一种过渡金属硫化物非线性光学性质的调控方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种过渡金属硫化物非线性光学性质的调控方法及装置，方法包括：将过渡金属硫化物结构中的一个原子替换为标定原子，获得新的原子晶格；优化新的原子晶格的晶格参数，获得优化后的晶格参数；根据优化后的晶格参数依次进行自洽计算和非自洽计算，获得预处理后的晶格参数，根据预处理后的晶格参数确定电子带隙；根据预处理后的晶格参数进行非自洽计算，获得波函数，根据波函数进行GW‑BSE计算，获得光学带隙；根据光学带隙和电子带隙确定带隙差，根据带隙差确定修正参数；根据修正参数和控制参数进行模拟，获得多个二阶非线性非零响应光谱。本申请的技术方案，提高了过渡金属硫化物的非线性光学性质，降低了计算模拟过程的复杂度。

【技术实现步骤摘要】
一种过渡金属硫化物非线性光学性质的调控方法及装置
本专利技术涉及模拟计算
，具体而言，涉及一种过渡金属硫化物非线性光学性质的调控方法及装置。
技术介绍
二维材料因其具备原子层级的厚度和出色的材料性能，是材料领域近年来炙手可热的研究热点。其中，过渡金属硫化物因其具有高度的可集成性、光学带隙和激子效应，被广泛应用于制造光催化剂、红外光电探测器、非线性光学信息处理器件和发光二极管等元器件。过渡金属硫化物中，电子库仑屏蔽作用会随着电子非周期方向的距离增加所减弱，使得过渡金属硫化物具有高度的可调性。一方面，由于过渡金属硫化物的面内中心对称破缺，其中H相的过渡金属硫化物具备面内中心反演对称破缺，因此过渡金属硫化物存在偶数阶非线性响应，由于面外对称性的存在，使得面外偶数阶非线性光学响应为零，降低了过渡金属硫化物的非线性光学性质。另一方面，目前常采用基于PBE(Perdew-Burke-Ernzerhof，交换相关泛函)的DFT(Densityfunctionaltheory，密度泛函理论)等方法来计算模拟过渡金属硫化物的光学性质，但是现有的计算模拟方法在计算过渡金属硫化物的带隙和带隙差时，过程比较复杂，计算量较大。
技术实现思路
本专利技术解决的问题是如何提高过渡金属硫化物的非线性光学性质，并降低计算带隙时的复杂度。为解决上述问题，本专利技术提供一种过渡金属硫化物非线性光学性质的调控方法及装置。第一方面，本专利技术提供了一种过渡金属硫化物非线性光学性质的调控方法，包括：将过渡金属硫化物结构中的一个原子替换为标定原子，获得新的原子晶格。对所述新的原子晶格的晶格参数进行优化，获得优化后的晶格参数。根据所述优化后的晶格参数依次进行自洽计算和非自洽计算，获得预处理后的晶格参数，并根据所述预处理后的晶格参数确定电子带隙。根据所述预处理后的晶格参数进行非自洽计算，获得波函数，并根据所述波函数进行GW-BSE(多体格林函数的微扰论-Bethe-Salpeter方程)计算，获得光学带隙。根据所述光学带隙和所述电子带隙确定带隙差，并根据所述带隙差确定修正参数。根据所述修正参数和预设的控制参数进行模拟，获得所述过渡金属硫化物的多个二阶非线性非零响应光谱。第二方面，本专利技术提供了一种过渡金属硫化物非线性光学性质的调控装置，包括：替换模块，用于将过渡金属硫化物结构中的一个原子替换为标定原子，获得新的原子晶格。优化模块，用于对所述新的原子晶格的晶格参数进行优化，获得优化后的晶格参数。第一处理模块，用于根据所述优化后的晶格依次进行自洽计算和非自洽计算，获得预处理后的晶格参数，根据所述预处理后的晶格参数确定电子带隙。第二处理模块，用于根据所述预处理后的晶格参数进行非自洽计算，获得波函数，并根据所述波函数进行GW-BSE计算，获得光学带隙。修正模块，用于根据所述光学带隙和所述电子带隙确定带隙差，并根据所述带隙差确定修正参数。仿真模块，用于根据所述修正参数和预设的控制参数进行模拟，获得所述过渡金属硫化物的多个二阶非线性非零响应光谱。第三方面，本专利技术提供了一种过渡金属硫化物非线性光学性质的调控装置，包括存储器和处理器。所述存储器，用于存储计算机程序。所述处理器，用于当执行所述计算机程序时，实现如上所述的过渡金属硫化物非线性光学性质的调控方法。