一种石墨炔/二硒化钼复合材料的仿真方法技术

本发明专利技术实施例提供一种石墨炔/二硒化钼复合材料电子结构与光学特性的仿真方法，包括如下步骤：S1.使用Materials Studio软件分别建立单层石墨炔和单层二硒化钼模型，并使用CASTEP模块对其进行几何结构优化；S2.采用步骤S1中优化好的单层石墨炔和单层MoSe2模型，构建石墨炔/二硒化钼范德华异质结的复合模型，并对其进行几何结构优化。本发明专利技术提供一种石墨炔/二硒化钼复合材料的仿真方法，解决现有二硒化钼材料载流子迁移率过低的问题，同时也对石墨炔的光吸收系数有所改善，并且还给出了电场作用下复合材料体系的能带结构与形成能的变化规律。能的变化规律。

【技术实现步骤摘要】
一种石墨炔/二硒化钼复合材料的仿真方法


[0001]本专利技术属于材料科学
，涉及一种石墨炔/二硒化钼复合材料的仿真方法，具体涉及一种石墨炔/二硒化钼复合材料电子结构与光学特性的仿真方法，尤其在为一种石墨炔/二硒化钼复合材料的理论模型构建、异质结与非异质结的能带结构变化、差分电荷密度、迁移率与光吸收、外加电场作用下体系能带与形成能等性质进行仿真。

技术介绍

[0002]过渡金属二硫属化物材料二硒化钼(MoSe2)是前景十分光明的半导体材料，其具有可调的带隙与优异的光吸收等特性，然而载流子迁移率过低限制了其在光电器件中更为广阔的应用。
[0003]石墨炔(Gyne)材料是具有广阔应用的新型碳材料，具有合适的带隙与高的载流子迁移率等优异特性，但光吸收系数相对较弱。以石墨炔材料为电子传输层，以二硒化钼为光吸收剂，建立异质结可以大大提高基于石墨炔或二硒化钼的光电器件的光电性能。基于石墨炔/二硒化钼的范德华异质结构表现出超高的载流子迁移率与优异的光吸收。研究石墨炔/二硒化钼复合模型相对于单独的二硒化钼的载流子迁移率有了明显提升，相对于单独的石墨炔光吸收系数也有了明显的提升，对于构建光学器件尤其是发光器件等领域的应用具有重要研究意义。

