应变工程高度调控的 dual 半金属与半导体性 Gamma-GeSe
材料科学
2022-10-18 v1
摘要
层状六方 Gamma-GeSe 是近期合成的 GeSe 新多晶型，其块体形式表现出惊人的高电导率（甚至高于石墨），而单层（1L）时表现为半导体。本工作中，我们利用第一性原理计算证明，与 GeSe 的正交相不同，Gamma-GeSe 表现出较小的空间各向异性依赖以及惊人的厚度依赖行为，由半金属（块体，0.04 eV）转变为半导体（1L，0.99 eV），这种仅通过厚度控制即可在 Gamma-GeSe 中实现的双重导电特性此前未在其他二维材料中见到。d 轨道的缺失使得载流子具有较小的有效质量（电子 0.16 m0，空穴 0.23 m0），可与黑磷烯相比。同时，1L Gamma-GeSe 表现出优异的柔性，杨氏模量为 86.59 N/m，仅为石墨烯的四分之一、MoS2 的四分之三，泊松比为 0.26，表明其晶格高度柔性。有趣的是，1L Gamma-GeSe 由于能带边缘附近谷的偏移，表现出六方对称性固有的面内各向同性弹性模量，却具有面内各向异性的有效质量。我们证明了应变工程诱导间接-直接带隙转变以及半导体-金属转变的可行性，这源于能带边缘竞争能带的作用。我们的工作表明，自由 1L Gamma-GeSe 表现出强的光吸收（~10^6 cm^-1）以及能带边缘具有丰富谷的间接带隙，可实现高载流子浓度和低的直接电子-空穴复合率，有望用于纳米电子学与太阳能电池应用。
引用
@article{arxiv.2210.08704,
title = {Highly Modulated Dual Semimetal and Semiconducting Gamma-GeSe with Strain Engineering},
author = {Changmeng Huan and Pu Wang and Binghan He and Yongqing Cai and Qingqing Ke},
journal= {arXiv preprint arXiv:2210.08704},
year = {2022}
}