Scaling laws for the band gap and optical response of phosphorene nanoribbons

磷烯 之字形的 丝带 凝聚态物理 带隙 电子 缩放比例 单层 量子点 物理 谱线 材料科学 吸收(声学) 纳米技术 光电子学 光学 量子力学 几何学 复合材料 数学
作者
Vy Tran,Li Yang
出处
期刊:Physical Review B [American Physical Society]
卷期号:89 (24) 被引量:274
标识
DOI:10.1103/physrevb.89.245407
摘要

We report the electronic structure and optical absorption spectra of monolayer black phosphorus (phosphorene) nanoribbons (PNRs) via first-principles simulations. The band gap of PNRs is strongly enhanced by quantum confinement. However, differently orientated PNRs exhibit distinct scaling laws for the band gap vs the ribbon width $w$. The band gaps of armchair PNRs scale as $1/{w}^{2}$, while zigzag PNRs exhibit a $1/w$ behavior. These distinct scaling laws reflect a significant implication of the band dispersion of phosphorene: electrons and holes behave as nonrelativistic particles along the zigzag direction but resemble relativistic particles along the armchair direction. This unexpected merging of nonrelativistic and relativistic properties in a single material may produce novel electrical and magnetotransport properties of few-layer black phosphorus and its ribbon structures. Finally, the respective PNRs host electrons and holes with markedly different effective masses and optical absorption spectra, which are suitable for a wide range of applications.
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