过渡金属掺杂二维MoS2材料的电子结构与磁性质研究

来源 :哈尔滨理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:gongzi2009
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具有独特层状结构的半导体材料MoS2近年来引起了业内人士的广泛关注。已有研究表明,向单层MoS2中掺杂过渡金属原子可获得磁性,有望成为新一代稀磁半导体材料。通常,人们只关注通过何种方式获得磁性,却忽略了获得磁性的同时,MoS2材料可能会失去本身的半导体特性而呈现一定的半金属特性,从而不能作为良好的稀磁半导体材料进行应用;除此之外,MoS2物理化学性质特殊,单层材料与双层材料的性质不尽相同,对单层材料的研究结果并不一定适用于双层材料。针对以上问题,本文对单层MoS2及双层MoS2分别进行过渡金属原子掺杂的电子结构与磁性质的理论研究,并提出了调节掺杂体系半金属特性、使其具有良好半导体特性的方法。本文采用基于密度泛函理论的平面波赝势法,首先以3×3×1的单层MoS2超胞为研究模型进行第一性原理计算,结果表明纯MoS2不显磁性,过渡金属原子Cr掺杂的MoS2不显磁性,V、Mn、Fe掺杂MoS2可获得磁性,且Mn、Fe掺杂获得的磁性更大,但掺杂体系呈现半金属性质;对于Mn掺杂MoS2,本文提出对其掺杂IVA族Si原子的方法,计算结果表明,非磁性原子Si的引入,改变了Mn掺杂MoS2体系的半金属特性的能带结构,是一种禁带宽度为0.7eV的间接带隙半导体,同时,对体系的磁矩没有影响;对于Fe掺杂MoS2,对其继续进行N原子掺杂,可调节体系的半金属特性,Fe、N共掺杂的MoS2是具有磁性的禁带宽度为0.2eV的间接带隙半导体。其次,对3×3×1的双层MoS2超胞为研究模型进行原理计算,结果表明未掺杂的双层MoS2不具有磁性,是禁带宽度为1.590eV的直接带隙半导体;掺杂计算结果表明,除Cr掺杂的体系具有半金属材料的特征外,其他V、Mn、Fe三种掺杂体系均同时具有半导体性质与磁性质,具备成为稀磁半导体所需的条件。
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