Electronic and optical properties of ultra-wide gap two-dimensional germanium dioxide
Electronic and optical properties of ultra-wide gap two-dimensional germanium dioxide
Autores:
- Rafael Franco Ribeiro Reis,
- Gabriel Elyas Gama Araújo,
- Danilo Kuritza,
- José Eduardo Padilha*,
- Alexandre Cavalheiro Dias,
- Andréia Luisa da Rosa
- Renato Borges Pontes
* Pesquisador NAPI EZC
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Publicado 03 de fevereiro de 2026
Abstract
We employ first principles density-functional theory and the Bethe–Salpeter equation (BSE) in the framework of tight-binding based maximally localized Wannier functions model to investigate the electronic and optical properties of free-standing two-dimensional (2D) germanium dioxide phases. All investigated 2D GeO2 polymorphs exhibit ultra-wide band gaps (3.6–5.3 eV) and strong excitonic effects, with valence bands tunable under strain. These features allow the design of materials with ultra large electronic gaps in low-dimensional systems, making these materials promising for devices operation at higher voltages and temperatures than conventional semiconductor materials.
Resumo
Empregamos a teoria do funcional da densidade de primeiros princípios e a equação de Bethe–Salpeter (BSE), no âmbito de um modelo de funções de Wannier maximamente localizadas baseado em tight-binding, para investigar as propriedades eletrônicas e ópticas de fases de dióxido de germânio bidimensional (2D) auto-sustentadas. Todos os polimorfos 2D de GeO₂ investigados apresentam bandas proibidas ultra largas (3,6–5,3 eV) e fortes efeitos excitônicos, com bandas de valência ajustáveis sob deformação. Essas características permitem o desenvolvimento de materiais com lacunas eletrônicas extremamente grandes em sistemas de baixa dimensionalidade, tornando esses materiais promissores para operação de dispositivos em tensões e temperaturas mais elevadas do que os materiais semicondutores convencionais.
Essa pesquisa
contribui para as seguintes ODS:
