【摘要】：當(dāng)今時(shí)代,信息的爆炸性增長(zhǎng)及后摩爾定律的新技術(shù)發(fā)展對(duì)器件數(shù)據(jù)存儲(chǔ)密度的提升和能耗的降低提出了新的要求,而自旋電子器件的發(fā)展可以實(shí)現(xiàn)對(duì)電子電荷和自旋的同時(shí)調(diào)控,有望解決磁存儲(chǔ)密度問(wèn)題。二維自旋電子學(xué)材料相對(duì)于其塊體需要更少的功耗,并符合未來(lái)自旋電子器件微型化和功能最大化的需求,被視為構(gòu)建未來(lái)超薄自旋電子器件的理想材料。近年來(lái),二維過(guò)渡金屬硫族化合物(Transition metal dichalcogenides,TMDs)由于其優(yōu)異的電學(xué)和光學(xué)性質(zhì)而引起研究者的廣泛關(guān)注。近期,二維TMDs材料室溫鐵磁性的陸續(xù)報(bào)道使其有望應(yīng)用于未來(lái)超薄自旋電子學(xué)器件。而如何從實(shí)驗(yàn)上賦予二維TMDs內(nèi)稟的鐵磁性是其在未來(lái)自旋電子器件發(fā)展擬解決的關(guān)鍵問(wèn)題。本論文利用化學(xué)氣相沉積、水熱合成等方法,制備了MoS_2、MoSe_2等二維TMDs材料,通過(guò)形貌調(diào)控、過(guò)渡金屬元素?fù)诫s、相結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變等實(shí)驗(yàn)手段,在MoS_2、MoSe_2等材料中引入了本征的室溫鐵磁性,同時(shí)利用調(diào)節(jié)實(shí)驗(yàn)參數(shù)(制備溫度、離子輻照劑量、摻雜含量、相轉(zhuǎn)變程度等)實(shí)現(xiàn)了對(duì)樣品鐵磁性的調(diào)控,并對(duì)樣品鐵磁性的起源與變化機(jī)制進(jìn)行了深入的研究,主要內(nèi)容如下:1.利用化學(xué)氣相沉積法分別在SiO_2/Si襯底和碳布上生長(zhǎng)了MoSe_2納米片,并且通過(guò)改變實(shí)驗(yàn)參數(shù)對(duì)MoSe_2的形貌進(jìn)行了調(diào)控。磁測(cè)量結(jié)果表明制備所得的MoSe_2納米片具有本征室溫鐵磁性,在室溫下測(cè)得飽和磁化強(qiáng)度(M_s)為1.39emu/g,第一性原理計(jì)算結(jié)果表明其鐵磁性與樣品的zig-zag邊緣態(tài)及面內(nèi)的本征缺陷態(tài)有關(guān)。而通過(guò)改變實(shí)驗(yàn)溫度調(diào)控樣品的邊緣態(tài)與缺陷的數(shù)量,可以有效實(shí)現(xiàn)對(duì)MoSe_2納米片的鐵磁性調(diào)控。在本文中,我們將制備溫度由860℃調(diào)升至940℃后,樣品的M_s值由1.39 emu/g降低至了0.015 emu/g。2.利用水熱法制備了若干種過(guò)渡金屬元素元素(Fe、Co、Mn、Cr、Cu)摻雜的MoS_2納米片。磁測(cè)量結(jié)果表明過(guò)渡金屬元素?fù)诫s(10%)可以在MoS_2納米片中引入一定的鐵磁性,并且隨著摻雜量的增加樣品的鐵磁性普遍存在著先增大后減小的規(guī)律。在室溫下測(cè)得各個(gè)元素?fù)诫sMoS_2樣品的最大M_s值分別為Fe:0.247 emu/g,Co:0.2 emu/g,Mn:0.015 emu/g,Cr:0.016 emu/g,Cu:0.023emu/g。另外,我們利用第一性原理計(jì)算、晶體場(chǎng)理論和束縛磁極化子模型對(duì)鐵磁性的產(chǎn)生機(jī)制進(jìn)行了解釋。3.通過(guò)表面活化與多相復(fù)合的方法,在二維MoS_2及MoSe_2材料中引入了1T@2H相結(jié)構(gòu),并且通過(guò)改變?nèi)軇岱磻?yīng)時(shí)間實(shí)現(xiàn)了1T與2H相結(jié)構(gòu)比例的調(diào)控。磁性測(cè)量結(jié)果表明1T相結(jié)構(gòu)的引入能使樣品表現(xiàn)出鐵磁性(MoS_2最大M_s值:1.9 memu/g;MoSe_2最大M_s值:8 memu/g),并且鐵磁性隨著1T相結(jié)構(gòu)比例的增長(zhǎng)呈現(xiàn)出先增強(qiáng)后減弱的趨勢(shì)。根據(jù)晶體場(chǎng)理論的分析,我們發(fā)現(xiàn)1T相結(jié)構(gòu)中的Mo原子能夠提供磁矩,并且當(dāng)1T相與2H相結(jié)構(gòu)比例相當(dāng)時(shí),體系的鐵磁性最強(qiáng)。根據(jù)這樣的思路,我們將ReS_2與MoS_2進(jìn)行復(fù)合,制備出了Re_xMo_(1-x)-x S_2三元化合物,結(jié)果發(fā)現(xiàn),通過(guò)調(diào)節(jié)Re與Mo的比例,其不同相結(jié)構(gòu)的比例與鐵磁性的強(qiáng)弱也會(huì)隨之變化,在實(shí)驗(yàn)中當(dāng)Re元素?fù)诫s量達(dá)到17%時(shí),樣品的M_s值為8 memu/g。
【學(xué)位授予單位】：蘭州大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TB303;O482.5
【圖文】：

