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Ti掺杂NbSe2电子结构的第一性原理研究

徐晶 梁家青 李红萍 李长生 刘孝娟 孟健

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Ti掺杂NbSe2电子结构的第一性原理研究

徐晶, 梁家青, 李红萍, 李长生, 刘孝娟, 孟健

First-principles study on the electronic structure of Ti-doped NbSe2

Xu Jing, Liang Jia-Qing, Li Hong-Ping, Li Chang-Sheng, Liu Xiao-Juan, Meng Jian
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  • 采用基于密度泛函理论框架下的第一性原理平面波超软赝势方法, 计算了理想2H-NbSe2和Ti掺杂2H-NbSe2晶体的几何结构及电子结构; 对掺杂前后超胞的能带图、态密度及分波态密度图进行了分析. 结果表明, 掺杂后费米能级附近能量区域的电子态密度出现了较高的峰值, 且费米能级位置发生了改变. 理论上可以认为Ti的掺杂会使得NbSe2的导电性增强, 有利于开发新型的电接触复合材料.
    Layered transition metal dichalcogenides (LTMDs) have renewed interest as electronic materials, but the poor conductivities hinder their further development. Chemical doping can often significantly modify atomic structures and electronic functionalities of a wide range of materials and thus acts as one of the most effective ways to precisely tune material properties for technological application. Here, the geometries and band structures as well as the densities of states of pure NbSe2 and Ti-doped NbSe2 nanostructure are studied by employing the ab-initio plane-wave ultra-soft pseudo potential technique based on the density functional theory. We optimize the ground state of NbSe2 in the layered structure by using the generalized gradient approximation for the exchange-correlation potential. The computational structural parameters are in good agreement with experimental values within 2.5%. To investigate the stability of the doped system with changing the concentration of Ti atoms, 2×2×1 2H-NbSe2 supercells are taken into consideration. Meanwhile, we consider a total of three possible Ti-doping models: substitution, intercalation, and embedded model, and investigate the energy band diagrams, state densities and densities of partial wave state diagram before and after the doping. The results show that the energy electron density of states reaches a higher peak, and the band structure near Fermi level (EF) is changed obviously, resulting in the variations of the band gap and EF position and then the increase of electronic conductivity after doping. In addition, our calculations also predict that the electron transport properties can be enhanced by doping Ti and it can be regarded as a useful way to tailor electronic states so as to improve electron transport properties of 2H-NbSe2. Such a remarkable modification of electronic structure of 2H-NbSe2 by chemical doping offers an additional way of modulating performances of LTMDs and developing new electrical contact composite materials.
    • 基金项目: 国家自然科学基金(批准号: 51302112)、江苏省高校自然科学项目(批准号: 14KJB430009) 和江苏省研究生培养创新工程(批准号: CXZZ130669)资助的课题.
    • Funds: Project supported by the National Natural Science Foundation of China (Grant No. 51302112), the Nature Science Foundation of Jiangsu Colleges and Universities, China (Grant No. 14KJB430009), and the Jiangsu Graduate Student Innovation Project, China (Grant No. CXZZ13_0669).
    [1]

    Xiao D, Liu G B, Feng W X, Xu X D, Yao W 2012 Phys. Rev. Lett. 108 196802

    [2]

    Song S S, Howard S, Liu Z J, Afusat O 2006 Appl. Phys. Lett. 89 041115

    [3]

    Chang K, Chen W X 2011 J. Mater. Chem. 21 17175

    [4]

    Xu J, Tang H, Chu Y Q, Li C S 2015 RSC. Adv. 5 48492

    [5]

    Tenne R 1995 Adv. Mater. 7 965

    [6]

    津田谷裕子, 松永が长いです 1978 固体潤滑ハンドブック (Vol.1) (Beijing: Mechanical Industry Press) p268 (in Chinese) [津谷裕子, 松永正久 1978 固体润滑手册(第一版)(北京: 机械工业出版社) 第268页]

