ナノマテリアルと分子ナノテクノロジーのジャーナル

La、Ce、Th をドープした 2D SiC の光電特性: 第一原理研究

Wan-Jun Y、Xin-Mao Q、Chun-Hong Z、Zhong-Zheng、Shi-Yun Z

第一原理法を用いて、La、Ce、Thをドープした2次元（2D）SiCの幾何学的構造、エネルギーバンド構造、状態密度、光学特性を調査した。幾何学的構造の結果から、すべてのドーピング原子がドーピング原子付近の結晶格子に明らかな歪みを引き起こし、歪みの程度が異なるドーピング原子の共有結合半径に関係していることが明らかになった。純粋な2D SiCは、ギャップが2.60 eVの直接ギャップ半導体である。フェルミエネルギー付近では、状態密度は主にC-2pとSi-3pで構成される。La、Ce、Thをドープすると、2D SiCのバンドギャップが減少し、すべてが準直接バンドギャップ半導体に変わる。 La および Th をドープした 2D SiC の価電子帯は、それぞれ C-2p、Si-3p、La-5d、Th-6d が主成分ですが、Ce ドープは 2D SiC の価電子帯にほとんど影響を与えません。La、Ce、Th をドープした 2D SiC の伝導帯は、それぞれ Si-3p、La-5d、Ce-4f、Th-6s6d5f が主成分です。Si 原子が希土類原子に置き換わると、希土類原子は電荷を失います。希土類原子と C 原子の結合は共有結合が弱く、イオン結合の方が強くなります。研究したすべてのシステムの中で、La ドープ 2D SiC は静的誘電率が最も大きく (2.33)、低エネルギー領域で ε2(ω) のピークが最も大きく、最大屈折率 n0 が 1.53 です。Ce ドープ 2D SiC は、低エネルギー領域で最大吸収が 6.88 × 104 cm-1 です。 La または Ce をドープした 2D SiC は、より低いエネルギー領域での吸収を高めることができますが、Th をドープすると、0 ~ 15 eV の範囲で 2D SiC の吸収が減少します。この研究結果は、2D SiC の開発と応用に理論的な指針を提供します。