单层二硫化钼金属/半导体相界面结构及力电特性的第一性原理研究

来源 :山西师范大学 | 被引量 : 1次 | 上传用户:vitchen02
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二硫化钼属于一种过渡金属硫化物,最初以优异的润滑性能引起人们的关注。二硫化钼和石墨具有类似的结构容易形成二维形式,和石墨烯的零带隙相比,二硫化钼具有一定的能隙,因此被认为是一种具有发展潜力的材料。  基于此,我们系统的研究了一系列矩形晶胞且在垂直界面方向长度不同的二硫化钼杂化系统。基于第一性原理计算,考察了二硫化钼异质结相界面的结构稳定性,及其对力学、电子和输运特性的影响。依据硫原子的排列,单层二硫化钼呈现出许多不同的相,其中两个表现出不同的电子结构:半导体相(2H),金属相(1T)。本文对扶手椅(AC)和剪刀(ZZ)这两种不同类型的界面结构进行研究,阐明了体系形成能和晶胞长度的关系。随着晶胞长度的增加,AC和ZZ形式的杂化系统的形成能也增加。和AC类型金属/半导体(1T/2H)相界面相比,ZZ类型1T/2H相界面有更稳定的能量。  相界面会削弱二硫化钼的力学强度,我们系统地考察了单层二硫化钼的1T/2H相界面对二硫化钼力学强度和断裂行为的影响。单层二硫化钼的2H相沿着ZZ(AC)方向的力学本征强度和实验的AFM测量值是一致的。和体相1T相二硫化钼相似的是,1T/2H杂化系统有相似的力学本征强度甚至更高的杨氏模量,而且相界面的引入并不会损坏二硫化钼的力学特性。杂化系统的力学特性由弱的那一部分区域决定,这不同于多晶石墨烯晶界的影响。  通过分析单层二硫化钼1T/2H相界面的的电子结构,发现1T/2H突变界面的电子特性从金属的1T相到半导体的2H相逐渐过渡。用非平衡格林函数方法和密度泛函理论考察了分别沿着AC和ZZ方向且电极种类不同时的传输特性,2H相二硫化钼的电导依赖于传输方向和电极类型(2H相或1T相)。相比较于2H相二硫化钼做电极的系统,1T相电极能显著地改善传输特性。与此同时,也探究了沿着AC和ZZ界面电导与2H二硫化钼导电宽度的关系。金属作电极能够增加系统的导电性能,更进一步的研究表明,系统的导电性能对金属电极和二维材料之间的距离也是十分敏感的。
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