二维材料合金结构的研究

论文摘要

本篇论文中,我们采用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法,分别对含In、Pd和Pt的二维材料合金结构进行了详细的理论研究。第一部分,在关于含In元素的二维材料合金结构研究中,以实验上制备出的InSe的结构为基础,通过原子替代法将原胞中的Se原子替换为S、Te、N原子,得到InSe、InS、InTe以及InN这四种合金结构。我们从热力学、动力学以及力学等方面来验证这四种结构的稳定性。之后研究了这四种材料的电子性质,发现这四种材料都是呈现出半导体性质。另外我们分别给这四种材料施加应力,并计算了在声子谱稳定的前提下,这四种材料所能承受的最大应力以及相对应的电子性质。为了验证上述四种材料是否具有原子个数比例为1:2的构型,所以我们以MoS2的结构为基础,通过原子替换的方法得到相应的结构,通过计算我们发现只有InN2的T相结构是稳定的。并且它是一个具有磁性的体系,电子性质显示自旋向上为半导体,自旋向下为金属,可以在自旋电子器件中有着很好的应用。第二部分,在关于含Pd元素的二维材料合金结构研究中,我们以实验上得到的五边形的PdS2以及第一部分中所提到的MoS2的结构为基础,仍然采用原子替代形成合金结构的方法,得到penta和六角结构的PdS2、PdSe2、PdTe2、PdN2。之后进行结构优化以及声子谱的计算得到这四种材料的T相结构以及PdS2、PdSe2、PdN2的penta结构是稳定的,电子性质都呈现为半导体性质。并且施加应力可以改变它们的能隙。另外,单侧和双侧氢化后只有1T-PdN2合金结构是稳定的,双侧氢化后的PdN2是一种磁性半导体,并且自旋向下的能隙处于自旋向上能隙的禁带中,可以实现门电压的自旋过滤;而单侧氢化后的PdN2是一种具有超宽带隙的半导体。第三部分,在关于含Pt元素的二维材料合金结构研究中,我们将实验和理论上得到的二维材料的六角结构、penta、Trea以及BHS结构作为目标结构,采用合金化方法得到PtS2、PtSe2、PtTe2、PtN2这四种材料的构型,通过结构优化及声子谱的计算,发现这四种材料的penta、T相结构以及H相结构的PtSe2、PtTe2这十种材料是稳定的。分析这十种稳定合金结构合成的可能性以及它们的相图后,我们得到PtS2、PtSe2、PtTe2这三种材料最稳定的结构为1T相,而PtN2材料最稳定的构型为penta相。电子性质的计算发现这四种材料的penta相及T相结构均为半导体性质,H相的PtSe2、PtTe2表现为金属性。并且施加应力及氢化可以对它们的能带结构进行调节。接着研究了Au原子在这四种材料最稳定结构上的吸附情况,发现Au原子不能吸附在PtTe2材料上,但可以吸附在其它三种材料上。为了进一步考虑金团簇的吸附情况,我们研究了阴离子金团簇、阳离子金团簇以及中性金团簇由平面转向三维结构的转变点以及其最稳定的结构。

论文目录

• 摘要
• abstract
• 第一章 绪论
•   1.1 二维材料的发展
•   1.2 二维材料的改性
•   1.3 合金化方案
•   1.4 本论文的主要研究内容
• 第二章 理论计算基础简介
•   2.1 密度泛函理论
•     2.1.1 DFT中采用的近似
•     2.1.2 Hohenberg-Kohn定理
•     2.1.3 Kohn-Sham方程
•   2.2 赝势方法
•   2.3 VASP软件简介
•   2.4 分子动力学模拟
• 第三章 含In元素二维材料合金结构的理论研究
•   3.1 InX（X=S、Se、Te、N）二维材料的理论研究
•     3.1.1 InX结构的介绍
•     3.1.2 计算方法
•     3.1.3 计算结果及结论
• 2（X=S、Se、Te、N）合金结构的理论研究'>  3.2 InX₂（X=S、Se、Te、N）合金结构的理论研究
•     3.2.1 引言
•     3.2.2 计算结果和讨论
•     3.2.3 结论
• 第四章 含Pd元素二维材料合金结构的理论研究
•   4.1 由五边形构成的PdX2（X=S、Se、Te、N）合金结构的理论研究
•     4.1.1 引言
•     4.1.2 计算方法
•     4.1.3 计算结果和讨论
•     4.1.4 结论
• 2（X=S、Se、Te、N）合金结构的理论研究'>  4.2 六角PdX₂（X=S、Se、Te、N）合金结构的理论研究
•     4.2.1 引言
•     4.2.2 计算结果和讨论
•     4.2.3 结论
• 第五章 含Pt元素二维材料合金结构以及金团簇的理论研究
•   5.1 引言
•   5.2 计算方法
•   5.3 计算结果和讨论
•   5.4 结论
• 第六章 结论和展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 吴萍

导师: 陈刚

关键词: 第一性原理计算,电子性质,合金二维材料,金团簇

来源: 济南大学

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: 济南大学

分类号: TB34;O469

DOI: 10.27166/d.cnki.gsdcc.2019.000261

总页数: 89

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