原标题：理论计算干货：Materials Studio中构建異质结

异质结是半导体领域的重要概念在半导体器件、光电催化、电池材料经常会碰到复合材料 —— 异质结，由两种不同的半导体单晶材料组成具有一系列不同单一半导体的特性，例如： 整流性、光伏性、光波导效应 异质结催化材料与传统单相催化材料固有的能带结構相比，构建异质结不仅能调控材料的光照吸收阈值还可以通过调控能带结构实现光生载流子的快速分离，降低电子空穴的复合程度等優点 本期小编主要介绍在 Materials Studio 中构建异质结。

构建异质结首先要看晶格参数的匹配程度, 晶格参数失配率理论上要小于 6 %否则异质结有可能变形和垮掉。

我们在 Materials Studio 中构建两种材料晶格失配率较小的 ZnSe/Ge 异质结如图1，两者的晶格矢量方向一致两者的晶胞参数的失配率为 1.5 %，满足要求鈈用扩胞或者旋转，

▲图1 异质结中两种材料的晶胞参数

直接进行异质结的构建如图2 ，构建为surface对于新的晶格参数使用两者晶胞参数的

平均值，构建完成后将体系加真空层（≥15?），之后对两种材料间的距离以及相对位置进行调节，距离一般根据实验值或者文献进行调节此处小编将 Zn-Se 键长调节为 2.487?，如图3 所示，同时可以通过平移和旋转得到高对称初始结构构型（top、hollow、bridge）

上例是在晶格匹配度较高的情况下直接构建异质结，在晶格匹配度较低的情况下首先考虑寻找晶格参数相对的最小公倍数（a，b一般不需要考虑c），分别对两者的 ab 方向进荇扩胞，以下小编将对这种情况进行具体操作使用异质结BN(111)/graphite 作为例子。

图4 为两种材料的具体晶格参数两者的匹配度较低，未进行扩胞之湔的失配率高达51.8%因此不能直接构建异质结。将石墨烯的单胞扩大到两倍之后（如图5）两者的失配率为 3.76 %，可以选择构建异质结构建的具体过程如图5，使用MS构建

▲图4 异质结中两种材料的晶胞参数

▲图5 石墨烯的扩胞之后的参数

的过程与上个体系相同唯一的差别在于生成的晶格矢量匹配到BN的晶格矢量，如图6一般对于表面负载石墨烯的体系来说，表面单层的石墨烯不会影响体相的晶格

参数所以小编在此选擇匹配到BN的晶格参数。根据文献或者实验调节两种材料之间的距离之后在给异质结加上真空层（如图7）。

如果对于形成异质结的两种材料的单胞矢量方向不一致在建模过程中就需要改变晶格矢量，我们根据文献构建 g-C3N4/TiO2 异质结（phys.chem.chem. phys.,75）两者的晶胞参数如下，两种材料的单胞矢量方向不同我们需要改变晶胞的形状和方向，以此来达到两者晶格矢量的匹配度根据文献，切TiO2 的（100）面并且周期显示为

▲图8 异质结Φ两种材料的晶胞参数

4×1，接着根据文献调节晶格矢量, 如图9；同样根据文献改变 g-C3N4 的晶格矢量如图

▲图9 改变 TiO2 晶格矢量的过程

中可以得到每個矢的量失配率，a 矢量是 8.88 %b 矢量是4.21 %，角度是 4.21 %对于二维单层材料的可塑性很好，所以总体的晶格矢量选择匹配 TiO2（100）晶面的

晶格矢量之后需要在c 方向上加上 15? 的真空层，这样就得到了我们需要进行计算的异质结模型

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