量子尺寸效應(yīng)對納米材料物理性質(zhì)的影響

量子尺寸效應(yīng)對納米材料物理性質(zhì)的影響專 業(yè): 物理學(xué)（師范類）班 級：12物理姓 名：李德朋指導(dǎo)教師：張會目 錄引言31 研究方法52 討論82.1 二硫化鉬PBE泛函82.2 MoS2和WS2N層板坯直接和間接帶隙103 一維二硫化鉬性能154 一維MoS2納米帶164.1 一維MoS2特性164.2 彈性性質(zhì)的力學(xué)性能184.3氫的直接帶隙變化飽和納米帶204.4 探討扶手椅型納米帶24結(jié)論27致謝28參考文獻29沈陽大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）摘 要塊狀二硫化鉬，一個典型的層狀過渡金屬二硫?qū)倩?，是一種間接帶隙半導(dǎo)體。降低其平板厚度為單層，二硫化鉬轉(zhuǎn)變成直接禁帶半導(dǎo)體。我們支持通過第一原理計算，本實驗觀察表明，量子約束在分層d電子二硫?qū)倩飳?dǎo)致了電子結(jié)構(gòu)的協(xié)調(diào)。我們進一步研究的相關(guān)T納米層（T = 鎢，錸，鈮）的屬性，并表明，該拓撲異構(gòu)體WS2表現(xiàn)出類似的電子性質(zhì)，而NbS2和RES2保持板坯厚度的金屬獨立性。獨特的蜂窩軌道對稱性的基礎(chǔ)上的二維（二維）單六邊形結(jié)構(gòu)的不尋常的性質(zhì)，如石墨烯，硅烯和組IIIIV二元化合物。此外， 準(zhǔn)一維納米帶和使這些二維層添加了有趣的電子和磁特性，預(yù)計將在納米技術(shù)中產(chǎn)生重要的未來應(yīng)用。最近，二硫化鉬板蜂窩結(jié)構(gòu)、性質(zhì)2H-二硫化鉬，及其納米帶一直是理論研究中的一個活躍的研究課題。在本文中，我們提出了優(yōu)化的原子結(jié)構(gòu)和聲子譜的系統(tǒng)的理論研究， 機械，電子，扶手椅型磁性（a-mos2nr）和鋸齒型（z-mos2nr）納米帶。我們的研究揭示了有趣的結(jié)果，這是這些納米帶的進一步研究和應(yīng)用的重要。關(guān)鍵詞：TS（T = 鎢，錸，鈮）；量子尺寸效應(yīng)；納米層AbstractBulk MoS2, a prototypical layered transition-metal dichalcogenide, is an indirect band gap semiconductor. Reducing its slab thickness to a monolayer, MoS2 undergoes a transition to the direct band semiconductor. We support this experimental observation by first-principle calculations and show that quantum confinement in layered d-electron dichalcogenides results in tuning the electronic structure. We further studied the properties of related TS2 nanolayers (T = W, Nb, Re) and show that the isotopological WS2 exhibits similar electronic properties, while NbS2 and ReS2 remain metallic independent of the slab thickness.Unique honeycomb orbital symmetry underlies the unusualproperties of two-dimensional (2D) single hexagonal structures, such as graphene, silicene and group III-IV binary com-pounds. Moreover, quasi 1D nanoribbons and akes of these 2D layers have added interesting electronic and magnetic properties,which are expected to give rise to important future applications