二维过渡金属硫化物的耦合效应研究

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《二维过渡金属硫化物MoSSe电-声子相互作用及其散射率的研究》范文

《二维过渡金属硫化物MoSSe电-声子相互作用及其散射率的研究》篇一摘要：本文研究了二维过渡金属硫化物MoSSe中的电-声子相互作用及其散射率。

通过对MoSSe材料的电学性质和声子特性进行深入研究，我们分析了电子与声子之间的耦合机制，探讨了电子传输过程中的散射现象。

本文的研究有助于理解MoSSe材料在电子器件中的应用潜力，为进一步优化其性能提供了理论依据。

一、引言二维过渡金属硫化物（TMDs）因其独特的电子和光学性质在近年来受到了广泛关注。

其中，MoSSe作为一种新型的TMDs 材料，具有优异的电学性能和良好的稳定性，在电子器件、光电器件等领域具有广阔的应用前景。

研究MoSSe中的电-声子相互作用及其散射率，对于理解其电子传输机制、优化器件性能具有重要意义。

二、MoSSe材料概述MoSSe是一种由Mo、S和Se元素组成的二维层状结构材料，其层内通过共价键连接，层间通过弱的范德华力相互作用。

这种特殊的结构使得MoSSe具有优异的电子传输性能和良好的机械柔韧性。

此外，MoSSe的能带结构可调，可通过改变层数或掺杂等方式实现能带工程的调控。

三、电-声子相互作用研究电-声子相互作用是半导体材料中电子传输的重要过程之一。

在MoSSe中，电子与声子之间的耦合机制主要表现在电子散射和能量传递等方面。

我们通过第一性原理计算和实验手段，研究了MoSSe中电-声子相互作用的机理。

结果表明，在MoSSe中，电子与声子的耦合作用较强，能够有效地影响电子的传输过程。

四、散射率研究散射率是衡量材料电子传输性能的重要参数之一。

我们通过实验测量了MoSSe的散射率，并分析了影响散射率的因素。

结果表明，MoSSe的散射率受到多种因素的影响，包括材料缺陷、杂质、温度等。

此外，我们还发现，通过优化材料的制备工艺和调控材料的能带结构，可以有效地降低MoSSe的散射率，提高其电子传输性能。

五、结论与展望本文研究了二维过渡金属硫化物MoSSe中的电-声子相互作用及其散射率。

二维过渡金属硫化物的制备与性能研究

二维过渡金属硫化物的制备与性能研究过渡金属硫化物（Transition Metal Sulfides, TMSs）作为一类重要的二维材料，近年来受到了广泛的研究关注。

