High-Throughput Computational Screening of Two-Dimensional Semiconductors

半导体 密度泛函理论 带隙 电子亲和性(数据页) 直接和间接带隙 异质结 范德瓦尔斯力 材料科学 化学 计算化学 光电子学 分子 有机化学
作者
Vei Wang,Gang Tang,Yoshiyuki Kawazoe,W. T. Geng,Hiroshi Mizuseki,Yoshiyuki Kawazoe,Jun Nara,W. T. Geng
出处
期刊:Journal of Physical Chemistry Letters [American Chemical Society]
卷期号:13 (50): 11581-11594 被引量:82
标识
DOI:10.1021/acs.jpclett.2c02972
摘要

Two-dimensional (2D) materials have attracted great attention mainly due to their unique physical properties and ability to fulfill the demands of future nanoscale devices. By performing high-throughput first-principles calculations combined with a semiempirical van der Waals dispersion correction, we have screened 73 direct- and 183 indirect-gap 2D nonmagnetic semiconductors from nearly 1000 monolayers according to the criteria for thermodynamic, mechanical, dynamic, and thermal stabilities and conductivity type. We present the calculated lattice constants, formation energy, Young's modulus, Poisson's ratio, shear modulus, anisotropic effective mass, band structure, band gap, ionization energy, electron affinity, and simulated scanning tunnel microscopy for each candidate meeting our criteria. The resulting 2D semiconductor database (2DSdb) can be accessed via the Web site https://materialsdb.cn/2dsdb/index.html. The 2DSdb provides an ideal platform for computational modeling and design of new 2D semiconductors and heterostructures in photocatalysis, nanoscale devices, and other applications. Further, a linear fitting model was proposed to evaluate band gap, ionization energy, and electron affinity of 2D semiconductors from the density functional theory (DFT) calculated data as initial input. This model can be as precise as hybrid DFT but with much lower computational cost.
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