应变调控的二维磷烯直接 - 间接带隙跃迁及其机制
材料科学
2014-08-11 v2 介观与纳米尺度物理
摘要
近期制备的二维 (2D) 磷烯晶体结构在电子学应用中展现出巨大潜力。本文利用第一性原理方法研究了应变对磷烯电子能带结构的影响。研究发现，磷烯可承受高达 10 N/m 的表面张力和 30% 的拉伸应变。当施加轴向应变时，磷烯的带隙经历直接 - 间接 - 直接的跃迁。沿锯齿方向适度压缩 -2% 即可触发此带隙跃迁。在足够的膨胀 (+11.3%) 或压缩 (-10.2% 应变) 下，带隙可再次从间接调谐为直接。研究确定了五个具有不同电子能带结构的应变区，并确定了区域边界的临界应变。揭示了带隙跃迁的起源，并根据近带边电子轨道的键合性质发展了一种通用机制来解释随应变产生的能量移动。扶手椅方向载流子的有效质量比锯齿轴方向小一个数量级，表明扶手椅方向更有利于载流子输运。此外，有效质量可通过应变进行显著调谐，其在直接 - 间接带隙跃迁的区域边界处发生急剧跳跃或下降。
引用
@article{arxiv.1403.3771,
title = {Strain engineered direct-indirect band gap transition and its mechanism in 2D phosphorene},
author = {Xihong Peng and Andrew Copple and Qun Wei},
journal= {arXiv preprint arXiv:1403.3771},
year = {2014}
}
备注
23 pages, 8 figures