应变对二维硒化锗同分异构体电子性质的调控

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二维材料硒化锗与磷烯具有相似的翘曲几何结构,拥有丰富的同分异构体结构。自磷烯被发现以来,已探索出了其各种优异的电子性质,相关的研究也引起了学者的广泛关注。对于和磷烯具有相似结构的单层硒化锗也引起了广泛关注,本文运用第一性原理计算方法,通过施加应变对单层硒化锗同分异构体的带隙进行调控,探讨了应变对它们电子性质的影响。获得的主要结论有:(1)开展了对二维硒化锗五种同分异构体结构的稳定性研究,通过结合能和振动频率的计算进行了稳定性预测。通过分析结合能,发现这五种结构之间的结合能大小不超过0.06eV/atom。通过计算出振动频率和零点能,分析虚拟频率占据零点能的大小来判断结构的稳定性。发现β-GeSe具有六角晶格的稳定几何结构,其他四种结构都是正交晶型。通过PW91和HSE06杂化泛函两种方法分别计算了五种二维硒化锗结构的能带结构。结果表明,α-GeSe是一个具有直接带隙的半导体,其它四种结构的能带都是间接带隙类型。(2)施加单轴或双轴应变对二维硒化锗五种同分异构体的能带结构进行了研究。发现α-GeSe在应变调控下出现了直接到间接带隙的转化和半导体到金属性质的转变;β-GeSe和γ-GeSe在应变的作用下具有可调的带隙范围;当δ-GeSe双轴方向使用压缩应变为1%和4%时,带隙发生了从间接到直接的改变;通过沿ε-GeSe的扶手椅型方向施加10%的拉伸应变,发生了从间接到直接带隙的转变,继续增加拉伸应变到20%,能带结构一直保持直接带隙的特征。沿ε-GeSe双轴施加10%拉伸应变时,结构也发生了从间接到直接的转变,该直接带隙在双轴拉伸应变增加到19%前一直保持,可调范围为0.61eV~1.19eV。(3)对单层ε-GeSe进行了大应变范围作用下的研究,探讨了其在大应变情况下的几何结构和稳定性。结果表明,在扶手椅、锯齿型和双轴方向施加20%的拉伸应变下,结构的虚频占据零点能的比例分别为0.16%、0.02%和0.03%,这一结果说明了该结构在20%的拉伸应变下仍然具有热力学稳定性。
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