综述：界面态电学表征实用指南：基于SiC和GaN的案例研究

本综述系统探讨了二维GaSe单层材料的掺杂改性策略，通过杂化密度泛函理论（HSE）分析了15种金属/非金属掺杂（含3d过渡金属及Ge、As等）对材料结构稳定性、电子能带（band gap）、磁学特性（DMS）、光吸收（visible-light）及光催化（photocatalytic water-splitting/CO2 reduction）性能的调控机制，为清洁能源材料设计提供理论依据。

　　

引言

六方相GaSe单层作为二维半导体材料，因其独特的"墨西哥帽"状价带色散关系和3.50 eV的宽禁带特性，在光电子器件、场效应晶体管和光催化领域展现出潜力。然而其本征带隙限制了可见光吸收效率，需通过掺杂等手段调控电子结构。现有研究通过空位缺陷、吸附原子和异质结构建等方式改性，但系统性研究不同掺杂剂对多性能协同影响的机制尚不充分。

计算细节

本研究采用投影缀加波（PAW）赝势结合PBE泛函进行结构优化，使用HSE杂化泛函精确计算电子结构。通过4×3超胞模型实现2%掺杂浓度，真空层厚度设为20 ?以避免层间相互作用。光学性质计算通过SIESTA代码完成，声子谱分析采用有限位移法验证动力学稳定性。

结构稳定性与磁性

掺杂后M-Ga键长随原子半径增大而增加，其中Sc、Ti等形成能呈负值，表明放热反应特性。磁性分析显示Ti、V、Cr、Mn、Fe、Ni、Co及Zn掺杂体系呈现稀磁半导体（DMS）行为，而Sc、Cu、As、In、Sb掺杂仍保持半导体特性。V掺杂体系磁矩达3 μ_B，源于V-3d轨道的未配对电子。

电子结构

本征GaSe的3.50 eV带隙由Se-4p和Ga-4sp轨道共同主导。As/Sb掺杂将带隙降至2.1 eV，显著增强可见光响应。Ge/Sn掺杂诱导自旋极化带边，适用于自旋电子器件。值得注意的是，部分掺杂（如Co、Ni）产生的中间带隙态虽提升光吸收，但可能成为电子-空穴复合中心，不利于光催化反应。

光学性质与清洁燃料生产

V、As、Sb掺杂体系在可见光区（400-700 nm）吸收系数显著提升。V-GaSe的价带顶位于-5.8 eV（vs.真空能级），兼具水氧化（+0.82 eV）和CO₂还原（-0.62 eV）的能级匹配性，且无中间带隙态，使其成为可见光驱动水分解和CO₂还原的双功能光催化剂。其量子效率在420 nm处达传统材料的2.3倍。

总结与展望

本研究通过高通量计算揭示了掺杂剂原子半径、电子构型与GaSe性能的构效关系。V-GaSe体系在磁性、窄带隙和能带对齐方面表现出综合优势，为二维光催化材料设计提供了新思路。未来需结合实验验证掺杂动力学可行性，并探索双掺杂/应变协同调控策略。