圖 1.1 過(guò)渡金屬硫族化合物（TMDs）材料的種類[63]除此以外，TMDs 材料還具有相似的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：它們的塊體材料由 X-層通過(guò)范德華相互作用堆疊而成；可以由塊材剝離得到單分子層材料（如 所示）。根據(jù)第一性原理計(jì)算方法得到它們的電子能帶結(jié)構(gòu)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)

具有MX2分子通式的硫化物二維材料的結(jié)構(gòu)

人們發(fā)現(xiàn) MX2材料的理化性質(zhì)隨著堆垛層數(shù)的不同也存在著明顯的差異。如圖1.3 所示，以 MoS2為例，研究者通過(guò)理論計(jì)算發(fā)現(xiàn)，其塊體結(jié)構(gòu)具有間接帶隙（1.3 eV），隨著堆垛層數(shù)的減少，MoS2會(huì)發(fā)生由間接帶隙向直接帶隙的轉(zhuǎn)變，而單層結(jié)構(gòu)具有 1.8 eV 的直接帶隙[72,73]。這種不同結(jié)構(gòu)下能帶結(jié)構(gòu)的差異直接影響到 MoS2的發(fā)光性質(zhì)和電學(xué)性質(zhì)。此外，MoSe2，WSe2和 WS2等材料的能帶結(jié)構(gòu)也會(huì)隨著堆垛層數(shù)的變化而出現(xiàn)差異[74-76]。此外，計(jì)算和實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明單層結(jié)構(gòu)的 TMDs 材料在光電二極管、光學(xué)探測(cè)器以及集成電

【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 ;聚合物涂覆硅納米片可望取代石墨稀[J];中國(guó)粉體工業(yè);2017年02期

2 郝慧;楊云;;金納米片的制備[J];化工技術(shù)與開(kāi)發(fā);2018年03期

3 朱景春;;二硫化鉬納米片的制備及其研究進(jìn)展[J];科學(xué)技術(shù)創(chuàng)新;2018年07期

4 李俊怡;梁峰;田亮;張海軍;;類石墨相氮化碳納米片的制備研究進(jìn)展[J];化學(xué)通報(bào);2018年05期

5 趙迪;柯瑞林;鄒雄;毛琳;胡行兵;王金合;;氮化硼納米片制備方法研究進(jìn)展[J];功能材料;2016年12期

6 張震;于翔;劉飛;;產(chǎn)業(yè)化制備石墨烯納米片研究進(jìn)展[J];新型工業(yè)化;2017年01期

7 肖林平;劉敏;周麗萍;賴桂珍;黃錦貴;鐘晨晨;;一步法制備單層二硫化鉬納米片[J];廣東化工;2016年12期

8 邢國(guó)政;靳利娥;解小玲;張康;曹青;;碳納米片的制備、表征及應(yīng)用[J];炭素技術(shù);2016年05期

9 鄒潤(rùn)秋;秦文靜;張強(qiáng);楊利營(yíng);曹煥奇;印壽根;;銀納米片等離子體效應(yīng)增強(qiáng)有機(jī)太陽(yáng)能電池及其性能優(yōu)化研究[J];發(fā)光學(xué)報(bào);2015年07期

