缺陷驱动的二维碳化硅可调电子和光学性质
材料科学
2023-12-22 v2 其他凝聚态物理
摘要
最近，一种原子尺度的二维碳化硅单层已被合成[Polley等人, Phys. Rev. Lett. 130, 076203 (2023)]，这为开发下一代电子和光电器件开辟了新的可能性。我们的研究预测，使用HSE06泛函计算，纯净的SiC单层具有3.38 eV (K→M)的“间接”带隙和3.43 eV (K→K)的“直接”带隙。我们利用基于第一性原理的密度泛函理论(DFT)和分子动力学(MD)模拟，详细研究了各种可能缺陷（即空位、外来杂质、反位及其各种组合）对SiC单层结构稳定性、电子和光学性质的影响。计算了形成能、电子带隙和载流子有效质量等物理量。我们报告SiC单层的形成能非常低，为0.57 eV，并且可以通过表面平板能量和界面粘附能计算在TaC {111}薄膜上稳定化。氮掺杂因其极低的形成能而被预测为碳化硅单层中最有利的缺陷，表明其具有高热力学稳定性。对于N_C和Al_Si缺陷系统，观察到从半导体到金属态的有趣转变。对于纯净的SiC单层，我们发现导带在M→K方向几乎平坦，导致有效质量高达3.48m_o。在光谱的低能范围内，观察到吸收边的显著红移以及由缺陷引起的额外吸收峰的出现。
引用
@article{arxiv.2312.10991,
title = {Defect-driven tunable electronic and optical properties of two-dimensional silicon carbide},
author = {Arushi Singh and Vikram Mahamiya and Alok Shukla},
journal= {arXiv preprint arXiv:2312.10991},
year = {2023}
}
备注
34 pages, 13 figures (manuscript 31 pages, 10 figures + supplemental material 3 pages, 3 figures)