過渡金屬二硒化物的相變性質(zhì)

過渡金屬二硒化物的相變性質(zhì)

1目錄

第一部分二硒化物的結(jié)構(gòu)特點和相變類型......................................2

第二部分激光誘導相變的機制和動力學........................................4

第三部分應(yīng)力誘導相變的機制和薄膜弛豫......................................6

第四部分幾何位阻對相變的調(diào)控作用..........................................8

第五部分電化學插層對相變性質(zhì)的影響........................................II

第六部分光電子器件中相變的調(diào)控和應(yīng)用.....................................14

第七部分相變熱力學和動力學模擬方法.......................................16

第八部分二硒化物相變性質(zhì)的發(fā)展展望.......................................20

第一部分二硒化物的結(jié)構(gòu)特點和相變類型

關(guān)鍵詞關(guān)鍵要點

二硒化物的結(jié)構(gòu)特點

1.層狀結(jié)構(gòu)：二硒化物具有由硒-金屬-硒三明治層堆疊形

成的層狀結(jié)構(gòu)，層與層之間通過范德華力結(jié)合。這種結(jié)構(gòu)使

得二硒化物具有優(yōu)異的各向異性、機械強度和導電性。

2.多種晶型：不同的二硒化物具有不同的晶型.包括六方

相(2H)、立方相(3R)和四方相(4H)o不同晶型之間的結(jié)

