反隧穿半导体的高通量发现
材料科学
2025-03-21 v1 计算物理
摘要
常规半导体在价带上限 (Valence Band Maximum, VBM) 附近具有键合态，在导带下限 (Conduction Band Minimum, CBM) 附近具有反键合态。本文称具有相反电子构型的半导体为“反隧穿半导体”。由于其对缺陷的强鲁性，反隧穿半导体被理论预测将表现出优异的光电子性质。尽管已有列表列出具有反键合 VBM 的半导体，但截至目前尚未发现任何反隧穿半导体。本文采用高通量计算方法识别了超过 100 种反隧穿半导体。我们详细分析了其中程过渡金属硫化物 MX₂ 系列 (M=Hf, Zr; X=S, Se) 的构成情况。除了使用第一性原理仿真验证其对电子和空穴的缺陷鲁性外，我们还发现，电荷载流子光激发可导致反隧穿半导体的晶格显著变硬和热导率增加，这可被用作光驱动热开关。我们的工作分析了反隧穿电子结构的形成，展示了其独特的光诱导晶格动力学，对其光物理应用具有潜在影响。
引用
@article{arxiv.2503.15782,
title = {High-throughput Discovery of Anti-gap Semiconductors},
author = {Zeyu Xiang and Fanghao Zhang and Bolin Liao},
journal= {arXiv preprint arXiv:2503.15782},
year = {2025}
}