Two-dimensional monolayer BiSnO3: a novel wide-band-gap semiconductor with high stability and strong ultraviolet absorption

单层 带隙 半导体 电子结构 费米能级 材料科学 直接和间接带隙 半金属 凝聚态物理 声子 价(化学) 光电子学 化学 物理 纳米技术 电子 有机化学 量子力学
作者
Hongbo Wu,Weizhen Meng,Chunhui Zhu,Zhixue Tian,Fengxian Ma,Yalong Jiao
出处
期刊:Journal of Physics: Condensed Matter [IOP Publishing]
卷期号:36 (30): 305501-305501
标识
DOI:10.1088/1361-648x/ad3da5
摘要

Abstract The exploration of two-dimensional (2D) wide-band-gap semiconductors (WBGSs) holds significant scientific and technological importance in the field of condensed matter physics and is actively being pursued in optoelectronic research. In this study, we present the discovery of a novel WBGS, namely monolayer BiSnO 3 , using first-principles calculations in conjunction with the quasi-particle G 0 W 0 approximation. Our calculations confirm that monolayer BiSnO 3 exhibits moderate cleavage energy, positive phonon modes, mechanical resilience, and high temperature resistance (up to 1000 K), which demonstrate its structural stability, flexibility, and potential for experimental realization. Furthermore, band-structure calculations reveal that monolayer BiSnO 3 is a typical WBGS material with a band-gap energy ( E g ) of 3.61 eV and possesses a unique quasi-direct electronic feature due to its quasi-flat valence band. The highest occupied valence flat-band originates from the electronic hybridization between Bi-6 p and O-2 p states, which are in close proximity to the Fermi level. Remarkably, monolayer BiSnO 3 exhibits a high absorption capacity for ultraviolet light spanning the UVA to UVC regions, displaying optical isotropy absorption and an unusual excitonic effect. These intriguing structural and electronic properties establish monolayer BiSnO 3 as a promising candidate for the development of new multi-function-integrated electronic and optoelectronic devices in the emerging field of 2D WBGSs.

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