预测范德瓦尔斯材料中的反常量子限域效应
材料科学
2021-05-12 v2
摘要
已知具有范德瓦尔斯键的材料会表现出量子限域效应，即材料三维（3D）实现的电子带隙低于其二维（2D）对应物的带隙。然而，存在一种反常量子限域效应（AQCE）的可能性，其中带隙趋势发生反转。在这项工作中，我们通过计算识别了发生此类 AQCE 的材料。利用密度泛函理论（DFT），我们在 JARVIS-DFT 数据库中计算了块体及其相应单层的约 1000 个 OptB88vdW（半局域泛函）、约 50 个 HSE06 和约 50 个 PBE0（杂化泛函）带隙。OptB88vdW 识别出 65 种 AQCE 材料，但杂化泛函仅在 14 例中证实了该发现。通过 HSE06 和 PBE0 识别的一些 AQCE 体系为：氢氧化物或羟基氧化物化合物（AlOH2、Mg(OH)2、Mg2H2O3、Ni(OH)2、SrH2O3）以及 Sb-卤素-硫族化合物（SbSBr、SbSeI）和碱金属-硫族化合物（RbLiS 和 RbLiSe）。基于能带结构和投影态密度的详细电子结构分析表明，AQCE 通常以单层中导带的下移以及相应的 pz 电子轨道贡献变化为特征，其中 z 为 2D 情形中的非周期方向。我们相信我们的计算结果将激发实验验证这些结果的努力，并对基于低维材料的带隙工程应用产生影响。
引用
@article{arxiv.2011.10139,
title = {Predicting Anomalous Quantum Confinement Effect in van der Waals Materials},
author = {Kamal Choudhary and Francesca Tavazza},
journal= {arXiv preprint arXiv:2011.10139},
year = {2021}
}