Two-Dimensional Electron Gas in MoSi2N4/VSi2N4 Heterojunction by First Principles Calculation

异质结 材料科学 凝聚态物理 电场 半导体 带隙 电子能带结构 电子结构 之字形的 电子 光电子学 物理 几何学 数学 量子力学
作者
Ruiling Gao,Chao Liu,Le Fang,Bixia Yao,Wei Wu,Qi-Ling Xiao,Shunbo Hu,Yu Liu,Heng Gao,Shixun Cao,Guangsheng Song,Xiangjian Meng,Xiaohong Chen,Wei Ren
出处
期刊:Chinese Physics Letters [Institute of Physics]
卷期号:39 (12): 127301-127301 被引量:4
标识
DOI:10.1088/0256-307x/39/12/127301
摘要

Van der Waals (vdW) layered two-dimensional (2D) materials, which may have high carrier mobility, valley polarization, excellent mechanical properties and air stability, have been widely investigated before. We explore the possibility of producing a spin-polarized two-dimensional electron gas (2DEG) in the heterojunction composed of insulators MoSi 2 N 4 and VSi 2 N 4 by using first-principles calculations. Due to the charge transfer effect, the 2DEG at the interface of the MoSi 2 N 4 /VSi 2 N 4 heterojunction is found. Further, for different kinds of stacking of heterojunctions, lattice strain and electric fields can effectively tune the electronic structures and lead to metal-to-semiconductor transition. Under compressive strain or electric field parallel to c axis, the 2DEG disappears and band gap opening occurs. On the contrary, interlayer electron transfer enforces the system to become metallic under the condition of tensile strain or electric field anti-parallel to c axis. These changes are mainly attributed to electronic redistribution and orbitals’ reconstruction. In addition, we reveal that MoSi 2 N 4 /VSi 2 N 4 lateral heterojunctions of armchair and zigzag edges exhibit different electronic properties, such as a large band gap semiconductor and a metallic state. Our findings provide insights into electronic band engineering of MoSi 2 N 4 /VSi 2 N 4 heterojunctions and pave the way for future spintronics applications.
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