【摘 要】
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由二维单层材料构筑的范德瓦尔斯异质结不仅能够保持构成异质结中单层材料的电子性质不变,更重要的是能够产生新奇的,在单层材料中所不具备的电子性质。因此,研究异质结最基
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由二维单层材料构筑的范德瓦尔斯异质结不仅能够保持构成异质结中单层材料的电子性质不变,更重要的是能够产生新奇的,在单层材料中所不具备的电子性质。因此,研究异质结最基本的性质如电子态,进而调控其电子态（相对孤立单层）显得极其重要。本文主要研究调控典型过渡金属硫化物（TMDs）异质结的电子能带特性和石墨烯基三层异质结的狄拉克电子态,主要内容如下:（1）基于双层Mo S2/Mo Se2范德瓦尔斯异质结,利用不同浓度的W原子替换Mo原子,构建Mo S2/Mo1-xWxSe2和Mo1-xWxS2/Mo Se2双层异质结。通过第一性原理计算和分析,研究了随着W原子浓度x（01-xWxS2/Mo Se2异质结构中可逆的直接-间接能带转变的可行方案。这种能带的转变在Mo S2/Mo1-xWxSe2异质结中没有出现。当Mo1-xWxS2/Mo Se2中的W组分x>0.57时,它表现出显著且可逆的直接-间接能带转变现象。这是由于价带顶K点的贡献主要来自Mo Se2,随着W原子浓度x增加,其Γ点处竞争的态的贡献逐渐源自Mo S2,WS2和Mo Se2层的杂化轨道,这种杂化的电子态对层间耦合作用非常敏感。因此,只能在Mo S2层,而不是在Mo Se2层中使其合金化,可以诱导直接-间接能带转变。结果还表明,无论是在Mo S2还是Mo Se2层中合金化,实验上都应始终处于低化学势μMo-μW条件。该研究结果是普适的,可以推广到其它层状结构构筑的合金化异质结,对于丰富TMDs异质结的能带工程有重要意义。（2）石墨烯基三层异质结狄拉克电子态的调控研究:首先,研究了Graphene/Phosphorene/Graphene三层异质结的电子能带特性,由于磷烯（Phosphorene）具有滑移对称性,两层石墨烯和磷烯之间的耦合强度不同,该三层异质结存在两个分裂的狄拉克（Dirac）锥,它们不仅有相对于原来较大的带隙值,还具有明显的在空间上和能量角度可分辨出的性质。这两个诱导出的狄拉克锥具有明显不同的狄拉克费米速度和不对称因子等特征,这种特征在Graphene/Phosphorene双层异质结构和其对应晶体中是不存在的,这些发现为研究狄拉克电子态提供了新的思路。接着设计了另一种三层异质结,用具有线对称性和反铁磁性的单层Cr As2（1H相）替换Graphene/Phosphorene/Graphene异质结的中间层,构建Graphene/Cr As2/Graphene三层异质结,研究其狄拉克电子态的演化过程。计算结果表明,自旋向上通道的狄拉克能带,出现常见的由交换场产生的垂直劈裂;然而,对于自旋向下通道能带,即使不考虑自旋轨道耦合,其狄拉克能带的移动行为在形式上类似于Rashba自旋劈裂的狄拉克锥。这种独特的狄拉克态在其非磁性或铁磁性对应系统,滑移对称的铁磁系统以及Graphene/Cr As2双层异质结中是不存在的。这些发现将为基于石墨烯的三层异质结中探索狄拉克锥与磁性和对称性的关系提供新的思路和见解,同时也为人们调控狄拉克锥提供新的方向。
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