【摘要】：二硫化鉬(MoS2)是典型的過渡金屬硫化物,屬于六方晶系層狀結(jié)構。單層MoS2由三層原子構成,其中上、下兩層為硫原子組成的六角平面,被中間的金屬鉬原子層隔開,從而形成“三明治夾心”結(jié)構。近年來,由于單層MoS2在納米電子器件中的成功應用,令它受到了廣泛的關注。相比于零帶隙的本征石墨烯,單層MoS2是直接帶隙半導體,具有自旋/谷霍爾效應等物理特性,其獨特的光學性質(zhì)和輸運特性,展現(xiàn)出在納米光(自旋/谷)電子器件方面潛在的應用前景。本論文在緊束縛近似下的低能有效理論框架下,利用半導體帶間躍遷理論和久保線性響應理論等方法,圍繞單層MoS2及其納米帶的光學性質(zhì)和輸運特性的外部磁電調(diào)控展開研究。全文共分為四章,第一章為緒論部分,簡要介紹單層MoS2的發(fā)現(xiàn)及其實驗制備,光學性質(zhì)和量子輸運特性研究中常用的緊束縛近似方法、半導體帶間躍遷理論和久保線性響應理論。第二章基于低能有效哈密頓模型,研究單層MoS2電子能帶結(jié)構的外加電磁場(電場、磁近鄰交換場和非共振圓偏振光)調(diào)控。通過分析單層MoS2的電子能帶結(jié)構,發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)在沒有外部電磁場作用的情況下,單層MoS2價帶與導帶間打開一個直接帶隙,價帶因為自旋軌道耦合作用產(chǎn)生劈裂,而導帶處于自旋簡并狀態(tài)。相同自旋子帶間的帶隙隨著負柵壓引起的電勢能的增加而減小,隨著正柵壓引起的電勢能的增大而增大。磁近鄰交換場能夠破壞系統(tǒng)導帶(價帶)的自旋簡并,使得自旋依賴的導帶和價帶相對于費米能級整體向上或向下移動。單層MoS2布里淵區(qū)K谷和K'谷附近自旋依賴子帶間的能隙隨著非共振右旋圓偏振光引起的有效耦合能分別線性增大和先減小后增大,隨著非共振左旋圓偏振光引起的有效耦合能分別先減小后增大和線性增大,實現(xiàn)系統(tǒng)能帶結(jié)構有趣的半導體性-半金屬性-半導體性轉(zhuǎn)變。第三章利用半導體帶間躍遷理論和久保線性響應理論研究低能有效理論框架下單層MoS2的介電函數(shù)、吸收系數(shù)、折射率、消光系數(shù)、反射譜以及光電導等光學性質(zhì)及其輸運特性的磁電調(diào)控。在共振圓/橢圓偏振光作用下,單層MoS2介電函數(shù)、吸收系數(shù)、折射率、消光系數(shù)、反射譜和光電導實部的共振峰隨著偏振光縱向與橫向振幅比的增大而升高,因而單層MoS2對縱向極化線偏振光的響應更加敏感。此外,單層MoS2在外部非共振圓偏振光作用下,呈現(xiàn)有趣的量子化橫向霍爾電導和自旋/谷霍爾電導,自旋極化率在非共振右/左旋圓偏振光有效耦合能±0.79 cV附近達到最大并發(fā)生由正到負或由負到正的急劇轉(zhuǎn)變,谷極化率隨著非共振圓偏振光有效耦合能先增大后減小并在其絕對值0.79～0.87 eV范圍內(nèi)達到100%。在外加電場作用下,單層MoS2介電函數(shù)、吸收系數(shù)等光學常數(shù)隨著電磁場輻照頻率先增大后減小,自旋向上和向下的價帶與導帶間的介電函數(shù)、吸收系數(shù)、折射率、消光系數(shù)、反射譜以及光電導隨著正/負柵壓引起的電勢能的增加分別藍移和紅移。第四章,對本文的工作進行總結(jié)與歸納,對MoS2納米帶光學性質(zhì)和輸運特性的外部磁電調(diào)控這一研究的發(fā)展前景進行了展望。
【學位授予單位】：吉首大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TQ136.12;TB383.1
【圖文】：

