Tailoring the band alignment and magnetic and optical properties of g-C3N4/WSe2 van der Waals heterostructures by vacancies and atomic doping

材料科学 异质结 凝聚态物理 磁性半导体 范德瓦尔斯力 单层 磁化 带隙 自旋电子学 电子能带结构 密度泛函理论 物理 兴奋剂 纳米技术 磁场 铁磁性 量子力学 分子
作者
Chen Wang,Jiaxin Ye,Yukai An
出处
期刊:Modern Physics Letters B [World Scientific]
卷期号:35 (34)
标识
DOI:10.1142/s0217984921505254
摘要

Tunable band structure and effective spatial separation of carriers are important for designing good optoelectronic devices. In this work, effects of interfacial defect including vacancies and [Formula: see text]- or [Formula: see text]-type doping on the band alignment and magnetic and optical properties of g-C 3 N 4 /WSe 2 van der Waals heterostructures are systematically investigated under the premise of spin-orbit coupling density-functional theory. The results illustrate that the pristine g-C 3 N 4 /WSe 2 heterostructure exhibits intrinsic type-I band alignment with a direct bandgap of 1.101 eV, and the absorption of UV-visible light can be effectively improved compared with that of isolated WSe 2 and g-C 3 N 4 monolayers. The N vacancies as well as [Formula: see text], [Formula: see text] and [Formula: see text] doping produce asymmetrical spin-up and spin-down states, bringing about the magnetization and even magnetic half-metallicity characteristics ([Formula: see text] and [Formula: see text] doping). The band edge positions of g-C 3 N 4 /WSe 2 heterostructure can be also well adjusted by introducing vacancies and [Formula: see text]- or [Formula: see text]-type doping in the g-C 3 N 4 layer, accompanied by the transition of band alignment from types I to II, which will remarkably promote the separation of photogenerated electron-hole pairs. The defective g-C 3 N 4 /WSe 2 heterostructures can be considered as a promising candidate for spintronics and optoelectronic devices.
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