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

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.

关键词：黑磷砷;第一性原理;气体传感器

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资助基金：中国博士后科学基金;江苏省高等学校自然科学基金;华南理工大学发光材料与器件国家重点实验室开放基金;东南大学毫米波国家重点实验室开放基金;南京大学固体微结构物理国家重点实验室开放基金;江苏省光通信工程技术研究中心开放基金

在线出版日期：2021-08-19（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共8页

页码：241-248