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单层二硫化钼多相性质及相变的第一性原理研究
  • ISSN号:1000-3290
  • 期刊名称:《物理学报》
  • 时间:0
  • 分类:O561.2[理学—原子与分子物理;理学—物理]
  • 作者机构:[1]国防科学技术大学,高性能计算国家重点实验室,长沙410072, [2]国防科学技术大学计算机学院,长沙410072, [3]湘潭大学物理与光电工程学院,湘潭411005
  • 相关基金:国家自然科学基金重点项目(批准号:61332003)、国家自然科学基金(批准号:11274265)和高性能计算国家重点实验室课题基金(批准号:201501-02)资助的课题.
中文摘要:

本文基于密度泛函的第一性原理,并引入范德瓦耳斯力修正,研究了单层二硫化钼2H,1T, ZT三种相的电学性质及相变原理。首先通过结构弛豫确定了三种相的几何结构,能带和态密度计算证实1T相具有金属性质, ZT相具有半导体性质,带隙为0。01 eV。然后结合变形势理论计算了2H和ZT相的迁移率, ZT相的迁移率高达104 cm2·V-1·s-1,进一步拓展了单层二硫化钼的应用范围。最后通过对比三种相吸附锂原子结合能,计算2H-1T相变能量曲线,解释了引起二硫化钼相变的原因。本文的研究结果将对单层二硫化钼实验制备表征以及相关光电器件性能分析提供重要参考。

英文摘要:

Using first principles calculations within density functional theory, we investigate multiphase property and phase transition of monolayer MoS2. All the quantities are calculated using the Vienna ab initio simulation package. Calcula-tions are performed within the generalized gradient approximation with van der Waals corrections (optimized Perdew-Burke-Ernzerhof-vdW). The cutoff energy of plane-wave is set to be 400 eV. The atomic plane and its neighboring image are separated by a 15 - vacuum layer. The k-meshes for the structure relaxation and post analysis are 11 × 11 × 1 and 19 × 19 × 1 respectively. 〈br〉 Firstly, we obtain the geometry configurations of 2H-MoS2, 1T-MoS2 and ZT-MoS2 phases through structure re-laxing. The lattice constants of 2H-MoS2 are a=3.190 - and b=5.524 -, and total energy is-39.83 eV which means that it is the most stable phase. The lattice constants of 1T-MoS2 are a=3.191 - and b=5.528 -, and total energy is-38.21 eV, which means that it is the most unstable phase. Both 2H-MoS2 and 1T-MoS2 have a three-layer structure with two S layers sandwiching one Mo layer. The difference of 1T-MoS2 from the 2H-MoS2 is the upper S layer shifting. The ZT-MoS2 derives from 1T-MoS2 through lattice distortion. The lattice constants of ZT-MoS2 are a = 3.185 - and b = 5.725 -, and total energy is -38.80 eV. The total energy determines the following stability order of three phases: 2H-MoS2〉ZT-MoS2〉1T-MoS2. Our computed results agree well with the other computed and experimental results. Band structure and density of states confirm that 1T-MoS2 is metallic and ZT-MoS2 is semiconducting. But the bandgap of ZT-MoS2 phase is only 0.01 eV. Then we compute the intrinsic carrier mobility values of 2H-MoS2 and ZT-MoS2 at 300 K with the deformation potential theory. The carrier mobility of 2H-MoS2 is between 100 cm2·V-1·s-1 and 400 cm2·V-1·s-1. Owing to ZT-MoS2 carrier effective mass decreasing obviously, the carrier mobility of ZT phase rises to 104 cm2·V-1·s-1. The

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期刊信息
  • 《物理学报》
  • 北大核心期刊(2011版)
  • 主管单位:中国科学院
  • 主办单位:中国物理学会 中国科学院物理研究所
  • 主编:欧阳钟灿
  • 地址:北京603信箱(中国科学院物理研究所)
  • 邮编:100190
  • 邮箱:apsoffice@iphy.ac.cn
  • 电话:010-82649026
  • 国际标准刊号:ISSN:1000-3290
  • 国内统一刊号:ISSN:11-1958/O4
  • 邮发代号:2-425
  • 获奖情况:
  • 1999年首届国家期刊奖,2000年中科院优秀期刊特等奖,2001年科技期刊最高方阵队双高期刊居中国期刊第12位
  • 国内外数据库收录:
  • 美国化学文摘(网络版),荷兰文摘与引文数据库,美国工程索引,美国科学引文索引(扩展库),英国科学文摘数据库,日本日本科学技术振兴机构数据库,中国中国科技核心期刊,中国北大核心期刊(2004版),中国北大核心期刊(2008版),中国北大核心期刊(2011版),中国北大核心期刊(2014版),中国北大核心期刊(2000版)
  • 被引量:49876