铝掺杂二维碳化硅光电输运及其调控的第一性原理

摘要

为在二维半导体材料中实现完全自旋极化光电流和纯自旋光电流的有效产生，该文基于第一性原理计算系统研究了铝原子掺杂二维Si₉C₁₅的6种构型的电子性质，发现铝原子在C2位掺杂的Si₉C₁₅构型(Al＿C2-Si₉C₁₅)能带结构展现出显著的自旋劈裂，且表现为半导体.该研究进一步基于非平衡格林函数和密度泛函理论计算了Al＿C2-Si₉C₁₅光电流特性.研究结果表明基于Al＿C2-Si₉C₁₅搭建的器件能够在线偏振光照射下产生光电流，并且在研究的所有光子能量的偏振光照射下的光电流随偏振角度的变化曲线都在偏振角度为0°和90°时到达最小值或最大值.进一步研究表明，当光子能量在0.5～1.4 eV时，该器件可产生完全自旋极化光电流.值得注意的是，当光子能量为2.8 eV且偏振角为90°时，该器件的自旋极化率可超过3 000%.此外，在多个光子能量的偏振光照射下，该器件可产生纯自旋电流，并且光电流能够通过偏振角度和光子能量进行有效调控.综上所述，Al＿C2-Si₉C₁₅有望成为新型的二维自旋电子学材料，在自旋电子学器件领域具有潜在的应用价值.

关键词

光生电流效应 / 掺杂 / 二维碳化硅 / 第一性原理计算