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块体和单层ZrS2的电子特性与光学行为：一项理论研究

DOI：10.1016/j.spmi.2018.11.008 期刊：Superlattices and Microstructures 出版年份：2019 更新时间：2025-09-23 15:21:21
摘要： 本文采用基于密度泛函理论的APW+lo方法，研究了体相与单层硫化锆的电子和光学性质差异。所有计算均在0-15eV的可见光及以上能级范围内进行。结果表明：除与其他GGA计算类似存在带隙低估外，介电函数、反射率、吸收及能量损失等其余性质均与实验值吻合良好。价带主要由硫的s/p态和锆的s/p/d态低能部分构成，导带则主要来自锆的d态贡献。与体相结构相比，单层材料的价带顶在Γ点呈现三重峰特征，使其对光吸收更为敏感。介电函数在1.5-2.5eV区间出现最高峰并表现出显著各向异性，该特征在紫外区（>10eV）基本消失。材料在5-10eV能量范围的吸收系数达106×10^4 cm?1，反射率在0-8eV区间呈现30%-50%的最大值。单层结构的能量损失高于体相材料。其光学和电子性质具有更尖锐且分离清晰的峰值特征，表明单层硫化锆具有广阔的应用前景。
作者： Tuan V. Vu，A.A. Lavrentyev，Doan V. Thuan，Chuong V. Nguyen，O.Y. Khyzhun，B.V. Gabrelian，Khanh C. Tran，Hai L. Luong，Pham D. Tung，Khang D. Pham，Phuc Toan Dang，Dat D. Vo
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研究概述 实验方案 设备清单

研究目的

采用密度泛函理论框架下的APW+lo方法，研究块体与单层硫化锆的电子和光学性质差异。

研究成果

硫化锆是一种间接带隙半导体，其带隙能量为1.2电子伏特至2电子伏特。硫的3p轨道与锆的3d轨道之间的强杂化作用证实了Zr与S原子间存在强共价键。在10电子伏特以下能量范围内，基于二硫化锆的化合物表现出强烈的各向异性光学行为。介电函数显示硫化锆在高能区具有反射特性。该材料在可见光至中紫外波长区域具有最佳光吸收性能。单层硫化锆继承了块体硫化锆的典型电子和光学特性，同时这种二维化合物在光伏材料领域展现出独特优势——其约2电子伏特的优化带隙，以及在传感器应用中价带顶更多峰位和吸收曲线更尖锐的峰值特征。此外，二维硫化锆的能量损耗甚至高于块体结构，这表明它有望成为等离子体应用的理想材料。

研究不足

与实验值相比，缺少哈特里-?？私换还亓赡芑岬贾碌ゲ悴牧系拇侗坏凸?。

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