二维过渡金属硫化物及其异质结电子结构调控的第一性原理研究

发布时间：2017-12-26 08:08

  本文关键词：二维过渡金属硫化物及其异质结电子结构调控的第一性原理研究　出处：《河南师范大学》2017年博士论文　论文类型：学位论文

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【摘要】：自从石墨烯被发现后,二维材料由于其独特的力、热、光、电性质以及在光电子器件、传感器、场效应管、和生物催化等领域潜在的应用而受到了人们的广泛关注。与石墨烯的零带隙不同,过渡金属硫化物(TMDs)由于适中的带隙宽度和新奇的电子特性而成为人们研究的热点。然而TMDs之所以成为研究的热点不仅由于其本征材料性质更重要的是其可调控的电子性质。由于各向异性和独特的晶格结构,可以通过应变、高压、外加电场、吸附和掺杂等方式对二维TMDs的电子性质进行调控。与其他调控方式相比,外加电场不会对二维材料本身造成损坏,并且外加电场是可逆的,而迄今为止关于外加电场调控二维TMDs电子性质的报道很少,这方面的工作值得进一步开展。因此,本文采用基于密度泛函理论的第一性原理方法系统研究了二维过渡金属硫化物及其异质结电子结构的调控,得到了一些有意义的理论结果。期望这些理论结果能解释一些实验现象和物理本质,为过渡金属硫化物材料电子器件的制备、设计和调控等相关实验研究提供理论指导。1.外加电场对多层TMDs电子结构的调控。计算结果表明外电场可以有效调控多层TMDs的带隙宽度。带隙宽度随着外电场的增加线性减小,最终带隙闭合由半导体转变为了金属,半导体-金属转变的临界电场取决于TMDs薄膜的层数。带隙宽度随外电场的变化快慢用巨斯塔克效应系数来表征,巨斯塔克效应系数即为变化曲线的斜率。巨斯塔克效应系数与体系的层数成正比,我们预测其表达式为(N-1)c/2,N为体系的层数,c为层间距。2外加电场对不同堆垛构型的双层TMDs电子结构的调控。我们发现在双层TMDs的五种堆垛构型中,AB构型最稳定,AA?构型次之。对AB构型施加正电场以及对AA?构型施加正负两个方向的电场后,两种构型的带隙宽度均随着电场的增加而线性减小,而对AB构型施加负电场后其带隙宽度先增加到最大值然后开始减小,正负电场最终使AB和AA?构型由半导体转变为了金属。正负电场对AB构型带隙的调控有不同的效应,其原因在于AB构型的两个单层之间存在着由于自发极化而产生的内建电场,而正负电场对AA?构型带隙的调控却完全相同。3.外加电场对基于TMDs的异质结电子结构的调控。结果表明基于TMDs的范德瓦耳斯异质结的能带为II类能带组合方式,导带底和价带顶为组成异质结的不同单层的贡献。II类能带组合的异质结能够促进电子-空穴对的分离,X椉釉亓髯邮倜，

本文编号：1336479