發(fā)布時(shí)間：2020-07-12 21:41

【摘要】：二硫化鉬(MoS2)是典型的過(guò)渡金屬硫化物,屬于六方晶系層狀結(jié)構(gòu)。單層MoS2由三層原子構(gòu)成,其中上、下兩層為硫原子組成的六角平面,被中間的金屬鉬原子層隔開(kāi),從而形成“三明治夾心”結(jié)構(gòu)。近年來(lái),由于單層MoS2在納米電子器件中的成功應(yīng)用,令它受到了廣泛的關(guān)注。相比于零帶隙的本征石墨烯,單層MoS2是直接帶隙半導(dǎo)體,具有自旋/谷霍爾效應(yīng)等物理特性,其獨(dú)特的光學(xué)性質(zhì)和輸運(yùn)特性,展現(xiàn)出在納米光(自旋/谷)電子器件方面潛在的應(yīng)用前景。本論文在緊束縛近似下的低能有效理論框架下,利用半導(dǎo)體帶間躍遷理論和久保線性響應(yīng)理論等方法,圍繞單層MoS2及其納米帶的光學(xué)性質(zhì)和輸運(yùn)特性的外部磁電調(diào)控展開(kāi)研究。全文共分為四章,第一章為緒論部分,簡(jiǎn)要介紹單層MoS2的發(fā)現(xiàn)及其實(shí)驗(yàn)制備,光學(xué)性質(zhì)和量子輸運(yùn)特性研究中常用的緊束縛近似方法、半導(dǎo)體帶間躍遷理論和久保線性響應(yīng)理論。第二章基于低能有效哈密頓模型,研究單層MoS2電子能帶結(jié)構(gòu)的外加電磁場(chǎng)(電場(chǎng)、磁近鄰交換場(chǎng)和非共振圓偏振光)調(diào)控。通過(guò)分析單層MoS2的電子能帶結(jié)構(gòu),發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)在沒(méi)有外部電磁場(chǎng)作用的情況下,單層MoS2價(jià)帶與導(dǎo)帶間打開(kāi)一個(gè)直接帶隙,價(jià)帶因?yàn)樽孕壍礼詈献饔卯a(chǎn)生劈裂,而導(dǎo)帶處于自旋簡(jiǎn)并狀態(tài)。相同自旋子帶間的帶隙隨著負(fù)柵壓引起的電勢(shì)能的增加而減小,隨著正柵壓引起的電勢(shì)能的增大而增大。磁近鄰交換場(chǎng)能夠破壞系統(tǒng)導(dǎo)帶(價(jià)帶)的自旋簡(jiǎn)并,使得自旋依賴的導(dǎo)帶和價(jià)帶相對(duì)于費(fèi)米能級(jí)整體向上或向下移動(dòng)。單層MoS2布里淵區(qū)K谷和K'谷附近自旋依賴子帶間的能隙隨著非共振右旋圓偏振光引起的有效耦合能分別線性增大和先減小后增大,隨著非共振左旋圓偏振光引起的有效耦合能分別先減小后增大和線性增大,實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)能帶結(jié)構(gòu)有趣的半導(dǎo)體性-半金屬性-半導(dǎo)體性轉(zhuǎn)變。第三章利用半導(dǎo)體帶間躍遷理論和久保線性響應(yīng)理論研究低能有效理論框架下單層MoS2的介電函數(shù)、吸收系數(shù)、折射率、消光系數(shù)、反射譜以及光電導(dǎo)等光學(xué)性質(zhì)及其輸運(yùn)特性的磁電調(diào)控。在共振圓/橢圓偏振光作用下,單層MoS2介電函數(shù)、吸收系數(shù)、折射率、消光系數(shù)、反射譜和光電導(dǎo)實(shí)部的共振峰隨著偏振光縱向與橫向振幅比的增大而升高,因而單層MoS2對(duì)縱向極化線偏振光的響應(yīng)更加敏感。此外,單層MoS2在外部非共振圓偏振光作用下,呈現(xiàn)有趣的量子化橫向霍爾電導(dǎo)和自旋/谷霍爾電導(dǎo),自旋極化率在非共振右/左旋圓偏振光有效耦合能±0.79 cV附近達(dá)到最大并發(fā)生由正到負(fù)或由負(fù)到正的急劇轉(zhuǎn)變,谷極化率隨著非共振圓偏振光有效耦合能先增大后減小并在其絕對(duì)值0.79～0.87 eV范圍內(nèi)達(dá)到100%。在外加電場(chǎng)作用下,單層MoS2介電函數(shù)、吸收系數(shù)等光學(xué)常數(shù)隨著電磁場(chǎng)輻照頻率先增大后減小,自旋向上和向下的價(jià)帶與導(dǎo)帶間的介電函數(shù)、吸收系數(shù)、折射率、消光系數(shù)、反射譜以及光電導(dǎo)隨著正/負(fù)柵壓引起的電勢(shì)能的增加分別藍(lán)移和紅移。第四章,對(duì)本文的工作進(jìn)行總結(jié)與歸納,對(duì)MoS2納米帶光學(xué)性質(zhì)和輸運(yùn)特性的外部磁電調(diào)控這一研究的發(fā)展前景進(jìn)行了展望。
【學(xué)位授予單位】：吉首大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TQ136.12;TB383.1
【圖文】：