in nanotechnologyRecently, 2D suspended single layer mo- lybdenum disulde, MoS2 sheets with honeycomb structure haveVarious properties of 2H-MoS2, 1H-MoS2, and its nanoribbons have been an active subject of theoretical studies.In this paper, we present our systematic theoretical investigation of optimized atomic structure and phonon spectrum, mechanical, electronic, magnetic properties of armchair (A-MoS2NR) and zigzag (Z-MoS2NR) nanoribbons. Our study reveals interesting results, which are important for further study and applications of these nanoribbons.Keywords:TS（T = Wu，Re，Nb）；Nuantum；Nanosheet引 言在過去的四十年里，人們從試驗和理論中廣泛地研究了T X2式 (T =鉬、鎢 、 鈮、 錸、 鈦、鉭等，X=硫、硒、碲等)分層過渡金屬二硫化物(LTMDCs)。二硫化鉬是一種典型的LTMDC,是由二維SMoS薄片（堆疊在另一薄片上）所構(gòu)成的。每個薄片都是三層結(jié)構(gòu)，中間有一個鉬原子，與位于上、下層的6個硫原子組成共價鍵。相鄰的SMoS薄片之間的鍵合更弱，而且它們是通過較弱的（導(dǎo)致類似二硫化鉬的二維特性）隔層鍵來支持的。因薄片之間的較弱作用力及LTMDC的各向異性特征，即使在高壓的情況下，切斷也是比較容易的，這促進了它在潤滑方面的應(yīng)用。其他應(yīng)用（如催化劑、光電子以及太陽光電）都被提出和研究過。.最近，我們以二氧化鉿作柵級絕緣層，使用單層的二硫化鉬來實現(xiàn)場效晶體管 。這種晶體管的室溫電流開/關(guān)比率超過1 108且遷移率可與薄硅晶片或石墨烯納米帶的遷移率相媲美?，F(xiàn)今，可通過液體剝落物等來生產(chǎn)二維層狀材料薄片，這在Coleman等人的過渡金屬二硫化物研究中已成功地進行過。之前, 人們使用平面波方法或局部基函數(shù)對各種體積的TMDC以及單層二硫化鉬的電子結(jié)構(gòu)進行過研究（按照從頭計算）。二硫化鉬是其體積形態(tài)中的一種間接帶隙材料，最近被證明壓薄成單層結(jié)構(gòu)后，它會變成一種直接帶隙半導(dǎo)體。因此，層數(shù)不多的二硫化鉬材料的帶隙可以被調(diào)整且因量子尺寸效應(yīng)，它們的價值可以從大容量值（至少500兆電子伏）中轉(zhuǎn)移。在本篇中，我們研究了平板厚度相關(guān)的T S2 式電子特性，在這里T = 鉬、鎢、 錸和鈮。我們利用局部高斯基函數(shù)進行了第一性原理計算，而且與手頭的實驗數(shù)據(jù)和平面波計算進行了比較。結(jié)果表明，間接-直接帶隙的過渡也適用二硫化鎢。二硫化錸和二硫化鈮的帶結(jié)構(gòu)顯示了金屬特性，因此，沒有這類過渡出現(xiàn)。我們可以預(yù)測，對于其他的二硫化物-如二硒化鉬、二硒化鎢、二碲化鉬或二碲化鎢而言，尺寸相關(guān)的帶隙過渡現(xiàn)象也會發(fā)生。該研究正在進行中且將成為我們下次交流的重點。1 研究方法在這項工作中，我們已經(jīng)研究TS2類型的LTMDCs，其中T=鉬，鎢，錸，和鈮。所有的結(jié)構(gòu)具有六邊形對稱性并且屬于P63 /mmc空間群。 ReS2是三斜晶系，但對于直接比較的目的，我們使用六角對稱。單層和聚層是從全面優(yōu)化的主要結(jié)構(gòu)切出（001）表面。層的不同數(shù)目的在這項研究中被認為是：單環(huán)，雙環(huán)，和四層，以及，六，八分層結(jié)構(gòu)。在密度泛函理論（DFT）的基礎(chǔ)上，第一原理計算在CRYSTAL09代碼進行實施。用PBE（Perdew - 伯克Ernzerhof）和PBE的混合泛函方式，采用廣義梯度近似（GGA）對交流和相關(guān)條款進行描述。