    [7]

    Rowe G W 1960 Wear 3 274

    [8]

    Winer W O 1967 Wear 10 422

    [9]

    Qin X P, Ke P L, Wang A Y, Kim K H 2013 Surf. Coat. Technol. 228 275

    [10]

    Wang Z G, Su Q L, Yin G Q, Shi J, Deng H Q, Guan J, Wu M P, Zhou Y L, Lou H L, Fu Y Q 2014 Mater. Chem. Phys. 147 1068

    [11]

    Snure M, Kumar D, Tiwari A 2009 Appl. Phys. Lett. 94 012510

    [12]

    Zheng S W, He M, Li S T, Zhang Y 2014 Chin. Phys. B 23 087101

    [13]

    Wang Y Z, Xu Z P, Zhang W X, Zhang X, Wang Q, Zhang L 2014 Acta Phys. Sin. 63 237101 (in Chinese) [王永贞, 徐朝鹏, 张文秀, 张欣, 王倩,张磊 2014 物理学报 63 237101]

    [14]

    Koh Y Y, Kim Y K, Jung W S 2011 Phys. Chem. Solids 72 565

    [15]

    Iavarone M, Karapetrov G, Fedor J 2010 Phys.: Condens. Matter. 22 015501

    [16]

    Wu M S, Xu B, Liu G, Ouyang C Y 2013 Acta Phys. Sin. 62 037103 (in Chinese) [吴木生, 徐波, 刘刚, 欧阳楚英 2013 物理学报 62 037103]

    [17]

    Hammer B, Hansen L B, Nørskov J K 1999 Phys. Rev. B 59 7413

    [18]

    Vanderbilt D 1990 Phys. Rev. B 41 7892

    [19]

    Zheng S W, Fan G H, He M, Zhao L Z 2012 Acta Phys. Sin. 61 057102 (in Chinese) [郑树文, 范广涵, 何苗, 赵灵智 2012 物理学报 61 057102]

    [20]

    Sun J, Wang H T, He J 2005 Phys. Rev. B 71 125132

  • [1]

    Xiao D, Liu G B, Feng W X, Xu X D, Yao W 2012 Phys. Rev. Lett. 108 196802

    [2]

    Song S S, Howard S, Liu Z J, Afusat O 2006 Appl. Phys. Lett. 89 041115

    [3]

    Chang K, Chen W X 2011 J. Mater. Chem. 21 17175

    [4]

    Xu J, Tang H, Chu Y Q, Li C S 2015 RSC. Adv. 5 48492

    [5]

    Tenne R 1995 Adv. Mater. 7 965

    [6]

    津田谷裕子, 松永が长いです 1978 固体潤滑ハンドブック (Vol.1) (Beijing: Mechanical Industry Press) p268 (in Chinese) [津谷裕子, 松永正久 1978 固体润滑手册(第一版)(北京: 机械工业出版社) 第268页]

    [7]

    Rowe G W 1960 Wear 3 274

    [8]

    Winer W O 1967 Wear 10 422

    [9]

    Qin X P, Ke P L, Wang A Y, Kim K H 2013 Surf. Coat. Technol. 228 275

    [10]

    Wang Z G, Su Q L, Yin G Q, Shi J, Deng H Q, Guan J, Wu M P, Zhou Y L, Lou H L, Fu Y Q 2014 Mater. Chem. Phys. 147 1068

    [11]

    Snure M, Kumar D, Tiwari A 2009 Appl. Phys. Lett. 94 012510

    [12]

    Zheng S W, He M, Li S T, Zhang Y 2014 Chin. Phys. B 23 087101

    [13]

    Wang Y Z, Xu Z P, Zhang W X, Zhang X, Wang Q, Zhang L 2014 Acta Phys. Sin. 63 237101 (in Chinese) [王永贞, 徐朝鹏, 张文秀, 张欣, 王倩,张磊 2014 物理学报 63 237101]

