regulatory mechanism of the Janus Ga₂SeTe/In₂Se₃ van der Waals heterojunction electronic structure and provide theoretical guidance in designing novel optoelectronic devices.

Keywords:

PACS:

63.20.dk	(First-principles theory)
71.15.Mb	(Density functional theory, local density approximation, gradient and other corrections)
73.22.-f	(Electronic structure of nanoscale materials and related systems)
78.20.Ci	(Optical constants (including refractive index, complex dielectric constant, absorption, reflection and transmission coefficients, emissivity))

Authors and contacts

1.
School of Physics and Electronics, Hunan Key Laboratory for Super-Microstructure and Ultrafast Process, Hunan Key Laboratory of Nanophotonics and Devices, Central South University, Changsha 410083, China
2.
School of Physics and Technology, State Key Laboratory Of Chemistry And Utilization Of Carbon Based Energy Resources, Xinjiang University, Urumqi 830046, China
3.
State Key Laboratory of Powder Metallurgy, and Powder Metallurgy Research Institute, Central South University, Changsha 410083, China

Corresponding author: Zhou Wen-Zhe, csuzwz22@csu.edu.cn ; Ouyang Fang-Ping, oyfp@csu.edu.cn

Funds: Project supported by the National Natural Science Foundation of China (Grant Nos. 52073308, 12164046), the Distinguished Young Scholar Foundation of Hunan Province, China(Grant No. 2015JJ1020), and the Tianchi Distinguished Professor Fund of Xinjiang Uygur Autonomous Region.

FullText HTML

1. 引　言

二维材料由于具备优异的物理性能, 在下一代光电子学、压电器件、自旋电子学等领域中具有巨大的应用价值^[1-5], 已经成为当前功能材料关注的热点. 近年来, 许多二维材料如石墨烯^[6,7]、硅烯^[8]、黑磷^[9]、过渡金属硫族化合物(TMDs)^[10-12]等陆续在理论和实验上被报道. 由于这些材料的某些缺陷, 限制了它们的潜在应用价值, 为了推动二维材料的实际应用, 吸附^[13,14]、应变工程^[15]、掺杂^[16-18]、衬底作用^[19]和构建异质结构^[20-22]等调控手段应运而生, 其中构建异质结构的方法能够在有效保留其原本优异特性的基础上, 产生许多新奇的物理性能. 目前, 大多数已知的二维层状材料都可以通过不同的堆叠方式形成范德瓦耳斯异质结^[23-25], 能够将不同材料的优异性能组合起来, 以弥补单一材料的不足. Almayyali等^[26]报道了二维PtS₂/MoS₂和MoSe₂/PtS₂ 范德瓦耳斯异质结构, 这两种异质结构表现出非常优异的光学和电子性质. Shang等^[27]的研究也表明, InSe与InTe搭建的范德瓦耳斯异质结具有可调控的电子特性, 在光电应用方面有很大的潜力.

已有实验研究证明单层的α-In₂Se₃在室温下保持着面内和面外的固有压电性和铁电性^[28,29], 构建异质结时引入铁电极性会形成内建电场, 会带来许多意想不到的性能提升. Chen等^[30]发现, 通过构建In₂Se₃/TMDs异质结构可以增强面外压电系数 , 异质结的压电效应也可以通过In₂Se₃的极化方向来调控, 这主要是由于两种材料间隙内产生的界面偶极矩引起的, 施加应变可以更大程度地调控这一效应. 此外, 据Duan等^[31]报道, 与原始的单层InSe和单层In₂Se₃相比, InSe/In₂Se₃范德瓦耳斯异质结从红外光区到可见光区具有更高的光吸收系数, 通过双轴应变以及外加电场可以改变异质结的带隙类型, 实现直接-间接带隙的跃迁; 在调控过程中, 能带对齐情况与In₂Se₃的极化方向有着密切的关系, 这是因为铁电极化会导致接触界面电场的出现, 从而引发电荷分布的不对称.

受到Janus MoSSe实验实现的启发, 最近对Janus III族二硫化物^[32-34]进行了理论预测, 结果表明该家族材料具有良好的稳定性、适宜的带隙、高催化活性和较高的光吸收系数, 目前在光电领域备受关注. Ga₂SeTe是Janus III族二硫化物家族的一员, Ga原子组成的两个原子层被Se原子层和Te原子层夹在中间. Guo等^[35]通过第一性原理计算证明了Ga₂SeTe是热力学和动力学稳定的. Janus Ga₂SeTe 的能带结构^[36]表明, 它是一种直接带隙为1.21 eV的半导体. 此外, 由于镜面对称性的破缺, Janus Ga₂SeTe具有固有的面外偶极极化和内建电场. 虽然Janus Ga₂SeTe在紫外区域较高的光吸收度表明了它的潜力, 但较低的可见光吸收度严重限制了它的应用^[36]. Singh和Choudhary^[37]尝试用过渡金属吸附Ga₂SeTe单层以提高其在可见光区域的光吸收度, 结果表明吸附后的Ga₂SeTe单层在整个可见区域具有较高的吸收峰. 构建异质结构也是一种可以提高材料光电性能的方法, Min等^[38]报道了Ga₂TeSe/InSe异质结构相比原始的单层Ga₂TeSee和单层InSe在可见光区域具有更高的光吸收度, 并且在面内和面外应变下始终保持了优异的高光吸收度. 由于二维Janus Ga₂SeTe与单层In₂Se₃具有相似的晶格对称性和较小的晶格失配, 两者非常适合构建异质结, 为了提高Janus二维硫化物在电子器件和光电器件领域的应用价值, 对这类异质结的电子性质和光学性质进行比较深入的研究是非常有意义的.

本文构建晶格失配率小于1%的二维Janus Ga₂SeTe/In₂Se₃范德瓦耳斯异质结, 考虑到两种组分材料都具有一定强度的内建电场, 构建了4种异质结模型, 探讨了这类异质结的电子结构和光学性质以及相关调控方法. 详细研究了外加电场和双轴应变对这类异质结电子性质和光学性质的影响, 优异的光吸收度在外加电场和双轴应变下始终保持稳定, 这些结果表明此类异质结在实际的工业环境中也有较为稳定的性质, 在下一代新型电子和光电器件应用上有很强的竞争力.

2. 计算模型与方法

本项工作主要包括了结构优化、电子结构和光学性质的计算, 本文基于密度泛函理论(density functional theory, DFT)结合投影缀加平面波(projected augmented wave, PAW)赝势的第一性原理计算均通过VASP (Vienna ab-initio simulation package)^[39,40]进行. 计算中采取Perdew等^[41]提出的广义梯度近似(generalized gradient approximation, GGA)的Perdew-Burke-Ernzerhof(PBE)作为交换关联泛函. 平面波截止能量设定为500 eV. 自洽迭代的能量收敛判据为10^–5 eV. 考虑到Janus结构Ga₂SeTe/In₂Se₃异质结中两种组分材料界面处存在的范德瓦耳斯相互作用, 在计算中选择Grimme的DFT-D2方法进行修正^[42,43]. 使用以Γ为中心的Monkhorst和Pack^[44]方法生成16× 16 × 1 的K点网格对第一布里渊区进行采样. 此外, 为了避免面外(z)方向上的各层之间的相互作用, 在各层异质结之间设置了25 Å以上的真空空间. 考虑电场对异质结影响时, 在INCAR文件中加入参数IDIPOL = 3 (表示电场方向沿晶格矢量c方向), EFIELD = 常数(控制施加电场的大小). 面内双轴应变被定义为ε = Δa/a₀, a₀和a = a₀ ± ∆a分别是无应变时和考虑应变后的晶格常数.

