MoS2納米帶的電、磁及輸運性質(zhì)研究.pdf

1、二硫化鉬是一種典型過渡金屬二硫化物，屬于無機物。近年來，由于單層二硫化鉬在納米電子器件中的成功應(yīng)用，令它受到了廣泛的關(guān)注。相較于零帶隙的本征石墨烯，單層二硫化鉬是典型的半導(dǎo)體，具有1.8eV的直接帶隙，這使得它在納米電子器件中的應(yīng)用比石墨烯更具優(yōu)勢。第一性原理的計算表明基于二硫化鉬的晶體管具有高電流開關(guān)比、大跨導(dǎo)、低功耗等優(yōu)良的性質(zhì)。隨著對二維二硫化鉬研究的不斷深入，科學家們把研究的目標也指向了它的一維結(jié)構(gòu)。最近，各國的研究小組采用不同

2、的方法在實驗室中成功制備出二硫化鉬納米帶，它的性質(zhì)及潛在應(yīng)用也成為了理論研究的熱點。本論文中，我們采用第一性原理研究了二硫化鉬納米帶的電、磁及自旋輸運性質(zhì)，并探討了摻雜對二硫化鉬納米帶性質(zhì)的影響，主要內(nèi)容如下：
　　(1)基于密度泛函理論和非平衡態(tài)格林函數(shù)方法，我們研究了二硫化鉬納米帶異質(zhì)結(jié)的電子輸運性質(zhì)，該異質(zhì)結(jié)由邊緣不對稱氫化的鋸齒型二硫化鉬納米帶（ZMoS2NR-H/ZMoS2NR）構(gòu)成。計算結(jié)果表明該異質(zhì)結(jié)具有與納米帶寬度

3、無關(guān)的半金屬性。能帶結(jié)構(gòu)及電子軌道波函數(shù)揭示了自旋通道的開啟依賴于 ZMoS2NR-H和ZMoS2NR位于Mo邊緣的軌道匹配。偏壓下的I-V曲線表明，異質(zhì)結(jié)在低偏壓下具有很好的自旋閥效應(yīng)，同時自旋電流還具有負微分電阻效應(yīng)。
　　(2)研究了平行和反平行磁結(jié)構(gòu)下鋸齒型二硫化鉬納米帶（ZMoS2NR）的輸運性質(zhì)。結(jié)果表明反平行結(jié)構(gòu)的ZMoS2NR具有半導(dǎo)體性質(zhì)，而平行結(jié)構(gòu)的ZMoS2NR呈現(xiàn)金屬性質(zhì)。因此，利用外部局域磁場將ZMoS2

4、NR磁結(jié)構(gòu)由平行轉(zhuǎn)變?yōu)榉雌叫薪Y(jié)構(gòu)，ZMoS2NR將呈現(xiàn)出磁阻效應(yīng)。I-V曲線表明，在室溫下 ZMoS2NR的磁阻超過104數(shù)量級。ZMoS2NR產(chǎn)生巨磁阻效應(yīng)的主要原因在于反平行結(jié)構(gòu)下費米面附近左右電極的電子軌道無法匹配，從而遏制了電流。當ZMoS2NR寬度及長度發(fā)生變化時，巨磁阻效應(yīng)仍存在于器件中。此外，反平行結(jié)構(gòu)的ZMoS2NR還顯示出雙自旋閥效應(yīng)。
　　(3)研究了Re原子替代Mo原子摻雜的扶手椅型二硫化鉬納米帶（AMoS2

5、NR）結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性及電、磁性質(zhì)。結(jié)果表明摻雜后納米帶的基態(tài)由NM態(tài)轉(zhuǎn)化為FM或AFM態(tài)，摻雜的位置對納米帶的性質(zhì)有較大的影響。（1）Re摻雜于AMoS2NR邊緣：相較于其他摻雜位置，Re位于AMoS2NR邊緣時結(jié)構(gòu)最為穩(wěn)定。摻雜后，AMoS2NR的基態(tài)由NM轉(zhuǎn)變?yōu)锳FM態(tài)，并且在AFM和FM態(tài)下仍保持半導(dǎo)體的屬性。（2） Re摻雜于AMoS2NR內(nèi)部：Re位于AMoS2NR內(nèi)部時結(jié)構(gòu)仍具有很好的穩(wěn)定性。摻雜后，納米帶的基態(tài)為FM，并且在