近年來,層狀二硫化鉬作為典型的過渡金屬硫?qū)倩衔?由于其奇異的電子結(jié)構(gòu)、催化性質(zhì)、光伏性質(zhì)和儲能性質(zhì)而備受關(guān)注。體相的MoS_2是帶隙為1.29 eV的間接帶隙半導(dǎo)體,而層間存在的弱范德華力使得其可以剝離得到單層MoS_2——帶隙約1.8 eV的直接帶隙半導(dǎo)體,展現(xiàn)出很強的光吸收、熒光和光電導(dǎo)性質(zhì)。隨著對MoS_2研究的深入,科學(xué)家們對具有量子尺寸限制效應(yīng)的MoS_2納米帶進(jìn)行理論研究和實驗制備。由于剪切方向的不同,產(chǎn)生鋸齒形和扶手椅型兩種邊緣的MoS_2納米帶。本論文中,我們采用第一性原理研究邊緣鈍化和過渡金屬元素?fù)诫s對MoS_2納米帶的光、電、磁性質(zhì)調(diào)控。主要內(nèi)容如下:(1)我們基于密度泛函理論研究了鋸齒型純二硫化鉬納米帶(ZMoS_2NR)和邊緣O原子鈍化后的電子結(jié)構(gòu)、磁性質(zhì)和穩(wěn)定性。純ZMoS_2NR是具有鐵磁邊緣態(tài)的磁性金屬,而邊緣鈍化降低了邊緣不飽和電子的數(shù)量從而降低了總磁矩。很明顯,ZMoS_2NR的電子結(jié)構(gòu)和磁性質(zhì)取決于邊緣態(tài)。當(dāng)兩邊被O原子鈍化,ZMoS_2NR是非磁金屬;當(dāng)單邊被O原子鈍化,體系展現(xiàn)出單邊鐵磁態(tài),磁性集中在未鈍化的一邊。因此,邊緣鈍化不僅可以調(diào)節(jié)ZMoS_2NR的磁性,還消除了不飽和鍵,提高了結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。這些發(fā)現(xiàn)打開了 ZMoS_2NR在納米器件和自旋電子器件方面的應(yīng)用。(2)我們通過密度泛函理論研究了全H鈍化扶手椅型二硫化鉬納米帶(AMoS_2NR)的電子結(jié)構(gòu)、磁性質(zhì)和穩(wěn)定性。全H鈍化AMoS_2NR是非磁半導(dǎo)體,但是過渡金屬元素?fù)诫s可以使得AMoS_2NR展現(xiàn)出多種多樣的性質(zhì)(非磁金屬態(tài)、磁性半導(dǎo)體態(tài)、非磁半導(dǎo)體態(tài)、半金屬態(tài))。電子結(jié)構(gòu)分析表明過渡金屬摻雜AMoS_2NR的磁性主要集中在摻雜原子和邊緣Mo原子上,取決于金屬原子的晶場劈裂能和交換劈裂能競爭作用。更重要的是,Mn摻雜AMoS_2NR具有長程鐵磁性、良好的穩(wěn)定性、可靠的居里溫度,因而適合于作為自旋電子器件材料。(3)最后,我們對未鈍化和鈍化的扶手椅型二硫化鉬納米帶的電子結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究,發(fā)現(xiàn)邊緣態(tài)對其性質(zhì)有重要的影響。AMoS_2NR是非磁半導(dǎo)體,隨著帶寬的增加,會產(chǎn)生間接-直接帶隙轉(zhuǎn)變。邊緣鈍化作為一種有效調(diào)控AMoS_2NR的能帶工程是因為可以實現(xiàn)電荷的重新分布。通過選擇合適的官能團和鈍化類型也可以實現(xiàn)間接帶隙到直接帶隙的轉(zhuǎn)變。結(jié)果發(fā)現(xiàn)全H、NH2鈍化和OH的部分鈍化可以實現(xiàn)間接-直接帶隙半導(dǎo)體轉(zhuǎn)變,也提高了體系的穩(wěn)定性。這些有趣的發(fā)現(xiàn)將會促發(fā)AMoS_2NR進(jìn)一步應(yīng)用在光電子器件中。
【學(xué)位單位】：揚州大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TQ136.12;TB383.1
【部分圖文】：

圖１．２２Ｈ相、３Ｒ相、ＩＴ相的ＭｏＳ２晶體結(jié)構(gòu)圖，黃色的Ｘ原子為Ｓ原子，灰色的Ｍ原子為金屬逡逑原子％逡逑

２Ｈ邐0Ｍ逡逑１邋Ｘ邋Ｘ邋３Ｒ逡逑圖１．２２Ｈ相、３Ｒ相、ＩＴ相的ＭｏＳ２晶體結(jié)構(gòu)圖，黃色的Ｘ原子為Ｓ原子，灰色的Ｍ原子為金屬逡逑原子％逡逑１．２體相和單層Ｍ0Ｓ２的基本性質(zhì)與器件應(yīng)用逡逑１．２．１邋ＭｏＳ２材料的基本性質(zhì)逡逑＊＊＇＊？：－」八逡逑夂教“偏＾‘，、娭、＇逡逑＇Ｔ＇邐＇邐、卞逡逑圖１．３邋ｌｃｍ長的Ｍ０Ｓ２塊體［９】逡逑

１．３．２邋ＭｏＳ２納米帶的改性逡逑低維二硫化鉬材料展現(xiàn)出磁性就是因為邊緣電子自旋態(tài)的出現(xiàn)［２２１。也正是由于邊緣態(tài)逡逑的出現(xiàn)，Ｍ0Ｓ２ＮＲ表現(xiàn)出奇異的光學(xué)、力學(xué)、電子學(xué)和磁學(xué)性質(zhì)［２｜，２３￣２力。比如準(zhǔn)一維的鋸逡逑齒型二硫化鉬納米帶由于邊緣的鐵磁態(tài)而表現(xiàn)為磁性金屬而準(zhǔn)一維的扶手椅型二硫化逡逑鉬納米帶相較于單層二硫化鉬展現(xiàn)出更強的激子效應(yīng)【２５】。扶手椅型邊緣的懸掛鍵也誘導(dǎo)逡逑ＡＭ０Ｓ２ＮＲ展現(xiàn)出相較于體相和單層ＭｏＳ２更好的熱電性質(zhì)和電子熱導(dǎo)率［２８】。其也會由于量逡逑子尺寸限制和帶邊效應(yīng)而展現(xiàn)出奇異的電磁性質(zhì)［２９］。比如Ｆｅ摻雜扶手椅型納米帶表現(xiàn)出逡逑鐵磁性，且通過調(diào)控?fù)诫s濃度可以實現(xiàn)體系居里溫度的改變。鋸齒型邊緣的重構(gòu)可以實現(xiàn)逡逑自旋過濾、負(fù)微分電阻和巨磁阻現(xiàn)象＠１。不同帶寬１Ｔ／２Ｈ異質(zhì)結(jié)Ｍ0Ｓ２納米帶的磁性具有逡逑一致性，且其帶隙隨納米帶寬度變化的振蕩要強于２Ｈ－ＭＯＳ２納米帶［３１】。而通過施加應(yīng)力逡逑場可以調(diào)節(jié)納米帶電子結(jié)構(gòu)和光學(xué)性質(zhì)，比如帶隙的增大和磁性的增強［３２￣３４】。因此對ＭｏＳ２逡逑納米帶的進(jìn)－步研究應(yīng)用具有重要的意義。逡逑

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本文編號：2823039