单层过渡金属硫族化合物中弱耦合极化子的磁场效应

裴志成,丁朝华,耿艳波,肖景林

(内蒙古民族大学数理学院,内蒙古 通辽 028043)

0 引言

单层过渡金属硫族化合物(TMDs)是一种新型二维材料,具有一系列独特的光学、电学、热学和力学性能[1]。不同于零禁带宽度的原始石墨烯,单层TMDs具有的非零带隙使其在逻辑集成方面存在广泛的应用前景,可以应用在激光器、发光二极管、太阳能电池和光电探测器等诸多方面[2,3],因此,对单层TMDs的研究已成为近年来凝聚态物理的研究热点。研究表明:在TMDs的应用中,关键因素是精确控制带隙大小的能力,而改变材料的化学成分、几何形状和晶格常数[4-7]都可以对二维材料的带隙进行调节,但这些方法很难做到带隙的较大范围调制。随着对单层TMDs不断深入的研究,Archana等[8]通过实验证明,改变不同的极性衬底,单层TMDs局部介质屏蔽发生了显著变化,导致其带隙在几百毫电子伏特范围内发生调制。Withers等[9]、Trolle等[10]的研究表明:将不同的二维材料堆叠成范德瓦尔斯异质结构,也可以使带隙在几百毫电子伏特范围内发生调制。

本文利用LLP幺正变换与线性组合算符相结合的方法研究了在外加磁场作用下TMDs中弱耦合极化子基态能量的性质,讨论了基态能量与外加磁场、德拜截止波数、内部距离和本征极化率参数的依赖关系。

1 理论计算

TMDs是二维平面结构,其电子只能在x、y平面内做运动,TMDs平面的电子与光学声子(LO,SO)相互作用,此时体系的哈密顿量表达式为

(1)式中第一项为电子动能,第二项是光学声子的能量,第三项为TMDs平面的电子与光学声子耦合的能量,耦合作用的不同是通过耦合矩阵元Mk,v的不同体现出来的。……