【摘要】：不同粒子與準(zhǔn)粒子(電子、聲子、磁振子、等離激元等)的相互作用在理解、調(diào)控復(fù)雜量子體系的性質(zhì)中起著關(guān)鍵作用。以石墨烯和過渡金屬硫族化合物為代表的二維材料,在光電子器件、光伏器件等中展現(xiàn)出廣泛的應(yīng)用前景。二維材料的激發(fā)態(tài)動力學(xué)過程(例如光激發(fā)的界面電荷傳輸與光激發(fā)誘導(dǎo)的相結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變過程)已經(jīng)成為凝聚態(tài)物理和材料科學(xué)領(lǐng)域的研究熱點。本論文中,我們主要研究低維材料光激發(fā)誘導(dǎo)的動力學(xué)過程。應(yīng)用密度泛函理論和含時密度泛函理論,我們對二維材料異質(zhì)結(jié)、電荷密度波材料和硼烯進行了系統(tǒng)地研究。本論文主要內(nèi)容概括如下:1.我們研究了二維異質(zhì)結(jié)界面處的光激發(fā)載流子的動力學(xué)傳輸過程。運用第一性原理方法,我們探究了MoS_2/WS_2,MoS_2/WSe_2和Au_(55)/MoS_2等過渡金屬硫族化合物組成的二維異質(zhì)結(jié)材料中光激發(fā)載流子的界面電荷傳輸,能量傳輸過程。我們發(fā)現(xiàn)二維異質(zhì)結(jié)界面的堆疊方式能夠有效調(diào)控激發(fā)態(tài)電荷傳輸過程。我們揭示了MoS_2/WSe_2異質(zhì)結(jié)界面層間耦合主導(dǎo)的熱電子弛豫機制,建立了過渡金屬硫化物異質(zhì)結(jié)中層間相互作用與界面電荷傳輸動力學(xué)之間的微觀圖像。我們還探究了金屬納米顆粒與MoS_2界面處表面等離激元型熱電子激發(fā)的電荷傳輸過程,并揭示了兩種電荷傳輸機制共存且都快于熱電子弛豫過程的物理圖像。上述工作對理解實驗中觀測到的超快光激發(fā)過程有重要參考意義。2.我們探究了1T-TaS_2電荷密度波材料在不同激光強度下電子體系與晶格體系對激光的動力學(xué)響應(yīng)。1T-TaS_2是一種廣泛研究的電荷密度波材料,它有著奇特的光學(xué)響應(yīng)�；诤瑫r密度泛函理論,我們發(fā)現(xiàn)電荷密度波材料中電子-電子關(guān)聯(lián)、電子-聲子耦合作用對激光誘導(dǎo)的電荷密度波相轉(zhuǎn)變過程起著重要作用,并觀測到光激發(fā)誘導(dǎo)產(chǎn)生的晶格集體振蕩模式。我們的模擬證明“熱電子模型”在描述上述過程中存在缺陷。上述研究對理解電荷密度波材料的形成機制和激發(fā)誘導(dǎo)的結(jié)構(gòu)變化具有促進作用。3.硼烯是研究低維金屬性質(zhì)的良好平臺。最近的實驗工作報道了Ag(111)襯底上制備的幾種二維硼烯結(jié)構(gòu)。進一步,我們探索了不同硼烯的電子輸運性質(zhì),發(fā)現(xiàn)硼烯的本征電阻率與原子結(jié)構(gòu),溫度和載流子摻雜等因素密切相關(guān)。硼烯的本征電阻率與溫度的依賴關(guān)系可以較好地由Bloch Grüneisen模型來描述,并呈現(xiàn)出統(tǒng)一的標(biāo)度率。這些工作為未來硼烯的電子器件研究提供了新的思路。我們對新型低維納米材料中激發(fā)態(tài)性質(zhì)進行了探索。這些工作為未來低維材料以及范德華異質(zhì)結(jié)材料在新型納米電子器件、光伏轉(zhuǎn)換、光催化等應(yīng)用提供了重要的理論參考。
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)院大學(xué)(中國科學(xué)院物理研究所)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TB34
【圖文】：

圖 1.1 石墨烯與其他碳納米材料的關(guān)系[20]。Figure 1.1 Graphene and other carbon based materials[20].如圖 1.1 所示，石墨烯與其他碳納米材料有著緊密的關(guān)系。通過垂直方烯，我們可以形成石墨。沿不同二維邊界卷曲，石墨烯納米帶（Nanori成不同的一維碳納米管（Cabonnanotube）[20]。石墨烯的電子結(jié)構(gòu)也很石墨烯是一種半金屬或零帶隙的半導(dǎo)體。在費米能級處，能量與動量系（費米速度高達~106m/s），這導(dǎo)致載流子（電子和空穴）有效質(zhì)量石墨烯適合用在超薄的電子元器件，透明觸控板，新型薄膜太陽能電器中[2, 21-25]。Graphenefamily2DchalcogenldesGrapheneMoS2, WS2, MoSe2, WSe2hBN‘white graphene’Semiconductingdichalcogenides:MoTe2, WTe2,BCNFluorographeneMetallic dichalcogenides:NbSe2, NbS2, TaS2, TiS2, NiSe2and so onLayered semiconductors:Graphene oxidePERSPEC

第 1 章 引言石墨烯在實驗室中被成功分離出來，二維材料已經(jīng)成長為一個.2）。其中包含石墨烯衍生物、二維硫族化合物、二維氧化物等的成員有類石墨烯結(jié)構(gòu)六方氮化硼（h-BN，Hexagonalboronn（Silicene）[31-35]、鍺烯（Germanene）[36-39]、錫烯（Stanelack phosphorus）[41, 42]和單層過渡金屬硫族化合物（Transenide monolayers, TMDs）[26, 43-57]等。

隨著黑磷層數(shù)逐漸減少，黑磷的禁帶寬度會逐漸增大，而單約為 1.0 eV。材料有著豐富多彩的性質(zhì)，這給未來納米電子器件的應(yīng)用提供了多工作者還是在努力地尋找其他的二維材料，試圖揭示其不同的物及未來的應(yīng)用潛力。烯二維材料的種類已經(jīng)非常繁多，但是單元素構(gòu)成的二維材料的種類，僅包括石墨烯、硅烯、鍺烯、錫烯、黑磷等[58]。硼元素，在元與碳元素近鄰。很多理論工作預(yù)測硼元素也能組成穩(wěn)定的二維構(gòu)烯中的碳原子之間能夠通過 sp2雜化方式形成穩(wěn)定的平面結(jié)構(gòu)。硼核外電子數(shù)量少一個，導(dǎo)致其成鍵方式更加復(fù)雜多樣。理論工作者多穩(wěn)定的硼元素組成的二維層狀同素異形體[58-73]。

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本文編號：2764320