二维材料表面原子吸附及缺陷的第一性原理研究

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二维材料因其独特的物理化学性质而引起研究者们的广泛关注,在电子、光电子器件和储能系统等方面应用广泛。自从二维石墨烯被成功剥离以来,诸多二维材料如硼烯、硅烯、磷烯和过渡金属硫族化物都被成功制备。不断壮大的二维材料家族不仅展现丰富的电子和光学性质。此外,二维材料在外部刺激下具有较好的性质调节性,可通过缺陷、吸附原子和应力等进行调控。本文通过基于密度泛函理论的第一性原理计算分别研究了新型二维材料硒化亚铜的表面原子吸附和石墨烯-二硫化钼异质结中的空位缺陷。具体内容如下:(1)新近合成的二维硒化亚铜在空气中保持稳定。考虑到其母体材料的丰富应用,二维硒化亚铜将可能有较好的应用前景,然而其基础性质并未得到广泛研究。因此,本文系统地研究共19种原子的吸附对于硒化亚铜结构及电子性质的影响,并探讨了其应用前景。我们发现,所有的原子吸附都是放热反应。此外,吸附原子并不会破坏结构的稳定性,也可以调控硒化亚铜的电子性质。具体地,氮、铁、钴、镍和金原子的吸附将引起杂质态;此外上述原子除了金,都将诱导磁性。该研究将丰富对于二维硒化亚铜基础性质的理论了解,并为之后相关的实验研究、具体应用提供一定的指导。(2)二维材料构成的范德瓦尔斯异质结因其在电子器件和催化等领域的应用而闻名。作为最常见的异质结,石墨烯-二硫化钼异质结中的缺陷的研究相对匮乏。因而,本文系统地研究了异质结中的空位缺陷。我们发现,层间相互作用可以大幅修饰缺陷体系的结构和电子性质。碳空位的缺陷形成焓减少0.06-0.54 e V,硫空位的空位形成焓增加0.36-0.53 e V。此外,异质结中含碳空位的石墨烯层呈现非平面的反铁磁基态,这可以由电荷重新分布来解释。
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