栅控双层石墨烯中带隙开启和屏蔽效应的从头计算研究

通过密度泛函理论计算，研究并表征了在底部和顶部栅极存在下掺杂双层石墨烯的电子性质。独立改变底部和顶部栅极，可以分别控制样品上的总掺杂电荷以及作用于双层上的平均外电场。我们表明，在固定掺杂水平下，布里渊区K点的带隙与平均电场呈线性关系，而相应的比例系数对掺杂具有非单调依赖性。我们发现，对于小掺杂水平，DFT计算的K点带隙大约是标准紧束缚方法所得带隙的一半。我们表明，这种差异源于TB模型中对系统对外电场屏蔽效应的低估。特别是，基于我们的DFT结果，我们观察到当双层石墨烯处于外电场中时，会发生层间和层内屏蔽。TB计算仅包含层间屏蔽，而两种屏蔽对于描述带隙开启都是至关重要的。最后，我们提供了一个通用方案，以获得任意外电场和掺杂值下栅控双层石墨烯的完整能带结构。