栅压调控半导体电子能带结构是半导体能带结构的重要组成部分, 最近一项工作揭示了二维范德华异质结的电子结构在栅压下的变化行为, 文章发表在Science China Physics, Mechanics & Astronomy 2019年第3期.

二维材料在下一代纳米电子器件与光电子器件中具有重要的应用前景。由不同的二维材料堆叠而成的范德华异质结为获得具有优异的光电性质的纳米电子器件提供了更多的可能性。最近一项研究揭示了范德华异质结的电子结构在栅压下的变化行为。

图1  范德华异质结及其电子结构在栅压下的变化

研究相关的论文题为: “The Coulomb interaction in van der Waals heterostructures”, 发表在SCIENCE CHINA Physics, Mechnics & Astronomy 2019年第3期, 由中国科学院半导体研究所李京波研究员与北京计算科学研究中心的魏苏淮教授共同担任通讯作者撰写。研究者采用第一性原理计算方法, 研究了一系列范德华异质结的带隙与带边随栅压的变化行为, 揭示了范德华异质结中的层间电荷转移引起的库仑相互作用在巨斯塔克效应中的影响。

二维材料由于其优异的光电性质而被广泛研究, 采用可控的方法调控二维材料的光电性质是相关的纳米科学与纳米技术中极为重要的部分。此前, 不同二维材料组成的范德华异质结被成功制备并广泛研究, 许多理论计算研究结果解释了范德华异质结的带边在外加强垂直电场下呈现出大致的线性变化趋势。但实验中所能获得的电场强度通常有限, 范德华异质结的带边与带隙在弱电场下的变化行为没有被深入研究。

该项研究采用第一性原理计算方法, 研究了一系列范德华异质结中的巨斯塔克效应。揭示了范德华异质结的带边与带隙在外加强垂直电场的大致线性变化行为。该项研究关注范德华异质结的带边在弱垂直电场下的非线性行为, 并将此非线性变化行为归因于由层间电荷转移导致的库仑相互作用。研究首次确证了范德华异质结的巨斯塔克系数与层间电荷转移的关系, 深入解释了范德华异质结的非线性巨斯塔克效应。

这一研究结果丰富了二维范德华异质结的研究。它不仅对深入理解范德华异质结中非线性巨斯塔克的物理机制具有重要意义, 而且对于范德华异质结在纳米电子器件与光电子器件中的应用具有十分重要的科学意义和参考价值。

http://engine.scichina.com/doi/10.1007/s11433-018-9294-4

https://link.springer.com/article/10.1007/s11433-018-9294-4