何建林 刘贵立 李欣玥

(沈阳工业大学建筑与土木工程学院,沈阳 110870)

基于密度泛函理论的第一性原理方法研究了扭转变形对掺金黑磷烯电子结构和光学性质的影响.研究发现,与本征黑磷烯受扭体系相比,掺金黑磷烯体系的电子结构对扭转变形的敏感度提高.能带结构分析发现,本征黑磷烯是直接带隙半导体,金掺杂后,可实现其从半导体到金属的转变.掺金黑磷烯体系扭转1°后,带隙被打开,成为间接带隙半导体.随着扭转角的增加,本征黑磷烯体系的带隙增长缓慢,而掺金黑磷烯体系的带隙呈先减小后增加,再减小的趋势.从态密度分析发现,扭转角为0°—5°时,本征黑磷烯体系具有很强的sp 轨道杂化,s 轨道和p 轨道对导带和价带均有贡献,但p 轨道比s 轨道对总态密度的贡献更多,而掺金黑磷烯体系的s 轨道、p 轨道、d 轨道对总态密度均有贡献.从光学性质分析发现,与扭转角为0°的本征黑磷烯体系相比,本征黑磷烯受扭体系在吸收峰和反射峰处均出现蓝移,掺金黑磷烯受扭体系在吸收峰和反射峰处均出现红移.

1 引言

黑磷是一种黑色金属光泽半导体,它的晶格是一个连接的六元环,并且每个原子都与另外三个原子相连.由于黑磷有独特的电、光和热学特性而成为非凡的二维(two dimensional,2D)材料[1].研究表明,黑磷在电子、光电、热电和传感器等纳米电子元件的应用中具有很大的潜力[2−7].实际上,通过掺杂可以调节黑磷烯的电子结构和光学性质,使其……