過渡金屬二硫化物納米結構邊緣特性和形貌研究.pdf

1、納米材料具有顯著的量子尺寸效應，在電學、光學等諸多領域有著廣泛的應用前景。以二維材料石墨烯為代表，近年來該領域成為了研究的熱點領域。但石墨烯是零帶隙材料，其在半導體領域特別是光電子器件領域的應用受到了很大限制。研究發(fā)現(xiàn)以過渡金屬二硫化物為代表的一些類石墨烯的二維材料同石墨烯有著類似的結構，同時存在大小不一的能帶隙，使其在光電半導體器件領域有更為廣闊的應用前景。
　　本文利用基于密度泛函理論的第一性原理計算方法，選取了過渡金屬二硫化

2、物中最常見的二種材料MoS2與WS2，研究了其電子特性。著重研究了MoS2多體系的電子結構特性和光學特性以及MoS2與WS2量子點邊緣特性和形貌的調(diào)控機制，其目的在于從微觀尺度探究此類材料的穩(wěn)定性和電子結構的調(diào)控規(guī)律，為該類型材料的理論研究提供借鑒，為合成和應用提供理論依據(jù)。
　　第一章是關于該論文的選題背景和意義；第二章介紹了該論文使用的研究方法的理論基礎；第三章至第五章詳細介紹了作者在攻讀碩士學位期間所做的主要研究工作和取得的

3、主要結果，其內(nèi)容和結論概括簡單如下：
　　1.對于MoS2電子結構的理論計算表明MoS2塊體材料為間接帶隙半導體材料，單層的Mo原子與S原子之間通過共價鍵結合在一起，層與層之間通過范德瓦爾斯力相互連結。當MoS2體通材料轉變?yōu)閷訝罱Y構時，其能帶結構發(fā)生了變化，帶隙大小隨著層數(shù)的變化發(fā)生了可控的變化。而當其轉變?yōu)镸oS2單層結構時，其能帶結構表明MoS2單層是直接帶隙半導體。這種從體材料隨著層數(shù)減少而逐漸發(fā)生能帶變化的特性，在實際的

4、實驗和生產(chǎn)中能夠很好地調(diào)控MoS2的能帶結構。
　　2.應用第一性原理計算方法，研究了MoS2量子點的生長規(guī)律并對其穩(wěn)定性和電子結構進行了討論。研究發(fā)現(xiàn)MoS2量子點的邊緣形貌特點隨著化學勢的變化發(fā)生規(guī)律性的改變：以Mo-S邊緣構成的鋸齒形三角形邊緣在富S條件下較為穩(wěn)定；以S邊緣和Mo-S邊緣構Mo-S邊緣成的六邊形結構在化學勢處于中間態(tài)時較為穩(wěn)定；以S邊緣和Mo邊緣構成的六邊形結構在化學勢處于富Mo時較為穩(wěn)定。研究還發(fā)現(xiàn)這些Mo

5、S2量子點結構都表現(xiàn)出同體材料和層狀材料不同的金屬性。并且這些量子點都存在邊緣磁性，且這些邊緣磁性的貢獻來自于除S-Mo邊緣以為的其他邊緣。該特性使得其在制造自旋電子器件方向有廣闊的應用前景。
　　3.借鑒了MoS2量子點邊緣結構形貌的研究方法，對WS2量子點的邊緣構成的第一性原理計算結果使用Wullf構筑規(guī)則進行了討論。研究發(fā)現(xiàn)WS2量子點隨著化學勢從富S向富W改變，其形貌從三角型轉變?yōu)榱呅妥詈筠D變?yōu)槎噙呅徒Y構。其邊緣結構在富