    [14]

    Koh Y Y, Kim Y K, Jung W S 2011 Phys. Chem. Solids 72 565

    [15]

    Iavarone M, Karapetrov G, Fedor J 2010 Phys.: Condens. Matter. 22 015501

    [16]

    Wu M S, Xu B, Liu G, Ouyang C Y 2013 Acta Phys. Sin. 62 037103 (in Chinese) [吴木生, 徐波, 刘刚, 欧阳楚英 2013 物理学报 62 037103]

    [17]

    Hammer B, Hansen L B, Nørskov J K 1999 Phys. Rev. B 59 7413

    [18]

    Vanderbilt D 1990 Phys. Rev. B 41 7892

    [19]

    Zheng S W, Fan G H, He M, Zhao L Z 2012 Acta Phys. Sin. 61 057102 (in Chinese) [郑树文, 范广涵, 何苗, 赵灵智 2012 物理学报 61 057102]

    [20]

    Sun J, Wang H T, He J 2005 Phys. Rev. B 71 125132

  • [1] 林洪斌, 林春, 陈越, 钟克华, 张健敏, 许桂贵, 黄志高. 第一性原理研究Mg掺杂对LiCoO2正极材料结构稳定性及其电子结构的影响. 物理学报, 2021, 70(13): 138201. doi: 10.7498/aps.70.20210064
    [2] 闫小童, 侯育花, 郑寿红, 黄有林, 陶小马. Ga, Ge, As掺杂对锂离子电池正极材料Li2CoSiO4的电化学特性和电子结构影响的第一性原理研究. 物理学报, 2019, 68(18): 187101. doi: 10.7498/aps.68.20190503
    [3] 陈国祥, 樊晓波, 李思琦, 张建民. 碱金属和碱土金属掺杂二维GaN材料电磁特性的第一性原理计算. 物理学报, 2019, 68(23): 237303. doi: 10.7498/aps.68.20191246
    [4] 丁超, 李卫, 刘菊燕, 王琳琳, 蔡云, 潘沛锋. Sb,S共掺杂SnO2电子结构的第一性原理分析. 物理学报, 2018, 67(21): 213102. doi: 10.7498/aps.67.20181228
    [5] 戚玉敏, 陈恒利, 金朋, 路洪艳, 崔春翔. 第一性原理研究Mn和Cu掺杂六钛酸钾(K2Ti6O13)的电子结构和光学性质. 物理学报, 2018, 67(6): 067101. doi: 10.7498/aps.67.20172356
    [6] 张耘, 王学维, 柏红梅. 第一性原理下铟锰共掺铌酸锂晶体的电子结构和吸收光谱. 物理学报, 2017, 66(2): 024208. doi: 10.7498/aps.66.024208
    [7] 赵佰强, 张耘, 邱晓燕, 王学维. Cu,Fe掺杂LiNbO3晶体电子结构和光学性质的第一性原理研究. 物理学报, 2016, 65(1): 014212. doi: 10.7498/aps.65.014212
    [8] 嘉明珍, 王红艳, 陈元正, 马存良, 王辉. Al, Fe, Mg掺杂Li2MnSiO4的电子结构和电化学性能的第一性原理研究. 物理学报, 2015, 64(8): 087101. doi: 10.7498/aps.64.087101
    [9] 朱学文, 徐利春, 刘瑞萍, 杨致, 李秀燕. N-F共掺杂锐钛矿二氧化钛(101)面纳米管的第一性原理研究. 物理学报, 2015, 64(14): 147103. doi: 10.7498/aps.64.147103
    [10] 谭兴毅, 王佳恒, 朱祎祎, 左安友, 金克新. 碳、氧、硫掺杂二维黑磷的第一性原理计算. 物理学报, 2014, 63(20): 207301. doi: 10.7498/aps.63.207301
