安徽省光学学会

2022年11月29日 星期二

量子电子学报

2021年第1期封面文章

文章来源:作者:张忠政发布时间:2021-02-25

《量子电子学报》 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


自石墨烯问世以来,二维材料逐渐成为研究热点。然而由于石墨烯没有本征半导体带隙,限制了其在半导体材料领域的应用。继石墨烯、二硫化钼之后,具有独特褶皱结构的磷烯材料被张远波教授发现。众多学者关注并研究了二维材料磷烯的结构和优点。研究发现:磷烯是直接带隙半导体材料,不仅具有良好的电导率和热导率以及各向异性等优点,而且具有高载流子迁移率。这些性质使得磷烯材料在光电材料领域备受关注并显示出巨大的应用潜力。

对于磷烯材料掺杂改性的研究主要在电学和磁学性质方面,而在光学性质方面的研究却很少。研究发现通过掺杂C和Al能够改变原有材料的光电性质。

近日,安顺学院材料模拟与计算团队采用第一性原理赝势平面波方法,选择的掺杂元素是C和Al,对两种元素掺杂后的磷烯在物理结构和光电性能方面进行了全面的计算与机理分析。相关成果发表在量子电子学报2021年第1期。


磷烯的光学性质谱. (a) 吸收系数;(b) 反射率;(c) 折射率;(d) 能量损失函数


研究结果表明,杂质(X=C,Al)掺杂后磷烯材料的结构发生了畸变,但是掺杂体系的结构是稳定的。C掺杂后,费米能级进入价带中,带隙变窄,变为0.826 eV的直接带隙;Al掺杂后,体系变为间接带隙半导体,带隙略有展宽,带隙为0.965 eV。Mulliken布居分析和差分电荷密度的分析都表明掺杂后体系的电荷分布发生了转移, C原子附近出现了电荷积累,而Al原子附近出现了电荷消耗。在(1 0 0)极化方向上的光学性质计算表明:在红光及红外线的范围内,C掺杂后磷烯材料储存电磁能的能力有所减弱,而Al掺杂后储存电磁能的能力有所增强;C掺杂后折射率n0减小,Al掺杂后折射率n0增大;吸收系数和反射率峰值均降低;掺杂前后磷烯材料都可作为光储存材料。以上结果说明采用不同的杂质掺杂可以调制磷烯材料的光电性质。


安顺学院材料模拟与计算团队简介

安顺学院材料模拟与计算团队由闫万珺教授领衔,团队核心成员10人,其中教授2人,副教授3人,讲师5人,博士1人,在读博士4人,硕士5人,形成了以新型环境友好半导体材料及二维材料掺杂改性研究为主的材料模拟与技算创新团队,研究成果“新型半导体光电子材料β-FeSi2掺杂改性的理论研究”获得2015年安顺市科技进步三等奖。近五年来,团队成员共发表学术论文53篇,其中SCI收录10篇,EI收录5篇,中文核心期刊19篇,承担地厅级以上项目16项,授权专利18项。团队成员紧密合作,共同努力,在光电半导体材料的掺杂改性研究方面取得了一系列的研究成果,形成了坚实的合作基础。