VASP结合VASPKIT进行二维半导体高通量计算筛选

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由于具有二维空间几何结构，能极大的减小电子器件的厚度，二维材料已成为一种制造微型化和集成化电子器件的热门材料。此外，因电子被限制在二维平面内运动，体系维度降低所带来的量子限制效应和弱屏蔽效应赋予二维半导体许多新奇物理效应，展示出不同于其它传统材料的独特物理性质。使其在诸多领域具有重要应用前景，尤其是在高性能微电子器件方面，二维半导体具有天然优势，可显著提升器件集成度并且降低功耗，因此被认为是硅材料潜在“接班人”来续写摩尔定律。

近日，VASPKIT开发团队与日本东北大学川添良幸教授，日本国家材料科学研究所(NIMS)奈良纯教授、韩国科学技术研究院水関博志教授，采用自主开发的高通量材料物性分析程序VASPKIT结合第一性原理软件VASP，根据热力学(thermodynamic)、力学(mechanical)、动力学(dynamic)及热学(thermal)四个结构稳定性判据条件，从接近1000个二维结构中高通量筛选出73个具有直接带隙和183个具有间接带隙的二维半导体数据库(2D semiconductor database,2DSdb)，包括已被广泛研究的石墨烯、二维氮化硼和过渡金属硫族化合物等二维体系。通过第一性原理计算给出了每种潜在二维半导体的的结构、力学、电学及光学性质，详情可访问2DSdb网站https://materialsdb.cn/2dsdb/index.html获取。

流程图

图1. 二维半导体高通量计算筛选流程图

此外，密度泛函理论中局域密度近似(LDA)或广义梯度近似(GGA)往往会严重低估半导体体带隙值，该团队通过拟合分别基于广义梯度近似和杂化密度泛函理论计算得到的电子结构数据，所得到半经验拟合模型(linear fitting model, LFM)可用于修正二维半导体的电离能、带隙及电子亲和势，该经验模型的预测精度接近杂化密度泛函理论，但极大地节约了计算资源。

LFM

图2. (a) PBE,HSE06和LFM计算得到真空能级, (b) 电离能, (c) 电子亲和势和(d) 带隙值。

论文以“High-Throughput Computational Screening of Two-Dimensional Semiconductors”为题，发表在《Journal of Physical Chemistry Letters》(DOI: 10.1021/acs.jpclett.2c02972)。论文下载链接（百度网盘）：