【摘 要】
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二维材料及其异质结近年来一直是凝聚态物理和材料科学领域的前沿研究课题之一,它们对基础科学的发展以及突破纳米电子和光电子技术的瓶颈有着举足轻重的作用。在本文,我们使用第一性原理计算方法,研究了HfSe2/PtSe2范德华异质结的电子结构,并施加了应变和外部电场来调控它的电子性质;设计了一种具有Ⅲ型能带排列的WTe2/ZrS2异质结,同时研究了应变和外部电场对其电子性质的影响。首先,我们发现了HfSe
【基金项目】
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国家自然科学基金(编号:11774071,11774069); 广东省自然科学基金(编号:2017B030306003); 广州市科技创新发展专项资金(编号:201904010104);
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二维材料及其异质结近年来一直是凝聚态物理和材料科学领域的前沿研究课题之一,它们对基础科学的发展以及突破纳米电子和光电子技术的瓶颈有着举足轻重的作用。在本文,我们使用第一性原理计算方法,研究了HfSe2/PtSe2范德华异质结的电子结构,并施加了应变和外部电场来调控它的电子性质;设计了一种具有Ⅲ型能带排列的WTe2/ZrS2异质结,同时研究了应变和外部电场对其电子性质的影响。首先,我们发现了HfSe2/PtSe2异质结的能带排列在不同堆垛方式下具有Ⅱ型(AA、AB’和AC’堆垛)和I型(AA’、AB、AC堆垛)之分,其中AA堆垛的异质结是最稳定的,平衡时的层间距为2.87(?),带隙为1.0 e V。垂直应变可以有效调控异质结的带隙大小,并且异质结的层间距增加到3.24(?)时发生了从Ⅱ型到Ⅰ型的能带排列类型转变。HfSe2/PtSe2异质结在双轴拉伸应变的作用下带隙变化不大,能带排列保持为Ⅱ型;当施加压缩应变超过3%时,能带排列由Ⅱ型转变为Ⅰ型。除此之外,HfSe2/PtSe2异质结的能带排列类型在正向或者反向电场的作用下仍然保持II型,带隙变化也较小。然后,我们预测了WTe2/ZrS2异质结具有稳定的Ⅲ型能带排列,并且不受异质结的堆垛方式影响。在不同层间距时异质结的能带排列依旧为Ⅲ型,这表明了它能够承受住一定的垂直应力作用。虽然WTe2/ZrS2异质结在双轴面内应变的作用下也没有发生能带排列类型的改变,但有趣的是当拉伸应变超过3%时,WTe2/ZrS2异质结中的WTe2单层发生了直接带隙到间接带隙的转变。与此同时,在外加电场作用下WTe2/ZrS2异质结还保持Ⅲ型能带排列。所以,这种稳定的Ⅲ型能带排列的异质结在隧道场效应晶体管等微电子器件的应用中具有极大潜力。
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