新型的二维材料——单层MoS2,由于其独特的性质而被广泛研究,在催化、场效应晶体管、光电器件和自旋电子器件等领域都有潜在的应用价值,这意味着对单层MoS2的研究工作是很重要的。 本文主要运用基于第一性原理计算的PWscf软件,系统地研究了MoS2-WS2和MoS2-MoTe2单层异质结构及Fe掺杂的单层MoS2的不同性质。选取了两种常用的调节性质的方法——异质结构和掺入过渡金属Fe原子,先优化异质结构和掺Fe原子的单层MoS2的结构,再计算相应的电子结构和磁性性质,接着分析了不同体系对单层MoS2性质的影响,最后对研究工作进行总结。 主要内容为： (1)通过构造MoS2-WS2和MoS2-MoTe2单层异质结构,系统地研究了它们的几何结构和电子结构的性质。主要分析了总的态密度(DOS, Density of States)和界面处特定原子的分波态密度(PDOS, Partial Density of States)。与最初的MoS2, WS2和MoTe2单层相比,两种异质结构表现出了不同的变化。由1个MoS2单元和9个WS2单元组成的MoS2-WS2单层异质结构仍为带隙为1.58eV的半导体,带隙小于MoS2和WS2单层的带隙。然而,MoS2-MoTe2单层异质结构的界面处的原子在优化之后,原子位置发生了较大的变化,界面处有未饱和成键的原子,即具有较强的活性,由于MoS2-MoTe2之间强的相互作用,这样就导致MoS2-MoTe2单层异质结构显示了金属性的特点。 (2)计算了Fe掺杂的单层MoS2的电子结构和磁性的性质,主要分析了它们总的态密度(DOS)和自旋电荷密度的分布。随着掺杂浓度的增加,在电子性质方面,掺杂体系会发生由半导体变为半金属或者金属的变化;在结构上,较高浓度掺杂会改变正六边形的结构;在磁性性质方面,较低浓度的掺杂,总磁矩为2μB,较高掺杂浓度时,体系总的磁矩没有规律性的变化,而且掺杂浓度为15%到25%之间时,体系的总磁矩几乎都表现为0。计算铁磁态与反铁磁态之间的能量差,表明掺杂体系为铁磁性。 综上所述,MoS2-WS2和MoS2-MoTe2单层异质结构可以用来调节半导体的带隙值和作为新型纳米器件的接触材料,Fe原子的掺杂对单层MoS2进行了磁性的注入。调节单层MoS2的性质,利于扩大单层MoS2的应用范围。这一理论研究可能引起实验或者理论上关于低维材料的进一步研究,成为已有工作的重要补充。
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