二维材料黒磷输运及光学性质的理论研究

Two dimensional black phosphorus (BP) has great potential applications arising from its wide gap, high mobility and strong anisotropic band structure. Exploring about the effective ways to tune the transport and optical properties of BP is an interesting and important topic with wide applications. The project will be study the ways of tuning of BP electric transport and optical properties, focusing on the impact of electron and exciton spectra on transport and optical properties of BP and its nanostructures. Firstly, we investigate the influence of the thickness，strain effect and external electric (magnetic) field effect on the band gap and exciton binding energy, and the formation mechanism of the new quantum phase. Secondly, We will use the tight binding and low energy effective k.p Hamiltonian and compare the results with the recent experimental data. Furthermore, we investigate the spin-dependent properties such as the effective g-factor, spin orbit coupling and exchange interactions. Finally, we investigate the role of impurities and defects in the transport properties of BP. This propose is aimed at revealing the new physics in BP and searching the effective ways to control the transport and optical properties of BP via the investigation of those fundamental issues. This propose will provide us the physical basis for the black phosphorus-based device applications.

二维材料黑磷因其较宽的能隙范围、高迁移率和强烈的能带各向异性等特性而在电输运和光学方面有着广泛应用前景，因此探索黑磷输运和光学性质的调控方法将非常有趣且具有重要应用价值。本项目围绕黑磷电输运和光学性质的调控方法为核心展开研究，着重研究黑磷及其纳米结构中电子和激子能谱结构及其对电子输运和光学性质的影响。研究黑磷能隙和激子束缚能随厚度、应力和外电（磁）场的变化，探讨新量子相的形成条件和机制；从黑磷紧束缚和低能k.p有效哈密顿量出发，计算其光学性质并与最近的实验比较；进一步利用第一性原理计算、k.p理论、DFT紧束缚方法研究黑磷自旋相关物性的调控方法，包括g因子、自旋轨道耦合和交换关联相互作用；最后，研究黑磷中由杂质、缺陷散射对其器件迁移率的影响。本项目的实施有助于揭示黑磷中的新物理调控电输运和光学性质的有效途径，为基于黒磷的器件应用提供物理基础。

二维材料黑磷因其较宽的能隙范围、高迁移率和强烈的能带各向异性等特性而在电输运和光学方面有着广泛应用前景，因此探索黑磷输运和光学性质的调控方法将非常有趣且具有重要应用价值。本项目围绕黑磷电输运和光学性质的调控方法为核心展开研究，着重研究黑磷及其纳米结构中电子和激子能谱结构及其对电子输运和光学性质的影响。研究黑磷能隙和激子束缚能随厚度、应力和外电（磁）场的变化，探讨新量子相的形成条件和机制；从黑磷紧束缚和低能k.p有效哈密顿量出发，计算其光学性质并与最近的实验比较；进一步利用第一性原理计算、k.p理论、DFT紧束缚方法研究黑磷自旋相关物性的调控方法，包括g因子、自旋轨道耦合和交换关联相互作用；最后，研究黑磷中由杂质、缺陷散射对其器件迁移率的影响。本项目的实施有助于揭示黑磷中的新物理调控电输运和光学性质的有效途径，为基于黒磷的器件应用提供物理基础。本项目执行期间共发表SCI收录论文13篇，其中包括Phys. Rev. Lett. 2 篇，Sci. China-Phys. Mech. Astron. 2篇，Phys. Rev. Applied 1篇，Phys. Rev. B 7篇和Nanotechnology 1 篇。项目按照预定研究计划执行，基本达成既定总体目标。本项目对于深化对二维材料黒磷输运及光学性质的理解和实现基于黒磷薄膜二维材料的器件应用具有重要指导意义。