
本篇研究来自湖南师范大学欧阳钢教授课题组,文章概述了: 发展了二维横向WS2/WSe2异质结应变依赖的光电特性理论模型; 阐述了体系带隙随应变的演化规律,并指出在张应变为7.8%时,能级排布将发生II型到I型的转变; 预测了该体系光电转换效率可以达到4.41%,与本征状态相比大约可以提升一倍。 文章介绍 Strain-engineered photoelectric conversion properties of lateral monolayer WS2/WSe2 heterojunctions 赵宜鹏,谭仕林,欧阳钢 通讯作者: ■ 欧阳钢,湖南师范大学 基于键弛豫理论方法和细致平衡原理,研究了单轴应力作用下的单层WS2/WSe2横向异质结的带隙变化和界面能级排布,探索了实现体系光电特性的优化条件: ①. 研究了单层WS2/WSe2横向异质结在界面效应和单轴应力共同作用下的键参数变化、能带漂移和能级排列情况,发现体系处于本征态时将形成II型能级排列,并当张应变增加到7.8%时将发生II型到I型的转变(图1所示)。 图 1 结构示意图和能级排布及机理分析 ②. 将细致平衡模型推广到纳米尺度,探索了应变依赖的载流子复合和输运性能,获得了光电特性的优化条件。结果表明:短路电流随单轴应力的增加而逐渐变大,而开路电压在大应变下随着能级排布的转变而急剧降低,体系的光电转换效率可以达到4.41%,与本征态相比大约可以提升一倍(图2所示)。 图 2 应变依赖的光电转换效率 ③. 该工作从原子尺度阐明了二维WS2/WSe2横向异质结的能带调控机理,预测了实现光电特性的优化条件,为制备高效率、高性能的超薄微电子/光电子器件提供了理论依据。 研究背景 近年来,基于二维过渡金属硫化物(2D-TMDs)的横向异质结由于具有优异的力、电和光学性能等,在电子和光电子学等诸多领域具有广阔的应用前景,引起了广大研究者们的强烈兴趣。但是,此类横向异质结的光电转换效率较低,远低于实际应用的需求,因此探索提高此类体系光电特性的外在调控条件就显得尤为重要。目前,应变工程可以有效的实现在高度可控的水平上调控其光电特性。不过,在横向2D-TMDs异质结中,其光电性能的应变调控仍然有争议。要寻找此类体系中光电转换效率的优化条件,有两个基本的问题亟需阐明:一是应变依赖的能带漂移和能级排布;二是界面载流子复合机制以及收集效率。该工作中,我们基于键弛豫理论方法,研究了单轴应力作用下的WS2/WSe2横向异质结的能带演化和界面能级排布,获得了光电特性的优化条件。 作者介绍 欧阳钢 教授 湖南师范大学 ● 欧阳钢,湖南师范大学物理与电子科学学院教授,博士生导师,新加坡千禧基金(Singapore Millennium Foundation)获得者,新世纪百千万人才工程国家级人选。主要研究方向为纳米材料与纳米结构的表/界面及其功能调控、光电功能材料的理论与计算、键弛豫理论等。 期刊介绍 Journal of Physics D: Applied Physics ● 2020年影响因子:3.207 Journal of Physics D:...