基于 G0W0-BSE 计算的硅碳双晶体网络表征

二维硅碳在 2D 材料中尤为突出，主要是由于其显著的带隙，而与其碳基亲属材料不同。然而，硅碳的二元性质和非层状结构在制造其 2D 版本时 presents 挑战。近期技术的进步导致成功合成原子薄、大规模 epitaxial 单层 hexagonal-SiC 和 Si9C15，这标志着半导体研究的重要级里。着线于这些进展，我们在计算上设计了另一种稳定的 2D-SiC 相，称为 SiC-biphenylene。该结构由六边形、四边形和八边形的相互交错多边形周期性排列构成。通过 ab initio 声子色散和分子动力学模拟确认了其动力学和热力学稳定性。该结构的熔点约为 3475 K，采用 HSE06 功能计算得出直接带隙为 2.16 eV。考虑许多体效应后，准粒子带隙在 G0W0 级别扩展至 2.89 eV，表明该材料内部存在显著的电子关联效应。通过求解布希-萨尔贝克方程 (G0W0+BSE) 获取的光谱显示，第一峰值在 2.07 eV 处，对应强绑定态能为 0.82 eV 的强绑定激子。进一步研究了各种堆叠配置下的稳定双层结构，突出了堆叠模式对激子绑定能的影响。我们的研究还识别了 SiC-biphenylene 的稳定 bulk 相，发现其单层和双层结构相比自能修正较小，这归因于 bulk 结构中电子的更高电子局域化。