类石墨烯二硫化钼的第一性原理研究 - 图文

学校代码 10530 学 号 201199100051 分 类 号 O469 密 级 公开 博 士 学 位 论 文 类石墨烯二硫化钼类石墨烯二硫化钼的二硫化钼的第一性原理研究 第一性原理研究 学 位 申 请 人 黄 宗 玉 指 指 导 导 教 教 师 师 钟 建 新 教授 学 学 院 院 名 名 称 称 材料与光电物理学院 学 学 科 科 专 专 业 业 凝聚态物理 研 研 究 究 方 方 向 向 计算凝聚态物理 二零一四二零一四年四月十四年四月十四日十四日 万方数据

万方数据

First-principles Study of Graphene-Like

Molybdenum Disulfide

Candidate Zongyu Huang Supervisor Prof. Jianxin Zhong College Faculty of Material & Photoelectronic Physics Program Condensed Matter Physics Specialization Computational Condensed Matter Physics Degree Doctor of Philosophy University Xiangtan University Date April 14, 2014

湘潭大学 学位论文原创性声明

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万方数据湘潭大学博士学位论文

摘 要

本文采用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法，以单层和双层二硫化钼（MoS2）为研究对象，系统研究了类石墨烯MoS2表面吸附和层间掺杂过渡金属原子后系统的结构、电子性质和磁性行为，为类石墨烯MoS2在自旋电子器件方面的潜在应用提供理论基础。同时我们还探讨了单层MoS2在六角氮化硼（h-BN）调制作用下能带结构发生的变化，研究结果表明不同层数的h-BN能够对单层MoS2提供不同的晶格应变从而实现了对单层MoS2能带结构的有效调控。

首先，我们研究了单层和双层MoS2表面吸附与双层层间掺杂Fe原子的调制行为，发现单层和双层表面吸附Fe原子后系统仍然是半导体特性，在费米面处没有自旋极化，然而，对于双层MoS2层间掺杂Fe原子的系统，系统在费米面处的自旋极化率达到了100 %，表现了半金属的行为。另外，我们继续系统研究了多种3d过渡金属原子，包括Cr、Fe、Mn、Co和Ni掺杂在双层MoS2层间后的稳定结构、电子能带结构以及磁性行为。我们发现过渡金属原子掺杂后的局域磁矩比自由态时的值都有不同程度的减少，而Ni原子掺杂后失去了磁矩；Cr和Fe掺杂的系统在费米处表现出了100 %的自旋极化率，体现了一种半金属的行为，Mn和Co在最高占据态的位置的自旋极化率为100 %。我们的结论显示，双层MoS2选择性掺杂过渡金属原子Fe和Cr后有可能成为制作自旋电子器件优良材料。

另外，我们利用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法，以MoS2/n-h-BN异质结为研究对象，其中n表示h-BN的层数，预测了MoS2/n-h-BN异质结的稳定构型， MoS2/n-h-BN并且研究了异质结的能带特性，我们发现，不同于悬浮态的单层MoS2，异质结具有间接带隙，并且价带顶和导带底的电荷贡献都来自于MoS2层，即异质结中单层MoS2具有间接带隙特征；MoS2/n-h-BN的带隙随着h-BN层数的增加而减少并最后趋于稳定值；研究发现h-BN对单层MoS2的能带的调控作用实质上是由MoS2和h-BN之间的相互作用而诱导的晶格应变引起的。我们的结论显示，将单层MoS2附着在不同层数的h-BN片上能够获得不同的晶格应变，从而能够实现对单层MoS2能带结构的有效调控。

关键词：密度泛函理论；二硫化钼；第一性原理；自旋极化；异质结

I

万方数据类石墨烯二硫化钼的第一性原理研究

Abstract

In this thesis, using the first-principles method within the framework of density functional theory, we have studied structures, electronic energy band properties and magnetic behavior of molybdenum disulfide sheet (2H-MoS2, monolayer and bilayer) with the adsorption of 3d transition metal adatom (TM) Fe to its surface and interlayer, and bilayer MoS2 with various 3d TM atoms (Cr, Mn, Fe, Co and Ni) doped in its interlayer, aiming to provide a theoretical basis for potential spintronic applications. At the same time, we also explore the band structure changes of monolayer MoS2 on top of 1-5 layers of hBN substrate (MoS2/n-h-BN heterostructures). The results show that different number layers of h-BN can provide different lattice strain in single-layer MoS2 so as to realize the effective control of band structure.

Firstly, functionalization of MoS2 sheet (monolayer and bilayer) by the adsorption of transition metal Fe adatom to its surface and interlayer has been investigated computationally by using the first-principles method within the framework of density functional theory. We find that the systems with absorption of Fe adatoms on the surfaces of both monolayer and bilayer MoS2 sheets are still semiconductors without spin polarization at the Fermi level. However, for the system with absorption of Fe adatom in the interlayer of bilayer MoS2 sheet, its electronic structure exhibits half-metal behavior, with 100 % spin polarization at the Femi level. Furthermore, on the basis of the first work, we continue to explore the structural, …… 此处隐藏：2939字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……