Abstract The discovery of two-dimensional (2D) compounds with excellent optoelectronic properties have attracted much scientific attention. Based on first-principles calculations, we suggest a new 2D-CdInGaS4 nanocomposite monolayer and bilayer-whose layered bulk parent was synthesized in 1969. We show that the CdInGaS4 monolayer is dynamically, mechanically, and thermodynamically stable and has minimal cleavage energy ∼0.275 J/m2, which points out the feasibility of the exfoliation from lamellar bulk CdInGaS4 experimentally. The monolayer of CdInGaS4 with an indirect band gap of 1.497 eV at HSE06 functional is a semiconducting material. The indirect band gap of bi/tri-layers CdInGaS4 are estimated to be 1.420 and 1.297 eV, respectively indicating very weak quantum confinement effects in this system. It is noteworthy that the CdInGaS4 monolayer has a quasi-direct band gap of 1.50 eV at the Γ-point, a slightly greater than the indirect band gap. The calculated electron mobility of CdInGaS4 monolayer is 700.55 cm2 V–1S−1, which is comparable to or higher than that of 2D materials such as MoS2, MnPSe3, and GeI2 mono-layers. Furthermore, 2D-CdInGaS4 systems exhibit good absorption in the range of 1.6 eV–5 eV, which covering a wide wavelength range in the visible light region, and the corresponding optical absorption coefficients are in the magnitude of 105 cm−1. The moderate band gap, electron mobility, and pronounced absorption coefficients indicate the proposed 2D-CdInGaS4 monolayer could be a promising candidate for application in optoelectronic devices.

中文翻译：

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CdInGaS4：一种用于光电器件的具有理想带隙的未开发二维材料

摘要 具有优异光电性能的二维 (2D) 化合物的发现引起了科学界的广泛关注。基于第一性原理计算，我们提出了一种新的 2D-CdInGaS4 纳米复合单层和双层——其层状块状母体于 1969 年合成。我们表明 CdInGaS4 单层在动态、机械和热力学上是稳定的，并且具有最小的解理能 ~0.275 J /m2，它通过实验指出了从片状体 CdInGaS4 剥离的可行性。在 HSE06 功能下具有 1.497 eV 间接带隙的单层 CdInGaS4 是一种半导体材料。双层/三层 CdInGaS4 的间接带隙估计分别为 1.420 和 1.297 eV，表明该系统中的量子限制效应非常弱。值得注意的是，CdInGaS4 单层在 Γ 点具有 1.50 eV 的准直接带隙，略大于间接带隙。CdInGaS4 单层的计算电子迁移率为 700.55 cm2 V-1S-1，与 MoS2、MnPSe3 和 GeI2 等二维材料的电子迁移率相当或更高。此外，2D-CdInGaS4 系统在 1.6 eV-5 eV 范围内表现出良好的吸收，覆盖了可见光区域的宽波长范围，相应的光吸收系数在 105 cm-1 的量级。适度的带隙、电子迁移率和显着的吸收系数表明所提出的 2D-CdInGaS4 单层可能是在光电器件中应用的有希望的候选者。略大于间接带隙。CdInGaS4 单层的计算电子迁移率为 700.55 cm2 V-1S-1，与 MoS2、MnPSe3 和 GeI2 等二维材料的电子迁移率相当或更高。此外，2D-CdInGaS4 系统在 1.6 eV-5 eV 范围内表现出良好的吸收，覆盖了可见光区域的宽波长范围，相应的光吸收系数在 105 cm-1 的量级。适度的带隙、电子迁移率和显着的吸收系数表明所提出的 2D-CdInGaS4 单层可能是在光电器件中应用的有希望的候选者。略大于间接带隙。CdInGaS4 单层的计算电子迁移率为 700.55 cm2 V-1S-1，与 MoS2、MnPSe3 和 GeI2 等二维材料的电子迁移率相当或更高。此外，2D-CdInGaS4 系统在 1.6 eV-5 eV 范围内表现出良好的吸收，覆盖了可见光区域的宽波长范围，相应的光吸收系数在 105 cm-1 的量级。适度的带隙、电子迁移率和显着的吸收系数表明所提出的 2D-CdInGaS4 单层可能是在光电器件中应用的有希望的候选者。此外，2D-CdInGaS4 系统在 1.6 eV-5 eV 范围内表现出良好的吸收，覆盖了可见光区域的宽波长范围，相应的光吸收系数在 105 cm-1 的量级。适度的带隙、电子迁移率和显着的吸收系数表明所提出的 2D-CdInGaS4 单层可能是在光电器件中应用的有希望的候选者。此外，2D-CdInGaS4 系统在 1.6 eV-5 eV 范围内表现出良好的吸收，覆盖了可见光区域的宽波长范围，相应的光吸收系数在 105 cm-1 的量级。适度的带隙、电子迁移率和显着的吸收系数表明所提出的 2D-CdInGaS4 单层可能是在光电器件中应用的有希望的候选者。