根据VASP计算出的复介电函数, 利用以下公式计算出光吸收系数 $\alpha \left( \omega \right)$ :

$\alpha \left( \omega \right) = \sqrt {2\omega } {\left[ {\sqrt {{\varepsilon _1}^2\left( \omega \right) - {\varepsilon _2}^2\left( \omega \right)} - {\varepsilon _1}\left( \omega \right)} \right]^{1/2}},$

(1)

式中, ${\varepsilon _1}$ 和 ${\varepsilon _2}$ 分别表示复介电函数的实部和虚部. 因此, 可以通过计算介电函数得到异质结构和孤立单层的光学吸收光谱. 材料的光吸收也由吸光度A(E)来说明, 它被定义为具有能量 $E = \hbar \omega$ 的光子被异质结所吸收的能量的占比^[45-47]:

$A\left( E \right) = 1 - {{\text{e}}^{ - \alpha \left( E \right)\Delta Z}} = 1 - {{\rm{e}}^{\tfrac{{{\varepsilon _2}\omega }}{{cn}}}}\Delta Z.$

(2)

结合能(E_b)被用来确定异质结在不同堆叠中的稳定性. 以Ga₂SeTe/In₂Se₃-P_up为例, 定义为

${E_{\text{b}}} = {E_{{\text{G}}{{\text{a}}_{\text{2}}}{\text{SeTe/I}}{{\text{n}}_{\text{2}}}{\text{S}}{{\text{e}}_{\text{3}}}{\text{-}}{{\text{P}}_{{\text{up}}}}}}-{E_{{\text{G}}{{\text{a}}_{\text{2}}}{\text{SeTe}}}} - {E_{{\text{I}}{{\text{n}}_{\text{2}}}{\text{S}}{{\text{e}}_{\text{3}}}{\text{-}}{{\text{P}}_{{\text{up}}}}}},$

(3)

其中, ${E_{{\text{G}}{{\text{a}}_{\text{2}}}{\text{SeTe/I}}{{\text{n}}_{\text{2}}}{\text{S}}{{\text{e}}_{\text{3}}}{\text{-}}{{\text{P}}_{{\text{up}}}}}}$ , ${E_{{\text{G}}{{\text{a}}_{\text{2}}}{\text{SeTe}}}}$ 和 ${E_{{\text{I}}{{\text{n}}_{\text{2}}}{\text{S}}{{\text{e}}_{\text{3}}}{\text{-}}{{\text{P}}_{{\text{up}}}}}}$ 分别表示Ga₂SeTe/In₂Se₃-P_up范德瓦耳斯异质结和原始单层Ga₂SeTe和In₂Se₃-P_up的总能量. In₂Se₃-P_up表示电极化向上时的单层In₂Se₃.

3. 计算结果与讨论

3.1 Janus Ga₂SeTe单层和In₂Se₃单层的几何结构和电子性质

首先分析二维In₂Se₃和Janus Ga₂SeTe的晶体结构和电子性质, 已有研究证明这两种二维材料的热力学和动力学稳定性^[35,48]. 图1显示了二维In₂Se₃和Ga₂SeTe优化后的晶体结构和能带结构. 单层In₂Se₃和Janus Ga₂SeTe结构优化后的晶格常数分别为4.11 Å和3.98 Å, 带隙值分别为0.78 eV和1.194 eV. 由图1(c)和(d)可知, 单层In₂Se₃的导带底(CBM)位于布里渊区Γ点处, 而价带顶(VBM)位于布里渊区Γ-M路径上, 可知二维In₂Se₃是一种间接带隙半导体. 与二维In₂Se₃不同的是, Janus Ga₂SeTe是一种直接带隙半导体, 其导带底和价带顶都位于布里渊区的Γ点处. 这两种材料的晶格失配率小于1%, 所以可以直接使用其原胞来构建异质结构.

$图 1 　(a) 二维Janus Ga2SeTe的俯视图(上)和侧视图(下); (b) 二维In2Se3的俯视图(上)和侧视图(下); (c) 二维Janus Ga2SeTe的能带结构图; (d) 二维In2Se3的能带结构图\r\nFig. 1. (a) Top view (upper) and side view (lower) of 2 D Janus Ga2SeTe; (b) top view (upper) and side view (lower) of 2 D In2Se3; (c) the energy band structure diagram of two-dimensional Janus Ga2SeTe; (d) energy band structure diagram of two-dimensional In2Se3.$

图 1 　(a) 二维Janus Ga₂SeTe的俯视图(上)和侧视图(下); (b) 二维In₂Se₃的俯视图(上)和侧视图(下); (c) 二维Janus Ga₂SeTe的能带结构图; (d) 二维In₂Se₃的能带结构图

Fig. 1. (a) Top view (upper) and side view (lower) of 2 D Janus Ga₂SeTe; (b) top view (upper) and side view (lower) of 2 D In₂Se₃; (c) the energy band structure diagram of two-dimensional Janus Ga₂SeTe; (d) energy band structure diagram of two-dimensional In₂Se₃.

下载: 全尺寸图片幻灯片

3.2 Janus二维硫化物异质结的稳定性和光电特性

由于二维Janus Ga₂SeTe打破镜面对称性, 存在一定大小的内建电场, 而单层In₂Se₃由于中心Se原子层发生移动, 产生自发的面外电极化, 是一种铁电材料. 考虑到两种二维材料极化方向的影响, 构建了4种Ga₂SeTe/In₂Se₃范德瓦耳斯垂直异质结模型, 如图2(a)—(d)所示. 4种异质结采用高对称的堆叠模式: 顶部Janus Ga₂SeTe层的Ga原子位于底部二维In₂Se₃接触面处的Se原子之上. 当In₂Se₃极性向下时, 接触面为Te原子的构型为AA1, 接触面为Se原子的构型为AA2; 当In₂Se₃极性向下时, 接触面为Te原子的构型为AB1, 接触面为Se原子的构型为AB2. 为了检验这4种异质结构模型的能量稳定性, 对这4种叠加构型进行了基态能和结合能的计算. 表1给出了4种叠加构型的结合能和带隙, 结合能都为负且足够大, 这意味着4种叠加构型都是稳定的.

表 1 4种Janus Ga₂SeTe/In₂Se₃范德瓦耳斯异质结的E_b和带隙(E_g)

Table 1. E_b and band gap (E_g) of four Janus Ga₂SeTe/In₂Se₃ Van der Waals heterojunctions.