技术实现思路

[0004]本专利技术所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种石墨炔/二硒化钼复合材料的仿真方法，解决现有二硒化钼材料载流子迁移率过低的问题，同时也对石墨炔的光吸收系数有所改善，并且还给出了电场作用下复合材料体系的能带结构与形成能的变化规律。
[0005]本专利技术采用以下技术方案：
[0006]本专利技术采用一种石墨炔/二硒化钼复合材料的仿真方法，包括以下步骤：
[0007]S1.使用Materials Studio软件分别建立单层石墨炔和单层二硒化钼模型，使用CASTEP模块对其进行几何结构优化；
[0008]S2.采用步骤S1中优化好的单层石墨炔和单层MoSe2模型，构建石墨炔/二硒化钼范德华异质结的复合模型，并对其进行几何结构优化。
[0009]可选的，所述步骤S1具体为：采用超软赝势来描述系统中电子与核的相互作用，使用GGA
‑
PBE泛函来研究电子的交换函数和相关函数，体系总能量的收敛标准为1x10
6 eV，原子力间的收敛标准为内应力小于0.05Gpa，真空层厚度为用于削弱相邻材料层与层之间的相互作用。
[0010]可选的，所述步骤S2具体为：初始层间距为模块选择与收敛标准同步骤S1，布里渊区积分路径为Γ(0,0,0)
→
M(0,0.5,0)
→
K(
‑
0.333,0.667,0)
→
Γ(0,0,0)，计算复合模型的能带结构、迁移率与光吸收等性质，获取异质结构相对于单层材料电子结构与
光学特性的改善结果；并对复合模型施加电场，对电场作用下复合模型的能带结构进行计算和分析，完成仿真。
[0011]可选的，步骤S1中，单层石墨炔优化时，网格点与平面波截断能分别为6
×6×
1和650eV。
[0012]可选的，步骤S1中，单层二硒化钼优化时，网格点与平面波截断能分别为6x6
×
1和600eV。
[0013]可选的，步骤S2中，所述单层石墨炔与二硒化钼的晶格比为1：2。
[0014]可选的，步骤S2中，引入DFT色散校正方法来描述范德华相互作用。
[0015]可选的，步骤S2中，石墨炔/二硒化钼复合模型优化与计算时的网格点与平面波截断能分别为6
×6×
1和600eV。
[0016]可选的，步骤S2中，电场以石墨炔指向二硒化钼为正方向，施加的电场范围为间隔为获取外加电场作用下体系的能带结构与形成能等变化规律。
[0017]本专利技术具有如下有益效果：
[0018]1、本专利技术提供一种石墨炔/二硒化钼复合材料的仿真方法，解决现有二硒化钼材料载流子迁移率过低的问题，同时也对石墨炔的光吸收系数有所改善，并且还给出了电场作用下复合材料体系的能带结构与形成能的变化规律。
[0019]2、本专利技术实施例采用第一性原理的方法进行模拟仿真计算，成本较低，操作简单，准确性高，应用广泛且重复性好。本专利技术实施例首次在理论上构建石墨炔/二硒化钼复合材料并研究外加电场对体系的影响，为实验制备相关材料提供理论依据。本专利技术实施例所使用的模型均为二维材料，其单层材料的厚度小于一个纳米，超薄的二维结构特性使其在新型的高集成度、高密度电子器件中有着无可比拟的体积优势。本专利技术实施例所构建的石墨炔/二硒化钼复合材料有效提升了二硒化钼的载流子迁移率，并对石墨炔材料的光学特性也有所改善。本专利技术实施例所构建的石墨炔/二硒化钼复合材料具有着直接带隙与I型带阶排列的特征，十分有助于发光器件的研究与应用，并且还给出了外加电场作用下体系电子结构的变化规律，为实验上制备相应的光电器件提供了理论与技术支持。
[0020]3、本专利技术实施例使用Material Studio软件首先分别构建并优化单层石墨炔和单层二硒化钼的晶胞模型，接着构建石墨炔/二硒化钼范德华结合的复合模型，并对其能带结构、迁移率与光吸收特性进行计算与分析。最后还研究了复合体系在外加电场作用下的相关特性。本专利技术首次构建出石墨炔/二硒化钼的复合模型，阐述了复合模型形成前后电子与光学特性的变化；并研究分析了外加电场对于体系形成能、能带结构等性质的调控作用，为发光器件的研究与应用奠定了理论基础。
附图说明
[0021]图1为本专利技术实施例1中单层石墨炔模型、单层二硒化钼模型、石墨炔/二硒化钼复合模型图谱；
[0022]图2为本专利技术实施例1的能带对比图谱；
[0023]图3为本专利技术实施例1的光吸收图谱；
[0024]图4为本专利技术实施例1的形成能图谱；
[0025]图5为本专利技术实施例2的石墨炔/二硒化钼复合模型正向电场下的能带变化图谱；
[0026]图6为本专利技术实施例2的石墨炔/二硒化钼复合模型反向电场下的能带变化图谱；
[0027]图7为本专利技术实施例2的石墨炔/二硒化钼复合模型外加电场作用下的电子结构变化图；
具体实施方式
[0028]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0029]本专利技术实施例基于第一性原理计算的密度泛函理论，构建出石墨炔/二硒化钼范德华力结合的复合模型，并研究了外加电场作用下体系能带、形成能与电子结构等变化规律。
[0030]本专利技术实施例提供一种石墨炔/二硒化钼复合材料电子结构与光学特性的仿真方法，包括以下步骤：
[0031]S1.使用Materials Studio软本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种石墨炔/二硒化钼复合材料的仿真方法，其特征在于，包括如下步骤：S1、使用Materials Studio软件分别建立单层石墨炔和单层二硒化钼模型，并使用CASTEP模块对其进行几何结构优化；S2、采用步骤S1中优化好的单层石墨炔和单层MoSe2模型，构建石墨炔/二硒化钼范德华异质结的复合模型，并对其进行几何结构优化。2.根据权利要求1所述的仿真方法，其特征在于，所述步骤S1具体为：用于描述系统中电子与核的相互作用的赝势为超软赝势，用于研究电子的交换函数和相关函数的泛函为GGA
‑
PBE泛函，体系总能量的收敛标准为1x106eV，原子力间的收敛标准为内应力小于0.05Gpa，用于削弱相邻材料层与层之间的相互作用的真空层的厚度为3.根据权利要求1所述的仿真方法，其特征在于，所述步骤S2具体为：初始层间距为模块选择与收敛标准同步骤S1，布里渊区积分路径为Γ(0,0,0)
→
M(0,0.5,0)
→
K(
‑
0.333,0.667,0)
→
...

【专利技术属性】
技术研发人员：贠江妮，张思雨，曾丽如，姚林伟，毕祉嵩，
申请(专利权)人：西北大学，
类型：发明
国别省市：