扭转双层黑磷中栅极诱导的单层行为

黑磷的光学和电子性质强烈依赖于层数及堆叠类型。利用密度泛函理论框架下的第一性原理计算，我们研究了层间扭转角为90$^\circ$的双层黑磷的电子性质。这些计算辅以一个简单的$\vec{k}\cdot\vec{p}$模型，该模型能够捕捉大多数低能特征并对任意扭转角有效。研究发现90$^\circ$扭转双层黑磷的电子能谱是x-y各向同性的，与单层相反。然而，x-y各向异性以及部分回归类单层行为（尤其在价带中）可由外部面外电场诱导产生。此外，仅通过改变外加电场方向即可将优选的空穴有效质量旋转90$^\circ$。特别地，+0.4 (-0.4) V/{\AA}的面外电场导致沿y (x)轴的空穴有效质量增加$\sim$60%，并将$m^*_{y}/m^*_{x}$ ($m^*_{x}/m^*_{y}$)比率提升多达40倍。我们的DFT和$\vec{k}\cdot\vec{p}$模拟清楚地表明，扭转角结合适当的栅电压是调控双层磷电子和光学性质的新方法，并且为我们提供了设计基于黑磷器件性质的新自由度。