一维范德华异质结构中的曲率调控能带对齐转变
材料科学
2023-08-15 v1 介观与纳米尺度物理
摘要
由过渡金属硫族化物（TMDC）同轴纳米管构成的一维（1D）范德华（vdW）异质结构已成为纳米科学中一个新的研究方向。设计与调控此类一维 vdW 异质结构性质的关键在于理解其中同轴纳米管的能带对齐。然而，曲率、管径与管间耦合如何影响一维 vdW 异质结构中 TMDC 纳米管的带边能级与能带对齐仍属未知。本文通过全面的第一性原理计算与分析，建立了 TMDC 纳米管一维 vdW 异质结构能带对齐的完整框架。我们揭示，随着 TMDC 纳米管直径减小，曲率诱导的挠曲电效应与本征周向拉伸应变共同作用导致导带最小值（CBM）快速且连续下降，而价带最大值（VBM）先下降后上升，这源于 VBM 轨道特性的改变。VBM 轨道特性的转变还导致小直径扶手椅型与手性纳米管中直接-间接带隙转变，以及锯齿型纳米管中的光致发光淬灭。当单个 TMDC 纳米管形成同轴一维 vdW 异质结构时，经由挠曲电压效应的管间耦合作用可使多种异质结构体系（包括大直径 MoSe@WS、MoTe@MoSe 与 MoTe@WS 异质结构）的管间能带对齐由 II 型转变为 I 型。这些结果为合理设计一维 vdW 异质结构奠定了基础。
引用
@article{arxiv.2209.01379,
title = {Curvature-Controlled Band Alignment Transitions in 1D van der Waals Heterostructures},
author = {Shu Zhao and Chunxia Yang and Ziye Zhu and Xiaoping Yao and Wenbin Li},
journal= {arXiv preprint arXiv:2209.01379},
year = {2023}
}
备注
19 pages, 7 figures