第四方面，本专利技术提供了一种计算机可读存储介质，所述存储介质上存储有计算机程序，当所述计算机程序被处理器执行时，实现如上所述的过渡金属硫化物非线性光学性质的调控方法。本专利技术的过渡金属硫化物非线性光学性质的调控方法及装置的有益效果是：通过在仿真软件中模拟取代原子的方法，可以在过渡金属硫化物结构中引入固有偶极，打破结构的面外对称性，进而提高过渡金属硫化物的二阶非线性光学性质。通过绘制出晶格的能带图，确定过渡金属硫化物的电子带隙，然后采用GW-BSE方法计算过渡金属硫化物的光学带隙，不需要考虑激发电子相互作用的吸收边是否对齐，能够简化计算光学带隙的过程，提高确定带隙差的速度。本申请的技术方案，通过引入固有偶极，提高了过渡金属硫化物的给线性光学性质，采用GW-BSE方法计算光学带隙，简化确定带隙差的过程，降低了复杂度。附图说明图1为本专利技术实施例的一种过渡金属硫化物非线性光学性质的调控方法流程示意图；图2为本专利技术实施例的MoSSe晶格的主视图；图3为本专利技术实施例的MoSSe晶格的左视图；图4为本专利技术实施例的MoSSe晶格的俯视图；图5为本专利技术实施例的MoSSe晶格的能带图；图6为本专利技术实施例的MoSSe晶格的将电子带隙平移到光学带隙后的电子吸收光谱和激子吸收光谱；图7为本专利技术实施例的MoSSe晶格的所有非零分量的二阶非线性响应光谱；图8为本专利技术实施例的一种过渡金属硫化物非线性光学性质的调控装置。具体实施方式为使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本专利技术的具体实施例做详细的说明。需要说明的是，本专利技术的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本专利技术的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。本申请实施例中以MoS2为例对过渡金属硫化物非线性光学性质的调控方法进行详细说明。如图1所示，本专利技术实施例提供的一种过渡金属硫化物非线性光学性质的调控方法，包括如下步骤：100，将过渡金属硫化物结构中的一个原子替换为标定原子，获得新的原子晶格。具体地，以MoS2为例进行说明，将六角晶格H相MoS2中的一个S原子替换为Se原子，构建三原子MoSSe晶格，MoSSe晶格如图2、图3和图4所示。200，对所述新的原子晶格的晶格参数进行优化，获得优化后的晶格参数。300，根据所述优化后的晶格参数依次进行自洽计算和非自洽计算，获得预处理后的晶格参数，并根据所述预处理后的晶格参数确定电子带隙。具体地，电子带隙包括直接带隙和间接带隙。400，根据所述预处理后的晶格参数进行非自洽计算，获得波函数，并根据所述波函数进行GW-BSE(多体格林函数的微扰论-Bethe-Salpeter方程)计算，获得光学带隙。500，根据所述光学带隙和所述电子带隙确定带隙差，并根据所述带隙差确定修正参数。600，根据所述修正参数和预设的控制参数进行模拟，获得所述过渡金属硫化物的多个二阶非线性非零响应光谱。本实施例中，通过在仿真软件中模拟取代原子的方法，可以在过渡金属硫化物结构中引入固有偶极，打破结构的面外对称性，进而提高过渡金属硫化物的二阶非线性光学性质。通过绘制出晶格的能带图，确定过渡金属硫化物的电子带隙，然后采用GW-BSE方法计本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种过渡金属硫化物非线性光学性质的调控方法，其特征在于，包括：/n将过渡金属硫化物结构中的一个原子替换为标定原子，获得新的原子晶格；/n对所述新的原子晶格的晶格参数进行优化，获得优化后的晶格参数；/n根据所述优化后的晶格参数依次进行自洽计算和非自洽计算，获得预处理后的晶格参数，并根据所述预处理后的晶格参数确定电子带隙；/n根据所述预处理后的晶格参数进行非自洽计算，获得波函数，并根据所述波函数进行GW-BSE计算，获得光学带隙；/n根据所述光学带隙和所述电子带隙确定带隙差，并根据所述带隙差确定修正参数；/n根据所述修正参数和预设的控制参数进行模拟，获得所述过渡金属硫化物的多个二阶非线性非零响应光谱。/n

