李发云 杨志雄 程雪 甄丽营 欧阳方平3)†

1) (中南大学物理与电子学院, 超微结构与超快过程湖南省重点实验室, 长沙 410083)

2) (长沙理工大学物理与电子科学学院, 长沙 410114)

3) (中南大学粉末冶金研究院, 粉末冶金国家重点实验室, 长沙 410083)

碲烯是性质优异的新型二维半导体材料, 研究缺陷碲烯的电子结构有助于理解载流子掺杂、散射等效应, 对其在电子和光电器件中的应用有重要意义.本文采用基于密度泛函理论的第一性原理计算, 研究了常见点缺陷对单层β相碲烯电子结构和光学性质的影响, 包括单空位、双空位及Stone Wales缺陷.研究发现,单层β相碲烯中单空位、双空位和Stone Wales缺陷的形成能在0.83-2.06 eV范围, 低于石墨烯、硅烯、磷烯和砷烯中对应缺陷的形成能, 说明实验上单层β相碲烯中容易形成点缺陷.点缺陷出现后, 单层β相碲烯带隙宽度少有变化, 禁带中出现依赖于缺陷类型的局域能级, 部分双空位缺陷和Stone Wales缺陷使其由直接带隙变为间接带隙.同时我们发现, 单层β相碲烯的光吸收性质与缺陷类型密切相关.部分缺陷能增大其静态介电常数, 使它的复介电函数的实部、虚部及吸收系数在0-3 eV能量范围内出现新的峰, 增强它在低能区的光响应、极化能力及光吸收.本文研究可为碲烯在电子和光电子器件中的应用提供理论参考.

1 引 言

2004年, Novoselov等[1]通过机械剥离法得到单层石墨烯, 打开了通向二维材料研究领域的大门.之后, 一系列二维材料体系被实验和理论科学家广泛……