边缘修饰对扶手椅型二硫化钼纳米带的电子结构、磁性和电子输运的影响

发布时间：2020-04-18 19:24

【摘要】：二硫化钼纳米带是一种类石墨烯纳米带材料,其独特的物理和化学性质引发了科学界广泛的研究热潮。本文采用密度泛函理论结合非平衡格林函数方法,研究了边缘修饰对扶手椅型二硫化钼纳米带中电子结构、磁性和电子输运的影响。本文首先阐述了二硫化钼的结构、性能、制备方法以及二硫化钼纳米带的电子结构和物理性质。其次介绍了本文模拟计算时使用的主要理论方法,包括密度泛函理论和输运理论,以及用于模拟计算的软件ATK。最后在第三章和第四章介绍并总结了本论文的主要研究工作。主要内容如下:(1)研究了氢原子或羟基边缘修饰对扶手椅型二硫化钼纳米带输运性质的影响。扶手椅型二硫化钼纳米带是一种半导体材料,在适当的氢原子(H)或羟基(OH)修饰下,扶手椅型二硫化钼纳米带会表现出金属的性质。本文选取它们做电极,研究不同边缘修饰下纳米带的输运特性。研究表明,均匀氢原子边缘修饰的系统(H-H-H)中,扶手椅型二硫化钼纳米带的电流电压特性呈现单能带的三角形曲线,表现出很强的负微分电阻效应,在低偏压区,负微分电阻效应的峰谷比可以达到71。当用羟基替代氢原子(OH-OH-OH)时,系统的电流电压特性曲线在低偏压区也表现出了负微分电阻效应,并且在高偏压区电流出现了另一个近似三角形的走势。鉴于我们之前发现羟基边缘修饰会诱导相邻未被修饰边缘钼原子的磁性,我们还研究了中间单个原胞无边缘修饰的OH-O-OH非均匀系统,同样观察到了负微分电阻效应。与前两个系统不同的是,OH-O-OH系统的自旋上、下电流不再简并,出现了自旋分裂。在异质电极系统H-O-OH中,该自旋分裂会得到加强,并且负微分电阻效应的峰谷比相比较于OH-O-OH系统的峰谷比更大。(2)研究了扶手椅型二硫化钼纳米带在边缘钼原子被羟基饱和的过程中,其电子结构、系统总能和磁矩位置的变化。我们发现羟基会优先跟边缘钼原子结合。研究表明,修饰浓度的变化能使纳米带的性质在无磁和有磁半导体之间转换。在有磁纳米带中,磁矩主要集中在相邻未被修饰的钼原子上,而不是预期的被修饰钼原子上。为了进一步揭示该现象的物理机制,我们逐步增加羟基与二硫化钼纳米带的距离do,并计算纳米带性质的相应变化。当 dO开始增加时,纳米带的稳定性降低,并且被修饰钼原子会跟随羟基移动。相邻钼原子的磁矩不断减小而被修饰钼原子的磁矩增加。当羟基离开平衡位置约1.62A时,被修饰原子偏离大概1.0A,达到最大的偏离位置。这时相邻钼原子的磁矩消失,被修饰钼原子的磁矩达到最大值。随后,被修饰原子突然跳回之前的平衡位置附近,且与氧原子交换磁矩,结构重新趋于稳定。纳米带与磁性羟基基本分离,逐渐转变为无磁性的未修饰纳米带。最后,我们通过计算结构优化前后系统总能随do增加的变化,从能量角度分析了磁矩位置在相邻钼原子、被修饰钼原子和氧原子等系统状态之间转化的规律。
【图文】：

单壁碳纳米管,多壁碳纳米管

1图 1.1 （a）单壁碳纳米管。（b）多壁碳纳米管。摘自[NATOSecuritythroughSciencehysics and Biophysics, 2011, 103,121]。

示意图,过渡金属硫化物,原子结构,相和

图 1.2(a)2H 相、1T 相和1T'相单层过渡金属硫化物的原子结构。（b）已知的层状金属过渡硫化物的“周期表”，表格顺序由过渡金属元素在化学周期表上的顺序给出，，并且总结了其存在的结构（2H 相、1T 相等）。（c）2H 相 MoS2在层数减少时能带结构的演变过程。（d）单层 2H 相MoS2能带结构的示意图，并展示了能带在布里渊区 K 点和K'点的自旋分裂。其中，橙色和蓝
【学位授予单位】：苏州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TQ136.12;TB383.1

【参考文献】