二维多晶型硼碳氮化物的电子结构调控与激子特性研究及其光电器件应用

《Materials Today Physics》：2D polymorphic boron carbon nitrides: Stability, electronic property, light absorption, and excitonic characteristics

本文采用PBE+GW0+BSE多体计算方法，系统研究了八种二维多晶型BC2N单层材料的原子排列对稳定性、电子结构（含准粒子带隙）、各向异性光吸收（吸收系数>105 cm?1）及激子特性（结合能>500 meV）的影响，为新型纳米光电器件设计提供了理论依据。

　　

计算细节和方法

体系基态性质通过Quantum Espresso代码计算，采用PBE泛函、模守恒赝势、18×18×1 k点网格、60 Ry截断能和25 ?真空层。力和能量的收敛标准分别为10^?5 eV/?和10^?2 eV。声子谱通过密度泛函微扰理论计算...

BC₂N-i (i=1–8)单层膜的结构与稳定性

构建的八种二维多晶型BC₂N构型（图1）均为类石墨烯平面结构，晶格常数介于4.985–5.021 ?。原子排列差异导致C/B/N键长显著不同（表S1）。值得注意的是，除BC₂N-2/4/8外，其他构型的C-C键长均小于典型石墨烯的1.420 ?，而B-N键长则大于h-BN的1.446 ?...

结论

通过PBE+GW₀+BSE计算，系统揭示了多晶型BC₂N-i单层膜的结构、电子和光学性质。其中BC₂N-1/2/3表现出动态和热稳定性，准粒子带隙分别为3.733 eV（间接）、3.261 eV（直接）和0.903 eV（直接）。BC₂N-3在近红外-可见光区具有强吸收特性，而BC₂N-1/2则擅长可见光-紫外波段吸收。所有结构均呈现各向异性光吸收，且激子结合能超500 meV，辐射寿命达纳秒级，展现出优异的纳米光电器件应用潜力。