【摘 要】
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电子从满价带跃迁到导带并与价带中的空穴由库仑相互作用组成的准粒子称为激子。作为影响材料低能量光吸收的主要原因,激子效应在具有弱介电屏蔽的二维材料中的作用被放大,人们发现这种增强的激子效应在新型光电器件中有很大的应用前景。基于这一背景,一系列二维材料,如过渡金属硫族化合物,铁磁材料Cr X3(X=I或Br)及六角氮化硼等材料中的激子效应得到广泛关注。本文以密度泛函理论为基础,结合多体格林函数理论(G
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电子从满价带跃迁到导带并与价带中的空穴由库仑相互作用组成的准粒子称为激子。作为影响材料低能量光吸收的主要原因,激子效应在具有弱介电屏蔽的二维材料中的作用被放大,人们发现这种增强的激子效应在新型光电器件中有很大的应用前景。基于这一背景,一系列二维材料,如过渡金属硫族化合物,铁磁材料Cr X3(X=I或Br)及六角氮化硼等材料中的激子效应得到广泛关注。本文以密度泛函理论为基础,结合多体格林函数理论(GW近似)和Bethe-Salpeter方程,研究了MoSSe/WSSe异质结构,WTe2/Sn SSe和石墨烯Honeycomb-Kagome结构的准粒子能带结构及考虑激子效应的光吸收性质。具体内容为以下几方面:(1)MoSSe/WSSe异质结构中偶极矩和压力相关的层间激子。通过改变堆叠方式,研究异质结构中内建电场对电子结构和激子性质的影响,发现偶极矩同向的堆叠方式下,内建电场显著增强了最低能量层间激子的振子强度。通过施加压力调节电子结构和激子寿命,发现当压强为4 GPa时,层间激子寿命缩短约38%,并且当激子跃迁过程中考虑动量时,通过分析激子能带图发现,压力能降低不同能谷间跃迁产生的激子激发能量。(2)WTe2/SnSSe中的激子绝缘体。通过计算异质结构所有可能的堆叠方式所对应的能量,综合考虑能量和层间距离,筛选出四种构型分别计算其电子结构,发现通过多体相互作用的修正将部分堆叠的能带结构打开了小的带隙,具有存在间接激子绝缘体的可能。(3)新型碳结构—石墨烯Honeycomb-Kagome结构中的电子和光学性质。将Honeycomb-Kagome结构的概念应用于二维碳材料,分别从热学和力学的角度计算其结构稳定性和力学性质,发现该材料是稳定的,具有实验合成可能性的同时具有优越的力学性质。计算其能带结构和光学性质,发现在直接跃迁时,在Γ点价带顶和导带底产生的激子为玻色爱因斯坦凝聚态。而在考虑间接跃迁时,施加拉伸应变是调控由Γ点到K点跃迁产生的激子绝缘体产生和湮灭的有效方式。
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