	AA1	AA2	AB1	AB2
E_b/eV	–2.404	–2.380	–2.392	–2.367
E_g/eV	0.184	0.414	0.611	0.472

下载: 导出CSV

| 显示表格

$图 2 4种堆叠构型　(a) AA1, (b) AA2, (c) AB1, (d) AB2结构侧视图(上)及能带结构(下), 其中绿色为Ga2SeTe的贡献, 红色为In2Se3的贡献; (e) 相应的布里渊区和高对称点; (f)Janus Ga2SeTe/In2Se3异质结俯视图\r\nFig. 2. The structure side view (top) and band structure (bottom) of four stack configurations (a )AA1, (b) AA2, (c) AB1 and (d) AB2, Green is the contribution of Ga2SeTe and red is In2Se3. (e) Corresponding Brillouin zones and points of high symmetry; (f) top view of Janus Ga2SeTe/In2Se3 heterojunction.$

图 2 4种堆叠构型　(a) AA1, (b) AA2, (c) AB1, (d) AB2结构侧视图(上)及能带结构(下), 其中绿色为Ga₂SeTe的贡献, 红色为In₂Se₃的贡献; (e) 相应的布里渊区和高对称点; (f)Janus Ga₂SeTe/In₂Se₃异质结俯视图

Fig. 2. The structure side view (top) and band structure (bottom) of four stack configurations (a )AA1, (b) AA2, (c) AB1 and (d) AB2, Green is the contribution of Ga₂SeTe and red is In₂Se₃. (e) Corresponding Brillouin zones and points of high symmetry; (f) top view of Janus Ga₂SeTe/In₂Se₃ heterojunction.

下载: 全尺寸图片幻灯片

进一步计算了4种构型异质结(AA1, AA2, AB1和AB2)的投影能带结构, 如图2所示. 4种构型异质结的带隙分别为0.184, 0.414, 0.611和0.472 eV, 均小于原本的Janus Ga₂SeTe 和In₂Se₃单层的带隙, 其中导带底(CBM)都位于布里渊区Γ点, 价带顶(VBM)都位于布里渊区Γ-M路径上, 可知这4种异质结构都是间接带隙半导体.

从4种堆叠构型(AA1, AA2, AB1和AB2)的能带结构图中可以看出, 由于二维Janus Ga₂SeTe的极化强度较弱, 影响能带结构的主要因素是二维 In₂Se₃的极化方向. 接下来绘制了4种Janus Ga₂SeTe/In₂Se₃范德瓦耳斯异质结的能带对齐图进行进一步分析, 如图3所示. 从图3可以看出, 当In₂Se₃极性向下时, 即AA1, AA2堆叠构型中Janus Ga₂SeTe层的价带顶高于In₂Se₃层, 而In₂Se₃层的导带底低于Janus Ga₂SeTe层, 因此AA1, AA2堆叠构型的Ga₂SeTe/In₂Se₃异质结具有交错II型能带排列的性质. 而当In₂Se₃极性向上时, 即AB1, AB2堆叠构型的Ga₂SeTe/In₂Se₃异质结同样具有交错II型能带排列, 不同的是在价带顶由In₂Se₃层贡献, 导带底由Janus Ga₂SeTe贡献. 这是由于In₂Se₃极性方向不同导致的. 当In₂Se₃极性向下时, 即AA1, AA2堆叠构型, Janus Ga₂SeTe层在In₂Se₃层势能高的一侧, 这就导致Ga₂SeTe层的势能比In₂Se₃层更高, 价带顶和导带底均高于In₂Se₃层, 从而形成的异质结价带顶由Ga₂SeTe层贡献, 导带底由In₂Se₃层贡献. 当In₂Se₃极性向上时, 即AB1, AB2堆叠构型, Janus Ga₂SeTe层在In₂Se₃层势能低的一侧, 所得结果也就与极性向下时相反. 与能带结构相比, 异质结的导带偏移∆E_C(异质结中两种材料导带底能量差)和价带偏移∆E_V(异质结中两种材料价带顶能量差)在器件设计中更为重要. 4种堆叠构型(AA1, AA2, AB1和AB2)的∆E_C分别为0.781, 0.625, 0.806和0.767 eV, ∆E_V分别为0.899, 0.594, 0.231和0.463 eV. 在光的照射下, Ga₂SeTe和In₂Se₃层的价带中的一些电子都能被光激发到相应的导带中. 异质结的II型能带对齐情况有利于光致电子-空穴对的分离, 进而延长激子寿命. 在太阳光照射下, 异质结中出现光致电子的材料为受体, 出现光致空穴的材料为供体, 而Ga₂SeTe/In₂Se₃范德瓦耳斯异质结中的供体和受体材料由二维In₂Se₃的极化方向决定. 这意味着人为改变二维In₂Se₃的极化方向, 就可以改变供体和受体的材料, 使得Ga₂SeTe/In₂Se₃范德瓦耳斯异质结在太阳能电池的应用中有更优异的表现.

$图 3 单层Ga2SeTe、单层In2Se3、 Janus Ga2SeTe/In2Se3异质结　(a) AA1; (b) AA2; (c) AB1; (d) AB2堆叠构型的能带对齐图\r\nFig. 3. Band alignment of single-layer Ga2SeTe, single-layer In2Se3, Janus Ga2SeTe/In2Se3 heterojunction (a) AA1; (b) AA2; (c) AB1; (d) AB2 stack configurations.$

图 3 单层Ga₂SeTe、单层In₂Se₃、 Janus Ga₂SeTe/In₂Se₃异质结　(a) AA1; (b) AA2; (c) AB1; (d) AB2堆叠构型的能带对齐图

Fig. 3. Band alignment of single-layer Ga₂SeTe, single-layer In₂Se_3, Janus Ga₂SeTe/In₂Se₃ heterojunction (a) AA1; (b) AA2; (c) AB1; (d) AB2 stack configurations.

下载: 全尺寸图片幻灯片

异质结构的光吸收度如图4所示, 结果表明与原始的Ga₂SeTe单层和In₂Se₃单层相比, 4种Ga₂SeTe/In₂Se₃异质结(AA1, AA2, AB1和AB2)的光吸收度A(E)从可见光区域到紫外光区域都有明显的增强. 在可见光区域4种异质结构的光学吸收度最高达25%, 在紫外光区域光学吸收度最高达35%. 特别是AA1和AB1堆叠构型具有比另两种堆叠构型更强的层间作用, 在可见光区域都有一个较明显的吸收峰, 增强的光吸收度表明Ga₂SeTe/In₂Se₃范德瓦耳斯异质结比其原始的两种材料更适用于光电器件. Ga₂SeTe单层、In₂Se₃单层、Ga₂SeTe/In₂Se₃范德瓦耳斯异质结构(AA1, AA2, AB1和AB2)的第一吸收峰分别约位于1.22, 1.14, 0.73, 0.88, 1.05和0.85 eV, 说明其光学间隙值与电子间隙值基本吻合. 由于两层间的电子态杂化, Ga₂SeTe/In₂Se₃范德瓦耳斯异质结构的第一吸收峰较孤立的Ga₂SeTe和In₂Se₃单层结构的第一吸收峰发生了红移. 上述结果表明基于Ga₂SeTe/In₂Se₃异质结的光伏器件能有效吸收更宽光谱的太阳光, 具有较高的太阳能收集能力.

