【摘 要】
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异质结因其优异的性能及在发光二极管、高电子迁移率晶体管和隧穿场效应晶体管等领域的广泛应用成为了目前物理和材料研究领域的焦点之一。基于能带对齐模型,异质结可分为三类,即I型(对称)、II型(交错)和III型(破碎)。然而,有些异质结不属于上述分类。近年来人们还发现新的一类异质结。典型的例子就是La Al O3(LAO)和Sr Ti O3(STO)异质结。虽然LAO和STO都是宽带隙绝缘体,但是当它们
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异质结因其优异的性能及在发光二极管、高电子迁移率晶体管和隧穿场效应晶体管等领域的广泛应用成为了目前物理和材料研究领域的焦点之一。基于能带对齐模型,异质结可分为三类,即I型(对称)、II型(交错)和III型(破碎)。然而,有些异质结不属于上述分类。近年来人们还发现新的一类异质结。典型的例子就是La Al O3(LAO)和Sr Ti O3(STO)异质结。虽然LAO和STO都是宽带隙绝缘体,但是当它们拼接成异质结时,在形成的异质界面上会产生高迁移率的电子气。电子气的出现,会带来许多优异的性质,比如超导、磁性等,使得它们具有广阔的应用前景。作为低维的类比,当这样的三维异质结扩展到二维(2D)时,在形成的异质界面上也可能产生电子气。更为重要的是,自从石墨烯诞生以来,2D材料就得到了人们的关注。目前,已经有数十种2D材料被成功制备,并且人们已经成功制备了一些二维异质结,比如Mo S2/WSe2纵向异质结、石墨烯/BN横向异质结等。但是,都没有电子气的报道。因此,本文第一部分重点研究了二维异质结中电子气的产生条件。我们以Mo2S3和Mo S2异质结为例,系统探究了异质结的电子性质。当把Mo2S3/Mo S2异质结推广到整个过渡金属硫化物(TMDCs)时,我们发现虽然Pd2S3/Pd S2异质结电子性质与其一致,但是单层Pd S2具有与其它2D TMDCs不一样的结构。因此,在第二部分对Pd S2结构进行了初步探讨。本文研究内容如下:(1)我们首先计算了单层Mo2S3和Mo S2的电子性质。结果表明,它们均属于半导体。基于此,我们构建了不同宽度的Mo2S3/Mo S2异质结,并对其电子性质进行了研究。我们发现,随着异质结宽度m的增加,异质结的电子性质将会发生由半导体向金属转变。通过对逐层投影态密度图进行分析,我们揭示了该转变行为的物理机制来自于界面极性不连续引起的电荷转移。(2)我们对1T相、2H相以及penta相Pd S2结构的电子性质进行了计算,结果表明Pd的d轨道均与S的s轨道和p轨道发生杂化。通过构建合适的模型,我们成功地分离了晶体场的分裂能与杂化能。我们的研究发现晶体场的分裂能对Pd S2不同结构间的能量影响较小,而轨道间杂化是影响其稳定性的主要因素。
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