【摘 要】
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计算材料学为人们提供了新的研究物质材料特性的方法,这使得材料学研究从单一的实验测量发展为计算机模拟与实验研究并行的形式。这一切的发展得益于密度泛函理论等第一性原理的发展以及计算机性能的提升。材料与人类的生产生活密不可分,如何选择合适的材料生产器件以及如何提升材料的性能始终是人类面对的重要课题。二维材料由于石墨烯的合成成为了当前的研究热点。由于超高的比表面积,优异的导电性和高载流子迁移率,出色的力学
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计算材料学为人们提供了新的研究物质材料特性的方法,这使得材料学研究从单一的实验测量发展为计算机模拟与实验研究并行的形式。这一切的发展得益于密度泛函理论等第一性原理的发展以及计算机性能的提升。材料与人类的生产生活密不可分,如何选择合适的材料生产器件以及如何提升材料的性能始终是人类面对的重要课题。二维材料由于石墨烯的合成成为了当前的研究热点。由于超高的比表面积,优异的导电性和高载流子迁移率,出色的力学、电学和光学特性,在如储能电池,探测器,自旋电子器件和光电器件等诸多应用领域潜力巨大。人们惊讶于二维材料的性能同时也在想办法使其获得进一步提升。譬如搭建异质结就是通过结合不同材料的特征获得突破单体材料性能上限的一种有效手段。单层GeC是一种可以由化学气相沉积法合成的具有优秀物理特性的二维材料。它有着很好的热力学稳定性,具有高泊松比和高光吸收系数,同时具有应变可调的带隙。在光催化,储能和电子设备等方面具有潜在的应用价值。因此也成为了本论文的主要研究对象。本文工作基于密度泛函理论,在VASP中分别模拟计算了Ca（OH）2/GeC和CrBr3/GeC范德华异质结的电子结构和光学性质,具体研究内容如下:1.Ca（OH）2/GeC范德华异质结的电子结构和光催化性质在VASP中进行计算时选择HSE06泛函,如此可以获得更为精确的带隙值和带边位置。结果显示异质结的带隙相对于单层GeC有所减小,因此可以获得更低频率的光子激发。通过光吸收谱可以发现异质结在可见光范围的吸收系数有明显提升。之后通过经验公式和DFT计算两种方法得到单层GeC,单层Ca（OH）2以及Ca（OH）2/GeC异质结的带边位置。结果表明异质结的价带顶电势要低于单层GeC的价带顶电势,这意味着异质结中的光生空穴具有更强的氧化性。同时DFT的结果显示异质结的带边位置满足光催化水解的要求。该结果表明Ca（OH）2/GeC异质结在光催化领域具有较大的应用潜力。2.CrBr3/GeC范德华异质结中的应变可调的塞曼劈裂和光吸收特性将二维GeC与二维CrBr3搭建成范德华异质结以后,GeC的价带在CrBr3磁近邻效应的作用下产生了塞曼劈裂。之后对体系施加应力,塞曼劈裂程度在拉伸应变下不断增强而在压缩应变下不断减弱。带隙值在拉伸和压缩应变下均减小,同时在压缩应变下体系会发生直接带隙与间接带隙的转变。光学性质方面,异质结的光吸收系数要明显高于单层GeC,同时体系对于红外光的吸收能力在应变下会发生规律性变化,其中拉伸应变时吸收能力不断减弱,压缩应变下则不断增强。另外拉伸应变时吸收峰出现红移现象而在压缩应变时吸收峰则出现蓝移现象。以上结果表明CrBr3/GeC范德华异质结是一种在光电器件领域应用前景良好的材料。
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