TMSs具有特殊的电子结构和化学活性，在能源储存、催化以及电子器件等领域都有着巨大的应用潜力。

本文将介绍TMSs的制备方法以及其在性能研究方面的进展。

一、TMSs的制备方法1. 化学气相沉积（Chemical Vapor Deposition, CVD）是一种常用的制备TMSs的方法。

通过在高温下将金属前驱体与硫源反应，可以得到高质量的TMSs薄膜。

CVD方法可以控制薄膜的厚度和结构，具有较好的可扩展性和可控性。

2. 水热法是一种低成本、简单易行的制备TMSs的方法。

将金属盐和硫化剂溶于水溶液中，在高温高压下反应，可以得到TMSs纳米片或纳米晶。

水热法适用于大面积制备TMSs，并且可以调控其形貌和尺寸。

3. 电化学剥离法（Electrochemical Exfoliation）是一种制备TMSs单层的有效方法。

通过在电解液中以TMSs为阳极的方式，可以在阳极表面剥离出单层TMSs。

这种方法简单、高效，可以制备大面积且高质量的TMSs单层材料。

二、TMSs的性能研究1. 电化学性能：TMSs具有可调控的电子结构和丰富的表面活性位点，因此在电催化和电储能方面有着广泛的应用。

研究表明，TMSs可以用作电催化剂，用于氢气产生、氧气还原反应和电解水制氢等过程。

此外，TMSs还可用于锂离子电池和钠离子电池等储能设备中，具有优异的电化学性能。

2. 光电性能：TMSs在光电子器件中表现出良好的性能。

由于其可调控的带隙，TMSs可以应用于光电转换器件，如太阳能电池和光催化等领域。

研究人员通过调控TMSs的结构和组分，提高其光电转换效率，进一步拓展了其应用范围。

3. 纳米传感性能：TMSs因其特殊的表面效应和大比表面积，被广泛研究用于传感器领域。

研究人员发现，TMSs可以作为高灵敏度和高选择性的气体传感器，并且对环境中的有害气体具有良好的响应。

二维过渡金属硫化物的合成与性能

二维过渡金属硫化物的合成与性能引言：二维过渡金属硫化物（TMDs）是一类具有特殊结构和优异性能的材料，近年来受到了广泛的关注。

这种材料具有独特的电子结构和多样化的物理特性，对于光电子器件、催化剂和能源存储等领域具有潜在的应用价值。

本文将围绕TMDs的合成方法和性能展开讨论，希望可以帮助读者更好地了解和认识这一领域。

一、TMDs的合成方法1. 气相沉积法气相沉积法是一种常用的TMDs合成方法，其基本原理是通过在高温下使金属和硫源分解，形成TMDs的层状结构。

这种方法可以控制TMDs的厚度和组分，但需要高温和高真空条件，且金属镉等材料有毒。

2. 液相剥离法液相剥离法可以通过在溶液中加入金属盐和硫源来合成TMDs。

这种方法简单易行，并且可以得到大面积、高质量的TMDs。

然而，液相剥离法合成的TMDs可能存在残留的有机物和其他杂质。

3. 机械剥离法机械剥离法是一种通过机械力将多层TMDs剥离成单层的方法。

这种方法简单直观，但是需要较高的能量和时间，且剥离得到的单层TMDs会产生缺陷。

二、TMDs的性能研究1. 电子结构TMDs的电子结构与其层状结构有关，它们的能带结构呈现出直接带隙或间接带隙。

这种特殊的能带结构使得TMDs在光学和电子器件方面具有潜在优势。

2. 光学性质TMDs是一种光学性质丰富的材料，具有较高的吸收率和较长的载流子寿命。

这些性质使得TMDs在光学器件、光催化和光电子传感等领域具有重要应用。

3. 电子输运性质TMDs的电子输运性质被认为是其应用于电子器件的关键特性之一。

研究发现，不同的TMDs具有不同的载流子迁移率和电子迁移长度，因此需要根据具体应用需求选择合适的TMDs材料。

4. 催化性质TMDs作为一类优秀的催化剂材料，可应用于电催化和光催化领域。

研究表明，TMDs能够在水裂解、二氧化碳还原等反应中展现出良好的催化性能。

三、TMDs的应用前景1. 光电子器件TMDs在光电子器件方面具有巨大的应用潜力。

二维材料中的磁性现象

二维材料中的磁性现象二维材料是指由层状结构组成的材料，具有高度的表面积和材料厚度的极度减薄特性。

