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g-CN体系的准粒子能带结构和光学特性
  • ISSN号:1000-6818
  • 期刊名称:《物理化学学报》
  • 时间:0
  • 分类:O649[理学—物理化学;理学—化学]
  • 作者机构:[1]山东大学化学与化工学院,济南250100, [2]凯里学院物理与电子工程学院,贵州凯里556011
  • 相关基金:国家自然科学基金(21173130,21433006,21573131)资助项目
中文摘要:

利用多体格林函数理论,本文研究了二维CN体系(包括triazine 和tri-s-triazine)的激发态特性。通过GW方法,我们计算了准粒子的能量。考虑电子-空穴相互作用,通过求解Bethe-Salpeter 方程,我们获得了激发态能量和光谱。我们发现,在这两种CN体系的价带中,σ 轨道和π 轨道之间的交换作用非常强烈。由于占据的σ 轨道和π 轨道之间的准粒子修正量非常不同,因此,为了得到准确的带隙值和光谱,我们需要对这两种轨道开展精确的GW计算。与单层的CN体系相比,双层结构中层与层之间的范德华相互作用使带隙值降低了0.6 eV,而光吸收谱红移了0.2 eV,这是由于双层结构具有更小的激子束缚能。我们计算的吸收峰的位置与实验结果符合很好。实验中的吸收峰主要是由深能级的π 轨道到π*轨道的跃迁形成的。π → π*跃迁和σ → π*跃迁之间的耦合能够在长波长范围产生弱的吸收尾巴,如果调整入射光的极化方向,由σ →π*跃迁产生的高强度的吸收峰将会在更低能量处出现。

英文摘要:

The excited-state properties of two-dimensional carbon nitrides, including triazine and tri-s-triazine, were investigated using many-body Green's function theory. Their quasiparticle energies were calculated with the GW method. By solving the Bethe-Salpeter equation (BSE), which takes into account electronhole interactions, excitation energies and optical spectra were obtained. Strong interactions, mainly originating from exchange interactions, were found between σ and TT orbitals in the valence bands of the two carbon nitrides. The quasiparticle corrections for occupied (7 and TT orbitals are quite different, so both of them need to be calculated at the level of the GW method to obtain accurate results for both band gaps and optical spectra from the BSE. Compared with monolayer carbon nitrides, interlayer van der Waals interactions in bilayer systems lower the band gap by 0.6 eV, while the optical absorption spectrum red shifts by 0.2 eV. This is because of the smaller exciton binding energy in bilayer systems. Our calculated positions of the absorption peaks are in good agreement with experiments. The absorption peaks in experiments are dominated by transitions from deep rr orbitals to π* orbitals. Coupling between π→ π* and σ→π* transitions can lead to a weak absorption tail in the long wavelength region. If we tune the polarization direction of the incident light, new strong absorption peaks originating from σ→ π* transitions emerge at lower energies.

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期刊信息
  • 《物理化学学报》
  • 中国科技核心期刊
  • 主管单位:中国科学技术协会
  • 主办单位:北京大学化学与分子工程学院承办
  • 主编:刘忠范
  • 地址:北京大学化学楼
  • 邮编:100871
  • 邮箱:whxb@pku.edu.cn
  • 电话:010-62751724
  • 国际标准刊号:ISSN:1000-6818
  • 国内统一刊号:ISSN:11-1892/O6
  • 邮发代号:82-163
  • 获奖情况:
  • 中文核心期刊
  • 国内外数据库收录:
  • 俄罗斯文摘杂志,美国化学文摘(网络版),荷兰文摘与引文数据库,美国科学引文索引(扩展库),英国科学文摘数据库,日本日本科学技术振兴机构数据库,中国中国科技核心期刊,中国北大核心期刊(2004版),中国北大核心期刊(2008版),中国北大核心期刊(2011版),中国北大核心期刊(2014版),英国英国皇家化学学会文摘,中国北大核心期刊(2000版)
  • 被引量:24781