$图 4 (a) Janus Ga2SeTe/In2Se3异质结AA1, AA2, AB1, AB2堆叠构型、单层Ga2SeTe、单层In2Se3的光吸收度; (b) 局部放大图\r\nFig. 4. (a) The light absorption of Janus Ga2SeTe/In2Se3 heterojunction AA1, AA2, AB1, AB2 stacking configuration, monolayer Ga2SeTe, monolayer In2Se3; (b) partial magnification.$

图 4 (a) Janus Ga₂SeTe/In₂Se₃异质结AA1, AA2, AB1, AB2堆叠构型、单层Ga₂SeTe、单层In₂Se₃的光吸收度; (b) 局部放大图

Fig. 4. (a) The light absorption of Janus Ga₂SeTe/In₂Se₃ heterojunction AA1, AA2, AB1, AB2 stacking configuration, monolayer Ga₂SeTe, monolayer In₂Se₃; (b) partial magnification.

下载: 全尺寸图片幻灯片

3.3 Janus二维硫化物异质结在应变和电场调控下的电子结构与光学性质

已有的研究表明双轴应变是一种有效的调控手段^[49], 可以调控二维Janus Ga₂SeTe和二维In₂Se₃的电子结构, 虽然二者通过层间范德瓦耳斯相互作用垂直堆叠形成异质结, 但较小的晶格失配会产生轻微平面内应变, 这可能导致异质结的电子结构和光学性质发生变化. 除了双轴应变, 外加电场也是调节异质结电子性质和光学性质的有效方法^[50]. 实验中通常是通过静电门控产生的电场来调节器件的性能.

工作中考虑了从–4%—+4%的双轴应变, 正负号分别表示拉伸应变和压缩应变. 从图5(b)可以发现, 当双轴应变为–4%—+4%时, AB2叠加构型保持为间接带隙半导体, 带隙从0.557 eV单调减小到0.351 eV. 与AB2叠加构型不同的是, AA2叠加构型的带隙在施加同样大小的双轴应变过程中先增大后减小, 如图5(a)所示, 并且在ε = –1%处带隙出现极大值(0.482 eV), 此外在这个过程中AA2叠加构型出现了直接—间接带隙跃迁, 在ε = –1%处是直接带隙向间接带隙转变的地方.

$图 5 Janus Ga2SeTe/In2Se3异质结　(a) AA2, (b) AB2堆叠构型CBM、VBM和带隙与双轴应变的函数关系图; 双轴应变下(c) AA2, (d) AB2堆叠构型的能带结构\r\nFig. 5. Function of Janus Ga2SeTe/In2Se3 heterojunction (a) AA2, (b) AB2 stacked configuration CBM, VBM and Band gap with biaxial strain; band structure of (c) AA2, (d) AB2 stacked configuration under biaxial strain.$

图 5 Janus Ga₂SeTe/In₂Se₃异质结　(a) AA2, (b) AB2堆叠构型CBM、VBM和带隙与双轴应变的函数关系图; 双轴应变下(c) AA2, (d) AB2堆叠构型的能带结构

Fig. 5. Function of Janus Ga₂SeTe/In₂Se₃ heterojunction (a) AA2, (b) AB2 stacked configuration CBM, VBM and Band gap with biaxial strain; band structure of (c) AA2, (d) AB2 stacked configuration under biaxial strain.

下载: 全尺寸图片幻灯片

为了进一步研究双轴应变对两种异质结的能带结构造成的影响, 绘制了两种异质结在不同应变情况下的投影能带图, 如图5(c)和(d)所示, Ga₂SeTe/In₂Se₃异质结的两种堆叠构型(AA2, AB2)在施加–4%—+4%双轴应变范围内, VBM和CBM的贡献者没有发生变化, 这意味着两种叠加构型中Ga₂SeTe和In₂Se₃两组分的II型能带排列保持不变, 再一次证实了能带排列主要受In₂Se₃极化方向的影响. 当双轴应变为–4%—+4%时, AA2叠加构型投影能带结构的变化显示导带底在Γ点处保持不变, 而Ga₂SeTe贡献的价带顶从Γ点处转移到Γ-M路径处, 并且出现了明显的层间杂化, 这是直接—间接带隙跃迁的根源. 而AB2叠加构型的带隙在上述过程中一直减小, 从投影能带结构的变化可以看出这主要是Ga₂SeTe贡献的导带底向下移动导致的.

以AA2叠加构型为例详细分析双轴应变对异质结电子结构的影响. 当异质结受到拉伸应变时, 导致In₂Se₃层原子轨道之间的作用增强, 极化强度增大, 从Ga₂SeTe层转移到In₂Se₃层的电荷增多, 从而Ga₂SeTe的能带相对向下移动, In₂Se₃的能带相对向上移动. 此外, 除了能带的相对移动, 施加应变过程还会导致层内材料带隙的变化, 比如拉伸应变导致Ga₂SeTe的带隙减小, 这两方面的因素共同造成异质结带隙变化, 导带能带偏移减小. 相反的是, 压缩应变减小In₂Se₃层内的轨道间的相互作用, 从而电荷从Ga₂SeTe层到In₂Se₃层的转移趋势减缓, 再考虑到压缩应变引发的层内材料的带隙变化, 增大能带偏移, 从而减小带隙. 上述情况意味着双轴应变可以有效调制异质结的电子性质.

此外, 本项工作还研究了外加电场对Janus Ga₂SeTe/In₂Se₃范德瓦耳斯异质结构的影响. 电场的正方向定义为In₂Se₃指向Ga₂SeTe的方向, 范围为–0.4 —+0.4 V/Å. Janus Ga₂SeTe/In₂Se₃异质结的两种堆叠构型(AA2, AB2)在不同电场下的带隙变化如图6(a)和(b)所示, 很明显外加电场可以有效地调节两种异质结的带隙大小. 当外加电场为–0.4—+0.4 V/Å时, AA2叠加构型的带隙单调增大, 从0.195 eV增大到0.714 eV. 相反的是, AB2叠加构型的带隙在这一过程中从0.859 eV单调减小到0.058 eV. 可以看出与双轴应变相比, 外加电场对这两种异质结带隙的影响要大得多. 图6(c)和(d)为两种异质结在不同电场条件下的投影能带图, 两种异质结在–0.4—+0.4 V/Å的电场下II型能带排列保持不变. 虽然电场能有效调节异质结带隙大小, 但两种叠加构型都没有出现直接-间接带隙转变, 始终保持为间接带隙半导体. AA2叠加构型的带隙在上述过程中一直增大, 这主要是In₂Se₃贡献的导带底向上移动导致的. 对于AB2叠加构型而言, 正电场减小其带隙, 负电场增大其带隙, 这与Ga₂SeTe在导带底的贡献密切相关.

$图 6 Janus Ga2SeTe/In2Se3异质结　(a) AA2, (b) AB2堆叠构型CBM, VBM和带隙与外加电场的函数关系图, 外加电场下(c) AA2, (d) AB2堆叠构型的能带结构\r\nFig. 6. Function of Janus Ga2SeTe/In2Se3 heterojunction (a) AA2, (b) AB2 stacked configuration CBM, VBM and band gap with external electric field, band structure of (c) AA2, (d) AB2 stacked configuration under external electric field.$

图 6 Janus Ga₂SeTe/In₂Se₃异质结　(a) AA2, (b) AB2堆叠构型CBM, VBM和带隙与外加电场的函数关系图, 外加电场下(c) AA2, (d) AB2堆叠构型的能带结构

Fig. 6. Function of Janus Ga₂SeTe/In₂Se₃ heterojunction (a) AA2, (b) AB2 stacked configuration CBM, VBM and band gap with external electric field, band structure of (c) AA2, (d) AB2 stacked configuration under external electric field.

