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新型二维碳同素异形体C568能带结构的应变调控

2020-08-31

近年来,单元素二维原子晶体材料的研究吸引了人们的注意。石墨烯作为最早发现的单元素二维原子晶体材料具有超高的载流子迁移率和完美的机械强度曾一度被认为是构筑新一代纳电子器件的重要材料。但是无带隙的特点阻碍了其在光电子器件领域的应用。随后,硅烯(单层二维硅,IV族烯),锗烯(单层二维锗,IV族烯),锡烯(单层二维锡,IV族烯),磷烯(单层二维磷,V族烯),碲烯(单层二维碲,VI族烯),等二维单元素二维原子晶体材料相继被发现。只有磷烯和碲烯等少数单元素二维材料具有可观的带隙有望应用于光电子领域。然而它们本征的不稳定性以及毒性为实际应用带来了困难。不久前,Babu Ram等人通过理论计算预测了一种由C-5,-6和-8元环构成具有sp2-sp3杂化的新型二维碳同素异形体(C568)。研究发现C568 是带隙为1.13 eV的间接带隙半导体材料,具有很高的载流子迁移率(~104 cm2V-1s-1),超过了黑磷。而且C568有很高的稳定性,超过了T-石墨烯和五角石墨烯。

近日,北京计算科学研究中心康俊教授课题组利用第一性原理计算研究了C568的电子结构以及光学性质对单/双轴应变的响应。研究发现对于单/双轴应变,拉伸应变都能有效减小带隙,然而压缩应变对带隙有不同的影响。增加单轴压缩应变C568的带隙先增大然后减小,增加双轴压缩应变能使带隙增加。而且单/双轴压缩应变都能实现间接到直接带隙地转变。另外计算结果还表明单轴应变能诱导较为明显的光学各向异性,这是双轴应变不能实现的。

这些结果揭示了外加应变可以有效地调控C568的光电性质,为C568在纳米器件的应用提供了条件。

图1. C568的晶体结构和电荷密度分布,以及带隙对单轴和双轴应变的响应。

Strain tunable band structure of a new 2D carbon allotrope C568

Qiang Gao, Hasan Sahin, Jun Kang

J. Semicond. 2020, 41(8): 082005

doi: 10.1088/1674-4926/41/8/082005

Full Text: http://www.jos.ac.cn/article/doi/10.1088/1674-4926/41/8/082005?pageType=en



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