使用了下列高斯基組：MoSCHAYWSC-311d31Gcora1997鉬原子,Wcora1996鎢原子,NbSCHAYWSC-31d31Gdallolio1996鈮原子,Recora1991for錸原子,andS86-311G*lichanot1993forSatoms。硫族化物的原子被使用全電子基組計算，而對于重元素，被采用的有效芯勢（ECP）的方法。大芯ECP已經(jīng)被選擇的所留下的價電子在金屬部位被明確描述：鉬和鈮的4d和5sp,鎢和錸的5d和6sp。圖1.（彩色線上）TX2類型的層狀過渡-金屬二硫?qū)倩铮═，過渡金屬的原子結(jié)構(gòu); X，硫族化合物）。TX2的不同板片由三個原子層的XT-X組成，其中T和X是共價鍵合。板片是由軟弱夾層連在一起的。表1.在TX2（T =鉬，鎢，鈮，錸; X = S，硒）六角形過渡金屬二硫?qū)倩锏挠嬎愫蛯嶒灳Ц駞?shù)。結(jié)果在DFT / PBE水平獲得。在括號中，由DFT / PBE0能級所獲得的數(shù)據(jù)給出。在CRYSTAL09代碼，在3D和2D結(jié)構(gòu)分別被視為晶體和平板結(jié)構(gòu)，因此，在層的情況下，沒有必要引入真空。使用分析能量梯度相對于擬牛頓方案與Hession更新的BFGS方案相結(jié)合之內(nèi)的原子坐標(biāo)和晶胞參數(shù)進行初步的實驗結(jié)構(gòu)的優(yōu)化。對所有研究的材料最優(yōu)化的晶格參數(shù)在表1中給出。收縮因子為塊狀和層狀結(jié)構(gòu)（k點相稱網(wǎng)格在KS矩陣對角化的倒易空間）被設(shè)置為8，分別導(dǎo)致在50和30 k點的相應(yīng)數(shù)量的不可約布里淵。k點網(wǎng)格是根據(jù)由Monkhorst和Pack。帶結(jié)構(gòu)所提出的方案沿著使用路徑1-M-K-1的高對稱點獲得的。2 討論2.1 二硫化鉬PBE泛函我們已經(jīng)研究TS2層狀結(jié)構(gòu)的電子特性相對于該系統(tǒng)的板坯厚度?？紤]了塊狀結(jié)構(gòu)以及單層和聚層。DFT被廣泛應(yīng)用于固態(tài)物理學(xué)領(lǐng)域，它給出了優(yōu)良的結(jié)構(gòu)參數(shù)（見表I）和電荷分布;然而，通常它并不正確地表示的電子結(jié)構(gòu)。因此，我們推出了兩個不同的交換相關(guān)函數(shù)（PBE和PBE0）專門解決這個問題。圖2表示二硫化鉬，利用PBE泛函和從塊狀到單層的計算。（對于能帶結(jié)構(gòu)的結(jié)果利用PBE0泛函看補充材料。圖2（彩線）塊狀二硫化鉬的能帶結(jié)構(gòu)，其單層，以及，聚層將在DFT/ PBE能級計算。水平虛線表示費米能級。箭頭指示的基本帶隙（直接或間接），用于一個給定的系統(tǒng)。價帶（藍/暗灰色）和導(dǎo)帶（綠色/淺灰色）的底部的頂部被突出顯示。結(jié)果表明，塊狀的MoS2和WS2是間接隙半導(dǎo)體。基本的帶隙來源于從位于1的價帶的最高點過渡到導(dǎo)帶中途的1和K的高對稱點之間的底部。光學(xué)直接帶隙位于K點。當(dāng)層的數(shù)量減少時，基本的間接帶隙增加，在單層中變得很高以至于使材料改變成2D直接帶隙半導(dǎo)體。同時，光直接間隙（在K點）保持幾乎不變（平板厚度的獨立性）并接近一個塊狀系統(tǒng)光直接帶隙（在K點）的值。2.2 MoS2和WS2N層板坯直接和間接帶隙圖3 （彩線）塊狀WS2的能帶結(jié)構(gòu)，其單層，以及，聚層將在DFT/ PBE能級計算。水平虛線表示費米能級。箭頭指示的基本帶隙（直接或間接），用于一個給定的系統(tǒng)。價帶（藍/暗灰色）和導(dǎo)帶（綠色/淺灰色）的底部的頂部被突出顯示。圖4 計算MoS2和WS2N層板坯直接和間接帶隙值。水平實線表示塊狀結(jié)構(gòu)的帶隙。在使用PBE和PBE0函計算的帶隙值有顯著的差異。有在使用PBE和PBE0函計算的帶隙值的顯著差異。塊狀二硫化鉬的基本間接帶隙為1電子伏特和我們的1.2電子伏特的值在PBE水平完全一致，而使用PBE0混合泛函會過度估計約1電子伏特。同樣，WS2的帶隙，以1.35電子伏特的實驗值，在PBE水平是1.3電子伏特和使用PBE0是2.4電子伏特。實驗的直接帶隙（在K點），二硫化鉬和WS2分別是1.74和1.79 eV。我們計算的DFT / PBE二硫化鉬和WS2分別給出了1.8和1.9 eV的值。同樣，PBE0結(jié)果高出約1 eV。利用GGA/ PBE函數(shù)與平面波的方法，塊狀二硫化鉬獲得0.79電子伏特的帶隙。