構(gòu)差異影響著材料的電學和光學性質(zhì)。

3.可調(diào)帶隙：二硒化物的帶隙可以通過調(diào)制層數(shù)、合金化

或引入缺陷來調(diào)節(jié)。這使得二硒化物在光電器件、光催化和

能量存儲等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用潛力。

二硒化物的相變類型

1.結(jié)構(gòu)相變：二硒化物可以發(fā)生層內(nèi)相變和層間相變。層

內(nèi)相變涉及硒原子在三明治層內(nèi)的重新排列，而層間相變

涉及層與層之間的相對位移。

2.電荷密度波相變：當二硒化物摻雜或暴露在強電場或光

照下時，可能會發(fā)生電荷密度波相變。電荷密度波的形戌導

致材料的導電性和光學性質(zhì)發(fā)生變化。

3.超導相變：某些二硒化物，如二硫化鎘，在摻雜或施加

壓力時可以發(fā)生超導相變。超導相變使材料表現(xiàn)出零弓阻

和完美的抗磁性。

二硒化物的結(jié)構(gòu)特點

二硒化物(MX₂)是一類重要的過渡金屬化合物，其化學

式為MX₂,其中M為過渡金屬原子，X為硫或硒原子。

二硒化物具有層狀結(jié)構(gòu)，由共價鍵結(jié)合的MX〈sub>6〈/sub>八面體層

組成。八面體層通過較弱的范德華力相互作用堆疊在一起。

這種層狀結(jié)構(gòu)賦予了二硒化物獨特的物理和化學性質(zhì)。例如，二硒化

物具有高電導率、光吸收性強以及優(yōu)異的潤滑性。這些性質(zhì)使其在電

子學、光電子學和摩擦學等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。

相變類型

二硒化物可以發(fā)生多種類型的相變，包括：

1.電荷密度波(CDW)相變

CDN相變是一種電子相變，其中電子在晶格中形成波狀排列，導致晶

格的畸變。CDW相變與金屬-半導體相變密切相關(guān)，其中材料從導電

狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榻^緣狀態(tài)。

2.層狀-層狀相變

層狀-層狀相變是一種晶體結(jié)構(gòu)相變，其中二硒化物的層狀結(jié)構(gòu)發(fā)生

重排。這種相變通常與材料的電子和磁性性質(zhì)的變化有關(guān)。

3.金屬-絕緣體相變

金屬-絕緣體相變是一種電子相變，其中材料從導電狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榻^緣

狀態(tài)。這種相變通常與CDW相變或?qū)訝?層狀相變有關(guān)。

4.磁性相變

磁性相變是一種磁性性質(zhì)的相變，其中材料的磁序發(fā)生改變。二硒化

物可以表現(xiàn)出各種類型的磁性相變，包括鐵磁性、反鐵磁性和順磁性。

影響相變的因素

二硒化物的相變性質(zhì)受多種因素影響，包括：

1.化學組成

二硒化物的化學組成會影響其電子結(jié)構(gòu)和晶格結(jié)構(gòu)，從而影響其相變

性質(zhì)。例如，不同過渡金屬原子會導致二硒化物的不同電子特性和磁

性特性。

2.層間距

二硒化物層間的距離會影響其范德華相互作用的強度，從而影響其層

狀-層狀相變。

3.外部刺激

外部刺激，如溫度、壓力和電場，可以誘導二硒化物的相變。例如,

溫度變化可以導致金屬-絕緣體相變，而電場可以誘導CDW相變。

二硒化物的相變性質(zhì)研究

對二硒化物的相變性質(zhì)的研究具有重要的科學意義和實際應(yīng)用價值。

通過了解二硒化物的相變機制，可以探索其在電子學、光電子學和摩

擦學等領(lǐng)域的新型應(yīng)用。此外，對相變性質(zhì)的研究還可以加深我們對

凝聚態(tài)物理學的基本理解。

第二部分激光誘導相變的機制和動力學

關(guān)鍵詞關(guān)鍵要點

激光誘導相變的機制和動力

學1.激光照射材料后，光能被吸收并轉(zhuǎn)換為熱能，導致材料

主題名稱：光熱誘導相變溫度升高。

2.溫度升高改變了材料的原子結(jié)構(gòu)，使原有相的不穩(wěn)定并

過渡到新相。

3.光熱誘導相變通常需要較高的激光功率、較長的曝光時

間和較大的光斑尺寸。

主題名稱：光電子誘導相變

激光誘導相變的機制和動力學

機制

激光誘導相變（LIP）是一種通過激光照射材料來實現(xiàn)相變的非平衡

過程。在LIP中，激光脈沖迅速將材料加熱至高于其相變溫度，從而

產(chǎn)生過熱、熔化或汽化等相變。LIP的機制可以分為以下幾個步驟:

*光吸收：激光能量被材料吸收，轉(zhuǎn)化為電子激發(fā)。

*聲子耦合：電子激發(fā)通過聲子耦合將能量傳遞給晶格，導致晶格振

動幅度增加。

*晶格熔化：當晶格振動幅度達到一定閾值時，晶格結(jié)構(gòu)開始熔化,

形成過熱液相。

*相變：過熱液相可以通過成核和生長過程實現(xiàn)相變，形成新的晶體

相或無定形相。

動力學

LIP的動力學取決于激光脈沖的特性（如波長、能量和脈沖寬度）以

及材料的熱力學和光學性質(zhì)。主要影響因素包括：

*激光能量密度：較高的能量密度會導致材料吸收更多的能量，從而

產(chǎn)生更快的加熱速率和更嚴重的相變。

*脈沖寬度：較短的脈沖寬度可以減少熱擴散，從而實現(xiàn)更局部的相

變。

*熱導率：材料的熱導率決定了熱量在材料中的擴散速率。高熱導率

材料需要更高的能量密度才能實現(xiàn)相變。

*光吸收系數(shù)：材料的光吸收系數(shù)決定了它吸收激光能量的效率。高

吸收系數(shù)材料需要較低的能量密度就能實現(xiàn)相變°

實驗觀察

LIP的實驗觀察可以包括：

*表面形態(tài)變化：激光照射后，材料表面會出現(xiàn)微觀結(jié)構(gòu)變化，例如

坑狀結(jié)構(gòu)或熔化區(qū)C

*晶體結(jié)構(gòu)變化：LIP可以通過X射線衍射或透射電子顯微鏡（TEM）

表征材料的晶體結(jié)構(gòu)變化。

*熱分析：差示掃描量熱法（DSC）或熱重分析（TGA）可以提供有關(guān)

