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本书主要介绍二维半导体物理的国际研究近况和本书作者最近的研究 成果，着重在物理方面，内容包括二维半导体的结构、电子态、第一性原 理计算方法、紧束缚方法、声子谱、光学性质、输运性质、缺陷态、磁性 二维半导体、催化作用等。每一章开始先简单介绍三维半导体的有关性质 和理论，读者可以比较三维和二维的差别和相同之处。

目录

前言

第1章　晶体结构和能带　1

1.1　氮化硼　1

1.2　黑磷　2

1.3　砷烯和锑烯　3

1.4　MX2（M=Mo,W;X=S,Se）　5

1.5　VX2（X=S,Se和Te）　6

1.6　SnX2（X=S,Se）　8

1.7　MX（M=Sn,Ge;X=S,Se）　9

1.8　ReX2（X=S,Se）　11

1.9　MX（M=B,Al,Ga,In;X=O,S,Se,Te）　13

参考文献　16

第2章　第一性原理计算方法　17

2.1　量子力学理论基础简介　17

2.1.1　多粒子体系薛定谔方程　17

2.1.2　Born-Oppenheimer　近似　18

2.1.3　Hartree-Fock近似　18

2.2　密度泛函理论简介　20

2.3　多体格林函数理论　22

2.3.1　单粒子格林函数　22

2.3.2　Dyson方程　23

2.3.3　Hedin方程　24

2.3.4　GW近似　24

2.3.5　Bethe-Salpeter方程　25

参考文献　26

第3章　二维半导体结构与声子谱　28

3.1　晶体振动的一般理论　28

3.2　二维半导体的声子色散关系　30

3.3　力学性质　33

参考文献　34

第4章　二维半导体的光学性质　35

4.1　半导体的带间跃迁　35

4.2　激子效应　38

4.3　MX（M=Sn,Ge;X=S,Se）的光学性质　41

4.4　黑磷多层的光学性质　44

4.5　SnS2和SnSe2二维材料的激子效应　46

4.6　黑磷的激子效应　48

4.7　单层MoS2的发光　49

4.8　α-tellurene的激子态和振荡强度　53

4.9　二维半导体SnSSe激子效应的理论计算　56

4.10　二维半导体MM′XX′（M,M′=Ga,In;X,X′=S,Se,Te）　激子效应的理论计算　59

参考文献　60

第5章　二维半导体中的缺陷态和合金　61

5.1　三维半导体中的杂质和缺陷　61

5.2　研究深能级杂质的集团模型方法　64

5.3　二维半导体杂质缺陷类型　66

5.4　二维半导体杂质缺陷态结合能的第一性原理计算　69

5.5　二维半导体中的杂质缺陷态　70

5.6　单层过渡金属硫化物的缺陷态　72

5.7　单层MX2中的其他缺陷　74

5.8　Mo1.xWxS2单层合金的能带和发光性质　77

5.9　WS2xSe2.2x（x=0～1）合金二维半导体及器件　79

参考文献　81

第6章　二维半导体能带的紧束缚表述　83

6.1　三维半导体的键轨道理论和紧束缚方法　83

6.2　六角氮化硼（h-BN）单层能带的紧束缚计算　89

6.2.1　二维BN的原子结构　90

6.2.2　紧束缚能带论　91

6.2.3　计算结果　93

6.2.4　光学性质的定性讨论　95

6.3　二维砷烯能带的紧束缚计算　96

6.3.1　原子结构　97

6.3.2　紧束缚计算　98

6.3.3　参数的调节　100

6.3.4　光学性质的简单分析　100

6.4　黑磷的紧束缚理论　101

6.4.1　黑磷的原子结构　101

6.4.2　二维黑磷的紧束缚矩阵元　103

6.4.3　紧束缚参数的调节　106

6.4.4　光学性质讨论　107

6.5　二维SnS2的紧束缚理论　107

6.5.1　原子结构和布里渊区　109

6.5.2　紧束缚矩阵元　110

6.5.3　能带计算结果　110

6.5.4　波函数　111

6.6　MoS2的紧束缚理论　113

6.6.1　原子结构和布里渊区　113

6.6.2　紧束缚矩阵元　114

6.6.3　紧束缚参数的确定　116

6.6.4　二维MoS2的能带　118

参考文献　119

第7章　二维半导体的输运性质　120

7.1　三维半导体的线性输运性质　120

7.2　第一性原理量子输运理论　123

7.3　MX2的输运理论　125

7.4　黑磷的输运性质　129

7.5　MX（M=Ge,Sn;X=S,Se）的输运性质　130

7.6　二维半导体的输运性质的特点　131

7.7　二维半导体的场效应晶体管　132

7.8　黑磷的场效应晶体管　134

参考文献　136

第8章　磁性二维半导体物理和器件　137

8.1　磁性三维半导体　137

8.2　二维范德瓦耳斯晶体的铁磁性　140

8.3　二维磁半导体Fe3GeTe2　142

8.4　二维磁半导体CrI3　143

8.5　稀磁二维半导体Fe0.02Sn0.98S2　145

8.6　二维室温铁磁材料Cr2Te3　148

8.7　异质结构与界面工程　151

8.8　二维磁体的器件应用　152

参考文献　156

第9章　二维半导体的催化作用　157

9.1　三维半导体TiO2的催化产氢效应　157

9.2　二维TMD的催化产氢作用的一些基本概念　160

9.3　二维半导体的光催化性质　161

9.3.1　边缘修饰的黑磷烯纳米带的光解水性质　162

9.3.2　WSSe的光催化性质　166

9.3.3　MM′XX′（M,M′=Ga,In;X,X′=S,Se,Te）的光催化性质　169

9.4　增加HER效率的方法　172

9.4.1　相变工程　172

9.4.2　缺陷工程　173

9.4.3　异质原子掺杂工程　177

9.4.4　异质结构工程　181

参考文献　184

第10章　二维半导体异质结　185

10.1　二维半导体垂直异质结　185

10.2　二维半导体垂直异质结的应用　187

10.3　二维半导体侧向异质结　188

10.4　二维半导体侧向异质结的应用　190

10.5　双层MoS2/WS2侧向异质结的物理性质　191

10.6　单层MoS2/WS2异质结的制备和物理性质　192

10.7　垂直异质结中的激子　195

10.8　转角异质结和莫尔激子　197

参考文献　199

附录　二维半导体的物理常数　200

《21世纪理论物理及其交叉学科前沿丛书》已出版书目　203

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书籍介绍

本书主要介绍二维半导体物理的国际研究近况和本书作者最近的研究 成果，着重在物理方面，内容包括二维半导体的结构、电子态、第一性原 理计算方法、紧束缚方法、声子谱、光学性质、输运性质、缺陷态、磁性 二维半导体、催化作用等。每一章开始先简单介绍三维半导体的有关性质 和理论，读者可以比较三维和二维的差别和相同之处。