下载: 全尺寸图片幻灯片

与双轴应变调控不同, 外加电场对两种异质结的∆E_C(异质结中两种材料导带底能量差)和∆E_V(异质结中两种材料价带顶能量差)都有较大的影响, 从而对带隙的调控作用比较明显. 从投影能带可以看出, 对于AA2叠加构型而言, 正电场抑制能带偏移, 负电场增强能带偏移, 而AB2叠加构型完全相反. 进一步探讨外加电场调控两种异质结构模型的电子性质的物理起源, 从电偶极子和电荷转移进行分析. Janus Ga₂SeTe/In₂Se₃中的电偶极子包括本征偶极子和界面偶极子两部分, 其中本征偶极子主要是由In₂Se₃层内在的电偶极子产生, 而界面偶极子是由Ga₂SeTe/In₂Se₃异质结中接触界面上的电荷重新分布导致的. 对于AA2叠加构型而言, 当负电场作用于异质结时, 由于电场方向与In₂Se₃层相同, 内建电场增强, 驱使更多电荷从Ga₂SeTe层向In₂Se₃层转移, 从而Ga₂SeTe的能带相对向下移动, In₂Se₃的能带相对向上移动, 从而导致带隙减小, 能带偏移增大的结果. 相反的是, 正电场与In₂Se₃层的内建电场方向相反, 减弱了电荷从Ga₂SeTe层到In₂Se₃层的转移, 从而减小带隙, 增大能带偏移. 而对于AB2叠加构型而言, In₂Se₃层极化方向与AA2构型的相反, 正负电场的作用也就导致了与AA2相反的结果. 这为利用外加电场调制异质结的界面状态提供了实验可行性.

在–4%—+4%的应变范围内, 如图7(a)和(b)所示, 与无应变情况相比, AA2, AB2两种堆叠构型仍保持了高达25%的高光吸收度和从可见光区到紫外光区的宽吸收区. 当入射光子能量为3.1 eV时, AA2和AB2两种堆叠构型在–4%应变情况下都出现了一个明显的吸收峰, 说明在短波长可见光区域对两种堆叠构型施加压缩应变可以获得更高的光吸收度. 这意味着即使在器件设计中出现晶格失配引起的面内应变, Ga₂SeTe/In₂Se₃异质结的这两种构型也具有优异的电子和光学性能. 从图7(c)和(d)可以看出, 两种异质结的高光吸收度A(E)对外加电场并不敏感, 在可见光区域没有明显增大, 但仍维持在25%以上的较高水平. 随着外加电场从–0.4 V/Å增大到0 V/Å再增大到0.4 V/Å, AA2堆叠构型的第一吸收峰分别约位于入射光子能量为0.62, 0.89和0.99 eV处, 其光学间隙值与电子间隙值比较吻合, 说明这几个吸收峰主要与层间耦合有关.

$图 7 双轴应变为–4%, 0%, 4%下Janus Ga2SeTe/In2Se3异质结　(a) AA2, (b) AB2堆叠构型的光吸收度; 外加电场为–0.4, 0, 0.4 V/Å下Ga2SeTe/In2Se3异质结(c) AA2, (d) AB2堆叠构型的光吸收度\r\nFig. 7. The light absorption of Janus Ga2SeTe/In2Se3 heterojunction (a) AA2, (b) AB2 stack configuration under biaxial strain of –4%, 0% and 4%. The optical absorption of Ga2SeTe/In2Se3 heterojunction (c) AA2, (d) AB2 stack configuration under applied electric field of –0.4, 0, 0.4 V/Å.$

图 7 双轴应变为–4%, 0%, 4%下Janus Ga₂SeTe/In₂Se₃异质结　(a) AA2, (b) AB2堆叠构型的光吸收度; 外加电场为–0.4, 0, 0.4 V/Å下Ga₂SeTe/In₂Se₃异质结(c) AA2, (d) AB2堆叠构型的光吸收度

Fig. 7. The light absorption of Janus Ga₂SeTe/In₂Se₃ heterojunction (a) AA2, (b) AB2 stack configuration under biaxial strain of –4%, 0% and 4%. The optical absorption of Ga₂SeTe/In₂Se₃ heterojunction (c) AA2, (d) AB2 stack configuration under applied electric field of –0.4, 0, 0.4 V/Å.

下载: 全尺寸图片幻灯片

4. 结　论

本文研究了Janus二维硫化物异质结的电子结构和光学性质以及双轴应变和外加电场对它的影响. 异质结组分材料选用晶格失配率非常小的二维Janus Ga₂SeTe和二维In₂Se₃, 基于二维Janus Ga₂SeTe和二维In₂Se₃的内建电场构建了四种堆叠构型的异质结构, 这类异质结结构稳定, 相比组分材料表现出更优异的光学性质, 组分材料中的二维In₂Se₃的内建电场决定了能带结构和能带对齐. 在双轴应变作用下, Janus Ga₂SeTe/In₂Se₃异质结的电子结构和光学性质发生了明显变化, 压缩应变作用下的异质结在可见光波长较短区域表现出更优异的光吸收能力, AA2堆叠构型出现了直接-间接带隙跃迁, 双轴应变影响此类异质结的电子结构主要体现在不同材料层间的电荷转移和层内组分材料本身电子结构的变化. 外加电场作用下, 此类异质结仍表现出优异的光学性质, 外加电场主要影响了异质结中接触界面上的电荷分布, 从而实现Janus Ga₂SeTe/In₂Se₃异质结电子结构的有效调控.

