《量子電子學(xué)報》 2021年第一期封面文章:

Zhang Zhongzheng, Zhang Chunhong, Yan Wanjun, Qin Xinmao. Effect of
doping on photoelectric properties of new two-dimensional material phosphorene[J].
Chinese Journal of Quantum Electronics,2021,38(1):108-115
自石墨烯問世以來,二維材料逐漸成為研究熱點。然而由于石墨烯沒有本征半導(dǎo)體帶隙,限制了其在半導(dǎo)體材料領(lǐng)域的應(yīng)用。繼石墨烯、二硫化鉬之后,具有獨特褶皺結(jié)構(gòu)的磷烯材料被張遠波教授發(fā)現(xiàn)。眾多學(xué)者關(guān)注并研究了二維材料磷烯的結(jié)構(gòu)和優(yōu)點。研究發(fā)現(xiàn):磷烯是直接帶隙半導(dǎo)體材料,不僅具有良好的電導(dǎo)率和熱導(dǎo)率以及各向異性等優(yōu)點,而且具有高載流子遷移率。這些性質(zhì)使得磷烯材料在光電材料領(lǐng)域備受關(guān)注并顯示出巨大的應(yīng)用潛力。
對于磷烯材料摻雜改性的研究主要在電學(xué)和磁學(xué)性質(zhì)方面,而在光學(xué)性質(zhì)方面的研究卻很少。研究發(fā)現(xiàn)通過摻雜C和Al能夠改變原有材料的光電性質(zhì)。
近日,安順學(xué)院材料模擬與計算團隊采用第一性原理贗勢平面波方法,選擇的摻雜元素是C和Al,對兩種元素摻雜后的磷烯在物理結(jié)構(gòu)和光電性能方面進行了全面的計算與機理分析。相關(guān)成果發(fā)表在量子電子學(xué)報2021年第1期。
磷烯的光學(xué)性質(zhì)譜. (a) 吸收系數(shù);(b) 反射率;(c) 折射率;(d) 能量損失函數(shù)
研究結(jié)果表明,雜質(zhì)(X=C,Al)摻雜后磷烯材料的結(jié)構(gòu)發(fā)生了畸變,但是摻雜體系的結(jié)構(gòu)是穩(wěn)定的。C摻雜后,費米能級進入價帶中,帶隙變窄,變?yōu)?.826 eV的直接帶隙;Al摻雜后,體系變?yōu)殚g接帶隙半導(dǎo)體,帶隙略有展寬,帶隙為0.965 eV。Mulliken布居分析和差分電荷密度的分析都表明摻雜后體系的電荷分布發(fā)生了轉(zhuǎn)移, C原子附近出現(xiàn)了電荷積累,而Al原子附近出現(xiàn)了電荷消耗。在(1 0 0)極化方向上的光學(xué)性質(zhì)計算表明:在紅光及紅外線的范圍內(nèi),C摻雜后磷烯材料儲存電磁能的能力有所減弱,而Al摻雜后儲存電磁能的能力有所增強;C摻雜后折射率n0減小,Al摻雜后折射率n0增大;吸收系數(shù)和反射率峰值均降低;摻雜前后磷烯材料都可作為光儲存材料。以上結(jié)果說明采用不同的雜質(zhì)摻雜可以調(diào)制磷烯材料的光電性質(zhì)。
安順學(xué)院材料模擬與計算團隊簡介
安順學(xué)院材料模擬與計算團隊由閆萬珺教授領(lǐng)銜,團隊核心成員10人,其中教授2人,副教授3人,講師5人,博士1人,在讀博士4人,碩士5人,形成了以新型環(huán)境友好半導(dǎo)體材料及二維材料摻雜改性研究為主的材料模擬與技算創(chuàng)新團隊,研究成果“新型半導(dǎo)體光電子材料β-FeSi2摻雜改性的理論研究”獲得2015年安順市科技進步三等獎。近五年來,團隊成員共發(fā)表學(xué)術(shù)論文53篇,其中SCI收錄10篇,EI收錄5篇,中文核心期刊19篇,承擔地廳級以上項目16項,授權(quán)專利18項。團隊成員緊密合作,共同努力,在光電半導(dǎo)體材料的摻雜改性研究方面取得了一系列的研究成果,形成了堅實的合作基礎(chǔ)。