發(fā)布時(shí)間：2020-02-04 21:55

【摘要】：納米材料具有顯著的量子尺寸效應(yīng),在電學(xué)、光學(xué)等諸多領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。以二維材料石墨烯為代表,近年來(lái)該領(lǐng)域成為了研究的熱點(diǎn)領(lǐng)域。但石墨烯是零帶隙材料,其在半導(dǎo)體領(lǐng)域特別是光電子器件領(lǐng)域的應(yīng)用受到了很大限制。研究發(fā)現(xiàn)以過(guò)渡金屬二硫化物為代表的一些類石墨烯的二維材料同石墨烯有著類似的結(jié)構(gòu),同時(shí)存在大小不一的能帶隙,使其在光電半導(dǎo)體器件領(lǐng)域有更為廣闊的應(yīng)用前景。本文利用基于密度泛函理論的第一性原理計(jì)算方法,選取了過(guò)渡金屬二硫化物中最常見(jiàn)的二種材料Mo S2與WS2,研究了其電子特性。著重研究了Mo S2多體系的電子結(jié)構(gòu)特性和光學(xué)特性以及Mo S2與WS2量子點(diǎn)邊緣特性和形貌的調(diào)控機(jī)制,其目的在于從微觀尺度探究此類材料的穩(wěn)定性和電子結(jié)構(gòu)的調(diào)控規(guī)律,為該類型材料的理論研究提供借鑒,為合成和應(yīng)用提供理論依據(jù)。第一章是關(guān)于該論文的選題背景和意義;第二章介紹了該論文使用的研究方法的理論基礎(chǔ);第三章至第五章詳細(xì)介紹了作者在攻讀碩士學(xué)位期間所做的主要研究工作和取得的主要結(jié)果,其內(nèi)容和結(jié)論概括簡(jiǎn)單如下:1.對(duì)于Mo S2電子結(jié)構(gòu)的理論計(jì)算表明Mo S2塊體材料為間接帶隙半導(dǎo)體材料,單層的Mo原子與S原子之間通過(guò)共價(jià)鍵結(jié)合在一起,層與層之間通過(guò)范德瓦爾斯力相互連結(jié)。當(dāng)Mo S2體通材料轉(zhuǎn)變?yōu)閷訝罱Y(jié)構(gòu)時(shí),其能帶結(jié)構(gòu)發(fā)生了變化,帶隙大小隨著層數(shù)的變化發(fā)生了可控的變化。而當(dāng)其轉(zhuǎn)變?yōu)镸o S2單層結(jié)構(gòu)時(shí),其能帶結(jié)構(gòu)表明Mo S2單層是直接帶隙半導(dǎo)體。這種從體材料隨著層數(shù)減少而逐漸發(fā)生能帶變化的特性,在實(shí)際的實(shí)驗(yàn)和生產(chǎn)中能夠很好地調(diào)控Mo S2的能帶結(jié)構(gòu)。2.應(yīng)用第一性原理計(jì)算方法,研究了Mo S2量子點(diǎn)的生長(zhǎng)規(guī)律并對(duì)其穩(wěn)定性和電子結(jié)構(gòu)進(jìn)行了討論。研究發(fā)現(xiàn)Mo S2量子點(diǎn)的邊緣形貌特點(diǎn)隨著化學(xué)勢(shì)的變化發(fā)生規(guī)律性的改變:以Mo-S邊緣構(gòu)成的鋸齒形三角形邊緣在富S條件下較為穩(wěn)定;以S邊緣和Mo-S邊緣構(gòu)Mo-S邊緣成的六邊形結(jié)構(gòu)在化學(xué)勢(shì)處于中間態(tài)時(shí)較為穩(wěn)定;以S邊緣和Mo邊緣構(gòu)成的六邊形結(jié)構(gòu)在化學(xué)勢(shì)處于富Mo時(shí)較為穩(wěn)定。研究還發(fā)現(xiàn)這些Mo S2量子點(diǎn)結(jié)構(gòu)都表現(xiàn)出同體材料和層狀材料不同的金屬性。并且這些量子點(diǎn)都存在邊緣磁性,且這些邊緣磁性的貢獻(xiàn)來(lái)自于除S-Mo邊緣以為的其他邊緣。該特性使得其在制造自旋電子器件方向有廣闊的應(yīng)用前景。3.借鑒了Mo S2量子點(diǎn)邊緣結(jié)構(gòu)形貌的研究方法,對(duì)WS2量子點(diǎn)的邊緣構(gòu)成的第一性原理計(jì)算結(jié)果使用Wullf構(gòu)筑規(guī)則進(jìn)行了討論。研究發(fā)現(xiàn)WS2量子點(diǎn)隨著化學(xué)勢(shì)從富S向富W改變,其形貌從三角型轉(zhuǎn)變?yōu)榱呅妥詈筠D(zhuǎn)變?yōu)槎噙呅徒Y(jié)構(gòu)。其邊緣結(jié)構(gòu)在富S條件下,W-S邊緣遠(yuǎn)比其他邊緣穩(wěn)定。只有當(dāng)化學(xué)勢(shì)靠近富W時(shí),S邊緣的形成能與W-S邊緣具有可比性,從而導(dǎo)致出現(xiàn)六邊形甚至是多邊形的結(jié)構(gòu)。
【圖文】：

全勢(shì)波函數(shù)與贗勢(shì)波函數(shù)示意圖

體結(jié)構(gòu)是由類似石墨烯的二維層狀結(jié)構(gòu)，層與層之間由范容易被化學(xué)或者物理的方法剝離出單層或者多層的結(jié)構(gòu)。治形狀的結(jié)構(gòu)，上下兩層是 S 原子，，中間則是 Mo 原子。，是一種具有抗磁性，且具有半導(dǎo)體性質(zhì)的化合物，其有泛的應(yīng)用前景。其計(jì)算模型如下圖所示
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)計(jì)量學(xué)院
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TB383.1

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