平面屈曲调控的 SiC 单层从深紫外到可见光区的光学电导：第一性原理研究

采用第一性原理方法研究了平坦与平面屈曲硅石墨烯（SiC）单层的电学与光学性质。我们的结果表明，SiC 结构中 Si 与 C 原子之间的屈曲影响并改变了这种二维纳米材料的性能。我们计算了平面 SiC 单层的电子密度，以及屈曲对其的影响。根据我们的发现，硅石墨烯单层是一种具有直接电子带隙的半导体纳米材料，其带隙随平面屈曲增大而减小。态密度的贡献因系统结构的变化而不同。另一解释是，平面屈曲减弱了 sp$^2$ 重叠，破坏了键的对称性，使其变为 sp$^3$ 键。我们表明，Si 与 C 原子间增大的平面屈曲改变了单层的光学、力学与热学性质。受控的平面屈曲提高了光学电导，并在远可见光区发生显著偏移，由于所有光学谱特征均红移，仍保持可见光范围。sp$^3$ 杂化产生更强的 $\sigma\text{-}\pi$ 键，而非 $\sigma\text{-}\sigma$ 共价键。针对平坦与平面屈曲体系，在入射电场平行与垂直偏振下，分别研究了 SiC 单层的介电函数、吸收率与光学电导等光学特性。结果表明，这两种偏振下的光学性质均受影响，光学谱从近可见光到远可见光发生显著变化。通过平面屈曲调控这一关键二维材料的光学与电学特性，为光电子器件等开辟了新技术可能。