过渡金属原子掺杂单层WS 2 的第一性原理研究

发布时间：2021-01-11 13:18

　　本文采用基于密度泛函理论的第一性原理方法,研究了单个或两个相同过渡金属TM原子Mn,Fe,Co和Ni掺杂WS₂体系的几何结构、电子特性和磁特性,结果表明,单个Mn,Fe,Co和Ni掺杂的单层WS₂体系是总磁矩分别为1、2、3、4 μB且分别具有较小的自旋向下带隙1.262、1.154、1.407和1.073 eV的HM铁磁体。通过对比体系的形成能Eform,我们发现在富S条件下更容易将Mn,Fe,Co或Ni原子掺杂到单层WS₂中。此外,Mn,Fe,Co和Ni掺杂体系的形成能依次增加,表明Mn掺杂的单层WS₂体系比Fe,Co,Ni掺杂的单层WS₂体系稳定。对于两个相同的TM原子Mn,Fe,Co,Ni分别在第一（0,1）,第二（0,2）和第三（0,3）近邻阳离子处掺杂的WS₂体系,除了两个Ni原子在（0,1）,（0,2）和（0,3）处掺杂的体系分别是AFM,FM,FM金属,其他体系都是FM铁磁体。此外,Mn,Fe,Co,Ni（除了（0,1）掺杂）替换同一位置体... 

【文章来源】：陕西师范大学陕西省 211工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：55 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

图２－１纯单层ＷＳ２?（ａ），单个和两个相同过渡金属原子Ｘ?（Ｘ＝Ｍｎ，?Ｆｅ，?Ｃｏ，?Ｎｉ）分别替换（０），（０，１），??（０，２）和（０，３）处Ｗ原子的俯视图和左视图

ＥＦ?ｉｓ?ｓｅｔ?ａｔ?ｚｅｒｏ?ｅｎｅｒｇｙ?ａｎｄ?ｉｎｄｉｃａｔｅｄ?ｂｙ?ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ?ｒｅｄ?ｓｏｌｉｄ?ｌｉｎｅｓ．??图?２－２（ｂ），（ｃ），?（ｄ），（ｅ）分别给出?了单个?Ｘ（Ｘ＝Ｍｎ，Ｆｅ，Ｃｏ，?Ｎｉ）掺杂单层?ＷＳ２??体系的自旋极化能带结构图，并与图２－２（ａ）单层ＷＳ２体系的能带结构图进行了比??较。从图２－２?（ａ）中我们可以看到，对于未掺杂的单层ＷＳ２体系，自旋向上和自旋??向下轨道是完全对称的，并具有１．８２０?ｅＶ的直接带隙，因此体现出非磁性半导体??特性，与之前的理论研究一致［６８］。图２－２?（ｂ）给出了单个Ｍｎ掺杂的单层ＷＳ２体系，??在自旋向上和自旋向下的轨道中，都出现了一些杂质带。特别是在自旋向上轨道??中，有少量杂质带穿过费米能级从而体现出金属特性，而自旋向下轨道仍保持半??８??

?导体特性，但带隙减小到１．２６２?ｅＶ，表明单个Ｍｎ掺杂的单层ＷＳ２体系是ＨＭ铁??磁体。图２－２?（ｃ），?（ｄ），（ｅ）表明Ｆｅ，?Ｃｏ，?Ｎｉ掺杂的单层ＷＳ２体系也是ＨＭ铁磁体，??图２－３显示了单个Ｘ（Ｘ＝Ｍｎ，Ｆｅ，Ｃｏ，?Ｎｉ）掺杂单层ＷＳ２体系的总态密度??ＴＤＯＳ（第一行）和Ｘ－３ｄ?（第四行）及其投影到第一近邻Ｓ－３ｐ?（第二行）和第二近邻??Ｗ－５ｄ?（第三行）轨道上的部分态密度ＰＤＯＳ。（ａ）单层ＷＳ２，?（ｂ）?Ｍｎ掺杂，（ｃ）?Ｆｅ掺杂，??（ｄ）Ｃｏ掺杂，（ｅ）Ｎｉ掺杂。尽管未掺杂的单层ＷＳ２体系是非磁性半导体，但Ｘ（Ｘ＝Ｍｎ，??Ｆｅ，Ｃｏ，?Ｎｉ）掺杂后的单层ＷＳ２体系都因为自旋向上和自旋向下轨道被不均匀地??占据而具有磁性。详细地说，对于四个掺杂系统，费米能级穿过自旋向上杂质态，??这意味着导电电子仅存在于自旋向上轨道。此外，我们从ＰＤＯＳ中发现，这种半??占据的自旋向上杂质态主要是由Ｘ－３ｄ轨道与较少的诱导出的第一近邻Ｓ－３ｐ轨道??和第二近邻Ｗ－５ｄ轨道贡献。??（ａ）?Ｐｒｉｓｔｉｎｅ?（ｂ）?Ｍｎ?ｄｏｐｅｄ?（ｃ）?Ｆｅ?ｄｏｐｅｄ?（ｄ）?Ｃｏ?ｄｏｐｅｄ?（ｅ）?Ｎｉ?ｄｏｐｅｄ??－；；Ｖ?Ｖ?ＨｙＷ?ｖＶｉ?ＭａｔＷ?Ｖ??


本文编号：2970837