共價(jià)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(jí)或分子級(jí)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(lái)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(dòng)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(wú)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(wú)機(jī)二維材料的轉(zhuǎn)變，同時(shí)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(yàn)方法去研究二維納米材料的性質(zhì)會(huì)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(jì)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(jì)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(duì)

3、MoS2單層進(jìn)行共價(jià)功能化，研究共價(jià)功能化對(duì)MoS2單層電性的影響，同時(shí)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(jià)成鍵，具有較大的結(jié)合能。共價(jià)功能化后，接枝基團(tuán)誘導(dǎo)產(chǎn)生了一個(gè)穿越費(fèi)米能級(jí)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(duì)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(duì)位取代基不同也對(duì)共價(jià)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(jià)功能化，我們對(duì)比研究了接枝密度對(duì)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(guò)費(fèi)米能級(jí)的中間耦合能帶帶寬越寬，接枝基團(tuán)對(duì)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(jì)算了雙探針體系的I-V曲線、傳輸譜、MPSH態(tài)和靜電勢(shì)。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(duì)共價(jià)功能化MoS2單層的導(dǎo)電性影響。結(jié)果顯示共價(jià)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(jià)功能化對(duì)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(jià)功能化體系的I-V曲線展現(xiàn)出一定NDR效應(yīng)，通過(guò)分析MPSH態(tài)和靜電勢(shì)，解釋了NDR效應(yīng),指出了接枝官能團(tuán)