Ｍ0Ｓ２是典型的過(guò)渡金屬硫化物，隨著納米科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，Ｍ0Ｓ２在納米尺寸逡逑范圍的研究中也開(kāi)拓了嶄新的領(lǐng)域１７—１９。２０１２年，Ｗａｎｇ等人發(fā)現(xiàn)２Ｄ，邋Ｍ0Ｓ２具有逡逑ＩＴ邋－邋ＭｏＳ２、２Ｈ邋－邋ＭｏＳ２和３Ｒ邋－邋ＭｏＳ２三種不同的相形結(jié)構(gòu)［如圖１．１所示］，其中逡逑ＩＴ－Ｍ０Ｓ２屬于四方晶系，一般表現(xiàn)為金屬特性；２Ｈ－Ｍ０Ｓ２屬于六方晶系，一般逡逑表現(xiàn)為半導(dǎo)體性質(zhì)；３Ｒ邋－邋ＭｏＳ２屬于斜方對(duì)稱晶系。這三種相形結(jié)構(gòu)中ＩＴ邋－邋ＭｏＳ２逡逑晶體結(jié)構(gòu)和３Ｒ邋－邋ＭｏＳ２晶體結(jié)構(gòu)為亞穩(wěn)定狀態(tài)，只有２Ｈ邋－邋ＭｏＳ２晶體結(jié)構(gòu)是最穩(wěn)定逡逑的２１。與石墨烯幾何結(jié)構(gòu)類似的單層Ｍ0Ｓ２是直接帶隙半導(dǎo)體，具有自旋／谷霍爾逡逑Ｑ邐＾邐疫逡逑＜邐＃．邐＾＾邐４？逡逑９ｓｙｅａｚ９＾＾ｉｚ＜ｆ邐Ｇｈ＾ｓ＾ｒ°�。蓿蓿�°逡逑ｔ邋：取：Ｕ邋ｔｉｍｉ邋．＇Ｋ邋，Ｘ逡逑ｃ邋＾邋＾邋Ｍ．邋Ｉ邋ｃ邋？逡逑Ｊ：Ｋ邋Ｋ邋Ｉ邋！邋Ｘ邋Ｉ逡逑ｖ邋…．．ｉｒｒ、Ａｎｉｒｉ．．．．．…－ｎｒ、ｆ＊ｉ邐Ｑｉ邋Ｋ逡逑２Ｈ邐＜、考逡逑ｍｕ邋￥逡逑圖１．２：邋ＩＴ、２Ｈ和３Ｒ三種不同相形結(jié)構(gòu)的ＭｏＳ２原子結(jié)構(gòu)示意圖．引自逡逑文獻(xiàn)［２0ｊ邋．逡逑第２頁(yè)逡逑

ａ邐Ｂａ邐Ｌａ－Ｌｕ邐Ｈｆ邐Ｔａ邐Ｗ邐Ｒｅ邐Ｏｓ邐Ｉｒ邐ＰＩ邐Ａｕ邐Ｈｇ邐Ｔｌ邐Ｐｂ邐Ｂｉ邐Ｐｏ邐Ａｔ邐Ｒｎ逡逑Ｆｒ邐Ｒａ邐Ａｃ－Ｌｆ邐Ｒｌ邐Ｄｂ邐Ｓｇ邐Ｂｈ邐Ｈｓ邐Ｍｌ邐Ｄｓ邐Ｒｇ邐Ｃｎ邐Ｕｕｔ邐ＦＩ邐Ｕｕｐ邐Ｌｖ邐Ｕｕ￥邐Ｕｕｏ逡逑圖１．１：過(guò)渡金屬硫化物家族譜．引自文獻(xiàn)［１４］．逡逑Ｍ0Ｓ２是典型的過(guò)渡金屬硫化物，隨著納米科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，Ｍ0Ｓ２在納米尺寸逡逑范圍的研究中也開(kāi)拓了嶄新的領(lǐng)域１７—１９。２０１２年，Ｗａｎｇ等人發(fā)現(xiàn)２Ｄ，邋Ｍ0Ｓ２具有逡逑ＩＴ邋－邋ＭｏＳ２、２Ｈ邋－邋ＭｏＳ２和３Ｒ邋－邋ＭｏＳ２三種不同的相形結(jié)構(gòu)［如圖１．１所示］，其中逡逑ＩＴ－Ｍ０Ｓ２屬于四方晶系，一般表現(xiàn)為金屬特性；２Ｈ－Ｍ０Ｓ２屬于六方晶系，一般逡逑表現(xiàn)為半導(dǎo)體性質(zhì)；３Ｒ邋－邋ＭｏＳ２屬于斜方對(duì)稱晶系。這三種相形結(jié)構(gòu)中ＩＴ邋－邋ＭｏＳ２逡逑晶體結(jié)構(gòu)和３Ｒ邋－邋ＭｏＳ２晶體結(jié)構(gòu)為亞穩(wěn)定狀態(tài)，只有２Ｈ邋－邋ＭｏＳ２晶體結(jié)構(gòu)是最穩(wěn)定逡逑的２１。與石墨烯幾何結(jié)構(gòu)類似的單層Ｍ0Ｓ２是直接帶隙半導(dǎo)體，具有自旋／谷霍爾逡逑Ｑ邐＾邐疫逡逑＜邐＃．邐＾＾邐４？逡逑９ｓｙｅａｚ９＾＾ｉｚ＜ｆ邐Ｇｈ＾ｓ＾ｒ°�。蓿蓿�°逡逑ｔ邋：�。海斟澹簦椋恚殄澹В隋澹劐义希沐澹掊澹掊澹停澹慑澹沐�？逡逑Ｊ：Ｋ邋Ｋ邋Ｉ邋！邋Ｘ邋Ｉ逡逑ｖ邋…．．ｉｒｒ、Ａｎｉｒｉ．．．．．…－

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