Cr和W掺杂的单层MoS2电子结构的第一性原理研究

吴木生; 徐波; 刘刚; 欧阳楚英

doi:10.7498/aps.62.037103

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采用密度泛函理论框架下的第一性原理平面波赝势方法, 研究了Cr和W掺杂对单层二硫化钼(MoS2)晶体的电子结构性质的影响. 计算结果表明: 当掺杂浓度较高时, W对MoS2的能带结构几乎没有影响, 而Cr的掺杂则影响很大, 表现为能带由直接带隙变为间接带隙, 且禁带宽度减小. 通过进一步分析, 得出应力的产生是导致Cr掺杂的MoS2电子结构变化的最直接的原因.

关键词:

作者及机构信息

1.
江西师范大学物理与通信电子学院, 南昌 330022

基金项目: 国家自然科学基金(批准号: 10904054)、江西省自然科学基金(批准号: 2009GQW008, 2010GZW0028)、江西省光电子与通信重点实验室(江西师范大学)和江西师范大学青年英才培育资助计划资助的课题.

参考文献

[1]	Takada K, Sakurai H, Takayama-Muromachi E, Izumi F, Dilanian R, Sasaki T 2003 Nature 422 53
[2]	Shishidou T, Freeman A, Asah R 2001 Phys. Rev. B 64 180401
[3]	Lee C, Li Q, Kalb W, Liu X Z, Berger H, Carpick R W, Hone J 2010 Science 328 76
[4]	Reed C A, Cheung S K 1977 Proceedings of the National Academy of Sciences 74 1780
[5]	Puthussery J, Seefeld S, Berry N, Gibbs M, Law M 2011 J. Am. Chem. Soc. 133 716
[6]	Bromley R A, Yoffe A D, Murray R B 1972 J. Phys. C 5 759
[7]	Mattheis L F 1973 Phys. Rev. Lett. 30 784
[8]	Coehoorn R, Haas C, Degroot R A 1987 Phys. Rev. B 35 6203
[9]	Li T S, Galli G L 2007 J. Phys. Chem. C 111 16192
[10]	Lebegue S, Eriksson O 2009 Phys. Rev. B 79 115409
[11]	Mdleni M M, Hyeon T, Suslick K S 1998 J. Am. Chem. Soc. 120 6189
[12]	Rapport L, Bilik Y, Homyonfer M 1997 Nature 387 791
[13]	Dominko R, Arcon D, Mrzel A 2002 Adv. Mater. 14 1591
[14]	Radisavljevic B, Radenovic A, Brivio J, Giacometti V, Kis A 2011 Nat. Nanotechnol. 6 147
[15]	Novoselov K S, Jiang D, Schedin F, Booth T, Khotkevich V V, Morozov S V, Geim A K 2005 Proc. Natl. Acad. Sci. USA 102 10451
[16]	Kuc A, Zibouche N, Heine T 2011 Phys. Rev. B 83 245213
[17]	Korn T, Heydrich S, Hirmer M, Schmutzler J, Schuller C 2011 Appl. Phys. Lett. 99 102109
[18]	Splendiani A, Sun L, Zhang Y, Li T, Kim J, Chim C Y, Galli G, Wang F 2010 Nano Lett. 10 1271
[19]	Radisavljevic B, Radenovic A, Brivio J, Giacometti V, Kis A 2011 Nature Nanotech 6 147
[20]	Li H, Yin Z, He Q, Li H, Huang X, Lu G, Fam D W H, Tok A I Y, Zhang Q, Zhang H 2012 Small 8 63
[21]	Popov I, Seifert G, Tomanek D 2012 Phys. Rev. Lett. 108 156802
[22]	Eda G, Yamaguchi H, Voiry D, Fujita T, Chen M 2011 Nano Lett. 11 5111
[23]	Mak K F, Lee C, Hone J, Shan J, Heinz T F 2010 Phys. Rev. Lett. 105 136805
[24]	Yin Z, Li H, Li H, Jiang L, Shi Y, Sun Y, Lu G, Zhang Q, Chen X, Zhang H 2012 Nano 6 74
[25]	Ding Y, Wang Y L, Ni J, Shi L, Shi S Q, Tang W H 2011 Physica B 406 2254
[26]	Xu B, Pan B C 2008 Acta Phys. Sin. 57 6526 (in Chinese) [徐波, 潘必才 2008 物理学报 57 6526]
[27]	Rao J P, Ouyang C Y, Lei M S, Jiang F Y 2012 Acta Phys. Sin. 61 47105 (in Chinese) [饶建平, 欧阳楚英, 雷敏生, 江风益 2012 物理学报 61 47105]
[28]	Monkhorst H J, Pack J F 1979 Phys. Rev. B 13 5188
[29]	Wilson J A, Yoffe A D 1969 Adv. Phys. 18 193
[30]	Li Y, Zhou Z, Zhang S, Chen Z 2008 J. Am. Chem. Soc. 130 16739
[31]	Kam K K, Parkinson B A 1982 J. Phys. Chem. 86 463
[32]	Yun W S, Han S W, Hong S C, Kim I G, Lee J D 2012 Phys. Rev. B 85 33305