相變能量和動力學的信息。

*光譜分析：拉曼光譜或紫外-可見光譜可以提供有關(guān)材料組成和相

變的化學信息。

應(yīng)用

LIP在材料科學和工程中具有廣泛的應(yīng)用，包括：

*薄膜沉積：通過LIP可以在基底上沉積具有特定相態(tài)和取向的薄

膜。

*微納制造：LIP可以用于微納結(jié)構(gòu)的精密加工和成形。

*光電子器件：LIP可以調(diào)節(jié)光電器件的性能，例如太陽能電池和發(fā)

光二極管（LED）o

*生物醫(yī)學應(yīng)用：LIP在生物醫(yī)療領(lǐng)域具有潛在應(yīng)用，例如激光手術(shù)

和組織工程。

總的來說，LIP是一種強大的技術(shù)，可以實現(xiàn)材料的非平衡相變。通

過優(yōu)化激光脈沖特性和材料性質(zhì)，LIP可以在廣泛的應(yīng)用中提供精確

和可控的相變。

第三部分應(yīng)力誘導相變的機制和薄膜弛豫

關(guān)鍵詞關(guān)鍵要點

【應(yīng)力誘導相變的機制】

1.應(yīng)力可以改變材料的電子結(jié)構(gòu)，影響原子的排列和鍵合

狀態(tài)。在過渡金屬二硒化物中，拉伸應(yīng)力會拉伸晶格常數(shù)，

減弱硒原子與金屬原子之間的相互作用，從而導致相變。

2.此外，應(yīng)力可以誘導品格缺陷的形成，如空位、間隙和

晶界，這些缺陷會成為相變的萌生點。應(yīng)力集中于這些缺

陷部位，降低了相變的能壘。

3.應(yīng)力誘導的相變是非平衡過程，受應(yīng)力施加速率、應(yīng)力

類型和材料的固有性質(zhì)等因素影響。因此，可以通過控制

這些因素來調(diào)節(jié)相變的動力學和范圍。

【薄膜池豫】

應(yīng)力誘導相變的機制

過渡金屬二硒化物（TMD）的應(yīng)力誘導相變涉及多種機制，包括：

*晶格應(yīng)變：機械應(yīng)力會引起晶格應(yīng)變，從而改變原子間鍵合距離和

角度，導致相變。例如，在MoS2中，拉伸應(yīng)力會導致Se-Mo-Se鍵

角減小，從而觸發(fā)從2H到1T相的轉(zhuǎn)變。

*缺陷生成：應(yīng)力還可能導致缺陷的產(chǎn)生，如位錯、空位和晶界，這

些缺陷會破壞晶體結(jié)構(gòu)的完整性，促進相變。例如，在WSe2中，剪

切應(yīng)力會導致位錯的形成，從而引發(fā)從2H到1b相的轉(zhuǎn)變。

*電子結(jié)構(gòu)調(diào)制：應(yīng)力會影響TMD的電子結(jié)構(gòu)，改變其能帶結(jié)構(gòu)和

電子態(tài)密度。這反過來又可以影響原子間的鍵合能量，從而促進相變。

例如，在WS2中，拉伸應(yīng)力會導致導帶底部的d軌道分裂，導致從

2H到1T相的轉(zhuǎn)變。

*離子遷移：在某些TMD中，應(yīng)力會導致離子遷移，例如鋰離子在

LiCo02中的遷移。離子遷移可以破壞晶體結(jié)構(gòu)，從而引發(fā)相變。

薄膜弛豫

薄膜弛豫是指應(yīng)力誘導相變后薄膜中應(yīng)力的釋放過程。弛豫的機制取

決于薄膜的厚度、結(jié)構(gòu)和相變的類型。

*彈性弛豫：在薄膜較厚時，應(yīng)力可以通過彈性變形來釋放，使薄膜

恢復(fù)其原始形狀。

*塑性弛豫：在薄膜較薄時，應(yīng)力會導致永久性的變形，例如位錯滑

移或晶界滑移。這將導致薄膜的形狀和結(jié)構(gòu)發(fā)生變化。

*相變逆轉(zhuǎn)：在某些情況下，應(yīng)力弛豫會導致相變逆轉(zhuǎn)，即薄膜恢復(fù)

