¹Институт математических проблем биологии РАН - филиал Института прикладной математики им. М.В. Келдыша Российской академии наук, Пущино, Россия
²Южный федеральный университет, Ростов-на-Дону, Россия

Аннотация. Двумерные наноматериалы, такие как монослои дихалькогенидов переходных металлов (ДПМ) очень перспективны для многих применений, как и графен, и гексагональный нитрид бора (h-BN), особенно, в области оптики в качестве излучателей и детекторов, а также в электронике в качестве транзисторов. В первую очередь это обусловлено наличием у них прямой запрещенной зоны E_g, зависящей от внешнего приложенного электрического поля. Для создания такого электрического поля предлагается использовать поле, индуцированное поляризацией слоя сегнетоэлектрических полимеров, таких как поливинилиденфторид (ПВДФ) и его сополимер с трифторэтиленом П(ВДФ-ТрФЭ). Эти полимеры в сегнетоэлектрической фазе способны создавать значительную поляризацию в очень тонких слоях, ~ 5 Å. Комбинируя такие сегнетоэлектрические слои и слои ДПМ, h-BN, графена можно создавать гибридные наноструктуры, удобные для проектирования фотодетекторов с управляемыми свойствами. Выдающиеся свойства такой гибридной наноструктуры обусловлены, в частности, сверхвысоким электрическим полем ПВДФ/П(ВДФ-ТрФЭ), индуцированным сегнетоэлектрической поляризацией, которое воздействует на слои ДПМ и других 2D-материалов, и изменяет ширину запрещенной зоны E_g. В данной работе мы моделируем такую гибридную структуру на основе слоев PVDF и MoTe2, h-BN, графена и изучаем их особенности и свойства. Для расчета всех основных свойств используются методы теории функционала плотности (DFT), реализованные в программе Quantum ESPRESSO. Полуэмпирические методы (PM3), основанные на программном пакете HyperChem, используются для моделирования и изучения как отдельных слоев гибридной структуры, так и особенностей их совместного взаимодействия, а также для исследований колебательных мод. Полученные результаты убедительно показывают сильное влияние на ширину запрещенной зоны E_g и частоты колебательных мод всех исследованных наноструктур за счет влияния поляризации P сегнетоэлектрика и индуцируемого ей электрического поля E, которое воздействует на все слои такой гибридной гетероструктуры.

Ключевые слова: теория функционала плотности, дихалькогениды, графен, нитрид бора, ширина запрещенной зоны, колебательные моды, полимерные сегнетоэлектрики, гетероструктура