【摘要】：不同粒子與準(zhǔn)粒子(電子、聲子、磁振子、等離激元等)的相互作用在理解、調(diào)控復(fù)雜量子體系的性質(zhì)中起著關(guān)鍵作用。以石墨烯和過渡金屬硫族化合物為代表的二維材料,在光電子器件、光伏器件等中展現(xiàn)出廣泛的應(yīng)用前景。二維材料的激發(fā)態(tài)動(dòng)力學(xué)過程(例如光激發(fā)的界面電荷傳輸與光激發(fā)誘導(dǎo)的相結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變過程)已經(jīng)成為凝聚態(tài)物理和材料科學(xué)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。本論文中,我們主要研究低維材料光激發(fā)誘導(dǎo)的動(dòng)力學(xué)過程。應(yīng)用密度泛函理論和含時(shí)密度泛函理論,我們對(duì)二維材料異質(zhì)結(jié)、電荷密度波材料和硼烯進(jìn)行了系統(tǒng)地研究。本論文主要內(nèi)容概括如下:1.我們研究了二維異質(zhì)結(jié)界面處的光激發(fā)載流子的動(dòng)力學(xué)傳輸過程。運(yùn)用第一性原理方法,我們探究了MoS_2/WS_2,MoS_2/WSe_2和Au_(55)/MoS_2等過渡金屬硫族化合物組成的二維異質(zhì)結(jié)材料中光激發(fā)載流子的界面電荷傳輸,能量傳輸過程。我們發(fā)現(xiàn)二維異質(zhì)結(jié)界面的堆疊方式能夠有效調(diào)控激發(fā)態(tài)電荷傳輸過程。我們揭示了MoS_2/WSe_2異質(zhì)結(jié)界面層間耦合主導(dǎo)的熱電子弛豫機(jī)制,建立了過渡金屬硫化物異質(zhì)結(jié)中層間相互作用與界面電荷傳輸動(dòng)力學(xué)之間的微觀圖像。我們還探究了金屬納米顆粒與MoS_2界面處表面等離激元型熱電子激發(fā)的電荷傳輸過程,并揭示了兩種電荷傳輸機(jī)制共存且都快于熱電子弛豫過程的物理圖像。上述工作對(duì)理解實(shí)驗(yàn)中觀測(cè)到的超快光激發(fā)過程有重要參考意義。2.我們探究了1T-TaS_2電荷密度波材料在不同激光強(qiáng)度下電子體系與晶格體系對(duì)激光的動(dòng)力學(xué)響應(yīng)。1T-TaS_2是一種廣泛研究的電荷密度波材料,它有著奇特的光學(xué)響應(yīng)。基于含時(shí)密度泛函理論,我們發(fā)現(xiàn)電荷密度波材料中電子-電子關(guān)聯(lián)、電子-聲子耦合作用對(duì)激光誘導(dǎo)的電荷密度波相轉(zhuǎn)變過程起著重要作用,并觀測(cè)到光激發(fā)誘導(dǎo)產(chǎn)生的晶格集體振蕩模式。我們的模擬證明“熱電子模型”在描述上述過程中存在缺陷。上述研究對(duì)理解電荷密度波材料的形成機(jī)制和激發(fā)誘導(dǎo)的結(jié)構(gòu)變化具有促進(jìn)作用。3.硼烯是研究低維金屬性質(zhì)的良好平臺(tái)。最近的實(shí)驗(yàn)工作報(bào)道了Ag(111)襯底上制備的幾種二維硼烯結(jié)構(gòu)。進(jìn)一步,我們探索了不同硼烯的電子輸運(yùn)性質(zhì),發(fā)現(xiàn)硼烯的本征電阻率與原子結(jié)構(gòu),溫度和載流子摻雜等因素密切相關(guān)。硼烯的本征電阻率與溫度的依賴關(guān)系可以較好地由Bloch Grüneisen模型來描述,并呈現(xiàn)出統(tǒng)一的標(biāo)度率。這些工作為未來硼烯的電子器件研究提供了新的思路。我們對(duì)新型低維納米材料中激發(fā)態(tài)性質(zhì)進(jìn)行了探索。這些工作為未來低維材料以及范德華異質(zhì)結(jié)材料在新型納米電子器件、光伏轉(zhuǎn)換、光催化等應(yīng)用提供了重要的理論參考。
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)科學(xué)院大學(xué)(中國(guó)科學(xué)院物理研究所)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TB34
【圖文】：

圖 1.1 石墨烯與其他碳納米材料的關(guān)系[20]。Figure 1.1 Graphene and other carbon based materials[20].如圖 1.1 所示，石墨烯與其他碳納米材料有著緊密的關(guān)系。通過垂直方烯，我們可以形成石墨。沿不同二維邊界卷曲，石墨烯納米帶（Nanori成不同的一維碳納米管（Cabonnanotube）[20]。石墨烯的電子結(jié)構(gòu)也很石墨烯是一種半金屬或零帶隙的半導(dǎo)體。在費(fèi)米能級(jí)處，能量與動(dòng)量系（費(fèi)米速度高達(dá)~106m/s），這導(dǎo)致載流子（電子和空穴）有效質(zhì)量石墨烯適合用在超薄的電子元器件，透明觸控板，新型薄膜太陽能電器中[2, 21-25]。Graphenefamily2DchalcogenldesGrapheneMoS2, WS2, MoSe2, WSe2hBN‘white graphene’Semiconductingdichalcogenides:MoTe2, WTe2,BCNFluorographeneMetallic dichalcogenides:NbSe2, NbS2, TaS2, TiS2, NiSe2and so onLayered semiconductors:Graphene oxidePERSPEC

第 1 章 引言石墨烯在實(shí)驗(yàn)室中被成功分離出來，二維材料已經(jīng)成長(zhǎng)為一個(gè).2）。其中包含石墨烯衍生物、二維硫族化合物、二維氧化物等的成員有類石墨烯結(jié)構(gòu)六方氮化硼（h-BN，Hexagonalboronn（Silicene）[31-35]、鍺烯（Germanene）[36-39]、錫烯（Stanelack phosphorus）[41, 42]和單層過渡金屬硫族化合物（Transenide monolayers, TMDs）[26, 43-57]等。

隨著黑磷層數(shù)逐漸減少，黑磷的禁帶寬度會(huì)逐漸增大，而單約為 1.0 eV。材料有著豐富多彩的性質(zhì)，這給未來納米電子器件的應(yīng)用提供了多工作者還是在努力地尋找其他的二維材料，試圖揭示其不同的物及未來的應(yīng)用潛力。烯二維材料的種類已經(jīng)非常繁多，但是單元素構(gòu)成的二維材料的種類，僅包括石墨烯、硅烯、鍺烯、錫烯、黑磷等[58]。硼元素，在元與碳元素近鄰。很多理論工作預(yù)測(cè)硼元素也能組成穩(wěn)定的二維構(gòu)烯中的碳原子之間能夠通過 sp2雜化方式形成穩(wěn)定的平面結(jié)構(gòu)。硼核外電子數(shù)量少一個(gè)，導(dǎo)致其成鍵方式更加復(fù)雜多樣。理論工作者多穩(wěn)定的硼元素組成的二維層狀同素異形體[58-73]。

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本文編號(hào)：2764320