到應(yīng)力誘導相變前的相。這可以通過缺陷退化或晶體結(jié)構(gòu)重排來實現(xiàn)。

弛豫的速率由多種因素決定，包括溫度、應(yīng)力大小、薄膜厚度和材料

性質(zhì)。弛豫過程的表征對于理解應(yīng)力誘導相變的穩(wěn)定性和TMD薄膜

的性能至關(guān)重要。

第四部分幾何位阻對相變的調(diào)控作用

關(guān)鍵詞關(guān)鍵要點

幾何位阻對相變的調(diào)控作用

1.過渡金屬二硒化物中，硒原子位阻較小，導致層內(nèi)原子

排列緊密，層間相互作用較弱，容易發(fā)生相變。

2.引入較大的配體或基團，增加硒原子周圍的位阻，可以

減弱層內(nèi)相互作用，增強層間相互作用，從而抑制相變。

3.通過控制位阻大小，可以調(diào)節(jié)相變溫度、相變速率和相

變產(chǎn)物，實現(xiàn)材料結(jié)構(gòu)和性能的精準調(diào)控。

位阻效應(yīng)調(diào)控相變機制

1.位阻效應(yīng)調(diào)控相變機制主要是通過改變層間相互作用實

現(xiàn)的。

2.大位阻基團的存在會增大層間距，減弱層間相互作用，

從而降低相變驅(qū)動力，抑制相變發(fā)生。

3.位阻效應(yīng)可以通過改變電子結(jié)構(gòu)、表面能和界面能等方

式，影響相變的熱力學和動力學條件。

位阻調(diào)控材料性能

1.通過位阻調(diào)控相變，可以獲得不同相結(jié)構(gòu)的過渡金屬二

硒化物材料，從而實現(xiàn)電學、光學、力學等性能的調(diào)控。

2.大位陽基團的存在可以提高材料的電導率、光吸收能力

和力學強度。

3.位阻調(diào)控為設(shè)計具有特定性能的過渡金屬二硒化物材料

提供了新的思路。

位阻工程應(yīng)用

1.位阻工程已廣泛應(yīng)用于過渡金屬二硒化物的相變調(diào)控，

包括鋰離子電池、太陽能電池和催化劑等領(lǐng)域。

2.通過位阻調(diào)控，可以優(yōu)化材料的電化學性能、光電性能

和催化性能。

3.位阻工程為新一代高性能材料的開發(fā)和應(yīng)用提供了重要

手段。

位阻調(diào)控前沿趨勢

1.目前，位阻調(diào)控的研究正朝著高精度、多尺度和多功能

方向發(fā)展。

2.利用先進表征技術(shù)和理論計算方法，可以更深入地理解

位阻效應(yīng)在相變中的作用機制。

3.發(fā)展多功能位阻調(diào)控策略，實現(xiàn)不同性能的協(xié)同調(diào)控，

成為未來研究的重點。

位阻調(diào)控未來展望

1.位阻調(diào)控有望為設(shè)計具有特定性能的過渡金屬二硒化物

材料開辟新途徑。

2.隨著材料科學和納米技術(shù)的不斷發(fā)展，位阻調(diào)控將成為

未來材料創(chuàng)新的核心技術(shù)之一。

3.位阻調(diào)控的應(yīng)用范圍洛進一步拓展，為能源、電子、催

化等領(lǐng)域的進步做出重要貢獻。

幾何位阻對相變的調(diào)控作用

在過渡金屬二硒化物(TMDC)中，層間幾何位阻是指原子或分子在兩

個TMDC層之間形成的位阻效應(yīng)。這種幾何位阻會影響TMDC的相

變行為，具體取決于位阻基團的尺寸、形狀和化學性質(zhì)。

尺寸效應(yīng)

位阻基團的尺寸對相變溫度和晶格結(jié)構(gòu)有顯著影響。較大的位阻基團

會產(chǎn)生更強的位阻效應(yīng)，從而抑制層間滑移和相變的發(fā)生。例如，在

MOS2中，引入體枳較大的甲基基團可以將相變溫度從600K以上

提高到800K以上。

形狀效應(yīng)

