Antimonene Oxides: Emerging Tunable Direct Bandgap Semiconductor and Novel Topological Insulator

带隙 半导体 拓扑绝缘体 材料科学 光电子学 宽禁带半导体 绝缘体(电) 纳米技术 物理 凝聚态物理
作者
Shengli Zhang,Wenhan Zhou,Yandong Ma,Jianping Ji,Bo Cai,Shengyuan A. Yang,Zhen Zhu,Zhongfang Chen,Haibo Zeng
出处
期刊:Nano Letters [American Chemical Society]
卷期号:17 (6): 3434-3440 被引量:281
标识
DOI:10.1021/acs.nanolett.7b00297
摘要

Highly stable antimonene, as the cousin of phosphorene from group-VA, has opened up exciting realms in the two-dimensional (2D) materials family. However, pristine antimonene is an indirect band gap semiconductor, which greatly restricts its applications for optoelectronics devices. Identifying suitable materials, both responsive to incident photons and efficient for carrier transfer, is urgently needed for ultrathin devices. Herein, by means of first-principles computations we found that it is rather feasible to realize a new class of 2D materials with a direct bandgap and high carrier mobility, namely antimonene oxides with different content of oxygen. Moreover, these tunable direct bandgaps cover a wide range from 0 to 2.28 eV, which are crucial for solar cell and photodetector applications. Especially, the antimonene oxide (18Sb-18O) is a 2D topological insulator with a sizable global bandgap of 177 meV, which has a nontrivial Z2 topological invariant in the bulk and the topological states on the edge. Our findings not only introduce new vitality into 2D group-VA materials family and enrich available candidate materials in this field but also highlight the potential of these 2D semiconductors as appealing ultrathin materials for future flexible electronics and optoelectronics devices.

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