叠茂/MoS2异质结的输运性质研究

来源 :哈尔滨理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:long200466
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单层二硫化钼(Monolayer Molybdenum Disulfide,ML-MoS2)是一种具有直接带隙的半导体材料,通过功能化修饰ML-MoS2,能够实现带隙在较宽范围内的可控调节,为其在光电磁器件方面提供了广阔的应用前景,已成为当前国内外研究的热点。叠茂纳米线如一维(VBz)n纳米线由于具有半金属性、磁性等优异的特性,在电子器件和磁性材料中有广泛的应用,因而叠茂纳米线也是最为重要的功能材料之一。将叠茂纳米线共价接枝到ML-MoS2上形成异质结可以增强材料的输运性质,拓展材料的应用范围,但有关叠茂与ML-MoS2共价功能化得到复合材料的研究尚少见报道。本文采用密度泛函理论(Density Function Theory,DFT)并结合非平衡格林函数(Non-Equilibrium Green’s Function,NEGF)的方法,通过两种不同的叠茂纳米线(VBz)n和(VC24)n共价接枝到ML-MoS2上得到异质结,研究两类异质结的电子结构及输运性质。为了进行比较,也对无V的(Bz)n和(C24)n共价功能化ML-MoS2表面形成异质结的输运性质进行探索,具体内容如下:第一,研究ML-MoS2单侧接枝(VBz)n纳米线后形成(VBz)n/MoS2的电子结构和输运性质。(Bz)n和(VBz)n单侧接枝到ML-MoS2在热力学上是可行的。铁磁性的(VBz)n/MoS2中V原子磁矩为1.32μB,高于纯的(VBz)n纳米线(S=1.0μB)。(Bz)n接枝到ML-MoS2表面后,体系由半导体转变为导体。当引入V之后,(VBz)n/MoS2呈现出铁磁性和反铁磁性两种简并稳定态,导电性明显增强。铁磁性的(VBz)n/MoS2表现出明显的自旋极化输运特征,自旋向下态比自旋向上态具有更高的导电性。(Bz)n/MoS2和(VBz)n/MoS2均保留ML-MoS2各向异性的导电特征,锯齿方向的电子传递优于扶手椅方向。第二,研究ML-MoS2双侧接枝(VBz)n纳米线后形成(VBz)n/MoS2/(VBz)n的电子结构和输运性质。考虑到不同的接枝位点和V-V之间的磁耦合作用,共优化得到68种构型,确定最稳定的铁磁性(VBz)n/MoS2/(VBz)n构型为研究对象,V原子磁矩为1.21μB,与单侧接枝的铁磁性(VBz)n/MoS2的磁矩接近。双侧接枝的(VBz)n/MoS2/(VBz)n的电导率为铁磁性的(VBz)n/MoS2电导率的2倍,表明(VBz)n纳米线接枝密度的增加可以提高材料的导电性。与铁磁性(VBz)n/MoS2相同,(VBz)n/MoS2/(VBz)n仍具有明显的自旋极化输运特征;与(Bz)n/MoS2不同的是,双侧接枝的(Bz)n/MoS2/(Bz)n的输运也表现出自旋极化的特征,且自旋向下态的导电性优于自旋向上态。第三,研究ML-MoS2单侧接枝(VC24)n形成(VC24)n/MoS2的电子结构和输运性质。(VC24)n/MoS2的铁磁性构型为最稳定结构。(VC24)n/MoS2中V原子的磁矩可达到2.51μB,远高于(VBz)n/MoS2中的V原子的磁矩(1.32μB)。ML-MoS2表面接枝(C24)n后,(C24)n/MoS2导电性增强,且呈现出自旋极化的输运特征:自旋向上态呈现出金属性,自旋向下态显示出半导体性,(C24)n/MoS2表现半金属性。引入V之后,(VC24)n/MoS2导电性进一步增强。(C24)n/MoS2和(VC24)n/MoS2导电性也呈现出与ML-MoS2相同的各向异性。本文研究结果表明,叠茂纳米结构(VBz)n和(VC24)n共价接枝到ML-MoS2表面能够很好地调控材料的电子输运性质,并且能够引入自旋极化的输运性质和磁性,这为设计开发新型的电子信息材料提供理论线索。
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