各向异性应变调控磷烯/石墨烯异质结性能：面向可持续能源应用的新策略

本研究针对二维材料在能源应用中的性能优化难题，通过密度泛函理论(DFT)系统探究了P3 C4 （磷烯/石墨烯横向异质结）在应变作用下的结构稳定性与光电特性。研究发现，-5%锯齿向应变可显著提升载流子迁移率，0.81 eV可调带隙与增强的可见光吸收性能，为光电器件和能源转换技术提供了新材料解决方案。

　　

在追求碳中和的全球背景下，二维材料因其独特的物理性质成为能源技术研发的热点。然而，石墨烯的零带隙特性与磷烯的环境不稳定性严重制约其实际应用。如何通过材料设计协同解决带隙调控、载流子迁移和光吸收等关键问题，成为当前研究的重大挑战。

针对这一科学难题，研究人员通过理论计算揭示了P₃
C₄
横向异质结的突破性性能。该研究采用第一性原理计算体系，结合声子色散分析和从头算分子动力学(AIMD)模拟，系统考察了锯齿向和扶手椅方向应变对材料性能的影响。研究团队特别关注了-5%至5%应变范围内的结构演变规律，通过电子局域函数(ELF)和能带分解电荷密度分析揭示了界面耦合机制。

结构稳定性与电子特性
通过形成能计算和动力学模拟证实，P₃
C₄
具有0.81 eV间接带隙的半导体特性，其共价键界面结构在300K下保持稳定。应变调控可实现带隙从0.35 eV到1.12 eV的线性调节，同时维持I型能带排列，这为光电器件设计提供了重要参数窗口。

应变诱导性能优化
-5%锯齿向应变使载流子迁移率提升至10³
cm²
V^-1
s^-1
量级，电导率在300-500K温度区间呈现指数增长。特别值得注意的是，2%双轴应变下材料对450-650 nm可见光区的吸收系数达到10⁵
cm^-1
，较单层材料提高近3倍。

光学性能突破
介电函数计算显示，应变工程可有效调控激子结合能，使光学带边发生0.3-0.5 eV红移。这种应变依赖的光学各向异性为设计偏振敏感的光伏器件提供了新思路。

该研究通过理论预测证实，P₃
C₄
异质结兼具石墨烯的高迁移率和磷烯的可调带隙优势，其应变响应特性为开发新一代柔性光电器件和高效能源转换材料提供了理论指导。研究成果不仅解决了二维材料能带工程的关键科学问题，更为实现碳中性目标提供了创新材料解决方案，具有重要的产业化应用前景。论文的创新性发现已发表于《Renewable Energy》，为相关领域的实验研究指明了方向。