Electronic and optical properties of example 2D systems under the vertical electric field

Yüksek taşıyıcı hareket kabiliyeti, üstün termal ve elektriksel iletkenlik ve mekanik sağlamlığı kapsayan olağanüstü özelliklerinden dolayı iki-boyutlu (2B) malzemeler optikten nanoelektroniğe kadar çeşitli alanlarda kullanılmaktadır. Bu tez çalışmasında tek katmanlı grafen, 2B molübden karbür (Mo2C) ve 2B tungsten diselenidi (WSe2) kapsayan örnek 2B sistemlerin 0.1 V/angstrom ve 2.5 V/angstrom arasında uygulanan dikey statik elektrik alan (E-alan) altındaki elektronik ve optik özellikleri yoğunluk fonksiyonel teorisine dayanan ilk prensip hesaplamalar ile araştırılmıştır. Uygun değiş-tokuş fonksiyoneli kullanılarak van der Waals etkileşimleri hesaplara dahil edildi. Elektronik bant diyagramları ve durum yoğunluğu grafikleri kullanılarak tek katmanlı grafen ve 2B Mo2C sistemlerinin metal, direkt bant aralığına sahip 2B WSe2 sisteminin ise yarıiletken özellikler gösterdiği doğrulanmıştır. E-alan altında araştırılan sistemlerin tamamında değerlik bandındaki bantların belirli bir E-alan genliğine (Ez) kadar eş enerjili olduğu gözlenirken iletim bandında ise E-alan uygulandığı an kaymalar gözlenmiştir. Grafende artan elektrik alan etkisiyle Dirac noktası yukarı kaymaya, Ez = 0.5 V/angstrom iken sigma∗ bandı ise Fermi seviyesinin (EF) altına kaymaya başlamıştır. Grafen için bilinen bant geçişlerine (pi → pi∗, sigma → sigma∗, sigma → pi∗, pi → sigma∗) ek olarak, sigma∗ → pi∗ geçişi gözlenmiştir. 2B Mo2C için Ez 0.8 V/angstrom değerinden büyük olduğunda Mo atomlarına ait s-orbitallerine karşılık gelen bantlar EF altına kaymış, ve pi plazmon tepelerinin Ez 0.4 V/angstrom'a eşit ve küçük değerleri için kırmızıya, 0.6 V/angstrom ve 2.5 V/angstrom arasındaki değerleri için ise maviye kaydığı görülmüştür. Ez 1.0 V/angstrom'a eşit ve büyük iken 2B WSe2 sisteminin bant aralığı sıfır olarak elde edildiğinden yarıiletkenden metale geçiş gözlendi. EF altına kaymalar çalışılan malzemelerin n-katkılamasını sağladı.