过渡金属原子吸附二硫化钼/氮化硼异质结的第一性原理研究

论文摘要

本文基于密度泛函理论计算方法,对二硫化钼/氮化硼异质结上方吸附以及层间插入过渡金属单原子(V,Cr,Mn,Fe,Co和Ni)的结构稳定性、电学和磁学性质进行了研究,研究结果有望对基于二硫化钼/氮化硼异质结的自旋电子和光电器件的设计提供一定的理论指导。主要研究内容包括:1、根据二硫化钼/氮化硼异质结的结构对称性,我们选取了五个合适吸附位点,并通过对比不同位点的吸附能发现过渡金属原子吸附的最佳位点在钼原子的上方位置。进一步研究二硫化钼/氮化硼异质结表面吸附过渡金属原子的电子结构发现:当Cr原子吸附在二硫化钼/氮化硼异质结体系时,其异质结体系由半导体性质转变为金属性质,Co原子吸附体系则变成了半金属特性;而对于V,Mn和Fe原子吸附体系其仍表现为半导体特点,但在能带的最高占据态其自旋极化率为100%,可以成为半自旋器件的潜在材料;对于Ni原子吸附系统,由于其没有自旋耦合作用,故而其能带带隙值的变化比较小。另外,研究表明吸附过渡金属原子后六个吸附体系都显示出了局域磁矩;同时与其固有磁矩相比,过渡金属原子吸附到二硫化钼/氮化硼异质结表明后其磁矩均有所减小。2、类石墨烯二维材料由于其大的层间距和弱的范德瓦尔斯层间相互作用,其层间极易插入异质原子。我们系统探讨了二硫化钼/氮化硼异质结的层间插入V、Cr、Mn、Fe、Co和Ni等六种不同过渡金属原子后的结构、电子性质和磁学性质。研究发现,六种过渡金属原子插入到异质结层间后磁矩相对于其固有磁矩均有下降,其中Ni原子的磁矩全部消失;通过Bader电荷分析可知,磁矩的变化源于过渡金属原子的4s和3d状态之间的电荷交换。二硫化钼/氮化硼异质结的层间插入过渡金属原子后,其电学性质的调制行为比较明显:V和Cr原子掺杂系统表现出金属态,而其他四种过渡金属原子层间掺入的系统仍表现出半导体性,其最高占据态的自旋极化为100%,可用作潜在的自旋电子材料。

论文目录

• 摘要
• abstract
• 第1章 绪论
•   1.1 类石墨烯二维材料
•     1.1.1 类石墨烯二维材料的概述
•     1.1.2 类石墨烯二维结构的掺杂效应
•     1.1.3 类石墨烯二维结构的应变效应
•     1.1.4 类石墨烯二维结构异质结
•   1.2 二硫化钼简介
• 2）的结构'>    1.2.1 二硫化钼（MoS₂）的结构
• 2的特性'>    1.2.2 MoS₂的特性
• 2的应用'>    1.2.3 MoS₂的应用
•   1.3 二硫化钼/氮化硼异质结的研究进展
•   1.4 本论文的研究目的和内容
• 第二章 理论及基本方法
•   2.1 理论背景
•   2.2 密度泛函理论
•     2.2.1 Born-Oppenheimer绝热近似
•     2.2.2 Hohenberg-Kohn定理
•     2.2.3 Kohn-Sham方程
•     2.2.4 交换关联泛函
• 第三章 过渡金属原子表面吸附二硫化钼/氮化硼异质结
•   3.1 引言
•   3.2 计算方法及模型
•   3.3 结果与讨论
•   3.4 结论
• 第四章 过渡金属原子层间插入二硫化钼/氮化硼异质结
•   4.1 引言
•   4.2 计算方法及模型
•   4.3 结果与讨论
•   4.4 结论
• 第五章 总结与展望
•   5.1 总结
•   5.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间完成的主要工作

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 伍延兵

导师: 黄宗玉

关键词: 二硫化钼,异质结,过渡金属原子,吸附,第一性原理研究

来源: 湘潭大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅰ辑

专业: 物理学,材料科学

单位: 湘潭大学

分类号: TB34;O562

DOI: 10.27426/d.cnki.gxtdu.2019.001258

总页数: 45

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