MoX2/BN(X=S,Se)异质结电磁特性调控的第一性原理研究

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近年来,以二硫化钼(MoS2)为代表的过渡金属硫族化合物近年来因其可调谐的半导体电子结构等一系列优异的电学、光学特性成为二维材料界的新星。六方氮化硼(h-BN)晶体因其光滑平坦的表面和奇特的性质可以使其它二维材料保持其固有属性,常被用作基底和封装材料。特别的是,由两个单层半导体叠加产生的范德瓦尔斯异质结构表现出了各种独特的物理性质,因此在实验上得到了迅速的发展。范德华异质结通过相对较弱的范德华相互作用力物理组装在一起,不依赖于化学键,也不受限于材料的晶格匹配度,为电子和光电器件行业带来了新的曙光。本文中所有的工作都是在过渡金属硫族化合物与氮化硼(MoSxSe2-x/h-BN)组成的异质结构中进行。这项工作使用了基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理计算方法,主要研究了MoSxSe2-x在h-BN基底上的情况,并且研究了不同浓度的Se原子取代MoSxSe2-x/h-BN异质结的几何结构、电子特性、磁性能的影响,通过揭示h-BN基底对于MoSxSe2-x带隙调控的内在机制,发现Se原子取代能显著增强MoSxSe2-x/h-bn异质结构的带隙,并且随着取代浓度的增加,其带隙增大;当取代浓度超过临界值时,能带由间接带隙变为直接带隙。该研究结果,将有效改善硫族化合物异质结的性能,更好的应用于磁性器件和光电子器件领域。另外,在上一步工作的基础上,研究了3d过渡金属原子(TM)掺杂在MoSe2/h-BN异质结层间的掺杂效应,对于此种层间掺杂的异质结体系进行了系列研究。计算结果表明掺杂TM的异质结结构依然稳定,同时掺杂TM原子能够调整MoSe2/h-BN异质结的性能,计算结果表明V、Mn、Fe和Co原子的掺杂,使得异质结体系表现出了半金属态和磁行为,而在掺Ni的情况下没有自旋极化,体系并未表现出磁性;并且TM原子能够调控MoSxSe2-x/h-BN异质结的能带结构、电荷密度、态密度等,还可以为体系引入磁矩。本结果将会为设计新的纳米自旋器件提供一些理论指导,同时为基于MoSxSe2-x/h-BN异质结构的稀释磁性半导体和自旋器件的发展提供了理论依据。
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