具有内建电场与本征p-n掺杂的二维Janus范德瓦耳斯结构中的高效电荷分离
材料科学
2018-10-02 v1
摘要
Janus MoSSe单层近期通过用Se替换MoS一侧的S（或反之替换MoSe的Se）合成。由于S与Se电负性不同，这些结构具有有限的面外偶极矩。正如我们在此通过密度泛函理论（DFT）计算所展示的，当这些单层堆叠形成层结构时，该本征偶极导致内建电场的形成。对于足够薄的结构（），偶极叠加并使薄膜两侧的真空能级偏移约 eV。然而，对于较厚薄膜，最外层间发生电荷转移，在两表面形成原子级薄的n型与p型掺杂电子气。通过改变薄膜厚度，掺杂浓度可在约 e/cm至 e/cm间调控。表面电荷抵消静态偶极，使真空能级偏移在时饱和于约2.2 eV。基于能带计算与Mott-Wannier激子模型，我们计算了层内与层间激子能量随薄膜厚度的变化，表明Janus多层膜非常适于在无化学掺杂或外加电场下实现原子尺度上的超快电荷分离。最后，我们探索了若干其他具不同带隙与内禀偶极矩的潜在可合成二维Janus结构。我们的结果为超薄光电子器件如隧道二极管、光电探测器或太阳能电池开辟了新机遇。
引用
@article{arxiv.1810.00561,
title = {Efficient Charge Separation in 2D Janus van der Waals Structures with Build-in Electric Fields and Intrinsic p-n Doping},
author = {Anders C. Riis-Jensen and Mohnish Pandey and Kristian S. Thygesen},
journal= {arXiv preprint arXiv:1810.00561},
year = {2018}
}