本文關(guān)鍵詞：金屬氧族化合物物性調(diào)控的第一性原理研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：對半導(dǎo)體材料的電學(xué)、磁學(xué)以及光學(xué)等性質(zhì)的有效調(diào)控是現(xiàn)代電子技術(shù)發(fā)展的需要,也是凝聚態(tài)物理研究的重要課題之一。金屬元素與氧族元素原子形成的化合物具有豐富的電學(xué)、光學(xué)及磁學(xué)特性,因而可能被應(yīng)用到電子工業(yè)各個領(lǐng)域。然而在實際的應(yīng)用中它們固有的物理性質(zhì)并總是不符合我們的要求,為了實現(xiàn)特定的物理特性,不同材料之間還需要在某些物理性質(zhì)上相互匹配。因此,我們常常需要對它們的表面性質(zhì)、能帶結(jié)構(gòu)等進行修飾和優(yōu)化以達到理想的要求。 得益于相關(guān)理論、數(shù)值算法以及計算機技術(shù)的飛速發(fā)展,基于密度泛函理論的第一性原理計算已經(jīng)為成凝聚態(tài)物理、量子化學(xué)和材料科學(xué)中的常規(guī)研究手段。本文中我們主要利用基于密度泛函理論的第一性原理計算研究包括氧化銦錫(ITO)表面功函數(shù)的調(diào)控、氧化鉬(MoO3)能帶結(jié)構(gòu)的調(diào)控、以及一些過渡金屬二硫?qū)倩衔?Transition-metal Dichalcogenides)的磁學(xué)性質(zhì)調(diào)控等,歸納如下： (1)研究了Cl和F兩種強電負性原子吸附對氧化銦錫(ITO)表面功函數(shù)的修飾作用。我們發(fā)現(xiàn)是鹵族原子與ITO表面形成的強電偶極層,而不是電化學(xué)勢的改變,導(dǎo)致了ITO功函數(shù)的顯著提高。然而F吸附的ITO表面功函數(shù)沒有Cl吸附的高,這一結(jié)果與F原子比Cl電負性更強相違背。我們通過詳細的計算揭示了Cl吸附于ITO具有如此高的功函數(shù)源于電負性和原子大小這兩個因素的有效結(jié)合。 (2)研究了單軸晶格形變及電子摻雜對Mo03電子結(jié)構(gòu)的修飾作用。我們發(fā)現(xiàn)Mo03晶體的八面體結(jié)構(gòu)發(fā)生的形變會顯著改變其能帶結(jié)構(gòu)。除了外延的力學(xué)應(yīng)力之外,諸如氫原子嵌入等化學(xué)作用也會導(dǎo)致Mo03延展性的結(jié)構(gòu)形變。而氫化后的Mo03中的結(jié)構(gòu)形變導(dǎo)致能隙的顯著縮小,并且比因為導(dǎo)帶占據(jù)的Moss-Burstein效應(yīng)的藍移更明顯。通過電荷摻雜的模擬我們揭示了結(jié)構(gòu)形變的根本原因在于導(dǎo)帶的占據(jù)。這意味著任何伴隨有電荷轉(zhuǎn)移或N-型摻雜的過程都會使Mo03發(fā)生晶格形變進而導(dǎo)致能隙的縮減。 (3)研究了MX2(M=V, Ta, Nb; X=S, Se, Te)單層的電子結(jié)構(gòu)、磁學(xué)性質(zhì)及其調(diào)控。我們從靜態(tài)平均場的Hubba rd模型出發(fā),推測在d1組態(tài)的三角棱柱型MX2單層中存在一種半半導(dǎo)電(Half Semiconducting)的狀態(tài)。在這種電子態(tài)中,電子和空穴都是自旋極化并具有相同的自旋取向�；陔s化泛函理論計算,我們預(yù)言VS2單層是一種直接帶隙半半導(dǎo)體。此外,我們發(fā)現(xiàn)VS2的電子自旋取向可以通過微小的應(yīng)力來翻轉(zhuǎn)。我們的結(jié)果因此預(yù)言了將VS2應(yīng)用于新奇自旋電子學(xué)和光電子學(xué)器件的可能性。我們對三角棱柱型第五族MX2(M=V, Nb, Ta; X=S, Se, Te)單層的分析揭示了一系列的電子態(tài),且可以通過d電子的局域性來定性地理解。 通過對金屬氧族化合物的表面性質(zhì)、電子結(jié)構(gòu)以及磁學(xué)性質(zhì)等不同方面的調(diào)控研究中,我們得出了如下結(jié)論：原子半徑、化學(xué)鍵長以及晶格間距等原子尺度上的微小參量能夠通過諸如電偶極子、軌道耦合、以及電子局域性等方面顯著影響到固體材料的表面性質(zhì)、電子結(jié)構(gòu)以及磁學(xué)性質(zhì)等；如果能夠正視這些微小參量重要性,我們就能夠有意識地通過吸附、摻雜以及應(yīng)力等因素來有效調(diào)控材料的物理性質(zhì)以滿足我們的應(yīng)用要求。
【關(guān)鍵詞】：金屬氧族化合物 第一性原理計算 物性調(diào)控 電子結(jié)構(gòu)
【學(xué)位授予單位】：云南大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：O469
【目錄】：

• 摘要3-5
• Abstract5-9
• 第一章 緒論9-17
• 1.1 有機發(fā)光二極管9-11
• 1.2 透明導(dǎo)電氧化物及其表面修飾11-13
• 1.3 金屬氧化物薄膜在電致發(fā)光器件中的應(yīng)用13-14
• 1.4 過渡金屬二硫?qū)倩衔?/span>14-16
• 1.5 論文的選題與結(jié)構(gòu)16-17
• 第二章 固體電子結(jié)構(gòu)的第一性原理計算理論17-27
• 2.1 多粒子薛定諤方程17-18
• 2.2 Born-Oppenheimer近似18
• 2.3 Hohenberg-Kohn定理18-20
• 2.4 Kohn-Sham方程20-21
• 2.5 局域密度近似和廣義梯度近似21-23
• 2.6 雜化泛函方法23-27
• 第三章 氧化銦錫表面功函數(shù)的調(diào)控機理27-40
• 3.1 引言27-29
• 3.2 計算模型及方法29-32
• 3.3 Cl原子吸附對ITO表面功函數(shù)的修飾作用32-37
• 3.4 F原子吸附與Cl原子吸附的對比37-39
• 3.5 小結(jié)39-40
• 第四章 晶格形變及摻雜對MoO_3能帶結(jié)構(gòu)的修飾作用40-55
• 4.1 引言40-43
• 4.2 計算模型及方法43-44
• 4.3 晶格形變對MoO_3能帶結(jié)構(gòu)的影響44-49
• 4.4 電子摻雜對MoO_3的影響49-53
• 4.5 小結(jié)53-55
• 第五章 過渡金屬二硫?qū)倩锏拇判约罢{(diào)控55-69
• 5.1 引言55-58
• 5.2 MX_2的電子結(jié)構(gòu)特性58-61
• 5.3 直接帶隙半半導(dǎo)體VS_2單層61-63
• 5.4 應(yīng)力作用下VS_2單層產(chǎn)生的相變63-64
• 5.5 第五族MX_2單層材料的電子結(jié)構(gòu)相64-67
• 5.6 小結(jié)67-69
• 第六章 主要結(jié)論69-71
• 參考文獻71-82
• 攻讀博士期間完成的論文82-83
• 致謝83

【共引文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

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  本文關(guān)鍵詞：金屬氧族化合物物性調(diào)控的第一性原理研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號：259187