几类二维半导体复合结构材料界面电子转移特性的研究

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近年来,二维半导体材料因其特殊的性能和广阔的应用前景引起了广泛的关注,它在光学、电学和磁学等方面都是具有潜力的新型材料。相比纯净的二维半导体材料,二维半导体复合结构材料的性能更优越,实用性更强,因此我们需要对一些二维半导体材料进行修饰,得到所需要的新型复合结构材料。这样,由第一性原理计算方法探索研究新型复合结构成为研究二维半导体复合结构材料的重要方法,也为该领域的实验探究提供了必不可少的理论基础。本文运用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法研究了几类二维半导体复合结构材料界面电子转移的特性,选取了石墨烯、类石墨相氮化碳和黑磷三种热点材料,对类石墨相氮化碳与金属原子和非金属的石墨烯复合结构以及单层黑磷的缺陷与S原子的掺杂结构进行了研究,通过计算复合结构的能带、态密度、结合能、差分电荷密度、功函数、bader电荷和吸收光谱来分析由界面电子转移所引起的一些性质的变化,得到了以下几个结论:(1)通过对类石墨相氮化碳与金属原子复合结构的研究,我们发现这种复合结构增强了氮化碳在可见光和红外光范围内的吸收强度。(2)类石墨相氮化碳与石墨烯复合后,再用S原子取代其N原子得到新型的复合结构,研究表明,取代前后复合结构都能有效地打开石墨烯的带隙,且不同位置的取代打开的带隙不同。同时,与纯净的氮化碳相比,这种复合结构增强了其在可见光和红外光范围内的光吸收系数。(3)通过对单层黑磷的缺陷和S掺杂复合结构的研究,我们发现,不同的缺陷和掺杂结构对黑磷的带隙、磁性和吸收光谱影响不同。
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