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表面吸附对单层黑磷和单层二硫化钼电子结构影响的第一性原理研究

刘琳  
【摘要】:二硫化钼(MoS_2)作为新型的过渡金属化合物,因其良好的热稳定性和化学稳定性而被广泛用于固体润滑剂、反应催化剂和电极材料等领域。单层MoS_2作为类石墨烯过渡金属化合物,由于优良的电学性质,在晶体管制造和稀磁半导体的应用等方面均得到了广泛探究。同时,单层MoS_2的高表面体积比和半导体等性质也促进了其在传感器方面的应用。近年来,研究发现了继MoS_2之后的一种新型半导体材料—黑磷,它的高迁移率和电导的各向异性使其在纳米电子学和光电子学等领域具有较大的应用潜力。本论文利用基于密度泛函理论的VASP计算软件,系统地研究了MoS_2和黑磷的表面电子结构性质。研究工作主要集中在以下三个方面:第一、研究了单层纯净MoS_2和单层含缺陷MoS_2吸附挥发性有机化合物前后的电学性质。发现挥发性有机化合物分别与纯净和有S空位的MoS_2衬底间的吸附是物理吸附。吸附有机分子后的MoS_2带隙间出现了杂质能级,表现为p型或n型的掺杂特性。第二、研究了不同浓度的金属功能化的缺陷MoS_2吸附挥发性有机化合物前后的电、磁学性质。挥发性有机化合物吸附在金属功能化S空位的MoS_2衬底上的吸附属于化学吸附。MoS_2的带隙值进一步减小且导带和价带的数目明显增多。化合物吸附在不同金属原子功能化的MoS_2上,对磁矩产生了影响,且磁矩主要集中在掺杂的金属原子上。对于吸附体系来说,Fe磁交换能最稳定。第三、研究了黑磷-碳纳米管异质结的电子结构性质。黑磷与碳纳米管之间的吸附是物理吸附,掺杂金属原子之后形成了稳定的化学吸附,并呈现出更高的结合能。而且计算结果显示黑磷吸附碳纳米管后的带隙值减小。金属原子的引入使黑磷-碳纳米管异质结具有磁性。Fe原子的掺杂使黑磷-碳纳米管的异质结呈现铁磁性,Co原子掺杂则呈现反铁磁性。


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