【技术特征摘要】
1.一种过渡金属硫化物非线性光学性质的调控方法，其特征在于，包括：
将过渡金属硫化物结构中的一个原子替换为标定原子，获得新的原子晶格；
对所述新的原子晶格的晶格参数进行优化，获得优化后的晶格参数；
根据所述优化后的晶格参数依次进行自洽计算和非自洽计算，获得预处理后的晶格参数，并根据所述预处理后的晶格参数确定电子带隙；
根据所述预处理后的晶格参数进行非自洽计算，获得波函数，并根据所述波函数进行GW-BSE计算，获得光学带隙；
根据所述光学带隙和所述电子带隙确定带隙差，并根据所述带隙差确定修正参数；
根据所述修正参数和预设的控制参数进行模拟，获得所述过渡金属硫化物的多个二阶非线性非零响应光谱。


2.根据权利要求1所述的过渡金属硫化物非线性光学性质的调控方法，其特征在于，所述对所述新的原子晶格的晶格参数进行优化，获得优化后的晶格参数包括：
采用VASP软件对所述新的原子晶格的晶格参数进行优化，通过模拟确定所述新的原子晶格能量最低点时的晶格参数模拟结果，根据所述晶格参数模拟结果确定所述优化后的晶格参数，其中，所述新的原子晶格能量最低点时，a和c为所述优化后的原子晶格的单胞边长参数。


3.根据权利要求2所述的过渡金属硫化物非线性光学性质的调控方法，其特征在于，所述根据所述优化后的晶格参数依次进行自洽计算和非自洽计算，获得预处理后的晶格参数，并根据所述预处理后的晶格参数确定电子带隙包括：
根据所述优化后的晶格参数，采用QuantumEspresso软件进行自洽计算，获得电荷密度；
根据所述电荷密度选定第一K点，结合所述电荷密度，采用QuantumEspresso软件进行非自洽计算，获得所述预处理后的晶格参数，所述预处理后的晶格参数包括能带；
根据所述能带绘制所述能带图，并根据所述能带图确定所述电子带隙。


4.根据权利要求3所述的过渡金属硫化物非线性光学性质的调控方法，其特征在于，所述根据所述预处理后的晶格参数进行非自洽计算，获得波函数包括：
根据所述预处理后的晶格参数，采用QuantumEspresso软件进行非自洽计算，获得所述能带上各个位置的所述波函数；
选定第二K点，采用所述第二K点划分所述能带，确定所述第二K点的波函数。


5.根据权利要求4所述的过渡金属硫化物非线性光学性质的调控方法，其特征在于，所述根据所述波函数进行GW-BSE计算，获得光学带隙包括：
确定所述第一K点对应的所述电子带隙，对所述第一K点对应的所述电子带隙进行收敛计算，获得带隙的平移值；
根据所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：李兴冀，李伟奇，杨剑群，应涛，魏亚东，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江;23