對于相同的系統(tǒng)，已經(jīng)分別獲得1.1和1.70電子伏特的間接和直接帶隙，使用GGA/ PBE和DZP基組。使用Perdew-Wang交換相關(guān)的函數(shù)和自洽贗勢，Arora等人獲得1.32電子伏特的間接帶隙對于塊狀WS2。減少層的數(shù)量會導(dǎo)致在間接間隙逐步移位到1.9和2.1電子伏特，分別用于MoS2和WS2。間接隙能量的變化比直接帶隙（在K點）顯著變大，增加了約0.1電子伏特。相似的結(jié)果，對于二硫化鉬由Mak等人發(fā)現(xiàn)。塊狀結(jié)構(gòu)的帶隙是在近紅外范圍內(nèi)。在該材料中減少單層的數(shù)目只是幾個層引起的吸收特征的藍移并移動帶隙到可見光的范圍內(nèi)。這些材料可以是，因此，光電是有趣的。二硫化鉬和WS2這些不尋常的電子結(jié)構(gòu)，和來自支配的價帶和導(dǎo)帶的d電子軌道（參見硫化鉬圖5）的光學(xué)特性。TS2的狀態(tài)（PDOS）的投影密度表明，硫原子的p-狀態(tài)與在價帶的頂部和導(dǎo)帶的底部的過渡金屬原子的d狀態(tài)雜交。核心狀態(tài)由硫族化物原子的s軌道為主。圖5 （彩線）作為DFT/ PBE計算的塊狀二硫化鉬及其單層的狀態(tài)的部分密度。 Mo和S原子的突起與來自于鉬和S的4d和3P軌道的貢獻一起給出。垂直虛線表示費米能級。我們還研究了鈮和錸的二硫化物量子約束的作用，如果他們的帶隙可通過改變材料的板厚來調(diào)整。NbS2和RES2（參照圖6）的電子能帶結(jié)構(gòu)是從上面討論的那些是不同的，特別是接近費米能級。雖然所有的研究硫化物異拓撲，所述的NbS2和RES2礦物質(zhì)具有獨立的層數(shù)的金屬性質(zhì)。NbS2的金屬性質(zhì)來自4dz2軌道半滿，導(dǎo)致了一個帶跨越了在布里淵區(qū)的幾個點的費米能級。在費米能級帶的主要來源是這些4D-軌道，在單層和其他左右態(tài)分開。圖6 （彩線）塊狀NbS2和ReS2的能帶結(jié)構(gòu)，它們的單層，以及，聚層將在DFT/ PBE能級計算。水平虛線表示費米能級。ReS2的結(jié)構(gòu)研究在這里是相同的對稱性，就像所有的其它的LTMDCs，盡管實驗獲得的材料是三斜晶系。ReS2每個金屬原子比二硫化鉬多一個電子，具有類似于的NbS2金屬性質(zhì)。跨越費米能級的帶來自錸原子的5D-軌道，不像NbS2，即使在單層中，該頻帶也不分離，費米能級附近的電子結(jié)構(gòu)通過硫3P和錸5d能帶復(fù)雜短程相互作用確定。對于兩者，NbS2和RES2的塊狀電子結(jié)構(gòu)可通過這些化合物的單層相類似。3 一維二硫化鉬性能為了比較，我們先淺談1h- MoS2計算用于準(zhǔn)一維納米帶相同的性能參數(shù). 單層二硫化鉬結(jié)構(gòu)由單原子Mo平面具有二維六角形晶格，這是夾在兩個原子的平面具有相同的二維六角形晶格之間。MoS2占據(jù)交替的蜂窩結(jié)構(gòu)的六邊形的角落。等高線圖計算的電荷密度和分電荷密度等值面澄清結(jié)構(gòu)MoS2層的電荷分布。從鉬原子轉(zhuǎn)移到電子的電荷，使每個原子周圍的0.205個電子的電荷量增加.這種情況意味著1h- MoS2可以被看作是一個帶正電的Mo面的兩個帶負電荷的原子面，這就是為什么以二硫化鉬結(jié)構(gòu)良好的研究對象的主要原因。對1h- MoS2結(jié)合能計算為15.55 eV的使用GGA爪. 結(jié)構(gòu)優(yōu)化，得到六方晶格常數(shù)，a = 3.20 ，內(nèi)部結(jié)構(gòu)參數(shù)，如在Mo鍵距和S原子dmo-s = 2.42，之間的距離兩個S原子在每個角落ds-s = 3.13，和鉬硫債券s-mo-s = 80.69o之間的角度。單層1h- MoS2基態(tài)是非磁性半導(dǎo)體具有1.58 eV的直接帶隙。價的上部和下部導(dǎo)帶的為主的成鍵和反鍵軌道m(xù)o-4d和s-3p。4 一維MoS2納米帶4.1 一維MoS2特性二維1h- MoS2能保持其物理性質(zhì)的關(guān)系，當(dāng)它的大小是大。然而，一個小的電子帶可以顯示不同的電子結(jié)構(gòu)和磁性。特別是，邊緣原子可能影響物理性能。邊緣原子的氫原子鈍化結(jié)果也不能改變納米帶的性質(zhì)。圖7.計算聲子頻率。