异质结有哪些类型？四类命名规则及其对应的计算模拟对象对照表

说明：本文华算科技主要介绍异质结按界面原子连接、空间组合、物相来源和电子结构命名时的类型，以及各类名称对应的计算对象。

异质结的基本对象由什么量划分？

两个区域在化学组成、晶体相或原子配位上存在差别，并在原子尺度形成接触面，便构成异质结研究的基本对象。若两侧母体晶体和化学组成相同，载流子浓度差对应 p–n 同质结。材料名称只回答界面两侧是谁，原子怎样相接、带边怎样排列和费米能级怎样平衡，则对应不同的分类变量。一个 WSe₂/MoSe₂ 结构可写作层间结、Ⅱ型结和 n–n 结；三个名称描述的物理量各不相同。

结构类别来自弛豫后的晶格矢量、界面配位、层间距和失配位错。共格程度衡量两套晶格跨过界面后能否保持周期连续；面内拼接或层间堆叠则由成键方向和接触几何决定。前者常涉及应变能与位错能，后者对堆垛平移、扭转角和范德华修正较敏感。

零温弛豫结构给出势能面上的局部极小值，有限温度分子动力学可能出现界面滑移或重构；外加电场、栅压和应变可移动带边。结构类型与工作条件应分别记录，否则同一个名称可能对应不同原子构型。

电子结构名称取自另一组计算量。两个独立组分的带边若以各自费米能级为零点，数值没有可比条件；真空能级、芯能级或显式界面的平面平均静电势可建立共同能量零点。界面偶极引起的电势跃迁、费米能级附近 PDOS 和电荷密度差 Δρ(z)，共同限定接触后的带边偏移。异质结没有固定总数，类型数量随研究所采用的分类变量改变。

按界面原子连接可分为哪些类型？

共格界面中，两侧晶格在接触面保持连续，失配主要由弹性应变承担。薄层与小失配有利于维持这种结构；膜厚增加后，应变能随体积累积，体系可能引入失配位错，形成半共格界面。位错芯附近的配位改变可产生局域态，DFT 超胞需容纳位错周期，单个最小匹配胞常会遗漏该信号。

非共格界面缺少跨界面的长程晶格匹配，原子间距和配位分布较宽。界面形成能、黏附功与局域成键需在多个构型上比较；单一高对称模型只对应一种可能排布。共格、半共格和非共格描述晶格连续程度，化学组成可以相同也可以不同。

外延模型常用失配率 f = (a_B − a_A)/a_A 描述面内晶格差。将全部应变施加给单侧材料、由两侧按弹性模量分担应变，会产生不同的总能与带边。界面能按实际接触面积归一化后，才可比较不同超胞和取向。

二维材料的面内结沿片层横向相接，界面两侧常由共价键连续连接。MoS₂ 纳米条带嵌入 MoSe₂ 时，原子分辨 STEM 可分辨两侧元素占位，FFT 斑点重合支持接近共格的面内外延。计算模型中的界面取向、化学势和边缘终止会改变成键数目，扶手椅型与锯齿型相界可给出不同的形成能和界面态。

层间结沿法向堆叠，层内共价骨架保持完整，界面作用以范德华力和静电作用为主。堆垛注册会改变轨道重叠与层间距；AA、AB、3R 型局域排布即使化学式相同，也可能产生不同的能带劈裂和层间激子能量。周期模型还应给出真空厚度、层间距收敛和所用色散修正，避免把镜像层间作用写成真实界面效应。

存在扭转角时，层间结形成莫尔周期，局域 AA 与 AB 区域在同一超胞内交替。直接 DFT 计算常采用可公度近似胞，近似胞引入的人工应变应低于研究信号。能带折叠与能带展开用于区分超胞复制产生的支带和真实杂化态，层投影波函数则标出电子态主要分布在哪一层。

