《Surfaces and Interfaces》：Enhanced Optoelectronic Properties of 2D BAs/GaN van der Waals Heterojunction: A First-Principles Study and Device Simulation
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本研究系统探究BAs/GaN异质结与同质结的结构稳定性、电子特性及光电器学性能，采用第一性原理计算确定AB4堆积为最稳定结构（结合能-0.33 eV），其直接带隙1.86 eV介于单层材料之间，且在紫外及可见光区域展现增强光吸收，器件透射率、响应电流及整体效率显著优于同质结，为新型二维材料器件开发奠定理论基础。
李平丁|洪元旭|邵飞雷|应浩松|徐蛟|郭东伟|彭绍
陕西科技大学电子信息与人工智能学院光电子科学技术系，中国陕西省西安市710021
摘要
将二维（2D）材料集成到范德华（vdW）异质结中已成为设计具有特定性能材料的关键方法。本研究全面探讨了BAs/GaN异质结和同质结构，重点关注其结构稳定性、电子特性和光电性能。通过第一性原理计算，我们确定AB4堆叠结构是BAs/GaN异质结中最稳定的结构，其结合能为-0.33 eV。该异质结具有1.86 eV的直接带隙，介于单层材料的带隙之间，并在紫外和可见光区域表现出增强的光吸收能力。器件性能分析表明，BAs/GaN异质结在透射率、电流响应和整体器件效率方面优于同质结。这些结果凸显了BAs/GaN异质结在高性能光电应用中的潜力，并为新型二维材料基器件的开发提供了坚实的理论基础。
章节摘录
引言
自2004年石墨烯被发现以来[1]，许多具有独特性质和广泛应用范围的二维（2D）材料已被发现和发展，例如过渡金属硫属化合物（TMD）、黑磷烯、六方氮化硼（hBN）、III-V族半导体等。在这些二维材料中，包含镓、硼、铅和钼的新型二维半导体材料尤为引人注目（如BAs
计算方法
BAs/GaN异质结的密度泛函理论（DFT）计算使用了维也纳从头算模拟包（VASP）进行。交换相关泛函采用广义梯度近似（GGA）和Perdew-Burke-Ernzerhof（PBE）参数化方法[35,36]进行描述。为了准确描述BAs/GaN异质结中的层间范德华（vdW）相互作用，所有计算均采用了DFT-D2方法[37]。
同质结构
对GaN和BAs单层材料进行了几何优化。BAs和GaN的晶格常数分别为3.280 ?和3.205 ?，与先前报道的值（BAs:3.378 ? [43]，GaN:3.223 ? [44]）非常吻合。GaN和BAs单层的电子能带结构通过计算得到，并在补充图S1中进行了可视化。这两种材料均表现出直接带隙特性，GaN单层的带隙为3.04 eV
结论
本研究对BAs/GaN异质结进行了全面研究，该异质结具有1.86 eV的直接带隙，在关键光谱区域表现出高效的光吸收能力。这种性能提升主要源于AB4堆叠结构所诱导的强健界面电场，有效促进了光生载流子的分离和传输。异质结的形成提升了光电性能
作者贡献声明
李平丁：撰写 – 审稿与编辑，撰写 – 原稿撰写，实验研究。洪元旭：方法论研究，实验研究。邵飞雷：方法论研究。应浩松：方法论研究。徐蛟：方法论研究。郭东伟：方法论研究。彭绍：指导，资源获取，资金申请。
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的可能会影响本文研究的财务利益或个人关系。
致谢
本研究得到了国家自然科学基金（项目编号：22573062）、国家引进外国专家计划（项目编号：Y20240216）以及陕西省数学与物理基础科学研究项目（项目编号：23JSQ016和22JSQ006）的支持。