(k)裸的MoS2納米帶扶手椅w=17.75orn=12(原始結(jié)構(gòu)中有36個原子)利用小位移法在布里淵區(qū)的對稱方向(SDM)。和相應(yīng)的態(tài)密度(DOS)。在這方面，一個扶手椅型（a-mos2nr）或鋸齒形（z-mos2nr）納米帶的1h- MoS2可以顯示更有趣的電子和磁特性。我們認為，光禿禿的，以及氫飽和的扶手椅型和鋸齒型納米帶。這些納米帶是寬或晶胞中的MoS2基礎(chǔ)數(shù)。我們把扶手椅納米帶n = 12，n = 6鋸齒型為原型。原子與原子之間的距離，dmo-s取決于位置的絲帶。 例如 n = 12，而在納米帶的中心，dMo-S =2.42 ，and dS-S = 3.13 ，在納米帶的邊緣，他們的變化 dMo-S = 2.56 和 dS-S = 3.27 . 在帶中心的晶格參數(shù)達到相同的價觀，1h- MoS2。平均結(jié)合能的氫原子鈍化Mo、S原子在納米帶的邊緣是EB = 3.64 eV。 對Mo-h和S-H鍵長有1.70學(xué)齡，分別。在邊緣的原子間距離的計算為3.27。聲子的計算，穩(wěn)定性和彈性性質(zhì)。而結(jié)構(gòu)優(yōu)化通過能量最小化收益是否一個給定的條帶是穩(wěn)定的指示，通過聲子的計算，可以實現(xiàn)一個嚴(yán)格的測試的穩(wěn)定性。如果特定的聲子模式的計算頻率是虛構(gòu)的，結(jié)構(gòu)變得不穩(wěn)定，在BZ的相應(yīng)的k波矢。 在這里，我們提出一個粒子為納米帶的穩(wěn)定性試驗，由此我們計算在n = 12的裸露的納米帶的聲子頻率。計算出的聲子分支和相應(yīng)的態(tài)密度（密度）在圖7。 出平面（ZA）拋物線色散和第四聲學(xué)分支（或扭曲模式）特性得到的納米帶。早些時候， 扭轉(zhuǎn)模式的分支被發(fā)現(xiàn)在MoS2納米管。類似的扭曲模式也計算對于氧化鋅納米帶。DOS下的納米帶的整體形狀類似于二維MoS2片，除了光學(xué)和聲學(xué)分支之間的差距是減少由于邊緣聲子態(tài)。出于同樣的原因，額外的峰出現(xiàn)在波段連續(xù)邊緣平聲子分支模式。具有正的頻率模式表明，裸椅納諾- ibbon MoS2與N = 12是穩(wěn)定的。它還預(yù)計，在n12穩(wěn)定其他裸帶。圖8(a)裸a-mos2nr有n = 12和寬度W = 17.75能帶結(jié)構(gòu)。帶隙被遮蔽，而能量的零點被設(shè)置在費米能級。在右邊，在價帶邊的傳導(dǎo)情況C態(tài)電荷密度等值面顯示。（乙）薩我的一部分，但在文本中所描述的原子的原子是飽和的。大（紫色），中（黃），?。ㄋ{）球是鉬，和氫原子，分別。短而黑箭頭表示的不同軸的方向。在單位細胞的原子總數(shù)是印度了。4.2 彈性性質(zhì)的力學(xué)性能在論證了納米帶的穩(wěn)定性，接下來，我們通過計算的彈性性質(zhì)的力學(xué)性能。目前，蜂窩結(jié)構(gòu)在張力下的行為一直是當(dāng)前研究的一個課題。而1h- MoS2具有蜂窩結(jié)構(gòu)，它的原子濃度配置和鍵合原子顯著地不同于石墨烯。 因此， z-MoS2nrs對應(yīng)變的響應(yīng)將是二維不同石墨烯。它的準(zhǔn)一維MoS2納米帶的彈性性能進行檢查，通過變化與應(yīng)用總能量、應(yīng)變。一般來說，納米帶的變化在彈性變形范圍內(nèi)的單軸拉伸下的電子和磁特性。 這里我們提出a-MoS2nr和z-MoS2nr在彈性范圍內(nèi)的應(yīng)變響應(yīng)。納米力學(xué)裸露a-MoS2nr N = 12，n = 6 z-MoS2nr通過計算力學(xué)性能沿色帶軸應(yīng)變的響應(yīng)研究。 讓更多的變分自由與重建，這些該段使用周期性邊界條件在超級單體幾何處理和自旋極化進行了計算。每一個超級單體，共有108個原子，分別包含三個單元電池，扶手椅和六個單元電池的鋸齒狀納米帶。色帶的伸縮是由C增加平衡晶格常數(shù)C0的實現(xiàn)，達到軸向應(yīng)變=C/C0。我們在每一個增量的應(yīng)變優(yōu)化的原子結(jié)構(gòu)，= 0.01計算總能量下的應(yīng)變等（）。然后，應(yīng)變能通過，ES = ET（）ET（= 0）；即在一個給定的應(yīng)變減去零總應(yīng)變能的總能量。拉力力，F(xiàn)T = -ES（）/C和力常數(shù)=二/C2從應(yīng)變能得到。 