基于第一性原理的二维材料黑磷砷气体传感器的机理研究

• 作者: 徐强 段康 谢浩 张秦蓉 梁本权 彭祯凯 李卫
• 来源期刊: 物理学报
• 关键词: 黑磷砷 第一性原理 气体传感器
• 年，卷（期）: 2021,（15）
• 所属期刊栏目: 凝聚物质:电子结构、电学、磁学和光学性质|CONDENSED MATTER: ELECTRONIC STRUCTURE, ELECTRICAL, MAGNETIC, AND OPTICAL PROPERTIES
• 页码范围: 241-248
• 页数: 8页
• 语种: 中文
• DOI: 10.7498/aps.70.20201952

摘要

通过密度泛函理论计算, 研究了气体小分子吸附在单层黑磷砷表面的电学和磁学特性. 选择4个初始吸附点位来探索CO, CO2, NH3, SO2, NO和NO2气体分子最优的吸附位置, 计算了吸附能、吸附距离和电荷转移等电子结构参数, 确定了吸附类型和敏感气体. 结果表明, 单层黑磷砷以强的物理吸附对NO2和SO2气体敏感, 而通过化学吸附对NO气体敏感并且N原子和P原子间还形成新的化学键. 从能带结构角度, CO, CO2和NH3这三种气体吸附对黑磷砷的能带结构影响很小, SO2气体吸附增大带隙宽度. 磁性气体NO和NO2的吸附则在费米能级附近引入杂质能带, 这主要来源于N原子和O原子的p轨道, 并且减小了带隙宽度. NO和NO2气体还分别诱导了0.83μB和0.78μB的磁矩, 使得整个体系带有磁性. 理论研究表明, 单层黑磷砷是检测NO, NO2和SO2气体的良好气敏材料.