References

[1]	Butler S Z, Hollen S M, Cap L, et al. 2013 ACS Nano 7 2898 Google Scholar
[2]	Das S, Robinson J A, Dubey M, et al. 2015 Annu. Rev. Mater. Res. 45 1 Google Scholar
[3]	Zhu B, Zhang X, Zeng B, et al. 2017 Org. Electron. 49 45 Google Scholar
[4]	OuYang F P, Xu H, Fan T 2007 J. Appl. Phys. 102 064501 Google Scholar
[5]	Chen J Y, Li X X, Zhou W Z, et al. 2020 Adv. Electron. Mater. 6 1900490 Google Scholar
[6]	Neto A H C, Guinea F, Peres N M R, et al. 2009 Rev. Mod. Phys. 81 109 Google Scholar
[7]	OuYang F P, Xu Hui, Wei Chen 2008 Acta Phys. Sin. Ch. Ed. 57 1073 Google Scholar
[8]	Feng B J, Ding Z J, Meng S, et al. 2012 Nano Lett. 12 3507 Google Scholar
[9]	Qiao J, Kong X, Hu Z X, et al. 2014 Nat. Commun. 5 4475 Google Scholar
[10]	Xiao J, Long M Q, Li X M, et al. 2014 J. Phys. Condens. Matter 26 405302 Google Scholar
[11]	Zhu P, Chen Y, Zhou Y, et al. 2018 Int. J. Hydrog. Energy 43 14087 Google Scholar
[12]	Wu D, Shi J, Zheng X, et al. 2019 Phys. Status Solidi Rapid Res. Lett. 13 1900063 Google Scholar
[13]	Zhu J, Ha E, Zhao G L, et al. 2017 Coord. Chem. Rev. 352 306 Google Scholar
[14]	Ouyang F P, Ni X, Yang Z X, et al. 2013 J. Appl. Phys. 114 213701 Google Scholar
[15]	Hu Y, Zhang S, Sun S, et al. 2015 Appl. Phys. Lett. 107 122107 Google Scholar
[16]	Guo G, Shi Y, Zhang Y, et al. 2020 Comput. Mater. Sci. 172 109348 Google Scholar
[17]	Chen L N, OuYang F P, Ma S S, et al. 2010 Phys. Lett. A 374 4343 Google Scholar
[18]	Xiao J, Yang Z X, Xie W T, et al. 2012 Chin. Phys. B 21 027102 Google Scholar
[19]	Zhou W Z, Yang Z X, Li A L, et al. 2020 Phys. Rev. B 101 045113 Google Scholar
[20]	Chen H, Li Y, Huang L, et al. 2015 J. Phys. Chem. C 119 29148 Google Scholar
[21]	Long R, Prezhdo O. V 2016 Nano Lett. 16 1996 Google Scholar
[22]	Ahmad W, Liu J, Jiang J, et al. 2021 Adv. Funct. Mater. 31 2104143 Google Scholar
[23]	Geim, Andre K, Grigorieva I V 2013 Nature 499 419 Google Scholar
[24]	Novoselov K S, Mishchenko A, Carvalho A, et al. 2016 Science 353 aac9439 Google Scholar
[25]	Zhu Z, Zhang B, Chen X, et al. 2020 Appl. Phys. Lett. 117 082902 Google Scholar
[26]	Almayyali, Ali Obies Muhsen, Bahjat B Kadhim, et al. 2020 Chem. Phys. 532 110679 Google Scholar
[27]	Shang J, Pan L, Wang X, et al. 2018 J. Mater. Chem. C 6 7201 Google Scholar
[28]	Ding W J, Zhu J B, Wang Z, et al. 2017 Nat. Commun. 8 14956 Google Scholar
[29]	Hu L, Huang X 2017 RSC Adv. 7 55034 Google Scholar
[30]	Chen Y, Tang Z, Shan H, et al. 2021 Phys. Rev. B 104 075449 Google Scholar
[31]	Duan X, Tang S, Huang Z 2021 Comput. Mater. Sci. 200 110819 Google Scholar
[32]	Li R, Li L, Cheng Y, et al. 2018 Small 14 1802091 Google Scholar
[33]	Ibarra-Hernández W, Elsayed H, Romero A H, et al. 2017 Phys. Rev. B 96 035201 Google Scholar
[34]	Kandemir A, Sahin H 2018 Phys. Rev. B 97 155410 Google Scholar
[35]	Guo Y, Zhou S, Bai Y, et al. 2017 Appl. Phys. Lett. 110 163102 Google Scholar
[36]	Bui H D, Jappor H R, Hieu N N 2019 Superlattices Microstruct. 125 1 Google Scholar
[37]	Singh S, Choudhary S 2022 Eur. Phys. J. D 76 1 Google Scholar
[38]	Min J, Zhou M, Zhang C, et al. 2021 Phys. Lett. A 413 127594 Google Scholar
[39]	Kresse G, Furthmüller J 1996 Comput. Mater. Sci. 6 15 Google Scholar
[40]	Kresse G, Furthmüller J, Hafner J 1994 Phys. Rev. B 50 13181 Google Scholar
[41]	Perdew J P, Burke K, Ernzerhof M 1996 Phys. Rev. Lett. 77 3865 Google Scholar
[42]	Kerber T, Sierka M, Sauer J 2008 J. Comput. Chem. 29 2088 Google Scholar
[43]	Grimme S 2006 J. Comput. Chem. 27 1787 Google Scholar
[44]	Monkhorst H J, Pack J D 1976 Phys. Rev. B 13 5188 Google Scholar
[45]	Bernardi M, Palummo M, Grossman J C 2013 Nano Lett. 13 3664 Google Scholar
[46]	Huang B, Deng H X, Lee H, et al. 2014 Phys. Rev. X 4 021029
[47]	Shi G, Kioupakis E 2015 Nano Lett. 15 6926 Google Scholar
[48]	Tao X, Gu Y 2013 Nano Lett. 13 3501 Google Scholar
[49]	Zhang W X, Shi C H, He C, et al. 2020 J. Solid State Chem. 289 121511 Google Scholar
[50]	Li X, Zhai B, Song X, et al. 2020 Appl. Surf. Sci. 509 145317 Google Scholar

图 1 　(a) 二维Janus Ga₂SeTe的俯视图(上)和侧视图(下); (b) 二维In₂Se₃的俯视图(上)和侧视图(下); (c) 二维Janus Ga₂SeTe的能带结构图; (d) 二维In₂Se₃的能带结构图

Figure 1. (a) Top view (upper) and side view (lower) of 2 D Janus Ga₂SeTe; (b) top view (upper) and side view (lower) of 2 D In₂Se₃; (c) the energy band structure diagram of two-dimensional Janus Ga₂SeTe; (d) energy band structure diagram of two-dimensional In₂Se₃.

DownLoad: Full-Size Img PowerPoint

图 2 4种堆叠构型　(a) AA1, (b) AA2, (c) AB1, (d) AB2结构侧视图(上)及能带结构(下), 其中绿色为Ga₂SeTe的贡献, 红色为In₂Se₃的贡献; (e) 相应的布里渊区和高对称点; (f)Janus Ga₂SeTe/In₂Se₃异质结俯视图

Figure 2. The structure side view (top) and band structure (bottom) of four stack configurations (a )AA1, (b) AA2, (c) AB1 and (d) AB2, Green is the contribution of Ga₂SeTe and red is In₂Se₃. (e) Corresponding Brillouin zones and points of high symmetry; (f) top view of Janus Ga₂SeTe/In₂Se₃ heterojunction.

DownLoad: Full-Size Img PowerPoint

图 3 单层Ga₂SeTe、单层In₂Se₃、 Janus Ga₂SeTe/In₂Se₃异质结　(a) AA1; (b) AA2; (c) AB1; (d) AB2堆叠构型的能带对齐图

Figure 3. Band alignment of single-layer Ga₂SeTe, single-layer In₂Se_3, Janus Ga₂SeTe/In₂Se₃ heterojunction (a) AA1; (b) AA2; (c) AB1; (d) AB2 stack configurations.

DownLoad: Full-Size Img PowerPoint

图 4 (a) Janus Ga₂SeTe/In₂Se₃异质结AA1, AA2, AB1, AB2堆叠构型、单层Ga₂SeTe、单层In₂Se₃的光吸收度; (b) 局部放大图

Figure 4. (a) The light absorption of Janus Ga₂SeTe/In₂Se₃ heterojunction AA1, AA2, AB1, AB2 stacking configuration, monolayer Ga₂SeTe, monolayer In₂Se₃; (b) partial magnification.

DownLoad: Full-Size Img PowerPoint

图 5 Janus Ga₂SeTe/In₂Se₃异质结　(a) AA2, (b) AB2堆叠构型CBM、VBM和带隙与双轴应变的函数关系图; 双轴应变下(c) AA2, (d) AB2堆叠构型的能带结构

Figure 5. Function of Janus Ga₂SeTe/In₂Se₃ heterojunction (a) AA2, (b) AB2 stacked configuration CBM, VBM and Band gap with biaxial strain; band structure of (c) AA2, (d) AB2 stacked configuration under biaxial strain.

