Two-Dimensional Tetrahex-GeC2: A Material with Tunable Electronic and Optical Properties Combined with Ultrahigh Carrier Mobility

材料科学 单层 电子迁移率 带隙 半导体 有效质量(弹簧-质量系统) 光电子学 直接和间接带隙 电子 紫外线 吸收(声学) 纳米技术 复合材料 物理 量子力学
作者
Wei Zhang,Changchun Chai,Qingyang Fan,Minglei Sun,Yanxing Song,Yintang Yang,Udo Schwingenschlögl
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:13 (12): 14489-14496 被引量:23
标识
DOI:10.1021/acsami.0c23017
摘要

Based on first-principles calculations, we propose a novel two-dimensional (2D) germanium carbide, tetrahex-GeC2, and determine its electronic and optical properties. Each Ge atom binds to four C atoms, in contrast to the known 2D hexagonal germanium carbides. Monolayer tetrahex-GeC2 possesses a narrow direct band gap of 0.89 eV, which can be effectively tuned by applying strain and increasing the thickness. Its electron mobility is extraordinarily high (9.5 × 104 cm2/(V s)), about 80 times that of monolayer black phosphorus. The optical absorption coefficient is ∼106 cm–1 in a wide spectral range from near-infrared to near-ultraviolet, comparable to perovskite solar cell materials. We obtain high cohesive energy (5.50 eV/atom), excellent stability, and small electron/hole effective mass (0.19/0.10 m0). Tetrahex-GeC2 turns out to be a very promising semiconductor for nanoelectronic, optoelectronic, and photovoltaic applications.
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