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单层二硫化钼多相性质及相变的第一性原理研究

张理勇 方粮 彭向阳

单层二硫化钼多相性质及相变的第一性原理研究

张理勇, 方粮, 彭向阳
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  • 本文基于密度泛函的第一性原理, 并引入范德瓦耳斯力修正, 研究了单层二硫化钼2H, 1T, ZT三种相的电学性质及相变原理. 首先通过结构弛豫确定了三种相的几何结构, 能带和态密度计算证实1T相具有金属性质, ZT相具有半导体性质, 带隙为0.01 eV. 然后结合变形势理论计算了2H和ZT相的迁移率, ZT相的迁移率高达104 cm2V-1s-1, 进一步拓展了单层二硫化钼的应用范围. 最后通过对比三种相吸附锂原子结合能, 计算2H-1T相变能量曲线, 解释了引起二硫化钼相变的原因. 本文的研究结果将对单层二硫化钼实验制备表征以及相关光电器件性能分析提供重要参考.
      通信作者: 方粮, lfang@nudt.edu.cn
    • 基金项目: 国家自然科学基金重点项目(批准号: 61332003)、国家自然科学基金(批准号: 11274265) 和高性能计算国家重点实验室课题基金(批准号: 201501-02)资助的课题.
    [1]

    Novoselov K S, Geim A K, Morozov S V, Jiang D, Zhang Y, Dubonos S V, Grigorieva I V, Firsov A A 2004 Science 306 666

    [2]

    Li L, Yu Y, Ye G J, Ge Q, Ou X, Wu H, Feng D, Chen X H, Zhang Y 2014 Nat. Nanotechnol. 9 372

    [3]

    Wang Q H, Kalantar-Zadeh K, Kis A, Coleman J N, Strano M S 2012 Nat. Nanotechnol. 7 699

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    Ataca C, Şahin H, Ciraci S 2012 J. Phys. Chem. C 116 8983

    [5]

    Yin Z Y, Li H, Li H, Jiang L, Shi Y M, Sun Y H, Lu G, Zhang Q, Chen X D, Zhang H 2012 ACS Nano 6 74

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    Li H, Wu J, Yin Z, Zhang H 2014 Acc. Chem. Res. 47 1067

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    [8]

    Radisavljevic B, Radenovic A, Brivio J, Giacometti V, Kis A 2011 Nat. Nanotechnol. 6 147

    [9]

    Docherty C J, Parkinson P, Joyce H J, Chiu M H, Chen C H, Lee M Y, Li L J, Herz L M, Johnston M B 2014 ACS Nano 8 11147

    [10]

    Miwa J A, Ulstrup S, Sorensen S G, Dendzik M, Cabo A G, Bianchi M, Lauritsen J V, Hofmann P 2015 Phys. Rev. Lett. 114 046802

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    Eda G, Yamaguchi H, Voiry D, Fujita T, Chen M, Chhowalla M 2011 Nano Lett. 11 5111

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    Eda G, Fujita T, Yamaguchi H, Voiry D, Chen M W, Chhowalla M 2012 ACS Nano 6 7311

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    Qian X F, Liu J W, Fu L, Li J 2014 Science 346 1344

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    Gao G, Jiao Y, Ma F, Jiao Y, Waclawik E, Du A 2015 J. Phys. Chem. C 119 13124

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    [30]

    Bardeen J, Shockley W 1950 Phys. Rev. 80 72

    [31]

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    Long M Q, Tang L, Wang D, Wang L J, Shuai Z G 2009 J. Am. Chem. Soc. 131 17728

    [33]

    Cai Y, Zhang G, Zhang Y W 2014 J. Am. Chem. Soc. 136 6269

    [34]

    Liu K K, Zhang W, Lee Y H, Lin Y C, Chang M T, Su C Y, Chang C S, Li H, Shi Y, Zhang H, Lai C S, Li L J 2012 Nano Lett. 12 1538

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    Wu M S, Xu B, Liu G, Ouyang C Y 2012 Acta Phys. Sin. 61 227102

    [36]

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    Radisavljevic B, Kis A 2013 Nat. Mater. 12 815

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    Enyashin A N, Yadgarov L, Houben L, Popov I, Weidenbach M, Tenne R, Bar-Sadan M, Seifert G 2011 J. Phys. Chem. C 115 24586

  • [1]

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    [2]

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    Enyashin A N, Yadgarov L, Houben L, Popov I, Weidenbach M, Tenne R, Bar-Sadan M, Seifert G 2011 J. Phys. Chem. C 115 24586

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出版历程
  • 收稿日期:  2016-01-13
  • 修回日期:  2016-04-14
  • 刊出日期:  2016-06-20

单层二硫化钼多相性质及相变的第一性原理研究

  • 1. 国防科学技术大学, 高性能计算国家重点实验室, 长沙 410072;
  • 2. 国防科学技术大学计算机学院, 长沙 410072;
  • 3. 湘潭大学物理与光电工程学院, 湘潭 411005
  • 通信作者: 方粮, lfang@nudt.edu.cn
    基金项目: 

    国家自然科学基金重点项目(批准号: 61332003)、国家自然科学基金(批准号: 11274265) 和高性能计算国家重点实验室课题基金(批准号: 201501-02)资助的课题.

摘要: 本文基于密度泛函的第一性原理, 并引入范德瓦耳斯力修正, 研究了单层二硫化钼2H, 1T, ZT三种相的电学性质及相变原理. 首先通过结构弛豫确定了三种相的几何结构, 能带和态密度计算证实1T相具有金属性质, ZT相具有半导体性质, 带隙为0.01 eV. 然后结合变形势理论计算了2H和ZT相的迁移率, ZT相的迁移率高达104 cm2V-1s-1, 进一步拓展了单层二硫化钼的应用范围. 最后通过对比三种相吸附锂原子结合能, 计算2H-1T相变能量曲线, 解释了引起二硫化钼相变的原因. 本文的研究结果将对单层二硫化钼实验制备表征以及相关光电器件性能分析提供重要参考.

English Abstract

参考文献 (38)

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