由于歧義的寧蜂窩結(jié)構(gòu)的楊氏模量，一個可以使用平面STI性C =（1 /（A0）二/2）在超級單體的平衡方面，A0。平面內(nèi)的STI性可以推導(dǎo)出de寧EO有效寬度的絲帶。同時，z-MoS2nr六邊形對稱性不離，但整體蜂窩狀結(jié)構(gòu)保持在彈性范圍內(nèi)。然而，拉伸的絲帶可以返回到它的原始幾何時，張力釋放。在諧波范圍的力常數(shù)的計算是= 116.39 N / m和92.38 N / m a-mos2有n = 12和n = 6 z-MoS2nr，物性。同樣，計算平面內(nèi)的STI尼斯的絲帶是C = 108.47和103.71 N / m，分別。二者之間的價值和鋸齒狀納米帶的發(fā)生是由于二維和邊緣方向不同。作為納米帶的寬度去統(tǒng)一這兩個值將收斂到一個單一的價值。計算值小于C = 292和239 N / m計算石墨和BN蜂窩扶手椅納米帶的價值。然而，計算和C的值表明1h-MoS2強度。應(yīng)該指出的是，是n近似成正比， 但是，碳是獨立于大量的N。小偏差產(chǎn)生的邊緣EO方面。適用于塑性變形范圍內(nèi)的原子結(jié)構(gòu)的帶狀結(jié)構(gòu)的變化，從而使均勻的蜂窩結(jié)構(gòu)被破壞。在第一分布點應(yīng)變能突然下落，其中帶發(fā)生不可逆的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變。是超過屈服點帶恢復(fù)并開始直到下產(chǎn)生的彈性變形。因此，其總能量和原子結(jié)構(gòu)的納米帶表現(xiàn)出連續(xù)的拉伸彈性和屈服階段的變化。電子和磁特性。類似單層1h- MoS2，其納米帶（a-MoS2nr）是半導(dǎo)體。 光禿禿的a-MoS2nr是磁性的，直接帶隙半導(dǎo)體。在氫終止的邊緣，帶隙增大。 直接帶隙也顯示了變化， 像石墨烯nanorib 的行為。然而,與石墨烯納米帶， 對a-MoS2nr的帶隙不與它的寬度W或N明顯不同窄椅n7 CAL計算值的帶隙較寬的帶帶由于量子限制效應(yīng)。與氮的變化是一致的由李等計算。4.3氫的直接帶隙變化飽和納米帶圖9氫的直接帶隙變化飽和納米帶，每個S原子是由一個氫原子鈍化。電子能帶結(jié)構(gòu)和特殊態(tài)電荷密度的詳細研究裸a-MoS2nr N = 12在圖9。邊緣的狀態(tài)，這是由mo-4d和s-3p軌道和電荷集中在納米帶的形式邊緣帶位于1H大帶隙的二硫化鉬。因為這些邊緣國家，裸露的扶手椅納米帶的帶隙較小，1h- MoS2。每一個氫原子在邊上的每個原子的終止時，由一個氫原子，t他部分的邊緣狀態(tài)被丟棄，從而帶隙略有增加。如圖2b中看到，剩余的邊緣狀態(tài)繼續(xù)確定色帶的帶隙。即使這些波段的變化特征，他們的收費繼續(xù)位于附近的邊緣。圖10。原子能的裸露和氫鍵結(jié)構(gòu)的飽和鋸齒型納米帶z-MoS2nr有n = 6 MoS2依據(jù)原始單元。頂部和側(cè)面的原子結(jié)構(gòu)與二維差異的自旋和自旋向下的收費，F(xiàn) = Fv- FV;, 通過黃光綠/黑絲帶的等值面。不過，氫飽和帶隙。等值面值為10-3電子每3.armchair帶仍然是小于二維1h-MoS2。此外，我們研究了氫飽和的扶手椅納米帶的帶隙的變化作為一個功能的N.如圖10所示，N E 7值的帶隙較大由于量子控制在EO等，但對于N G 7他們往往振蕩顯示家庭般的行為。 這些振蕩跟隨那些發(fā)現(xiàn)裸露的扶手椅納米帶。所有的計算a-MoS2nr是直接帶隙半導(dǎo)體。相反，a- MoS2nr，光禿禿的鋸齒型z- MoS2nr是自旋極化的金屬。在這里，我們考慮z- MoS2nr N = 6為原型。在圖10中，它表明，這種納米帶的邊緣原子經(jīng)過（21）由0.75 eV降低其總能量重建。有趣的是，由于重建方法，光禿禿的z- MoS2nr是一個整數(shù)磁矩原始細胞半金屬， 即= 2B.因此，ibbon的納諾-金屬多數(shù)（自旋）的隊列，但半導(dǎo)體少數(shù)（自旋向下）與0.50 eV的間接帶隙的隊列。我們檢查保持n = 5是光禿禿的z- MoS2nr半金屬態(tài)， 和 n = 8。半金屬是有趣的自旋電子材料和被揭露RST在三維晶體。最近，不同的納米結(jié)構(gòu)，如碳和硅原子nanowires過渡金屬compounds鏈顯示半金屬特性。半金屬性的財產(chǎn)被破壞后的邊緣原子的飽和氫。磁矩的絲帶和在費米能級的自旋態(tài)密度取決于鉬的原子在色帶的邊緣通過氫鈍化。 