单层MoS2电子结构的调制

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1、TheModulationonElectronicStructureoftheMonolayerMoS2Amaster’sthesissubmittedtoNorthwestUniversityinpartialfulfillmentoftherequirementsforthedegreeofMasterinCondensedMetterPhysicsByJiaCuifangSupervisor:ZhouBoAssociateProfessorJune2018摘要摘要二硫化钼（MoS2）材料由于其特殊的电子结构以及独特的物理

2、性质，近几年来引起科研工作者的广泛关注。其中，单层二硫化钼材料在快速场效应管电子器件、高效光伏太阳能电池以及灵敏气体传感器方面有着十分重要的应用。同时通过形貌、掺杂、缺陷控制对单层MoS2的电子能带结构、光学性质、磁性等性质进行有规律调制是目前重要的科研方向。本文采用基于密度泛函理论（DFT）的第一性原理计算方法，系统地研究了第八族元素掺杂单层MoS2以及S空位单层MoS2体系的电子结构、磁性及光学性质。结果表明，第八族杂质及S空位的引入均可调节材料的磁性和光吸收能力。通过形成能计算，发现，杂质与S缺陷最近邻构型的形成能最小。

3、磁性计算结果表明：（1）通过调节杂质与S空位的间距，掺杂的单层MoS2可以显现出不同大小的磁矩；（2）Pd原子单掺杂的体系是非磁性的，但是S空位出现后，体系具有2µB的磁矩；（3）所有Ni与Pt原子掺杂的体系都是非磁性的。我们进一步使用平均场近似方法计算掺杂体系的居里温度，结果表明通过浓度调制，Fe、Co、Ru、Rh、Os、Ir掺杂的MoS2单层是室温铁磁体的潜在候选材料。稀磁半导体是实现自旋电子器件的重要材料，本理论结果为最终实现电子器件提供另一种方案。掺杂改变体系的电子结构，同时对体系的光学性质产生一定影响，我们进一步计算

4、了掺杂结构材料的光学性质。计算得到的光吸收曲线表明，通过掺杂可以很大改善单层MoS2在红外光区的吸收，尤其是Ni元素掺杂。此外，调节杂质原子与S空位间距也可改变体系的光吸收情况。这一研究拓宽了单层MoS2在太阳能吸收及光催化领域的应用。关键词：单层MoS2，掺杂，电子结构，磁性，光学性质IIIABSTRACTABSTRACTThemolybdenumdisulfide(MoS2)relatedmaterials,whichpossessspecialelectronicstructureanduniquephysicalpro

5、perties,haveattractedextensiveattentionfromresearchersinrecentyears.Amongthem,monolayerMoS2hassignificantapplicationsinfastFETelectronicdevices,high-efficiencyphotovoltaicsolarcells,andsensitivegassensors.Inthemeantime,modulatingoftheelectronicbandstructure,opticala

6、ndmagneticpropertiesofasingle-layerMoS2throughmorphology,dopant,anddefectcontroliscurrentlyanimportantresearchdirection.Inthiswork,thefirst-principlescalculationmethodbasedondensityfunctionaltheory(DFT)isadoptedtosystematicallystudiedtheelectronicstructure,magnetica

7、ndopticalpropertiesofdopedmonolayerMoS2byGroupⅧelementsandSvacancy.TheresultsindicatesthatboththeintroduceofGroupⅧimpuritiesandSvacancycanmodulatethematerials’magnetismandopticaladsorptionability.Bytheformationenergycalculation,wefindthattheconfigurationwithnearest-

8、neighboringimpuritiesandSvacancypossesssmallestformationenergies.Ourmagnetismresultsindicatethat:(1)Bymodulatingthedistanceofimpuritiesand