按组成尺度和物相来源可分哪些类型？

量子点/薄膜属于 0D/2D 接触，纳米线/片层属于 1D/2D 接触，二维层/体相基底属于 2D/3D 接触。这里的数字表示低能载流子可自由延展的空间方向数目。接触面积、曲率与介电屏蔽随组合而变，界面电荷转移不宜按面积作简单类比。1D 单壁碳纳米管接触 2D MoS₂时，局部曲率使接触原子数远少于面接触，功函数差和界面偶极仍可调节电子或空穴势垒。

0D/2D 或 1D/2D 模型的周期复制可能夸大低尺度组分的面密度。超胞横向间隔、偶极修正和真空厚度会影响静电势平台；Bader 电荷可分别给出每个纳米结构的转移量和界面原子数归一化结果。两种归一化回答不同问题，数值不可互换。

GaAs/AlGaAs、MoS₂/MoSe₂ 等由不同化学组成相接，通常称为异质组成结。同一化学式也能形成异相结：1T-MoS₂ 具有金属性，2H-MoS₂ 具有半导体带隙，面内 1T/2H 相界会改变 Mo 的配位和费米能级附近态密度。化学式相同只消除了元素种类差别，晶体对称性和电子态仍然不同。

异相模型还要核对相区在弛豫后是否保留。若 1T 区域回到 2H 配位，后续 PDOS 已经不再对应设定的异相结。相界缺陷会引入局域态并改变输运谱，缺陷形成能采用的元素化学势、缺陷电荷态和有限尺寸修正会改变稳定构型排序。

按电子结构和载流子状态怎样命名？

Ⅰ型包覆排列中，窄带隙一侧的 VBM 较高、CBM 较低，电子和空穴的低能态集中在同一组分。Ⅱ型交错排列中，较低 CBM 与较高 VBM 分属两侧，电子和空穴倾向于空间分离。Ⅲ型破缺排列中，一侧 CBM 低于另一侧 VBM，界面可出现带间隧穿条件。三种名称都依赖共同能量零点。

价带偏移可写为 ΔE_V = E_VBM,B − E_VBM,A，导带偏移 ΔE_C 采用相同能量参考。组分投影能带和层分辨 LDOS标出 VBM、CBM 的空间归属；强杂化界面若出现跨界面离域态，单纯沿用孤立组分带边会漏掉新形成的界面态。

孤立单层的真空能级对齐可用于初筛，显式界面则包含电荷重排、应变和杂化。界面偶极产生的电势跃迁可能改变态阶顺序；PBE、HSE06 或 GW 给出的带隙与带边也有差别。类型标注应注明泛函、界面构型和能量参考，实验 UPS/XPS 的价带偏移可与计算结果作数值比较。

MoS₂/MoSe₂ 面内结可呈Ⅰ型带边排列，又可因两侧多数载流子均为电子而写作 n–n 结。p–n、n–n 与 p–p描述平衡掺杂极性和空间电荷分布，Ⅰ型、Ⅱ型与Ⅲ型描述带边相对位置。改变栅压、缺陷或化学掺杂可能移动费米能级，却未必改变两侧本征带边次序。

金属/半导体异质结常按Schottky 势垒或 Ohmic 接触命名。功函数差给出理想极限，显式界面的金属诱导带隙态、缺陷钉扎与界面偶极会修正电子势垒 Φ_n 和空穴势垒 Φ_p。1T/2H-MoS₂ 异相结兼有面内相界和金属/半导体接触，两种名称可用于同一原子模型。

光催化文献中的 Z 型和 S 型异质结描述光照后的载流子保留方式，判定量包括激发态载流子分布、界面电场方向与氧化还原能级。平衡态差分电荷密度只记录基态重排，无法给出光照后电子与空穴的寿命。对于 1T/2H-MoS₂ 面内结，弛豫结构给出相界原子排布，PDOS 区分 1T 金属态与 2H 带隙，界面电势和输运谱给出接触势垒与载流子注入；“面内异相结”和“Schottky 接触”可在同一模型中并存。