二维过渡金属硫化物MoSSe电-声子相互作用及其散射率的研究

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电-声子散射可以影响二维过渡金属硫化物的输运性质,使得光电器件和电化学器件受到影响。比如,受声子限制的载流子寿命可能会阻碍场效应晶体管的弹道输运。由于二维过渡金属硫化物许多优良的性质可以在生活中得到广泛的应用,所以我们这里对二维过渡金属硫化物的电-声子相互作用性质进行研究。本文是基于密度泛函微扰理论,利用瓦尼尔函数插值法计算和分析双面(Janus)MoSSe在0 K和300 K以及考虑极化条件下的电子结构、声子色散、载流子散射率、弛豫时间等性质,并且与MoS2和MoSe2进行比较。通过对电-声子散射的研究,我们又详细阐明了Janus MoSSe在考虑极化和无极化条件下,声子中光学支和声学支对散射率的贡献,从而给出主要是哪种晶格振动模式影响热载流子寿命。结果表明,Janus MoSSe无论是在不同的温度还是考虑极化条件下,电子自能虚部与电-声子散射率的变化趋势是相同的。二者都随着温度的增大而增大,并且在导带底和价带顶,它们的值几乎为零,而离带隙越远,它们的值就越大。在不同的温度或者考虑极化的条件下,Janus MoSSe的散射率最大值是介于MoS2和MoSe2散射率的最大值之间。同时研究Janus MoSSe声子中光学波声子和声学波声子对散射率的贡献,结果表明,无论在不同的温度还是考虑极化条件下,主要的散射率都来自光学波声子的散射,与MoS2和MoSe2研究结果是相同的。Janus MoSSe与MoS2和MoSe2中弛豫时间与散射率的变化趋势是相反的。在不同温度条件下,Janus MoSSe在0 K时的弛豫时间大于300 K时的弛豫时间,与MoS2和MoSe2的结果是一致的。在考虑极化条件下,Janus MoSSe的弛豫时间变化趋势与无极化条件时是相同的,Janus MoSSe无极化和考虑极化的弛豫时间变化趋势是相同的,但是弛豫时间大小发生了明显变化。尤其是在价带顶,Janus MoSSe的弛豫时间减小到37 fs,Janus MoSSe考虑极化时的弛豫时间比MoS2和MoSe2都要小,而在导带底,Janus MoSSe与MoS2和MoSe2的弛豫时间变化不明显。在研究Janus MoSSe晶格振动模式中,纵光学振动模式为电子和空穴提供了主要的散射机制,其结果与MoS2和MoSe2一样。
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