施引文献

[1]	Takada K, Sakurai H, Takayama-Muromachi E, Izumi F, Dilanian R, Sasaki T 2003 Nature 422 53
[2]	Shishidou T, Freeman A, Asah R 2001 Phys. Rev. B 64 180401
[3]	Lee C, Li Q, Kalb W, Liu X Z, Berger H, Carpick R W, Hone J 2010 Science 328 76
[4]	Reed C A, Cheung S K 1977 Proceedings of the National Academy of Sciences 74 1780
[5]	Puthussery J, Seefeld S, Berry N, Gibbs M, Law M 2011 J. Am. Chem. Soc. 133 716
[6]	Bromley R A, Yoffe A D, Murray R B 1972 J. Phys. C 5 759
[7]	Mattheis L F 1973 Phys. Rev. Lett. 30 784
[8]	Coehoorn R, Haas C, Degroot R A 1987 Phys. Rev. B 35 6203
[9]	Li T S, Galli G L 2007 J. Phys. Chem. C 111 16192
[10]	Lebegue S, Eriksson O 2009 Phys. Rev. B 79 115409
[11]	Mdleni M M, Hyeon T, Suslick K S 1998 J. Am. Chem. Soc. 120 6189
[12]	Rapport L, Bilik Y, Homyonfer M 1997 Nature 387 791
[13]	Dominko R, Arcon D, Mrzel A 2002 Adv. Mater. 14 1591
[14]	Radisavljevic B, Radenovic A, Brivio J, Giacometti V, Kis A 2011 Nat. Nanotechnol. 6 147
[15]	Novoselov K S, Jiang D, Schedin F, Booth T, Khotkevich V V, Morozov S V, Geim A K 2005 Proc. Natl. Acad. Sci. USA 102 10451
[16]	Kuc A, Zibouche N, Heine T 2011 Phys. Rev. B 83 245213
[17]	Korn T, Heydrich S, Hirmer M, Schmutzler J, Schuller C 2011 Appl. Phys. Lett. 99 102109
[18]	Splendiani A, Sun L, Zhang Y, Li T, Kim J, Chim C Y, Galli G, Wang F 2010 Nano Lett. 10 1271
[19]	Radisavljevic B, Radenovic A, Brivio J, Giacometti V, Kis A 2011 Nature Nanotech 6 147
[20]	Li H, Yin Z, He Q, Li H, Huang X, Lu G, Fam D W H, Tok A I Y, Zhang Q, Zhang H 2012 Small 8 63
[21]	Popov I, Seifert G, Tomanek D 2012 Phys. Rev. Lett. 108 156802
[22]	Eda G, Yamaguchi H, Voiry D, Fujita T, Chen M 2011 Nano Lett. 11 5111
[23]	Mak K F, Lee C, Hone J, Shan J, Heinz T F 2010 Phys. Rev. Lett. 105 136805
[24]	Yin Z, Li H, Li H, Jiang L, Shi Y, Sun Y, Lu G, Zhang Q, Chen X, Zhang H 2012 Nano 6 74
[25]	Ding Y, Wang Y L, Ni J, Shi L, Shi S Q, Tang W H 2011 Physica B 406 2254
[26]	Xu B, Pan B C 2008 Acta Phys. Sin. 57 6526 (in Chinese) [徐波, 潘必才 2008 物理学报 57 6526]
[27]	Rao J P, Ouyang C Y, Lei M S, Jiang F Y 2012 Acta Phys. Sin. 61 47105 (in Chinese) [饶建平, 欧阳楚英, 雷敏生, 江风益 2012 物理学报 61 47105]
[28]	Monkhorst H J, Pack J F 1979 Phys. Rev. B 13 5188
[29]	Wilson J A, Yoffe A D 1969 Adv. Phys. 18 193
[30]	Li Y, Zhou Z, Zhang S, Chen Z 2008 J. Am. Chem. Soc. 130 16739
[31]	Kam K K, Parkinson B A 1982 J. Phys. Chem. 86 463
[32]	Yun W S, Han S W, Hong S C, Kim I G, Lee J D 2012 Phys. Rev. B 85 33305

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Cr和W掺杂的单层MoS2电子结构的第一性原理研究

1. 江西师范大学物理与通信电子学院, 南昌 330022

基金项目:

国家自然科学基金(批准号: 10904054)、江西省自然科学基金(批准号: 2009GQW008, 2010GZW0028)、江西省光电子与通信重点实验室(江西师范大学)和江西师范大学青年英才培育资助计划资助的课题.

收稿日期: 2012-08-07

修回日期: 2012-09-08

刊出日期: 2013-02-05

摘要: 采用密度泛函理论框架下的第一性原理平面波赝势方法, 研究了Cr和W掺杂对单层二硫化钼(MoS2)晶体的电子结构性质的影响. 计算结果表明: 当掺杂浓度较高时, W对MoS2的能带结构几乎没有影响, 而Cr的掺杂则影响很大, 表现为能带由直接带隙变为间接带隙, 且禁带宽度减小. 通过进一步分析, 得出应力的产生是导致Cr掺杂的MoS2电子结构变化的最直接的原因.

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