半导体Hf基MXene中的激子、光谱和电子性质
材料科学
2024-04-03 v1
摘要
半导体MXene是一类具有良好电子和光电特性的二维材料。本文聚焦于近期制备的Hf基MXene，即HfCO和HfCO。通过第一性原理计算和激发态修正，我们证明了其动力学稳定性，确认了其半导体行为，并利用多体GW方法获得了基本带隙（间接带隙分别为1.1 eV和2.2 eV，直接带隙分别为1.4 eV和3.5 eV）。随后，利用Bethe-Salpeter方程（BSE）提供了两种Hf基MXene的光学带隙（分别为0.9 eV和2.7 eV）、激子结合能、吸收光谱以及其他激子性质。这两种二维材料的间接带隙特性还允许通过考虑沿布里渊区Γ-M路径具有激子动量的间接激子，显著降低激发能。第一个亮激子在实空间高度离域，但在k空间中仅由价带和导带M点附近的有限电子-空穴对贡献。HfCO MXene中多样化的激子态导致吸收光谱红外区域的第一和第二峰分别具有4%和13%的吸收率。相比之下，HfCO MXene在可见光区域出现了一个显著的28%吸收峰。辐射寿命计算结果表明，这些材料在需要持续高效激子行为的光电器件中具有应用潜力。
引用
@article{arxiv.2404.01797,
title = {Excitons, Optical Spectra, and Electronic Properties of Semiconducting Hf-based MXenes},
author = {Nilesh Kumar and Miroslav Kolos and Sitangshu Bhattacharya and František Karlický},
journal= {arXiv preprint arXiv:2404.01797},
year = {2024}
}