应力调控对单层TiOCl_(2)电子结构及光学性质的影响

摘要

基于密度泛函理论的第一性原理计算,对单层TiOCl_(2)的电子结构、输运性质和光学性质进行了理论研究.对单层TiOCl_(2)材料的声子谱、分子动力学和弹性常数的计算结果表明,该材料在常温下能稳定存在,并具有较好的动力学、热力学和机械稳定性.电子结构分析表明,单层TiOCl_(2)是一种间接窄带隙半导体(能隙为1.92 eV).在应力调控下,单层TiOCl_(2)材料的能带结构、输运性质和光学性质均发生明显变化.沿a方向施加-4%的收缩应力后,单层TiOCl_(2)由间接带隙变为直接带隙,带隙减小至1.66 eV.同时TiOCl_(2)还表现出明显的各向异性特征,电子沿b方向传输(迁移率约为803 cm^(2)·V^(-1)·s^(-1)),空穴则沿a方向传输(迁移率约为2537 cm^(2)·V^(-1)·s^(-1)).此外,施加收缩应力还会使单层TiOCl_(2)材料的光吸收率、反射率和透射率的波峰(谷)发生红移,进入可见光的紫色波段,表明单层TiOCl_(2)在未来光电器件领域有着潜在应用前景.