新型二维SiO<sub>2</sub>结构及面内应变对其光电性质影响的第一性原理研究

刘雪婷; 刘禹成; 赵子昂; 王丹丹; 张勇; 冯明

doi:10.37188/CJL.20230072

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新型二维SiO₂结构及面内应变对其光电性质影响的第一性原理研究

理论计算及光谱分析 | 更新时间：2023-09-06

- 新型二维SiO₂结构及面内应变对其光电性质影响的第一性原理研究
  增强出版
- A Novel Two-dimensional SiO₂ Structure and Influence of In-plane Strain on Its Photoelectric Properties: First-principles Study
- 发光学报 2023年44卷第8期页码：1496-1504
- 作者机构：
  
  1.吉林师范大学物理学院，吉林四平　136000
  2.吉林师范大学功能材料物理与化学教育部重点实验室，吉林长春　130022
- 作者简介：
  
  [ "刘雪婷（1997-），女，吉林白城人，硕士，2023年于吉林师范大学获得硕士学位，主要从事新型二维光电功能材料的结构设计和性能研究。E-mail: lxt1071327379@163.com" ]
  [ "王丹丹（1987-），女，河南商丘人，博士，副教授，2015年于中国科学院长春光学精密机械与物理研究所获得博士学位，主要从事新型无机功能材料的结构合计和光电性能理论研究。 E-mail： mila880227@126.com" ]
  [ "张勇（1982-），男，吉林四平人，博士研究生，教授，2010年于吉林师范大学获得硕士学位，主要从事闪烁玻璃及闪烁光纤面板的研究。 E-mail： zhangyong@jlnu.edu.cn" ]
  [ "冯明（1981-），男，吉林辽源人，博士，教授，2011年于哈尔滨工业大学获得博士学位，主要从事外物理场耦合光电催化反应设计和高比能二次电池关键材料开发与应用。 E-mail： mingfeng@jlnu.edu.cn" ]
- 基金信息：
  
  吉林省自然科学基金(YDZJ202201ZYTS307;20210101409JC)
- DOI：10.37188/CJL.20230072
  中图分类号： O482.31
- 纸质出版日期：2023-08-05，
  
  收稿日期：2023-03-24，
  
  修回日期：2023-04-11，
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刘雪婷,刘禹成,赵子昂等.新型二维SiO₂结构及面内应变对其光电性质影响的第一性原理研究[J].发光学报,2023,44(08):1496-1504.

LIU Xueting,LIU Yucheng,ZHAO Ziang,et al.A Novel Two-dimensional SiO₂ Structure and Influence of In-plane Strain on Its Photoelectric Properties: First-principles Study[J].Chinese Journal of Luminescence,2023,44(08):1496-1504.
刘雪婷,刘禹成,赵子昂等.新型二维SiO₂结构及面内应变对其光电性质影响的第一性原理研究[J].发光学报,2023,44(08):1496-1504. DOI： 10.37188/CJL.20230072.

LIU Xueting,LIU Yucheng,ZHAO Ziang,et al.A Novel Two-dimensional SiO₂ Structure and Influence of In-plane Strain on Its Photoelectric Properties: First-principles Study[J].Chinese Journal of Luminescence,2023,44(08):1496-1504. DOI： 10.37188/CJL.20230072.

摘要

SiO

通常以三维晶体或无定形结构存在，限制了其在新技术如新一代集成电路中的应用，因此二维SiO

的研究引起了越来越多的关注。本文通过删除三维层状CaAl

结构中的Ca和Al原子，直接构建出新的二维SiO

构型。采用基于密度泛函理论的第一性原理计算，结构优化获得的新型2D SiO

具有

P⁃

对称性，群号189。通过结合能、弹性系数、分子动力学模拟和声子谱计算，发现新型2D SiO

具有高机械稳定性、热力学稳定性和动力学稳定性。电子性质和光学性质计算发现，2D SiO

是带隙为6.08 eV绝缘体，且具有良好的光透射率和光导率。此外，通过研究面内双轴应变对2D SiO

电子和光学性质的影响，发现2D SiO

的带隙和介电函数受面内拉伸应变的影响较压缩应变略大，不过其整体光学性质受应变影响不大，保证了其在实际应用中电子性质和光学性质的稳定性。

Abstract

SiO

usually exists in three-dimensional crystal or amorphous structure， which limits its application in new technologies such as new integrated circuits， so the research on two-dimensional SiO

has attracted more and more attention. In this paper， a new two-dimensional SiO

configuration is constructed directly by removing Ca and Al atoms from the three-dimensional layered CaAl

structure. Using the first principles calculation based on density functional theory， the structure optimization results in the new 2D SiO

with

P⁃62m

symmetry and group number 189. Through calculating binding energy， elastic coefficient， molecular dynamics simulation and phonon spectrum， it is found that the new 2D SiO

has high mechanical， thermodynamic and dynamic stability. Further calculations of electronic and optical properties show that 2D SiO

is an insulator with band gap of 6.08 eV， and has good optical transmittance and optical conductivity. In addition， by studying the effect of in-plane biaxial strain on the electronic and optical properties of 2D SiO

， it is shown that the band gap and dielectric function of 2D SiO

are slightly more affected by the in-plane tensile strain than by the compression strain， but the strain impact on the overall optical properties of 2D SiO

is modest， which ensures the stability of the electronic and optical properties in practical applications.

关键词

二维SiO2电子性质光学性质第一性原理计算

Keywords

two-dimensional SiO2electronic propertiesoptical propertiesfirst-principles calculations

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