區(qū)別氫鈍化的不同，導(dǎo)致二維不同的磁矩，如圖10所示。 隨著數(shù)量的增加鈍化氫原子的數(shù)目（21）與晶格常數(shù)2a單元劃定。大（紫色），中等（黃色）和小（藍色）的球是莫，和氫原子。零的能量被設(shè)置在費米能級上，用虛線表示的綠色/暗紋。固體（藍色）和虛線（紅色）線顯示自旋向上和自旋向下的能量帶，分別。（a）裸z- MoS2nr具有= 2B細胞顯示每半金屬特性。（b）自旋極化的基態(tài)z- MoS2nr有一邊Mo原子和其他原子的底部都是由單個的氫鈍化。（C）相似的B部分，但Mo原子是由兩個氫原子鈍化。（d）類似于C部分，但最高的原子在另一邊也由單個氫原子鈍化。每一種情況下的凈磁矩表示在相應(yīng)的帶板下方。用雙細胞計算帶。小箭頭指示的納米帶沿z軸方向。在超級計算總原子數(shù)表示每個案例。穿越費米能級的帶減少。但是自旋極化相對較高， 如果每個S原子在一個邊緣鈍化的單個氫原子和每個Mo在其他邊緣原子通過雙氫鈍化。有趣的是，在圖4d后納米帶是金屬和半金屬一個自旋方向相反的自旋方向。二維不同自旋極化的二維發(fā)現(xiàn)不同自旋方向可以在自旋電子學(xué)的應(yīng)用潛力的納米結(jié)構(gòu)。檢查電子性質(zhì)的扶手椅型和鋸齒型MoS2納米帶在DFT使用vasp和磁。他們發(fā)現(xiàn)，扶手椅納米帶的磁性半導(dǎo)體，直接帶隙與N成0.56 eV的N F變化。他們不考慮原子的氫鈍化。他們還指出，凈磁矩值可以改變，但鋸齒型石墨帶鐵磁態(tài)甚至后H通保持邊緣原子而。門德茲等。研究表明這些扶手椅納米帶和納米帶的金屬，有一個凈磁矩，但他們改變半導(dǎo)體的邊緣原子氫鈍化后輸送。 他們的計算，表明在光禿禿的扶手椅納米帶的情況，磁州是積極有利的14 MeV和H-飽和鋸齒型反鐵磁態(tài)是有利的15 MeV相對于鐵磁態(tài)。這些結(jié)果與已有的研究結(jié)果不一致，以及與那些Li等人。通常，光禿禿的，守舊的鋸齒型有相當(dāng)大的電偶極矩方向從邊緣只有負電荷的原子向另一邊只有積極CH促Mo原子。偶極矩的計算55.4 E每有n = 6 z- MoS2nr細胞，但它降低到0.07在邊緣重建。目前的研究結(jié)果表明，邊緣重建應(yīng)妥善處理，揭示了半金屬狀態(tài)，并估計正確的偶極矩。圖11。對結(jié)構(gòu)優(yōu)化后得到的原子可能的吸附構(gòu)型示意圖頂部和側(cè)視圖。原子，Mo，S代表紅（大黑），紫色（中灰色），和黃（小）的球，分別。側(cè)面闡明ES原子從鉬的原子平面的高度。在每一個可能的吸附幾何，在左下方的入口指示在原子最初放。所有的網(wǎng)站與吸附到裸椅相關(guān)的幾何形狀（n = 12）納米帶（NR）。計算了超幾何在一個單一的原子吸附在每三個單元。在超級原子總數(shù)為109。在之間可能的吸附構(gòu)型（原子最初放在裸露的扶手椅NR的內(nèi)邊緣）和nroe（原子最初放在裸露的扶手椅NR的外緣）。原子表示在每一個可能的吸附幾何較低的權(quán)利的一部分對應(yīng)于那些在結(jié)構(gòu)優(yōu)化時，放寬了這一特殊的幾何結(jié)構(gòu)。雜質(zhì)和缺陷的MoS2納米帶。MoS2納米帶有趣的性質(zhì)，揭示以上可以通過原子吸附改性（或摻雜）和空位缺陷的產(chǎn)生。 早些時候，對CO的吸附在表面的純1h- MoS2利用DFT。同樣，芳香共軛研究了化合物對MoS2。類似石墨烯及其納米帶，不僅原子也可以導(dǎo)致缺陷產(chǎn)生重要影響。4.4 探討扶手椅型納米帶在這里，我們重新考慮我們的原型的扶手椅納米帶和探討C，O吸附，公司C是其他蜂窩結(jié)構(gòu)進行了廣泛的研究；吸附O預(yù)計結(jié)果在重要的變化，由于其高電負性。另一方面，作為一個過渡金屬原子，預(yù)計將屬性的磁特性。在超級單體幾何，一個單原子吸附在每三單位細胞，導(dǎo)致16.60吸附原子的距離。我們發(fā)現(xiàn)，納米帶的邊緣吸附的活性位點和大力更有利的相對于納米帶的中心。如圖11所述，廣告-原子吸附在內(nèi)部（之間）和邊緣外的部分（nroe）的扶手椅納米帶導(dǎo)致邊緣的重建和納米帶形成強大的債券。在表2，我們目前所有相關(guān)的數(shù)據(jù)，我們計算得到的a- MoS2nr原子吸附。 高度的原子從鉬或s-planes計算平均高度的Mo和S原子在相應(yīng)的平面。結(jié)合能，EB計算EB = EADea- MoS2 -a- MoS2 EAD。