堆叠对少层黑磷电子和光学性质的显著影响
介观与纳米尺度物理
2015-10-28 v1 材料科学
摘要
利用密度泛函理论框架内的第一性原理计算，研究了堆叠层数和堆叠类型对双层及三层黑磷电子与光学性质的影响。我们发现，多体效应 (即电子-电子与电子-空穴相互作用) 的引入强烈地改变了黑磷的电子与光学性质。虽然使用半局域泛函发现具有特定堆叠类型的三层黑磷为金属，但在 G0W0 方案下考虑多体效应时，其被预测具有 0.82 eV 的电子带隙。尽管不同的堆叠类型导致相似的能量学，但双层和三层磷烯的带隙大小与光学响应对于层数和堆叠类型非常敏感。无论层数与堆叠类型如何，双层和三层黑磷均为直接带隙半导体，其带隙在 0.3 eV 范围内变化。不同于基态结构的堆叠排列在双层和三层黑磷中显著修改了沿锯齿方向的价带，并导致更大的空穴有效质量。当改变堆叠类型时，双层 (三层) 黑磷的光学带隙变化 0.4 (0.6) eV。由于强烈的层间相互作用，某些堆叠阻碍了在准粒子带隙内观测束缚激子的光学激发。在其他堆叠中，束缚激子的结合能几乎不随堆叠类型变化，对于双层 (三层) 磷分别为 0.44 (0.30) eV。
引用
@article{arxiv.1506.04707,
title = {Remarkable effect of stacking on the electronic and optical properties of few layer black phosphorus},
author = {Deniz Cakir and Cem Sevik and Francois M. Peeters},
journal= {arXiv preprint arXiv:1506.04707},
year = {2015}
}