位阻基團的形狀也會影響相變行為。平面化的位阻基團會產(chǎn)生更強的

位阻效應(yīng)，阻止層間滑移°另一方面，非平面化的位阻基團會允許更

多的層間運動，從而降低相變溫度。例如，在WS2中，引入球形的

甲基基團比引入棒狀的苯基基團對相變溫度的影響更小。

化學性質(zhì)

位阻基團的化學性質(zhì)也會影響相變行為。疏水性位阻基團會降低

TMDC層之間的范德華相互作用，從而促進層間滑移和相變。另一方

面，親水性位阻基團會增加層間相互作用，從而抑制相變。例如，在

MoSe2中，引入疏水性的甲基基團可以降低相變溫度，而引入親水

性的羥基基團可以提高相變溫度。

位阻調(diào)控相變的機制

位阻調(diào)控相變的機制是多方面的：

*抑制層間滑移：位阻基團占據(jù)TMDC層之間的空間，阻礙層間滑

移，從而抑制相變C

*改變層間相互作用：位阻基團可以改變TMDC層之間的相互作用

強度和性質(zhì)，影響層間滑移的能壘。

*誘導應(yīng)變：位阻基團可能會在TMDC層中引入應(yīng)變，改變晶格結(jié)構(gòu)

和電子結(jié)構(gòu)，進而影響相變行為。

應(yīng)用

幾何位阻對相變的調(diào)控作用在TMDC的各種應(yīng)用中具有重要意義，包

括：

*電子器件：位阻工程可以調(diào)節(jié)TMDC電子器件的電導率、開關(guān)特性

和熱穩(wěn)定性。

*光電器件：位阻調(diào)控可以影響TMDC的光吸收、發(fā)射和非線性光學

性質(zhì)。

*催化劑：位阻工程可以優(yōu)化TMDC催化劑的活性、選擇性和穩(wěn)定

性。

結(jié)語

幾何位阻對TMDC相變性質(zhì)的調(diào)控作用為材料設(shè)計和應(yīng)用提供了新

的途徑。通過選擇性引入不同的位阻基團，可以精確調(diào)節(jié)TMDC的相

變行為，滿足特定應(yīng)用需求。

第五部分電化學插層對相變性質(zhì)的影響

關(guān)鍵詞關(guān)鍵要點

相間插層誘導的相變

1.電化學插層可以在過渡金屬二硒化物中引入額外的電子

或空穴，打破其原始的電子結(jié)構(gòu)，從而觸發(fā)相變。

2.插層離子的類型、濃度和電勢可以調(diào)節(jié)相變行為，例如

從半導體到金屬的轉(zhuǎn)變或從層狀結(jié)構(gòu)到無定形結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)