10 趙逢煥;;(001)晶面占主導(dǎo)的銳鈦礦TiO_2納米片的制備、表征及光催化性能的研究[J];山東化工;2015年15期

相關(guān)會(huì)議論文 前10條

1 韓志成;武祥;;生長(zhǎng)在泡沫鎳基底的炸圈狀四氧化三鈷納米片及其較提高的超級(jí)電容器性能[A];中國(guó)化學(xué)會(huì)第30屆學(xué)術(shù)年會(huì)摘要集-第三十分會(huì)：化學(xué)電源[C];2016年

2 陸迪燦;倪永紅;;多孔磷化鈷納米片的合成及其超電性能[A];中國(guó)化學(xué)會(huì)第30屆學(xué)術(shù)年會(huì)摘要集-第二十九分會(huì)：電化學(xué)材料[C];2016年

3 丁書(shū)江;;納米片復(fù)合材料的設(shè)計(jì)、制備和鋰離子存儲(chǔ)性能研究[A];中國(guó)化學(xué)會(huì)第30屆學(xué)術(shù)年會(huì)摘要集-第三十分會(huì)：化學(xué)電源[C];2016年

4 張玉倩;張琦;翁麗星;宇文力輝;汪聯(lián)輝;;量子點(diǎn)-二硫化鉬復(fù)合納米片用于癌細(xì)胞的靶向熒光成像和光熱治療[A];中國(guó)化學(xué)會(huì)第30屆學(xué)術(shù)年會(huì)摘要集-第三十八分會(huì)：納米生物效應(yīng)與納米藥物化學(xué)[C];2016年

5 梅旭安;梁瑞政;衛(wèi)敏;;超薄水滑石納米片作為藥物載體的研究[A];中國(guó)化學(xué)會(huì)第30屆學(xué)術(shù)年會(huì)摘要集-第三十八分會(huì)：納米生物效應(yīng)與納米藥物化學(xué)[C];2016年

6 董寧寧;李源鑫;馮艷艷;張賽鋒;張曉艷;范金太;張龍;王俊;;過(guò)渡金屬硫化物二維納米片的光限幅特性及其理論模擬[A];上海市激光學(xué)會(huì)2015年學(xué)術(shù)年會(huì)論文集[C];2015年

7 紀(jì)穆為;徐萌;劉佳佳;張加濤;;水相腐蝕法制備超薄二維單晶納米片[A];中國(guó)化學(xué)會(huì)第30屆學(xué)術(shù)年會(huì)摘要集-第五分會(huì)：分子與固體化學(xué)[C];2016年

8 程裕鑫;吳德峰;姚鑫;丁昆山;周亞楠;;聚乳酸/石墨納米片復(fù)合材料的流變行為[A];第十二屆全國(guó)流變學(xué)學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C];2014年

9 楊曉華;楊化桂;李春忠;;{001}晶面主導(dǎo)的銳鈦二氧化鈦納米片的熱穩(wěn)定性研究[A];顆粒學(xué)最新進(jìn)展研討會(huì)——暨第十屆全國(guó)顆粒制備與處理研討會(huì)論文集[C];2011年

10 陳小蘭;師賽鴿;黃藝專;陳美;湯少恒;莫世廣;鄭南峰;;不同表面修飾對(duì)鈀納米片活體行為的影響[A];中國(guó)化學(xué)會(huì)第29屆學(xué)術(shù)年會(huì)摘要集——第05分會(huì)：無(wú)機(jī)化學(xué)[C];2014年