DownLoad: Full-Size Img PowerPoint

图 6 Janus Ga₂SeTe/In₂Se₃异质结　(a) AA2, (b) AB2堆叠构型CBM, VBM和带隙与外加电场的函数关系图, 外加电场下(c) AA2, (d) AB2堆叠构型的能带结构

Figure 6. Function of Janus Ga₂SeTe/In₂Se₃ heterojunction (a) AA2, (b) AB2 stacked configuration CBM, VBM and band gap with external electric field, band structure of (c) AA2, (d) AB2 stacked configuration under external electric field.

DownLoad: Full-Size Img PowerPoint

图 7 双轴应变为–4%, 0%, 4%下Janus Ga₂SeTe/In₂Se₃异质结　(a) AA2, (b) AB2堆叠构型的光吸收度; 外加电场为–0.4, 0, 0.4 V/Å下Ga₂SeTe/In₂Se₃异质结(c) AA2, (d) AB2堆叠构型的光吸收度

Figure 7. The light absorption of Janus Ga₂SeTe/In₂Se₃ heterojunction (a) AA2, (b) AB2 stack configuration under biaxial strain of –4%, 0% and 4%. The optical absorption of Ga₂SeTe/In₂Se₃ heterojunction (c) AA2, (d) AB2 stack configuration under applied electric field of –0.4, 0, 0.4 V/Å.

DownLoad: Full-Size Img PowerPoint

表 1 4种Janus Ga₂SeTe/In₂Se₃范德瓦耳斯异质结的E_b和带隙(E_g)

Table 1. E_b and band gap (E_g) of four Janus Ga₂SeTe/In₂Se₃ Van der Waals heterojunctions.

AA1 AA2 AB1 AB2

E_b/eV –2.404 –2.380 –2.392 –2.367
E_g/eV 0.184 0.414 0.611 0.472

DownLoad: CSV

[1]	Butler S Z, Hollen S M, Cap L, et al. 2013 ACS Nano 7 2898 Google Scholar
[2]	Das S, Robinson J A, Dubey M, et al. 2015 Annu. Rev. Mater. Res. 45 1 Google Scholar
[3]	Zhu B, Zhang X, Zeng B, et al. 2017 Org. Electron. 49 45 Google Scholar
[4]	OuYang F P, Xu H, Fan T 2007 J. Appl. Phys. 102 064501 Google Scholar
[5]	Chen J Y, Li X X, Zhou W Z, et al. 2020 Adv. Electron. Mater. 6 1900490 Google Scholar
[6]	Neto A H C, Guinea F, Peres N M R, et al. 2009 Rev. Mod. Phys. 81 109 Google Scholar
[7]	OuYang F P, Xu Hui, Wei Chen 2008 Acta Phys. Sin. Ch. Ed. 57 1073 Google Scholar
[8]	Feng B J, Ding Z J, Meng S, et al. 2012 Nano Lett. 12 3507 Google Scholar
[9]	Qiao J, Kong X, Hu Z X, et al. 2014 Nat. Commun. 5 4475 Google Scholar
[10]	Xiao J, Long M Q, Li X M, et al. 2014 J. Phys. Condens. Matter 26 405302 Google Scholar
[11]	Zhu P, Chen Y, Zhou Y, et al. 2018 Int. J. Hydrog. Energy 43 14087 Google Scholar
[12]	Wu D, Shi J, Zheng X, et al. 2019 Phys. Status Solidi Rapid Res. Lett. 13 1900063 Google Scholar
[13]	Zhu J, Ha E, Zhao G L, et al. 2017 Coord. Chem. Rev. 352 306 Google Scholar
[14]	Ouyang F P, Ni X, Yang Z X, et al. 2013 J. Appl. Phys. 114 213701 Google Scholar
[15]	Hu Y, Zhang S, Sun S, et al. 2015 Appl. Phys. Lett. 107 122107 Google Scholar
[16]	Guo G, Shi Y, Zhang Y, et al. 2020 Comput. Mater. Sci. 172 109348 Google Scholar
[17]	Chen L N, OuYang F P, Ma S S, et al. 2010 Phys. Lett. A 374 4343 Google Scholar
[18]	Xiao J, Yang Z X, Xie W T, et al. 2012 Chin. Phys. B 21 027102 Google Scholar
[19]	Zhou W Z, Yang Z X, Li A L, et al. 2020 Phys. Rev. B 101 045113 Google Scholar
[20]	Chen H, Li Y, Huang L, et al. 2015 J. Phys. Chem. C 119 29148 Google Scholar
[21]	Long R, Prezhdo O. V 2016 Nano Lett. 16 1996 Google Scholar
[22]	Ahmad W, Liu J, Jiang J, et al. 2021 Adv. Funct. Mater. 31 2104143 Google Scholar
[23]	Geim, Andre K, Grigorieva I V 2013 Nature 499 419 Google Scholar
[24]	Novoselov K S, Mishchenko A, Carvalho A, et al. 2016 Science 353 aac9439 Google Scholar
[25]	Zhu Z, Zhang B, Chen X, et al. 2020 Appl. Phys. Lett. 117 082902 Google Scholar
[26]	Almayyali, Ali Obies Muhsen, Bahjat B Kadhim, et al. 2020 Chem. Phys. 532 110679 Google Scholar
[27]	Shang J, Pan L, Wang X, et al. 2018 J. Mater. Chem. C 6 7201 Google Scholar
[28]	Ding W J, Zhu J B, Wang Z, et al. 2017 Nat. Commun. 8 14956 Google Scholar
[29]	Hu L, Huang X 2017 RSC Adv. 7 55034 Google Scholar
[30]	Chen Y, Tang Z, Shan H, et al. 2021 Phys. Rev. B 104 075449 Google Scholar
[31]	Duan X, Tang S, Huang Z 2021 Comput. Mater. Sci. 200 110819 Google Scholar
[32]	Li R, Li L, Cheng Y, et al. 2018 Small 14 1802091 Google Scholar
[33]	Ibarra-Hernández W, Elsayed H, Romero A H, et al. 2017 Phys. Rev. B 96 035201 Google Scholar
[34]	Kandemir A, Sahin H 2018 Phys. Rev. B 97 155410 Google Scholar
[35]	Guo Y, Zhou S, Bai Y, et al. 2017 Appl. Phys. Lett. 110 163102 Google Scholar
[36]	Bui H D, Jappor H R, Hieu N N 2019 Superlattices Microstruct. 125 1 Google Scholar
[37]	Singh S, Choudhary S 2022 Eur. Phys. J. D 76 1 Google Scholar
[38]	Min J, Zhou M, Zhang C, et al. 2021 Phys. Lett. A 413 127594 Google Scholar
[39]	Kresse G, Furthmüller J 1996 Comput. Mater. Sci. 6 15 Google Scholar
[40]	Kresse G, Furthmüller J, Hafner J 1994 Phys. Rev. B 50 13181 Google Scholar
[41]	Perdew J P, Burke K, Ernzerhof M 1996 Phys. Rev. Lett. 77 3865 Google Scholar
[42]	Kerber T, Sierka M, Sauer J 2008 J. Comput. Chem. 29 2088 Google Scholar
[43]	Grimme S 2006 J. Comput. Chem. 27 1787 Google Scholar
[44]	Monkhorst H J, Pack J D 1976 Phys. Rev. B 13 5188 Google Scholar
[45]	Bernardi M, Palummo M, Grossman J C 2013 Nano Lett. 13 3664 Google Scholar
[46]	Huang B, Deng H X, Lee H, et al. 2014 Phys. Rev. X 4 021029
[47]	Shi G, Kioupakis E 2015 Nano Lett. 15 6926 Google Scholar
[48]	Tao X, Gu Y 2013 Nano Lett. 13 3501 Google Scholar
[49]	Zhang W X, Shi C H, He C, et al. 2020 J. Solid State Chem. 289 121511 Google Scholar
[50]	Li X, Zhai B, Song X, et al. 2020 Appl. Surf. Sci. 509 145317 Google Scholar

