扭曲的二维Graphene/MoS2范德华异质结中依赖于角度的结构与性质理论研究

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由不同的二维材料构建的二维异质结构有着不同于其组分的新颖的物理性质,因而其不仅丰富了二维材料的性质,同时为新型纳米器件提供了新的机遇。近年来的研究显示,在二维范德华异质结构中,两层间的扭转角对其性质的调制具有重要意义。由于graphene高的载流子移动性和MoS2显著的光学响应,Graphene/MoS2(Gr/MoS2)范德华异质结受到了广大研究者的青睐。本文通过第一性原理计算,研究了扭曲的Gr/MoS2范德华异质结的热力学稳定性和电子性质。在最大晶格失配(δ≤2.5%)和超胞晶格(≤20(?))的限制下,我们构建了数十种可能的扭曲的Gr/MoS2范德华异质结构。我们发现,内聚能(Ecoh)与扭曲角(θ)有着正弦函数的关系,Ecoh与d的关系可以大致借用两原子势的关系进行描述,这在之前也没有相关的报道。在研究扭曲的Gr/MoS2范德华异质结构的电子性质时,我们通过能带反折叠方法发现,我们所研究的20个结构可以按MoS2的能带结构(graphene层的电子结构受到的干扰较小)分为3种类型,这源于晶格拉伸和层间相互作用。另外,对于类型II异质结的能带结构,我们发现单层MoS2与异质结中MoS2的带隙之差随着层间电荷转移的增加而降低,这表明电荷转移可以补偿层间相互作用。通过电荷差分密度分析,我们发现电荷从graphene层转移到MoS2层,这与之前理论分析相一致。最后,我们发现θ不同的Gr/MoS2范德华异质结,其带偏移和层间载流子寿命也存在很大差异。这些结果为Gr/MoS2相关实验研究光电器件的设计方面提供了有价值的理论支持。
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