    [11] 廖建, 谢召起, 袁健美, 黄艳平, 毛宇亮. 3d过渡金属Co掺杂核壳结构硅纳米线的第一性原理研究. 物理学报, 2014, 63(16): 163101. doi: 10.7498/aps.63.163101
    [12] 李泓霖, 张仲, 吕英波, 黄金昭, 张英, 刘如喜. 第一性原理研究稀土掺杂ZnO结构的光电性质. 物理学报, 2013, 62(4): 047101. doi: 10.7498/aps.62.047101
    [13] 吴木生, 徐波, 刘刚, 欧阳楚英. Cr和W掺杂的单层MoS2电子结构的第一性原理研究. 物理学报, 2013, 62(3): 037103. doi: 10.7498/aps.62.037103
    [14] 李聪, 侯清玉, 张振铎, 赵春旺, 张冰. Sm-N共掺杂对锐钛矿相TiO2的电子结构和吸收光谱影响的第一性原理研究. 物理学报, 2012, 61(16): 167103. doi: 10.7498/aps.61.167103
    [15] 王英龙, 王秀丽, 梁伟华, 郭建新, 丁学成, 褚立志, 邓泽超, 傅广生. 不同浓度Er掺杂Si纳米晶粒电子结构和光学性质的第一性原理研究. 物理学报, 2011, 60(12): 127302. doi: 10.7498/aps.60.127302
    [16] 梁伟华, 丁学成, 褚立志, 邓泽超, 郭建新, 吴转花, 王英龙. 镍掺杂硅纳米线电子结构和光学性质的第一性原理研究. 物理学报, 2010, 59(11): 8071-8077. doi: 10.7498/aps.59.8071
    [17] 毕艳军, 郭志友, 孙慧卿, 林 竹, 董玉成. Co和Mn共掺杂ZnO电子结构和光学性质的第一性原理研究. 物理学报, 2008, 57(12): 7800-7805. doi: 10.7498/aps.57.7800
    [18] 郭建云, 郑 广, 何开华, 陈敬中. Al,Mg掺杂GaN电子结构及光学性质的第一性原理研究. 物理学报, 2008, 57(6): 3740-3746. doi: 10.7498/aps.57.3740
    [19] 段满益, 徐 明, 周海平, 沈益斌, 陈青云, 丁迎春, 祝文军. 过渡金属与氮共掺杂ZnO电子结构和光学性质的第一性原理研究. 物理学报, 2007, 56(9): 5359-5365. doi: 10.7498/aps.56.5359
    [20] 潘志军, 张澜庭, 吴建生. 掺杂半导体β-FeSi2电子结构及几何结构第一性原理研究. 物理学报, 2005, 54(11): 5308-5313. doi: 10.7498/aps.54.5308
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出版历程
  • 收稿日期:  2015-05-05
  • 修回日期:  2015-06-08
  • 刊出日期:  2015-10-05

Ti掺杂NbSe2电子结构的第一性原理研究

  • 1. 江苏大学材料学院, 镇江 212013;
  • 2. 中国科学院长春应用化学研究所, 吉林 130023
    基金项目: 国家自然科学基金(批准号: 51302112)、江苏省高校自然科学项目(批准号: 14KJB430009) 和江苏省研究生培养创新工程(批准号: CXZZ130669)资助的课题.

摘要: 采用基于密度泛函理论框架下的第一性原理平面波超软赝势方法, 计算了理想2H-NbSe2和Ti掺杂2H-NbSe2晶体的几何结构及电子结构; 对掺杂前后超胞的能带图、态密度及分波态密度图进行了分析. 结果表明, 掺杂后费米能级附近能量区域的电子态密度出现了较高的峰值, 且费米能级位置发生了改变. 理论上可以认为Ti的掺杂会使得NbSe2的导电性增强, 有利于开发新型的电接触复合材料.

English Abstract

参考文献 (20)

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