Журнал наноматериалов и молекулярных нанотехнологий

Фотоэлектрические свойства двумерного SiC, легированного La, Ce, Th: исследование из первых принципов

Ван-Цзюнь Ю, Синь-Мао Ц, Чунь-Хун З, Чжун-Чжэн З и Ши-Юнь З

Геометрическая структура, структура энергетической зоны, плотность состояний и оптические свойства двумерного (2D) SiC, легированного La, Ce и Th, исследуются с использованием метода первых принципов. Результаты геометрической структуры показывают, что все легирующие атомы вызывают очевидное искажение кристаллической решетки вблизи легирующих атомов, а степень искажения связана с ковалентным радиусом различных легирующих атомов. Чистый 2D SiC является прямозонным полупроводником с щелью 2,60 эВ. Вблизи энергии Ферми плотность состояний в основном состоит из C-2p и Si-3p. При легировании La, Ce и Th запрещенная зона 2D SiC уменьшается, и все они превращаются в квазипрямозонные полупроводники. Валентная зона 2D SiC, легированного La и Th, в основном состоит из C-2p, Si-3p, La-5d и Th-6d соответственно, в то время как Ce-легирование оказывает незначительное влияние на валентную зону 2D SiC. Зона проводимости 2D SiC, легированного La, Ce и Th, в основном состоит из Si-3p, La-5d, Ce-4f и Th-6s6d5f соответственно. Когда атом Si заменяется атомом редкоземельной земли, атомы редкоземельной земли теряют свои заряды. Связь атома редкоземельной земли и атома C является слабой ковалентной, в то время как ионная связь сильнее. Среди всех изученных систем 2D SiC, легированный La, имеет самую большую статическую диэлектрическую проницаемость 2,33, самый большой пик ε2(ω) в области низких энергий, максимальный показатель преломления n0 1,53. 2D SiC, легированный Ce, имеет максимальное поглощение 6,88 × 104 см-1 в области низких энергий. 2D SiC, легированный La или Ce, может усилить поглощение в области низких энергий, в то время как Th-легированный уменьшит поглощение 2D SiC в диапазоне 0 ~ 15 эВ. Результаты исследования предоставят некоторые теоретические рекомендации по разработке и применению 2D SiC.