變。

3.通過優(yōu)化插層條件，可以實現(xiàn)可逆的相變，為基于過渡

金屬二硒化物的智能材料和電子器件的設(shè)計開辟了新的可

能性。

插層離子尺寸的影響

1.插層離子的尺寸決定了其在過渡金屬二硒化物晶格中的

位置和相互作用。

2.較小的插層離子（例如Li+）容易進入二維層之間，導

致晶格膨脹和層間距離增加。

3.較大的插層離子（例如K+）則傾向于嵌入晶格缺陷或形

成團簇，對相變行為的影響不同于較小的離子。

插層濃度依賴性

1.插層濃度直接影響過渡金屬二硒化物的電子濃度，從而

改變其導電性、光學性質(zhì)和相穩(wěn)定性。

2.低濃度的插層可以誘導局部的相變，形成共存相或相界。

3.高濃度的插層可能會導致晶格崩塌或形成新相，引發(fā)不

可逆的相變。

電勢調(diào)控的相變

1.電化學插層過程涉及氧化還原反應(yīng)，其電勢可以控制插

層離子的濃度和嵌入狀態(tài)。

2.施加不同的電勢可以實現(xiàn)相變的精確調(diào)控，例如在半導

體和金屬相之間切換或誘導多態(tài)轉(zhuǎn)變。

3.電勢調(diào)控相變提供了操縱過渡金屬二硒化物性質(zhì)和功能

的新途徑。

動態(tài)相變行為

1.電化學插層過程是可逆的，可以實現(xiàn)過渡金屬二硒化物

的動態(tài)相變。

2.通過循環(huán)插層和脫插，可以調(diào)節(jié)相變的速率和可逆性，

實現(xiàn)材料性能的可調(diào)控。

3.動態(tài)相變行為賦予過渡金屬二硒化物在能量存儲、傳感

器和自適應(yīng)系統(tǒng)等領(lǐng)域潛在的應(yīng)用前景。

相變誘導的性能調(diào)控

1.相變可以顯著改變過渡金屬二硒化物的物理和化學性

質(zhì)，例如導電性、磁性、光學性質(zhì)和反應(yīng)性。

2.通過控制相變，可以優(yōu)化材料的性能，滿足特定應(yīng)用需

求。

3.相變誘導的性能調(diào)控為過渡金屬二硒化物在催化、電子

器件、能源轉(zhuǎn)換和生物醫(yī)學等領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。

電化學插層對相變性質(zhì)的影響

電化學插層是一種通過在電化學電池中施加電位來將離子或分子嵌

入過渡金屬二硒化物晶格中的技術(shù)。這種插層可以顯著改變材料的相

變性質(zhì)。

鋰離子插層：

鋰離子插層是最廣泛研究的插層類型之一。當鋰離子嵌入二硒化物晶

格時，會發(fā)生以下變化：

*相變：鋰離子插層可誘導二硒化物從半導體相轉(zhuǎn)變?yōu)榻饘傧?。例?

在LiFeSe2中，鋰離子的插入導致材料從反鐵磁的半導體相轉(zhuǎn)變?yōu)轫?/p>

磁的金屬相。

*晶格膨脹：鋰離子的插入會導致二硒化物晶格膨脹。這是由于鋰離

子的大小比二硒化物離子大，導致晶格常數(shù)增加。

*電導率增加：鋰離子的插入顯著增加二硒化物的電導率。這是由于

金屬相的形成，具有更高的載流子濃度。

*電化學活性：鋰離子插層增強了二硒化物的電化學活性。這使得它

們成為鋰離子電池等能量儲存應(yīng)用的理想材料。

鈉離子插層：

與鋰離子插層類似，鈉離子插層也對二硒化物的相變性質(zhì)產(chǎn)生影響。

然而，鈉離子比鋰離子大，這導致了以下差異：

*較小的相變：鈉離子插層誘導的相變不如鋰離子插層明顯。這是由

于鈉離子嵌入晶格的能量較低，導致相變程度較小。

*較小的晶格膨脹：鈉離子的尺寸較大，導致二硒化物晶格膨脹較小。

*較低的電導率增加：鈉離子的嵌入導致電導率增加較小，因為鈉離

子的載流子濃度較低。

其他離子插層：

除了鋰離子和鈉離子之外，其他離子，如鉀離子和鎂離子，也可以嵌

入過渡金屬二硒化物中。這些離子插層也會影響材料的相變性質(zhì)，但

程度因離子類型和二硒化物的具體性質(zhì)而異。

應(yīng)用：

電化學插層對相變性質(zhì)的影響在以下應(yīng)用中具有重要意義：

*鋰離子電池：鋰離子插層用于鋰離子電池，其中二硒化物材料用作

陰極。插層可提高材料的電化學活性，增加鋰離子的存儲容量和電池

的循環(huán)壽命。

*鈉離子電池：鈉離子插層也可用于鈉離子電池，成本較低且資源豐

富。

*電子設(shè)備：二硒化物材料的電導率和相變性質(zhì)的變化使其在電子設(shè)

