共價功能化MoS2單層電子結(jié)構(gòu)和輸運(yùn)性質(zhì)的理論研究.pdf

1、具有原子級或分子級厚度的單層二維納米材料現(xiàn)已成為材料研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)，其獨(dú)特結(jié)構(gòu)和優(yōu)異的性能為制造大面積、高質(zhì)量和強(qiáng)功能的納米電子器件送來了福音。石墨烯作為典型的單層二維納米材料，其研究熱浪也推動科研工作者投入到其它新型二維層狀材料的研究新潮。MoS2單層是一種新型的無機(jī)二維納米材料，它的出現(xiàn)為單層二維納米材料注入了生機(jī)，實(shí)現(xiàn)了有機(jī)向無機(jī)二維材料的轉(zhuǎn)變，同時它具有不同于石墨烯的優(yōu)良半導(dǎo)體性質(zhì)進(jìn)而補(bǔ)充了二維納米材料的性質(zhì)空位，使二維納米材料

2、有了更豐富的性質(zhì)和更廣泛的應(yīng)用。而用實(shí)驗方法去研究二維納米材料的性質(zhì)會受到材料的尺寸和制備的工藝等一系列條件制約，隨著量子力學(xué)的相干理論的逐步完善，理論計算已成為鉆研納米材料的強(qiáng)有力手段，為納米材料的研究和應(yīng)用提供了理論支持。
　　本研究首先基于密度泛函理論，采用SIESTA軟件包計算二維周期性體系的幾何結(jié)構(gòu)、能帶結(jié)構(gòu)、態(tài)密度和波函數(shù)。選擇-C3H7、-Si3H7、-C6H5、-C6H4NO2以及-C6H4OCH3這些供電子基團(tuán)對

3、MoS2單層進(jìn)行共價功能化，研究共價功能化對MoS2單層電性的影響，同時分析不同接枝官能團(tuán)的影響。研究結(jié)果表明這些功能化基團(tuán)以C或Si原子與MoS2單層上的S原子共價成鍵，具有較大的結(jié)合能。共價功能化后，接枝基團(tuán)誘導(dǎo)產(chǎn)生了一個穿越費(fèi)米能級的中間耦合帶，這條新的能帶使得MoS2單層由原本的半導(dǎo)體性質(zhì)向金屬性質(zhì)轉(zhuǎn)變?？疾觳煌慕又鶊F(tuán)影響，發(fā)現(xiàn)供電子較強(qiáng)的含苯基團(tuán)(-C6H5、-C6H4NO2和-C6H4OCH3)對導(dǎo)帶整體的影響比烷基類(

4、-C3H7和-Si3H7)的要大。另外含苯基團(tuán)的對位取代基不同也對共價功能化體系的性質(zhì)有影響，由于硝基苯中大π鍵的影響使e-bulk表現(xiàn)出了不同于d-bulk和f-bulk的陷阱態(tài)。以苯功能化為例，分別選取3×3×1和2×2×1的MoS2超胞進(jìn)行共價功能化，我們對比研究了接枝密度對能帶結(jié)構(gòu)影響，發(fā)現(xiàn)接枝密度越大，接枝基團(tuán)誘導(dǎo)的穿過費(fèi)米能級的中間耦合能帶帶寬越寬，接枝基團(tuán)對該中間耦合帶的貢獻(xiàn)越大。結(jié)合密度泛函理論和非平衡格林函數(shù)方法，利用

5、ATK軟件計算了雙探針體系的I-V曲線、傳輸譜、MPSH態(tài)和靜電勢。從電子輸運(yùn)性質(zhì)方面分析不同接枝官能團(tuán)和不同接枝密度對共價功能化MoS2單層的導(dǎo)電性影響。結(jié)果顯示共價功能化后體系導(dǎo)電性提高，表現(xiàn)為金屬性，且苯基團(tuán)的共價功能化對MoS2單層導(dǎo)電性增大最明顯，另外高接枝密度體系的電流響應(yīng)也高于低接枝密度體系，表現(xiàn)更好的導(dǎo)電性。所有共價功能化體系的I-V曲線展現(xiàn)出一定NDR效應(yīng)，通過分析MPSH態(tài)和靜電勢，解釋了NDR效應(yīng),指出了接枝官能團(tuán)