二维氢化起伏砷化镓：一项从头算研究

摘要： 我们采用第一性原理计算研究了三种可能构型（椅式、锯齿线式和船式）的二维氢化砷化镓的稳定性、结构及电子性质，并分析了范德华相互作用对二维H-GaAs体系的影响。这些构型均具有能量稳定性和动力学稳定性，且呈现半导体特性。虽然氢吸附的二维砷化镓倾向于形成锯齿线构型，但椅式、锯齿线式与船式构型间的能量差异极小，表明该体系具有亚稳态特征。椅式和船式构型呈现Γ-Γ直接带隙特性，而原始二维砷化镓与锯齿线构型为间接半导体。所有构型的带隙尺寸均受氢含量影响，且采用PBE和HSE泛函计算时均比原始二维砷化镓更宽。尽管DFT-vdW相互作用会增大吸附能并缩短H-GaAs体系的平衡距离，但其对体系稳定性与电子性质的定性物理结果与PBE泛函一致。研究结果表明：二维起伏砷化镓与同族III-V材料（二维起伏氮化镓和氮化硼）类似，是通过表面氢钝化合成的优质候选材料。二维砷化镓的氢化作用可调控原始二维砷化镓的带隙，使其成为蓝紫光波段光电应用的潜在候选材料。