備中具有潛在應(yīng)用，例如相變存儲器和納電子器件。

結(jié)論：

電化學插層對過渡金屬二硒化物的相變性質(zhì)產(chǎn)生重大影響。通過插層

鋰離子和其他離子，可以誘導相變、改變晶格結(jié)構(gòu)、提高電導率和增

強電化學活性。這些變化使二硒化物材料適用于各種應(yīng)用，包括能量

儲存、電子設(shè)備和光電子器件。

第六部分光電子器件中相變的調(diào)控和應(yīng)用

關(guān)鍵詞關(guān)鍵要點

主題名稱：相變器件的機制

和設(shè)計1.過渡金屬二硒化物相變器件的基本工作原理和機制。

2.影響相變性能的關(guān)鍵因素，如材料性質(zhì)、器件結(jié)構(gòu)和電

極設(shè)計。

3.最新材料和器件設(shè)計策略，包括調(diào)控缺陷、界面工程和

異質(zhì)結(jié)構(gòu)集成。

主題名稱：光調(diào)控相變

光電子器件中相變的調(diào)控和應(yīng)用

過渡金屬二硒化物（TMDs）因其優(yōu)異的光電性能和相變行為，在光電

子器件中具有廣泛的應(yīng)用前景。相變調(diào)控涉及操縱TMDs的相態(tài)，從

而改變其光學、電學和熱學特性。這為設(shè)計新型光電子器件開辟了新

的可能性。

光致相變

光致相變是利用光照誘導TMDs從半導體相向金屬相或半導體相之間

轉(zhuǎn)變的過程。這個過程基于光激子激發(fā)，導致電子躍遷到更高能級并

留下空穴。光激子與晶格相互作用，引起晶格畸變和相變。

通過選擇特定的波長和光強，可以可逆地調(diào)控相變過程。這種光致相

變可用于以下應(yīng)用：

*存儲器設(shè)備：利用相變的可逆性，可以制備非易失性存儲器器件。

通過光照寫入和擦除信息，實現(xiàn)高密度數(shù)據(jù)存儲。

*光開關(guān)：光致相變可用于制造光開關(guān)，可以通過光照控制光的傳

輸。通過調(diào)節(jié)相變區(qū)域，可以實現(xiàn)光信號的調(diào)制和切換。

*二維電子氣：光致相變可用于在TMDs表面產(chǎn)生二維電子氣，具有

高遷移率和可調(diào)電學性質(zhì)。這可用于制造高性能晶體管和其他電子器

件。

電致相變

電致相變是利用電場誘導TMDs相變的過程。施加電場會極化晶格，

導致晶格畸變和相變。電致相變可以實現(xiàn)以下應(yīng)用：

*場效應(yīng)晶體管：電致相變可用于制造場效應(yīng)晶體管，其中電場控

制TMDs的相態(tài)和電導率。這memungkinkanuntuk控制電流流過器

件。

*光電探測器：電致相變可用于增強TMDs的光電探測性能。通過電

場調(diào)諧TMDs的相態(tài)，可以擴大其光響應(yīng)范圍和靈敏度。

*光學調(diào)制器：電致相變可用于制造光學調(diào)制器，司通過電場控制

TMDs的光學性質(zhì)。這可用于調(diào)制光的偏振、相位和強度。

熱致相變

熱致相變是利用溫度變化誘導TMDs相變的過程。加熱或冷卻TMDs會

導致晶格結(jié)構(gòu)的變化和相變。熱致相變可乂實現(xiàn)以下應(yīng)用：

*熱電器件：利用相變的熱效應(yīng)，可以制造高效的熱電器件，用于

熱量轉(zhuǎn)換和發(fā)電。

*溫度傳感器：相變溫度可以通過電學或光學手段檢測，從而實現(xiàn)

溫度傳感。

*相變存儲器：熱致相變可用于制造相變存儲器器件，其中通過加

熱和冷卻過程寫入和讀取信息。

總之，過渡金屬二硒化物的相變性質(zhì)為光電子器件的設(shè)計和應(yīng)用開辟

了新的可能性。通過光致、電致和熱致調(diào)控，可以實現(xiàn)器件性能的增

強、功能多樣化和應(yīng)用范圍擴大。

第七部分相變熱力學和動力學模擬方法

關(guān)鍵詞關(guān)鍵要點

經(jīng)典熱力學模型

1.采用Landau理論構(gòu)建自由能函數(shù)，描述相變過程中的

能量轉(zhuǎn)換。

2.通過自由能最小化確定穩(wěn)定相，預(yù)測相變溫度和相位圖。

3.可通過微分方程組描述相變動力學，模擬相變過程中界

面演化和疇結(jié)構(gòu)形成。

分子動力學模擬

1.基于牛頓運動方程，模擬原子或分子運動，獲取微觀結(jié)