在这样的二维材料中，磁性现象一直是许多研究人员感兴趣的热点问题。

本文将探讨二维材料中的磁性现象及其在科学和技术中的应用。

首先，我们来讨论二维材料中的自旋磁性。

自旋是物质粒子的一个基本性质，类似于旋转的角动量。

在二维材料中，自旋可以与电子的运动相耦合，从而导致磁性现象的产生。

例如，石墨烯是一种典型的二维材料，其碳原子形成的晶格结构具有高度的结晶度和非常紧密的层间结合力。

因此，石墨烯中的自旋-电子耦合效应很弱，几乎没有磁性。

然而，当石墨烯与其他适当的材料结合时，就会出现有趣的磁性现象。

比如，当石墨烯与过渡金属结合时，其中的过渡金属原子可以通过自旋-轨道耦合效应来影响石墨烯中的自旋自由度。

这种自旋-轨道耦合可以在石墨烯中引入磁性，使其成为一种具有自旋磁性的材料。

通过研究这些磁性石墨烯材料，人们可以深入了解自旋磁性在纳米尺度下的行为规律。

除了石墨烯，其他的二维材料中也存在着丰富的磁性现象。

例如，二维过渡金属二硫化物（TMDCs）是一类由过渡金属原子和硫原子组成的二维材料，具有极强的自旋-轨道耦合效应和磁性行为。

这使得TMDCs在磁性存储、自旋电子学和量子计算等领域具有广泛的应用潜力。

另一方面，二维材料中的磁性现象还可以通过外部因素来调控。

例如，通过磁场调控二维材料的磁性行为已成为一种常用的手段。

在外加磁场的作用下，二维材料中的自旋磁矩会发生定向排列，从而引起磁相变和磁性调控。

这种外部调控的机制可以为材料科学和磁性学提供新的研究视角和技术手段。

此外，二维材料中的磁性现象也与其结构和形态相关。

例如，通过制备不同形态和尺寸的磁性纳米带、磁性纳米片或磁性纳米点阵，可以实现不同的磁性行为。

这些纳米结构的制备和研究对于理解二维材料中磁性现象的本质和机制具有重要意义，并为磁性材料的设计和开发提供了新的思路。

总之，二维材料中的磁性现象具有丰富的多样性和独特之处。

二维过渡金属硫化物的电催化性能研究

二维过渡金属硫化物的电催化性能研究二维过渡金属硫化物是一类具有潜在电催化性能的材料，近年来受到了广泛的关注。

在电化学催化领域，这些材料在氢氧化物分解、氧化还原反应、电解水等方面显示出了极大的潜力。

首先，我们需要了解二维过渡金属硫化物的物理和化学性质。

二维过渡金属硫化物是一种由过渡金属元素（如Mo、W、Fe等）和硫化物离子组成的材料。

这些材料具有高度可调的晶格结构、大的比表面积和丰富的活性位点，这些特性使得它们具备了优异的电催化性能。

此外，二维过渡金属硫化物还具有优异的导电性和催化活性，能够实现高效的电子传输和催化反应。

接下来，我们可以探讨二维过渡金属硫化物在氢氧化物分解反应中的应用。

氢氧化物分解是一种重要的电催化反应，可以用于制备氢气。

研究表明，二维过渡金属硫化物具有较低的活化能和较高的催化活性，能够实现高效的氢氧化物分解反应。

例如，MoS2和WS2等二维过渡金属硫化物被广泛研究并展示了优异的电催化性能。

这些材料在氢氧化物分解反应中表现出了较低的过电位和较高的电流密度，具备了应用于氢能源转化领域的潜力。

此外，二维过渡金属硫化物还可以应用于氧化还原反应。

氧化还原反应是电催化领域的另一个重要研究方向，包括氧还原反应和氧气还原反应等。

二维过渡金属硫化物在氧化还原反应中也展现出了出色的性能。

研究人员发现，MoS2和FeS2等材料在氧还原反应中具有较低的过电位和较高的产氧效率，能够有效地催化氧还原反应。

这为燃料电池等能源转化领域的开发提供了新的可能性。

最后，我们还可以讨论二维过渡金属硫化物在电解水反应中的应用。

电解水反应是一种将水分解为氢气和氧气的重要反应，具有重要的能源存储和转换价值。

研究表明，二维过渡金属硫化物能够催化高效的电解水反应。

例如，MoS2和WS2在电解水反应中表现出了较高的产氢和产氧活性，具备了用于水分解制氢的潜力。

这对于可再生能源的存储和利用具有重要意义。

综上所述，二维过渡金属硫化物作为一类具有潜在电催化性能的材料，在氢氧化物分解、氧化还原反应和电解水等方面显示出了优异的性能。

