含失配位错半共格BN/AlN纳米带横向异质结的电子和光学性质研究

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缺陷存在于广泛的材料家族中,其中不乏有二维异质结材料。当两种晶格失配度较大的材料形成异质结时,界面区域会出现失配位错以释放一部分应变能。目前关于横向异质结的研究主要局限于共格界面的理论和实验研究。本文采用第一性原理计算,系统研究了含有失配位错的半共格锯齿型BN/Al N异质结纳米带的电子和光学性质。本工作的主要研究内容如下:文中构建了多种界面的锯齿型BN/Al N纳米带结构,发现界面处存在失配位错,进而研究了不同可能界面的稳定性、电子结构和载流子迁移率。结果表明,带有失配位错的半共格纳米带具有很强的稳定性。含有悬挂键的失配位错表现为金属性,其电荷密度分布显示金属性是由悬挂键引起的。带隙,甚至间接/直接带隙性质都可以通过改变界面上失配位错和两侧原子成分类型来调节。在相同的界面下调节失配位错,部分带隙值介于锯齿型BN和Al N纳米带之间,而其余结构的带隙比锯齿型Al N纳米带更小。对于同一失配位错,通过四种界面的选择也可调控带隙大小和类型。能带结构揭示其带隙改变的原因是禁带里出现了不同的缺陷能级,而这些能级来源于失配位错和异质界面的原子。此外,大部分异质结纳米带的电子迁移率都在锯齿型BN和Al N纳米带之间,只有两种结构的值远大于锯齿型Al N纳米带。因此载流子迁移率的大小也可改变失配位错的类型进行调控。本文还对完美纳米带和带有失配位错的半共格异质结纳米带的电子能量损失谱、介电函数、吸收系数和反射系数等光学性质进行了探究。结果表明,含有失配位错的异质结纳米带继承了两种完美纳米带的光学特性。和锯齿型Al N纳米带比较,失配位错在界面的形成显著拓宽了光吸收和反射的范围。此外,失配位错不仅改变虚部结构峰的位置,还导致额外的等离子能量出现。而且三种失配位错中的N/N界面都拥有较小的电子能量损失,这揭示其有较长的使用寿命。这些结果不仅可以丰富对失配位错的理解,还可以为二维材料在电子和光电应用提供新的机会。
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