Ｍ0Ｓ２是典型的過渡金屬硫化物，隨著納米科學技術的不斷進步，Ｍ0Ｓ２在納米尺寸逡逑范圍的研究中也開拓了嶄新的領域１７—１９。２０１２年，Ｗａｎｇ等人發(fā)現(xiàn)２Ｄ，邋Ｍ0Ｓ２具有逡逑ＩＴ邋－邋ＭｏＳ２、２Ｈ邋－邋ＭｏＳ２和３Ｒ邋－邋ＭｏＳ２三種不同的相形結(jié)構［如圖１．１所示］，其中逡逑ＩＴ－Ｍ０Ｓ２屬于四方晶系，一般表現(xiàn)為金屬特性；２Ｈ－Ｍ０Ｓ２屬于六方晶系，一般逡逑表現(xiàn)為半導體性質(zhì)；３Ｒ邋－邋ＭｏＳ２屬于斜方對稱晶系。這三種相形結(jié)構中ＩＴ邋－邋ＭｏＳ２逡逑晶體結(jié)構和３Ｒ邋－邋ＭｏＳ２晶體結(jié)構為亞穩(wěn)定狀態(tài)，只有２Ｈ邋－邋ＭｏＳ２晶體結(jié)構是最穩(wěn)定逡逑的２１。與石墨烯幾何結(jié)構類似的單層Ｍ0Ｓ２是直接帶隙半導體，具有自旋／谷霍爾逡逑Ｑ邐＾邐疫逡逑＜邐＃．邐＾＾邐４？逡逑９ｓｙｅａｚ９＾＾ｉｚ＜ｆ邐Ｇｈ＾ｓ＾ｒ°�。蓿蓿�°逡逑ｔ邋：�。海斟澹簦椋恚殄澹В隋�，Ｘ逡逑ｃ邋＾邋＾邋Ｍ．邋Ｉ邋ｃ邋？逡逑Ｊ：Ｋ邋Ｋ邋Ｉ邋！邋Ｘ邋Ｉ逡逑ｖ邋…．．ｉｒｒ、Ａｎｉｒｉ．．．．．…－ｎｒ、ｆ＊ｉ邐Ｑｉ邋Ｋ逡逑２Ｈ邐＜、考逡逑ｍｕ邋￥逡逑圖１．２：邋ＩＴ、２Ｈ和３Ｒ三種不同相形結(jié)構的ＭｏＳ２原子結(jié)構示意圖．引自逡逑文獻［２0ｊ邋．逡逑第２頁逡逑

ａ邐Ｂａ邐Ｌａ－Ｌｕ邐Ｈｆ邐Ｔａ邐Ｗ邐Ｒｅ邐Ｏｓ邐Ｉｒ邐ＰＩ邐Ａｕ邐Ｈｇ邐Ｔｌ邐Ｐｂ邐Ｂｉ邐Ｐｏ邐Ａｔ邐Ｒｎ逡逑Ｆｒ邐Ｒａ邐Ａｃ－Ｌｆ邐Ｒｌ邐Ｄｂ邐Ｓｇ邐Ｂｈ邐Ｈｓ邐Ｍｌ邐Ｄｓ邐Ｒｇ邐Ｃｎ邐Ｕｕｔ邐ＦＩ邐Ｕｕｐ邐Ｌｖ邐Ｕｕ￥邐Ｕｕｏ逡逑圖１．１：過渡金屬硫化物家族譜．引自文獻［１４］．逡逑Ｍ0Ｓ２是典型的過渡金屬硫化物，隨著納米科學技術的不斷進步，Ｍ0Ｓ２在納米尺寸逡逑范圍的研究中也開拓了嶄新的領域１７—１９。２０１２年，Ｗａｎｇ等人發(fā)現(xiàn)２Ｄ，邋Ｍ0Ｓ２具有逡逑ＩＴ邋－邋ＭｏＳ２、２Ｈ邋－邋ＭｏＳ２和３Ｒ邋－邋ＭｏＳ２三種不同的相形結(jié)構［如圖１．１所示］，其中逡逑ＩＴ－Ｍ０Ｓ２屬于四方晶系，一般表現(xiàn)為金屬特性；２Ｈ－Ｍ０Ｓ２屬于六方晶系，一般逡逑表現(xiàn)為半導體性質(zhì)；３Ｒ邋－邋ＭｏＳ２屬于斜方對稱晶系。這三種相形結(jié)構中ＩＴ邋－邋ＭｏＳ２逡逑晶體結(jié)構和３Ｒ邋－邋ＭｏＳ２晶體結(jié)構為亞穩(wěn)定狀態(tài)，只有２Ｈ邋－邋ＭｏＳ２晶體結(jié)構是最穩(wěn)定逡逑的２１。與石墨烯幾何結(jié)構類似的單層Ｍ0Ｓ２是直接帶隙半導體，具有自旋／谷霍爾逡逑Ｑ邐＾邐疫逡逑＜邐＃．邐＾＾邐４？逡逑９ｓｙｅａｚ９＾＾ｉｚ＜ｆ邐Ｇｈ＾ｓ＾ｒ°！＾＾ｒ°逡逑ｔ邋：�。海斟澹簦椋恚殄澹В隋澹劐义希沐澹掊澹掊澹停澹慑澹沐�？逡逑Ｊ：Ｋ邋Ｋ邋Ｉ邋！邋Ｘ邋Ｉ逡逑ｖ邋…．．ｉｒｒ、Ａｎｉｒｉ．．．．．…－

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