单层WS2类石墨烯结构的第一性原理研究.pdf

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1、单层WS2类石墨烯结构的第一性原理研究作者姓名陈得林导师姓名、职称雷天民教授一级学科材料科学与工程二级学科材料物理与化学申请学位类别工学硕士提交学位论文日期2014年11月学校代码10701学号1205122218分类TN82号TN3密级公开西安电子科技大学硕士学位论文单层WS2类石墨烯结构的第一性原理研究作者姓名：陈得林一级学科：材料科学与工程二级学科：材料物理与化学学位类别：工学硕士指导教师姓名、职称：雷天民教授提交日期：2014年11月First-PrinciplesStudyofGraphene-LikeWS2MonolayerAthesissubmittedtoXIDIANUNIVE

2、RSITYinpartialfulfillmentoftherequirementsforthedegreeofMasterinMaterialsScienceandEngineeringByChendelinSupervisor:Prof.LeitianminNovember2014西安电子科技大学毕业论文独创性（或创新性）声明秉承学校严谨的学风和优良的科学道德，本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢中所罗列的内容以外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果；也不包含为获得西安电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而

3、使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。学位论文若有不实之处，本人承担一切法律责任。本人签名：日期：西安电子科技大学关于论文使用授权的说明本人完全了解西安电子科技大学有关保留和使用学位论文的规定，即：研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属于西安电子科技大学。学校有权保留送交论文的复印件，允许查阅、借阅论文；学校可以公布论文的全部或部分内容，允许采用影印、缩印或其它复制手段保存论文。同时本人保证，获得学位后结合学位论文研究成果撰写的文章，署名单位为西安电子科技大学。保密的学位论文在年解密后适用本授权书。本人签名：导师签名：日期：日期：

4、摘要摘要本文借助于MaterialsStudio计算模拟软件中的CASTEP模块，研究了3d过渡金属(TM=Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu和Zn)掺杂单层WS2的电子结构和磁学性质、4d过渡金属(TM=Y、Zr、Nb、Mo、Pd、Cd)掺杂单层WS2的能带结构、电子态密度、光学性质以及氢的不同修饰方式对扶手椅型WS2纳米带电磁特性的影响，所得结论如下：(1)过渡金属原子(TM=Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu和Zn)的掺入会导致WS2超胞结构发生一定的晶格畸变，也会对WS2的能带结构和磁性能带来影响；不同体系呈现出不同大小的磁矩，V-WS2为金属铁磁性，Fe-、Cr-

5、、Cu-、Zn-WS2表现出为半导体特性，而Ti-、Mn-、Ni-WS2表现为半金属铁磁性，半金属能隙分别为0.025eV、0.4eV、0.125eV，Co掺杂也表现出半导体性质，且体系磁矩(3.24268µB)最大，表现为亚铁磁性。(2)计算了不同Fe掺杂浓度对单层WS2电磁特性的影响，结果表明：Fe掺杂浓度的高低对单层WS2的能带结构影响很大，甚至会改变单层WS2直接带隙或间接带隙的能带特点，随着杂质浓度的减小，对应体系的总磁矩呈增大趋势。(3)通过对各掺杂体系的电子自旋总态密度与极化分波态密度的分析，V、Cr、Mn、Fe、Co和Ni掺杂后，体系磁矩产生机理主要是过渡金属(TM=Ti、V、

6、Cr、Mn、Fe、Co、Ni)的d轨道与最近邻S原子的p轨道之间的杂化交换作用。(4)4d过渡金属掺杂几何优化后，计算的能带结构显示，除杂质原子Mo外，其余掺杂均引入一定数目的杂质能级，Y、Zr、Nb和Pd掺杂，杂质能级主要来至杂质原子的d态与S原子p态的杂化；Cd掺杂比较特殊，由于Cd-d态很不活泼，态密度基本局域在价带的-8.75eV处，其对禁带中的杂质能级没有贡献；不同掺杂体系的光学常数谱也不同，尤其是，Y、Cd掺杂在近红外和可见光区有很强的吸收，其可能在红外探测器以及光催化方面具有潜在应用前景。本征WS2和Mo、Y掺杂WS2的差分电荷密度分布能形象的反映出掺杂前后电荷得失转移情况，Mo

7、掺杂WS2对差分电荷密度分布形状影响不大，但得失电子的多少和电荷聚集损失的程度有所不同，Y掺杂WS2的差分电荷密度分布畸变较大。(5)基于密度泛函理论计算了对称H修饰与非对称H修饰下扶手椅型WS2纳米带的电磁特性，结果表明：纳米带随着修饰H原子数目的增加结构变得更加稳定，并且在间接带隙、半金属和直接带隙之间转变，这可能由于不同H修饰使W-d轨道各分轨道的电子占据数不同；费米能级附近的能带来自纳米带