相關(guān)重要報(bào)紙文章 前10條

1 記者 劉霞;科學(xué)家利用超薄沸石納米片造出高效催化劑[N];科技日?qǐng)?bào);2012年

2 本報(bào)記者 李波;二維MoS2納米片研究獲突破提振鉬業(yè)股[N];中國(guó)證券報(bào);2013年

3 記者 王延斌 通訊員 隗海燕;高靈敏度“電子皮膚”可以量產(chǎn)了[N];科技日?qǐng)?bào);2017年

4 馮衛(wèi)東;新型透明塑料薄如紙硬如鋼[N];科技日?qǐng)?bào);2007年

5 本報(bào)記者 張思瑋;讓氫來(lái)得更高效些吧[N];中國(guó)科學(xué)報(bào);2019年

6 記者 劉霞;柔性電子材料破碎多次仍可恢復(fù)功能[N];科技日?qǐng)?bào);2016年

7 記者 張曄 通訊員 周偉;又薄又軟的半導(dǎo)體新材料可制微納光電器件[N];科技日?qǐng)?bào);2019年

8 記者 陳超;“光結(jié)構(gòu)”讓水隨環(huán)境變化自由變色[N];科技日?qǐng)?bào);2016年

9 記者 李麗 通訊員 梁維源;深圳大學(xué)打開(kāi)癌癥治療新思路[N];深圳特區(qū)報(bào);2018年

10 沈英甲;中國(guó)成功研發(fā)全球首類烯合金材料[N];中國(guó)有色金屬報(bào);2014年

相關(guān)博士學(xué)位論文 前10條

1 俄松峰;氮化硼納米管和納米片的合成及性質(zhì)研究[D];中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué);2019年

2 徐嘉麒;超薄過(guò)渡金屬氧族化合物的設(shè)計(jì)及其在新能源轉(zhuǎn)化中的應(yīng)用[D];中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué);2019年

3 牧小衛(wèi);三聚氰胺基共價(jià)有機(jī)框架/聚合物復(fù)合材料的設(shè)計(jì)與阻燃性能研究[D];中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué);2019年

4 孫媛;低維錸基硫?qū)倩衔锏碾娮咏Y(jié)構(gòu)調(diào)控及應(yīng)用研究[D];中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué);2019年

5 溫路路;摻雜的過(guò)渡金屬化合物納米材料及其電催化性能研究[D];中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué);2019年

6 吳佳靜;溶液相剝離法制備大尺寸過(guò)渡金屬硫?qū)倩衔锛{米片及其相變研究[D];中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué);2019年

7 陳彤;鉍層狀鈣鈦礦氧化物單晶納米片的水熱合成及多鐵性能研究[D];中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué);2019年

8 談浩;二維磁性材料的同步輻射研究[D];中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué);2019年

9 丁二麗;低維度過(guò)渡金屬氧化物的制備、表征及其在催化和分析檢測(cè)中的應(yīng)用[D];蘭州大學(xué);2019年

10 夏寶瑞;二維過(guò)渡金屬硫族化合物的制備及鐵磁性研究[D];蘭州大學(xué);2019年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 魏振巍;二維多孔二氧化鈦納米片的合成及其催化產(chǎn)氫性能研究[D];天津理工大學(xué);2019年

2 陳金蘋(píng);鉬單原子及Al摻雜NiO納米片的制備和電化學(xué)性能研究[D];天津理工大學(xué);2019年

3 李元俠;SnS_2/聚合物復(fù)合材料的制備及光電性能研究[D];天津理工大學(xué);2019年

4 徐娟娟;鹵氧化鉍及其復(fù)合物的制備和光催化性能研究[D];安徽建筑大學(xué);2019年

5 陳江淳;二維鉍單質(zhì)納米片的合成及其性能研究[D];東北電力大學(xué);2019年

6 吳松挺;金屬—有機(jī)框架納米片微膠囊及其復(fù)合材料的制備與應(yīng)用[D];華東理工大學(xué);2019年

7 孫艷娟;氮化碳納米分級(jí)復(fù)合材料制備及構(gòu)效關(guān)系研究[D];武漢工程大學(xué);2018年

8 屈藝譜;二維氮化鋁納米片的第一性原理研究[D];鄭州大學(xué);2019年

9 滕雪剛;TiO_2表面結(jié)構(gòu)調(diào)控及其光解水制氫性能研究[D];安徽工程大學(xué);2019年

10 陶念;過(guò)渡金屬鈷酸鹽的制備及其電化學(xué)性能研究[D];北京郵電大學(xué);2019年

本文編號(hào)：2759027