在這里，EAD是自由原子在同參數(shù)同超級計算基態(tài)能量； EA MOS是納米帶和EADa- MoS2總能量是原子a- MoS2nr復(fù)合體的能量。在不同的FB費用，使用Bader分析計算。吸附原子的過剩電荷的電荷的原子獲得減去，F(xiàn)B從原子ZA價電荷，即F* = ZA - FB. 因此F* 0 意味著多余的電子在原子的網(wǎng)站。這里的原子os2nr復(fù)雜達到凈磁矩過渡金屬原子的吸附后，吸附的碳和氧不引起任何自旋極化的所有吸附幾何。吸附后吸附在O的電負性最高，具有最高的過剩電荷；在兩個吸附幾何體中也帶負電荷。 公司具有電負性原子比的納米帶兩組成原子的正電荷。減少和消滅電荷從吸附結(jié)果在一個小的偶極矩在Y方向，這是正常的色帶。由于吸附原子的相互作用是阻礙由于大超級尺寸，局域態(tài)形成在超級單體幾何帶。C和O的局域態(tài)深在價帶通常是由于他們的低能量2S態(tài)。CO吸附原子的局域態(tài)來源于3d軌道。表2。吸附在裸露的扶手椅的MoS2納米帶在原始單元內(nèi)堂有n = 12二硫化鉬原子計算值單位atomsitehMo()hS()dMo()dS()Eb(eV)T(B)F* (e)(eV)CNRIE-10.630.951.951.815.69NM-0.675.60NROE-1-0.011.552.001.796.35NM-0.565.43ONROE-20.001.561.723.566.67NM-0.735.64CoNRIE-20.111.452.402.154.811.000.225.42NROE-1-0.021.552.322.174.440.850.265.19在計算晶胞由三個原始細胞，有二維不同的吸附位點（圖11中描述的每一個原子）。只有一個積極的結(jié)合能的位置重新顯示。關(guān)鍵詞：HMO，從鉬層原子的高度； HS，從最近的原子層高度；DMO，吸附原子距離最近的莫；DS，吸附原子的距離最近；EB，吸附原子的結(jié)合能；T，玻爾磁子B每晶胞磁矩；F *，在原子的過剩電荷（負的跡象表明過量的電子），光電閾值（功函數(shù)）；對偶極矩分別計算在X-射線、和方向上。納米帶是在（x，y）面沿x方向。EI、局域態(tài)引起的原子能量。局域態(tài)的測量從頂部的電子伏的價帶。T他住的是大膽的數(shù)字和他們的自旋排列表明用V或V州沒有表明自旋排列是非磁性。表3?？杖钡哪芰坑嬎汶妱悠嚕‥V），磁矩（在B）五二不同類型的缺陷，Mo、MoS、二硫化鉬、S、S2 a-mos2nr和z-MoS2nraMo(EV-)MoS(EV-)MoS2(EV-)S(EV-)S2(EV-)A-MoS2NR16.92-NM17.47-NM22.94-2.005.82-NM11.55-NMEi0.09,0.11,0.35,0.480.11,0.40,0.490.02v,0.03V,0.33V,0.34V,0.50v-Z-MoS2NR15.78-8.0616.41-8.6622.02-8.675.09-8.6110.77-8.31a nm代表凈= 0非磁性狀態(tài)，在a- MoS2nr禁帶中的局域態(tài)的能量。 局域態(tài)的測量從頂部的電子伏的價帶。被占領(lǐng)的表示由大膽的數(shù)字和它們的自旋對齊表示由五伏或V。非磁性狀態(tài)沒有自旋的路線。我們注意到，此前，he等人發(fā)現(xiàn)最低C原子能量的吸附位置是在頂部的Mo原子和氧原子吸附單層MoS2以上的原子頂位。然而，MoS2在納米帶邊緣原子吸附產(chǎn)生的性質(zhì)不同于那些在1h- MoS2軌道的性質(zhì)。在mos2nr空位缺陷，我們研究了空位缺陷的五種不同類型，即s-vacancy，MoS2特別二硫化鉬三空位的凈磁矩的出現(xiàn)彌補鋸齒狀，MoS2 NR出現(xiàn)凈磁矩的8.67B每超邊磁化。結(jié) 論GGA-DFT（PBE）和混合函數(shù)（PBE0）而言，我們已經(jīng)研究了在TS2形式的過渡金屬二硫?qū)倩?。前者被發(fā)現(xiàn)與塊狀相小于0.1電子伏特范圍內(nèi)的帶隙的實驗結(jié)果相匹配，而PBE0高估了1電子伏特的帶隙，但在其他方面給了非常相似的帶結(jié)構(gòu)。在PBE級，對于二硫化鉬，我們的DFT，支持了最近Splendiani等的結(jié)果：將材料從一個間接半導(dǎo)體到在單層直接半導(dǎo)體在體相中改變其電子特性，這是一個有趣的現(xiàn)象與潛在的應(yīng)用光學(xué)裝置。我們表明