自从石墨烯被发现后,二维材料由于其独特的力、热、光、电性质以及在光电子器件、传感器、场效应管、和生物催化等领域潜在的应用而受到了人们的广泛关注。与石墨烯的零带隙不同,过渡金属硫化物(TMDs)由于适中的带隙宽度和新奇的电子特性而成为人们研究的热点。然而TMDs之所以成为研究的热点不仅由于其本征材料性质更重要的是其可调控的电子性质。由于各向异性和独特的晶格结构,可以通过应变、高压、外加电场、吸附和掺杂等方式对二维TMDs的电子性质进行调控。与其他调控方式相比,外加电场不会对二维材料本身造成损坏,并且外加电场是可逆的,而迄今为止关于外加电场调控二维TMDs电子性质的报道很少,这方面的工作值得进一步开展。因此,本文采用基于密度泛函理论的第一性原理方法系统研究了二维过渡金属硫化物及其异质结电子结构的调控,得到了一些有意义的理论结果。期望这些理论结果能解释一些实验现象和物理本质,为过渡金属硫化物材料电子器件的制备、设计和调控等相关实验研究提供理论指导。1.外加电场对多层TMDs电子结构的调控。计算结果表明外电场可以有效调控多层TMDs的带隙宽度。带隙宽度随着外电场的增加线性减小,最终带隙闭合由半导体转变为了金属,半导体-金属转变的临界电场取决于TMDs薄膜的层数。带隙宽度随外电场的变化快慢用巨斯塔克效应系数来表征,巨斯塔克效应系数即为变化曲线的斜率。巨斯塔克效应系数与体系的层数成正比,我们预测其表达式为(N-1)c/2,N为体系的层数,c为层间距。2外加电场对不同堆垛构型的双层TMDs电子结构的调控。我们发现在双层TMDs的五种堆垛构型中,AB构型最稳定,AA?构型次之。对AB构型施加正电场以及对AA?构型施加正负两个方向的电场后,两种构型的带隙宽度均随着电场的增加而线性减小,而对AB构型施加负电场后其带隙宽度先增加到最大值然后开始减小,正负电场最终使AB和AA?构型由半导体转变为了金属。正负电场对AB构型带隙的调控有不同的效应,其原因在于AB构型的两个单层之间存在着由于自发极化而产生的内建电场,而正负电场对AA?构型带隙的调控却完全相同。3.外加电场对基于TMDs的异质结电子结构的调控。结果表明基于TMDs的范德瓦耳斯异质结的能带为II类能带组合方式,导带底和价带顶为组成异质结的不同单层的贡献。II类能带组合的异质结能够促进电子-空穴对的分离,増加载流子寿命,是构筑太阳能电池和光电子器件的理想材料。其带隙宽度随着外电场的增加线性减小,最终异质结由半导体转变为了金属。异质结中存在的自发极化现象使得带隙宽度对正负电场的响应不同。组成异质结的不同单层的导带底和价带顶能够被外电场有效调控,并随着外电场线性变化。对异质结施加负的外加电场时,异质结可在type I和type II之间转换,这表明外加电场能够有效调控异质结的类型,对光电子器件的实际应用具有重要意义。4.探讨了了外加电场对graphene/WS2异质结肖特基势垒的调控。我们发现异质结中的单层WS2和graphene间的相互作用为微弱的范徳瓦耳斯作用,组成异质结的graphene和单层WS2很大程度上保留了各自独立的电子结构。单层WS2和graphene形成异质结后,在两者界面处为n型肖特基接触,并导致graphene层为p型掺杂。对异质结施加正的外电场后,n型肖特基接触在外电场为1.35 V/nm时转变为了p型肖特基接触,并进一步在3 V/nm时转变为了欧姆接触。当负的外电场小于-0.55 V/nm时,异质结依然为n型肖特基接触,当负的外电场超过-0.55 V/nm后在异质结中再次形成了欧姆接触。因此,外电场可以有效调控graphene/WS2异质结中的肖特基势垒,不但可以将其由n型肖特基接触调控为p型肖特基接触,而且可以进一步调控为欧姆接触。负的外电场使graphene层的p型掺杂大大加强而要在graphene层实现n型掺杂则需要很大的正电场。