电场、应力和电荷态对Ti₂CO₂电子性质调控的理论研究

王昌英¹，路宇畅²，任翠兰²，王刚¹，怀平^2,3

1. 常州工学院理学院2. 中国科学院上海应用物理研究所3. 上海科技大学物质科学与技术学院

摘 要：MXene是一类具备丰富物理化学性质的新型二维过渡金属碳化物,在储能、催化、复合材料、发光材料等领域都表现出潜在的应用前景。元素掺杂、结构缺陷、表面功能化、外加电场、外加应力等方法是调节二维材料性能的有效手段。作为厚度最小和最轻的含钛MXene材料,Ti₂CO₂具有间接半导体特性,本工作研究外加电场、外加应力和电荷态等条件对Ti₂CO₂电学性能的调控。结果表明:无缺陷Ti₂CO₂原胞的带隙随着外加电场的增强而变小。在Ti₂CO₂体系中,碳空位较易形成。研究发现拉伸应力可以改变含碳空位体系的导电能力,费米能级附近的能带随着拉伸应力的增大而逐渐平滑。研究还发现电荷态会改变含碳空位2×2×1 Ti₂CO₂超胞的能带结构,随着电荷态的增加,体系费米能级的位置逐渐降低,且电荷态为+2时,含碳空位2×2×1 Ti₂CO₂超胞表现出半导体特性,带隙类型转变为直接带隙,带隙值为0.489 eV。

关键词：第一性原理;Ti2CO2;电场;应力;电荷态;电子性质;