Mo1–xWxS2单层合金中可调的直接带隙与光学响应:第一性原理研究

该研究通过第一性原理计算方法,对单层Mo1-xWxS2合金的结构、电子及光学特性进行了全面研究,采用密度泛函理论(DFT)系统探索了全组分范围(x=0至1)。研究发现这些合金具有热力学稳定性,在合金化过程中保持典型的2H晶体结构且结构扰动极小。关键发现是K点处直接带隙在所有组分中都得以保持,该带隙呈现连续可调特性,从1.696电子伏特(MoS2)近乎单调递增至1.858电子伏特(WS2),这一特性对定制光电器件至关重要。电子结构分析揭示了过渡金属d轨道和硫p轨道在能带边缘的贡献随组分变化的系统性演变。相应的光学谱(测试范围达8电子伏特)显示,随着W含量增加,层间跃迁的主要特征峰呈现渐进蓝移,同时关键光学常数发生可预测的变化。该研究全面证实了单层Mo1-xWxS2作为电子多功能平台的特性,通过合金化可精准调控电子与光学性能,使其成为极具前景的可调直接带隙半导体材料,有望应用于新一代光电探测器、发光器件,以及利用其二维特性的柔性光电器件领域。

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