Excitons, optical spectra, and electronic properties of semiconducting Hf-based MXenes

激子 MXenes公司 离域电子 吸收光谱法 带隙 材料科学 谱线 化学 凝聚态物理 物理 光电子学 纳米技术 光学 天文 有机化学
作者
Nilesh Kumar,Miroslav Kolos,Sitangshu Bhattacharya,František Karlický
出处
期刊:Journal of Chemical Physics [American Institute of Physics]
卷期号:160 (12) 被引量:1
标识
DOI:10.1063/5.0197238
摘要

Semiconducting MXenes are an intriguing two-dimensional (2D) material class with promising electronic and optoelectronic properties. Here, we focused on recently prepared Hf-based MXenes, namely Hf$_3$C$_2$O$_2$ and Hf$_2$CO$_2$. Using the first-principles calculation and excited state corrections, we proved its dynamical stability, reconciled its semiconducting behavior, and obtained fundamental gaps by the many-body GW method (indirect 1.1 eV and 2.2 eV, respectively, direct 1.4 eV and 3.5 eV, respectively). Using the Bethe-Salpeter equation (BSE) we subsequently provided optical gaps (0.9 eV and 2.7eV, respectively), exciton binding energies, absorption spectra, and other properties of excitons in both Hf-based MXenes. The indirect character of both 2D materials further allowed a significant decrease of excitation energies by considering indirect excitons with exciton momentum along the $\Gamma$-M path in the Brillouin zone. The first bright excitons are strongly delocalized in real space while contributed by only a limited number of electron-hole pairs around the M point in the k-space from the valence and conduction band. A diverse range of excitonic states in Hf$_3$C$_2$O$_2$ MXene lead to a 4\% and 13\% absorptance for the first and second peaks in the infrared region of absorption spectra, respectively. In contrast, a prominent 28\% absorptance peak in the visible region appears in Hf$_2$CO$_2$ MXene. Results from radiative lifetime calculations indicate the promising potential of these materials in optoelectric devices requiring sustained and efficient exciton behavior.
最长约 10秒,即可获得该文献文件

科研通智能强力驱动
Strongly Powered by AbleSci AI
更新
大幅提高文件上传限制,最高150M (2024-4-1)

科研通是完全免费的文献互助平台,具备全网最快的应助速度,最高的求助完成率。 对每一个文献求助,科研通都将尽心尽力,给求助人一个满意的交代。
实时播报
陈嘟嘟发布了新的文献求助10
2秒前
leexk应助codwest采纳,获得10
4秒前
季不住完成签到,获得积分10
6秒前
dahuihui完成签到,获得积分20
7秒前
8秒前
李爱国应助zxw采纳,获得10
9秒前
舒适的天奇完成签到 ,获得积分10
11秒前
11秒前
田様应助科研通管家采纳,获得10
13秒前
Cindy应助科研通管家采纳,获得10
13秒前
CodeCraft应助科研通管家采纳,获得10
13秒前
POWER完成签到,获得积分10
13秒前
Jasper应助科研通管家采纳,获得10
13秒前
大个应助科研通管家采纳,获得10
13秒前
Akim应助科研通管家采纳,获得10
13秒前
MissLi完成签到,获得积分10
13秒前
SciGPT应助科研通管家采纳,获得10
13秒前
搜集达人应助科研通管家采纳,获得10
13秒前
乐乐应助科研通管家采纳,获得10
13秒前
shinysparrow应助科研通管家采纳,获得10
13秒前
科研通AI2S应助科研通管家采纳,获得10
13秒前
赘婿应助科研通管家采纳,获得10
13秒前
小路应助阿莽采纳,获得20
13秒前
14秒前
简单的笑蓝完成签到,获得积分10
15秒前
普林斯顿大学分子生物学完成签到 ,获得积分10
18秒前
Easypass完成签到 ,获得积分10
18秒前
19秒前
19秒前
20秒前
单薄的代秋完成签到,获得积分10
23秒前
ryx发布了新的文献求助10
24秒前
沉默的红牛完成签到 ,获得积分10
24秒前
25秒前
施行天发布了新的文献求助10
26秒前
27秒前
nickel完成签到,获得积分10
28秒前
29秒前
31秒前
31秒前
高分求助中
Sustainable Land Management: Strategies to Cope with the Marginalisation of Agriculture 1000
Corrosion and Oxygen Control 600
Python Programming for Linguistics and Digital Humanities: Applications for Text-Focused Fields 500
Heterocyclic Stilbene and Bibenzyl Derivatives in Liverworts: Distribution, Structures, Total Synthesis and Biological Activity 500
重庆市新能源汽车产业大数据招商指南(两链两图两池两库两平台两清单两报告) 400
Division and square root. Digit-recurrence algorithms and implementations 400
行動データの計算論モデリング 強化学習モデルを例として 400
热门求助领域 (近24小时)
化学 材料科学 医学 生物 有机化学 工程类 生物化学 纳米技术 物理 内科学 计算机科学 化学工程 复合材料 遗传学 基因 物理化学 催化作用 电极 光电子学 量子力学
热门帖子
关注 科研通微信公众号,转发送积分 2547030
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 2176077
关于积分的说明 5602154
捐赠科研通 1896805
什么是DOI,文献DOI怎么找? 946415
版权声明 565383
科研通“疑难数据库(出版商)”最低求助积分说明 503687