[1]	CHEN Fusong, DU Lingyan, TAN Xingyi, LI Qiang. First principles study of photoelectric properties of (S, Se) co-doped Si. Acta Physica Sinica, 2025, 74(7): 077101. doi: 10.7498/aps.74.20241434
[2]	Wang Xiu-Yu, Wang Tao, Cui Yu-Ang, Wu Xi-Guang-Run, Wang Yang. First-principles study of effect of impurity compensation on optical properties of Si. Acta Physica Sinica, 2024, 73(11): 116301. doi: 10.7498/aps.73.20231814
[3]	Liu Jun-Ling, Bai Yu-Jie, Xu Ning, Zhang Qin-Fang. First-principles study on electronic structure of GaS/Mg(OH)₂ heterostructure. Acta Physica Sinica, 2024, 73(13): 137103. doi: 10.7498/aps.73.20231979
[4]	Wang Fan-Fan, Chen Dong, Yuan Jun, Zhang Zhu-Feng, Jiang Tao, Zhou Jun. Interlayer angle dependence of photoelectric properties of Sb/SnC van der Waals heterojunction and its application. Acta Physica Sinica, 2024, 73(22): 227101. doi: 10.7498/aps.73.20241138
[5]	Zhu Kai, Huang Can, Cao Bang-Jie, Pan Yan-Fei, Fan Ji-Yu, Ma Chun-Lan, Zhu Yan. First-principles study of role of Kitaev interaction in monolayer 1T-CoI₂. Acta Physica Sinica, 2023, 72(24): 247101. doi: 10.7498/aps.72.20230909
[6]	Tang Jia-Xin, Li Zhan-Hai, Deng Xiao-Qing, Zhang Zhen-Hua. Electrical contact characteristics and regulatory effects of GaN/VSe₂ van der Waals heterojunction. Acta Physica Sinica, 2023, 72(16): 167101. doi: 10.7498/aps.72.20230191
[7]	Huang Min, Li Zhan-Hai, Cheng Fang. Tunable electronic structures and interface contact in graphene/C₃N van der Waals heterostructures. Acta Physica Sinica, 2023, 72(14): 147302. doi: 10.7498/aps.72.20230318
[8]	Zhang Lun, Chen Hong-Li, Yi Yu, Zhang Zhen-Hua. Electronic and optical properties and quantum tuning effects of As/Hfs₂ van der Waals heterostructure. Acta Physica Sinica, 2022, 71(17): 177304. doi: 10.7498/aps.71.20220371
[9]	Kong Yu-Han, Wang Rong, Xu Ming-Sheng. Photoluminescence properties of CuPc/MoS₂ van der Waals heterostructure. Acta Physica Sinica, 2022, 71(12): 128103. doi: 10.7498/aps.71.20220132
[10]	Yao Yi-Zhou, Cao Dan, Yan Jie, Liu Xue-Yin, Wang Jian-Feng, Jiang Zhou-Ting, Shu Hai-Bo. A first-principles study on environmental stability and optoelectronic properties of bismuth oxychloride/ cesium lead chloride van der Waals heterojunctions. Acta Physica Sinica, 2022, 71(19): 197901. doi: 10.7498/aps.71.20220544
[11]	Li Fa-Yun, Yang Zhi-Xiong, Cheng Xue, Zeng Li-Ying, Ouyang Fang-Ping. First-principles study of electronic structure and optical properties of monolayer defective tellurene. Acta Physica Sinica, 2021, 70(16): 166301. doi: 10.7498/aps.70.20210271
[12]	Xu Xiang, Zhang Ying, Yan Qing, Liu Jing-Jing, Wang Jun, Xu Xin-Long, Hua Deng-Xin. Photochemical properties of rhenium disulfide/graphene heterojunctions with different stacking structures. Acta Physica Sinica, 2021, 70(9): 098203. doi: 10.7498/aps.70.20201904
[13]	Wu Tian, Yao Meng-Li, Long Meng-Qiu. First principle calculations of interface interactions and photoelectric properties of perovskite CsPbX₃ (X=Cl, Br, I) and penta-graphene van der Waals heterostructures. Acta Physica Sinica, 2021, 70(5): 056301. doi: 10.7498/aps.70.20201246
[14]	Jia Wan-Li, Zhou Miao, Wang Xin-Mei, Ji Wei-Li. First-principles study on the optical properties of Fe-doped GaN. Acta Physica Sinica, 2018, 67(10): 107102. doi: 10.7498/aps.67.20172290
[15]	Zhang Li-Yong, Fang Liang, Peng Xiang-Yang. Tuning the electronic property of monolayer MoS2 adsorbed on metal Au substrate: a first-principles study. Acta Physica Sinica, 2015, 64(18): 187101. doi: 10.7498/aps.64.187101
[16]	He Jing-Fang, Zheng Shu-Kai, Zhou Peng-Li, Shi Ru-Qian, Yan Xiao-Bing. First-principles calculations on the electronic and optical properties of ZnO codoped with Cu-Co. Acta Physica Sinica, 2014, 63(4): 046301. doi: 10.7498/aps.63.046301
[17]	Li Hong-Lin, Zhang Zhong, Lü Ying-Bo, Huang Jin-Zhao, Zhang Ying, Liu Ru-Xi. First principles study on the electronic and optical properties of ZnO doped with rare earth. Acta Physica Sinica, 2013, 62(4): 047101. doi: 10.7498/aps.62.047101
[18]	Wu Mu-Sheng, Xu Bo, Liu Gang, Ouyang Chu-Ying. First-principles study on the electronic structures of Cr- and W-doped single-layer MoS2. Acta Physica Sinica, 2013, 62(3): 037103. doi: 10.7498/aps.62.037103
[19]	Wu Mu-Sheng, Xu Bo, Liu Gang, Ouyang Chu-Ying. The effect of strain on band structure of single-layer MoS2: an ab initio study. Acta Physica Sinica, 2012, 61(22): 227102. doi: 10.7498/aps.61.227102
[20]	Yu Zhi-Qiang. Electronic structure and photoelectric properties of OsSi2 epitaxially grown on a Si(111) substrate. Acta Physica Sinica, 2012, 61(21): 217102. doi: 10.7498/aps.61.217102

Catalog

Vol. 72, Issue 7 - 2023-04-05

Metrics

Abstract views: 5494
PDF Downloads: 155

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

Search

Article

留言板