关于范德华异质结构中兰子态和电子-声子效应的第一性原理分析
材料科学
2025-12-23 v1 介观与纳米尺度物理
摘要
受益于对单层 ZrS2 和 HfS2 过渡金属硫化物（TMD）单层的成功合成，以及其近似相同的晶格常数，我们构建并研究了一个垂直 ZrS2/HfS2 范德华（vdW）异质结构。基于密度泛函理论（DFT）和多体扰动理论（MBPT）的第一性原理计算，我们探讨了其电子、光学及兰子态性质，特别关注兰子态效应及其温度依赖性。基于GW方法，ZrS2/HfS2 范德华异质结构显示出一个间接带隙为 2.60 eV，具有类型I带对齐。异质结构的光学带隙为 2.64 eV，兰子束能为 0.71 eV，两者均低于单层中相应值。此外，我们还考察了异质结构在考虑电子-声子耦合作用下的温度依赖光电子行为。观察到直接带隙在零点热力学 renormalization 行为为 0.04 eV。随着温度从 0 K 增加至 400 K，直接带隙单调下降，而间接带隙呈现非单调趋势。因此，吸收光谱随温度升高而发生显著红移。在室温下，异质结构的光学带隙降低至 2.51 eV，兰子束能降低至 0.63 eV。我们的发现突显了电子-声子相互作用在 ZrS2/HfS2 范德华异质结构光电子响应中的重要作用，支持其在高性能光电子器件中的应用。
引用
@article{arxiv.2506.23570,
title = {First-Principles Insights into Excitonic and Electron-Phonon Effects in van der Waals Heterostructures},
author = {Mohammad Ali Mohebpour and Carmine Autieri and Meysam Bagheri Tagani},
journal= {arXiv preprint arXiv:2506.23570},
year = {2025}
}
备注
22 pages, 6 figures