構(gòu)和動力學信息。

2.可用于研究相變過程中的原子重排、缺陷演化和界面動

力學。

3.通過計算自由能分布和相轉(zhuǎn)變路徑，為熱力學模型提供

驗證和補充。

第一原理計算

1.基于密度泛函理論，計算電子結(jié)構(gòu)和材料性質(zhì)。

2.可用于預(yù)測原子尺度上的相變機制，如晶體結(jié)構(gòu)、相界

能和電子態(tài)變化。

3.可通過構(gòu)筑超胞模型，模擬相界處的界面結(jié)構(gòu)和缺陷行

為。

相場法

1.將相變過程視為界面演化問題，利用偏微分方程描述界

面運動。

2.可有效模擬復(fù)雜界面形態(tài)、相變擴散和多相共存等現(xiàn)象。

3.與其他方法相結(jié)合，可實現(xiàn)宏觀和微觀相變模擬的耦合，

提高模擬精度。

動力蒙特卡羅方法

1.基于統(tǒng)計力學原則，模擬原子或分子運動，考慮熱流落

效應(yīng)。

2.可用于研究相變過程中的晶體核形成和長大、相界粗化

和自組織等非平衡現(xiàn)象。

3.可與第一原理計算相結(jié)合，提供原子尺度的相變動力學

信息。

機器學習輔助模擬

1.利用機器學習算法，構(gòu)建相變模型和預(yù)測相變性質(zhì)。

2.可快速篩選材料候選，探索相變機制，指導實驗設(shè)計。

3.可與其他模擬方法相結(jié)合，提高計算效率和預(yù)測精度。

相變熱力學和動力學模擬方法

相變熱力學和動力學模擬方法提供了從原子尺度研究過渡金屬二硒

化物相變的寶貴工具。這些技術(shù)讓我們能夠在原子級別上理解相變機

制，并預(yù)測相變行為對器件性能的影響。

熱力學模擬

熱力學模擬專注于研究相變過程中熱力學性質(zhì)的變化。常用的熱力學

模擬方法包括：

*第一性原理計算(DFT)：DFT是一種從頭算的量子力學方法，可以

計算體系的電子結(jié)構(gòu)和熱力學性質(zhì)。DFT用于預(yù)測相變的溫度、相平

衡和相界。

*相場方法：相場方法是一種介觀模擬技術(shù)，處理相界面作為連續(xù)場

而不是銳利邊界。它用于研究相變的動力學和形貌演化。

*自由能方法：自由能方法基于熱力學自由能最小化原理，可以預(yù)測

相變的熱力學穩(wěn)定性。它用于計算相平衡和繪制相圖。

動力學模擬

動力學模擬關(guān)注相變過程中原子位置和運動的變化。常用的動力學模

擬方法包括：

*分子動力學(MD)：MD模擬跟蹤體系中每個原子的運動，解決牛頓

運動方程。它用于研究相變的動力學、缺陷演化和界面行為。

*蒙特卡羅(MC)：MC模擬使用隨機采樣來計算熱力學性質(zhì)和動力

學過程。它用于研究相變的熱力學平衡、相分離和缺陷形成。

*量子力學非平衡格林函數(shù)(NEGF)：NEGF是一種量子力學方法，用

于研究非平衡系統(tǒng)中的電子傳輸和相變。它用于模擬納米器件中的相

變和器件行為。

耦合模擬

熱力學和動力學模擬方法通常結(jié)合在一起提供更全面的相變理解。例

如，DFT預(yù)測可以與MD模擬相結(jié)合，研究相變的詳細原子機制。相

場方法可以與MC模擬相結(jié)合，研究相變的動力學演化和界面行為。

模擬方法的選擇

選擇相變模擬方法取決于特定問題的性質(zhì)和所需的精度水平。DFT提

供了最高的精度，但計算成本也最高。相場和自由能方法提供了較好

的計算效率，但犧牲了原子級