پاسخ نوري نانو‌لايه‌ي دوچهره‌ي هافنيوم‌سولفور‌سلنايد با استفاده از حل معادله‌ي بت-سالپيتر

Optical Response of HfSSe Janus Monolayer by solving the Bethe-Salpeter equation

مطالعه‌ي حاضر با بهره‌گيري از تقريب‌هاي بس‌ذره‌اي و با استفاده از روش تمام‌الكتروني LAPW با پتانسيل كامل، پاسخ نانولايه‌ي دوچهره‌ي هافنيوم‌سولفور‌سلنايد (HfSSe) به باريكه‌ي نوري را محاسبه و با نتايج متناظر از نانولايه‌ي هافنيوم‌دي‌سولفايد (HfS2) مقايسه نموده است. نانولايه‌ي دوچهره‌ي مورد مطالعه يك نيم‌رسانا با گاف الكتروني غيرمستقيم به اندازه‌ي eV 938/0 است، در حالي‌كه نانولايه‌ي معمولي HfS2 نيم‌رسانايي با گاف الكتروني eV 114/1 مي‌باشد. از حل معادله‌ي بت-سالپيتر (BSE)، تركيب دوچهره داراي ساختار اكسيتوني قوي در ناحيه‌ي درون گاف انرژي الكتروني است، اما ساختار معمولي فاقد ساختار اكسيتوني مقيد در اين ناحيه است. حل معادله‌ي BSE پاشندگي طيف‌هاي اپتيكي را در هر دو ساختار در انرژي‌هاي وراي گاف الكتروني تغيير مي‌دهد كه نشان از اهميت احتساب برهم‌كنش‌هاي بس‌ذره‌اي و جفت‌شدگي‌هاي الكترون-حفره در پاسخ نوري اين دسته از مواد است.

By means of the many-body approximations and the all-electron full-potential LAPW method, the present study has calculated the response of the Janus HfSSe monolayer to the optical beam, and compared with that of the pristine HfS2 monolayer. The Janus monolayer is a semiconductor with an indirect electronic band gap of 0.938 eV, while the pristine HfS2 monolayer is a semiconductor with a 1.114 eV electronic band gap. Solving the Bethe-Salpeter equation (BSE) shows that the Janus monolayer has a strong excitonic feature inside the electronic energy gap, while the pristine monolayer hasn’t any excitonic feature in this energy region. In the both structures, solving the BSE changes the optical dispersions outside the energy gap regions, which this is a sign of the importance of the considering the many-body interactions and the electron-hole coupling in the optical responses of the studied materials.