李永宁 谢逸群 王音†

1) (上海大学物理系,上海 200444)

2) (上海师范大学物理系,上海 200030)

近年来,二维铁电异质结在高密度存储及光电器件等领域展现了应用潜能,开发新颖二维铁电异质结是当前的一个重要研究方向.本论文采用第一性原理计算研究二维铁电材料α-In2Se3 与二维单层InSe 组成的In2Se3/InSe 垂直异质结的能带结构及应力调控.计算表明,In2Se3/InSe 异质结为间接带隙半导体,具有II 型能带匹配.当In2Se3 的极化方向垂直表面朝外时,带隙大小为0.50 eV,价带顶和导带底分别来自于InSe 和In2Se3;当In2Se3 的极化方向指向面内时,带隙降低0.04 eV,价带顶和导带底的来源互换.在面内拉伸下,拉伸度越大,带隙越小.当极化方向指向面外(内)时,在双轴拉伸应变达到6%(8%)及以上时会使异质结由半导体转变为导体;在双轴压缩应变为–6%(–8%)下还可使异质结由间接带隙变为直接带隙;对于单轴拉伸及压缩,定性结果与双轴应变一致.本论文的研究结果表明改变极化方向和施加应力是调控二维In2Se3/InSe 铁电异质结的有效方式,可为设计相关铁电器件提供理论参考.

1 引言

自石墨烯被成功制备以来[1],各种二维材料层出不穷.在近些年电子器件小型化的趋势下,二维材料依靠其独特的电学、磁学性质成为新型功能材料领域的研究热点.除石墨烯外,目前已成功制备出磷烯[2]、硅烯[3]、过渡金属氧化物(TMDCs)[4]等二维材料.二维材料可组合成垂直范德瓦尔斯异质结,如石墨烯/h-BN[5]、石墨烯/MoS2[6]、MoS2/WS2[7]、MoS2/WSe2[8]等异质结.

二维铁电异质结因其独特的物性吸引了……