本文關(guān)鍵詞：二維過渡金屬硫化物及其異質(zhì)結(jié)電子結(jié)構(gòu)調(diào)控的第一性原理研究　出處：《河南師范大學(xué)》2017年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

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【摘要】：自從石墨烯被發(fā)現(xiàn)后,二維材料由于其獨特的力、熱、光、電性質(zhì)以及在光電子器件、傳感器、場效應(yīng)管、和生物催化等領(lǐng)域潛在的應(yīng)用而受到了人們的廣泛關(guān)注。與石墨烯的零帶隙不同,過渡金屬硫化物(TMDs)由于適中的帶隙寬度和新奇的電子特性而成為人們研究的熱點。然而TMDs之所以成為研究的熱點不僅由于其本征材料性質(zhì)更重要的是其可調(diào)控的電子性質(zhì)。由于各向異性和獨特的晶格結(jié)構(gòu),可以通過應(yīng)變、高壓、外加電場、吸附和摻雜等方式對二維TMDs的電子性質(zhì)進行調(diào)控。與其他調(diào)控方式相比,外加電場不會對二維材料本身造成損壞,并且外加電場是可逆的,而迄今為止關(guān)于外加電場調(diào)控二維TMDs電子性質(zhì)的報道很少,這方面的工作值得進一步開展。因此,本文采用基于密度泛函理論的第一性原理方法系統(tǒng)研究了二維過渡金屬硫化物及其異質(zhì)結(jié)電子結(jié)構(gòu)的調(diào)控,得到了一些有意義的理論結(jié)果。期望這些理論結(jié)果能解釋一些實驗現(xiàn)象和物理本質(zhì),為過渡金屬硫化物材料電子器件的制備、設(shè)計和調(diào)控等相關(guān)實驗研究提供理論指導(dǎo)。1.外加電場對多層TMDs電子結(jié)構(gòu)的調(diào)控。計算結(jié)果表明外電場可以有效調(diào)控多層TMDs的帶隙寬度。帶隙寬度隨著外電場的增加線性減小,最終帶隙閉合由半導(dǎo)體轉(zhuǎn)變?yōu)榱私饘?半導(dǎo)體-金屬轉(zhuǎn)變的臨界電場取決于TMDs薄膜的層數(shù)。帶隙寬度隨外電場的變化快慢用巨斯塔克效應(yīng)系數(shù)來表征,巨斯塔克效應(yīng)系數(shù)即為變化曲線的斜率。巨斯塔克效應(yīng)系數(shù)與體系的層數(shù)成正比,我們預(yù)測其表達式為(N-1)c/2,N為體系的層數(shù),c為層間距。2外加電場對不同堆垛構(gòu)型的雙層TMDs電子結(jié)構(gòu)的調(diào)控。我們發(fā)現(xiàn)在雙層TMDs的五種堆垛構(gòu)型中,AB構(gòu)型最穩(wěn)定,AA?構(gòu)型次之。對AB構(gòu)型施加正電場以及對AA?構(gòu)型施加正負兩個方向的電場后,兩種構(gòu)型的帶隙寬度均隨著電場的增加而線性減小,而對AB構(gòu)型施加負電場后其帶隙寬度先增加到最大值然后開始減小,正負電場最終使AB和AA?構(gòu)型由半導(dǎo)體轉(zhuǎn)變?yōu)榱私饘�。正負電場對AB構(gòu)型帶隙的調(diào)控有不同的效應(yīng),其原因在于AB構(gòu)型的兩個單層之間存在著由于自發(fā)極化而產(chǎn)生的內(nèi)建電場,而正負電場對AA?構(gòu)型帶隙的調(diào)控卻完全相同。3.外加電場對基于TMDs的異質(zhì)結(jié)電子結(jié)構(gòu)的調(diào)控。結(jié)果表明基于TMDs的范德瓦耳斯異質(zhì)結(jié)的能帶為II類能帶組合方式,導(dǎo)帶底和價帶頂為組成異質(zhì)結(jié)的不同單層的貢獻。II類能帶組合的異質(zhì)結(jié)能夠促進電子-空穴對的分離,X椉釉亓髯郵倜，

本文編號：1336479