Tunable electronic properties and band alignments of MoSi2N4/GaN and MoSi2N4/ZnO van der Waals heterostructures

异质结 材料科学 宽禁带半导体 范德瓦尔斯力 凝聚态物理 电子能带结构 光电子学 纳米技术 物理 量子力学 分子
作者
Jin Quan Ng,Qingyun Wu,L. K. Ang,Yee Sin Ang
出处
期刊:Applied Physics Letters [American Institute of Physics]
卷期号:120 (10) 被引量:48
标识
DOI:10.1063/5.0083736
摘要

Van de Waals heterostructures (VDWH) is an emerging strategy to engineer the electronic properties of two-dimensional (2D) material systems. Motivated by the recent discovery of MoSi$_2$N$_4$ - a synthetic septuple-layered 2D semiconductor with exceptional mechanical and electronic properties, we investigate the synergy of \ce{MoSi2N4} with wide band gap (WBG) 2D monolayers of GaN and ZnO using first-principle calculations. We find that MoSi$_2$N$_4$/GaN is a direct band gap Type-I VDWH while MoSi$_2$N$_4$/ZnO is an indirect band gap Type-II VDWH. Intriguingly, by applying an electric field or mechanical strain along the out-of-plane direction, the band structures of MoSi$_2$N$_4$/GaN and MoSi$_2$N$_4$/ZnO can be substantially modified, exhibiting rich transitional behaviors, such as the Type-I-to-Type-II band alignment and the direct-to-indirect band gap transitions. These findings reveal the potentials of MoSi$_2$N$_4$-based WBG VDWH as a tunable hybrid materials with enormous design flexibility in ultracompact optoelectronic applications.
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