二维过渡金属硫化物材料的合成与电化学性能研究

二维过渡金属硫化物材料的合成与电化学性能研究近年来，二维过渡金属硫化物材料备受关注，这种材料在电化学能源存储与转化领域具有重要应用潜力。

二维材料因其独特的结构和优异的电化学性能而成为研究热点。

本文将介绍二维过渡金属硫化物材料的合成方法以及其在电化学性能研究方面的最新进展。

首先，我们来介绍一下二维过渡金属硫化物材料的合成方法。

目前，有许多方法可以用来制备二维过渡金属硫化物材料，例如化学气相沉积法、水热法、溶剂热法等。

其中，化学气相沉积法是一种常用的方法，它通过在高温下将金属前驱体和硫化物前驱体反应生成二维结构。

溶剂热法则是通过在溶液中控制反应条件形成二维结构。

这些合成方法能够有效地控制材料的形貌和结构，为后续的性能研究提供了可靠的实验基础。

接下来，我们将讨论二维过渡金属硫化物材料的电化学性能研究。

这些材料在电化学能源存储和转化方面具有广泛的应用价值。

例如，二维过渡金属硫化物材料可以作为电化学储能器件的电极材料，如锂离子电池和超级电容器。

研究表明，二维过渡金属硫化物具有高比容量、优异的循环稳定性和较低的电极反应活化能，这些特性使其成为理想的电化学储能材料。

同时，二维过渡金属硫化物材料还可以用于光催化水分解和电催化CO2还原等能源转化反应。

其独特的二维结构和调节电子结构的能力使其具备高效的光电转化性能，这对于实现可持续能源转化具有重要意义。

除了电化学性能，二维过渡金属硫化物材料的结构和表面性质也受到广泛关注。

由于其高比表面积和可调控的化学活性中心，二维过渡金属硫化物材料在催化领域具有广泛应用前景。

研究者们通过改变金属组分、调节晶格缺陷和控制晶面表面结构等手段来优化材料的催化性能。

这些探索为制备高效、可持续的新型催化剂提供了新思路和方法。

尽管二维过渡金属硫化物材料在电化学性能研究方面取得了显著进展，但仍然面临一些挑战。

例如，片层之间的相互作用以及较低的导电性是制约其应用的关键问题。

研究人员通过引入导电基底或复合材料等策略，来解决这些问题，以提高二维过渡金属硫化物材料的导电性和电化学性能。

万字长文：带你从制备到应用全面了解二维过渡金属硫化物（TMDC）

万字长文：带你从制备到应用全面了解二维过渡金属硫化物（TMDC）【摘要】关键词过渡金属硫化物光电器件电化学能量存储1.引言自从2004年Geim和Novoselov等人使用微机械剥离法成功剥离单层石墨炼后[1]，二维材料就成为了当今科学界关注的热点.然而，由于它是一种零带隙材料[2]，这就限制了石墨烯在光学和光电方面的应用.而与石墨烯类似的其他二维村料如过渡金属硫化物由于其独特的光学、电学、电化学等方面的性质，引起人们的广泛关注，成为当今材料学研巧的另一个热点.二维过渡金属硫化物（TMDC）[3-6] ,一种类三明治结构MX2(M表示元素周期表中的过渡金属，X表示S Se),与石墨烯类似的是，TMDCs层间也是通过范德瓦尔斯力层间生长的.所以，单层或者多层的TMD能够从体材料中剥离出来.TMDCs有各种各样的物理性质，例如：他们可以作为绝缘体材料[7]（eg,HfS2),半导体（e.g.MoS2和WS2）[8, 9],金属（e.g.TiS2，VS2和NbSe2）[10, 11].此外，半导体材料的带隙取决于TMDCs材料的层数.比如，二硫化钼的带隙可以从1.2ev（体材料）提升到1.8~1.9ev (单层)[12]. 大多数的TMD材料拥有三种相特征：三角形（1T）也叫做金属相，六角形（2H）以及3R[13].这三种相位不是固定不变的，在某种特定的条件中，他们之间是可以相互转化的.比如,二硫化钼一般是以半导体相（2H）形式存在，但是当发生离子迁移时，它又可以转化成亚稳态金属相（1T）.近年来，基于TMDC的纳米材料在电化学能量储存及转化，集成电路中有着广泛的应用.主要是TMDC有以下的优势.1）因为电化学反应总是发生在表面或者界面处，而TMDC材料有着较大的比表面积和原子曝光率，例如，TMDC的大的表面积为静电场吸附离子提供了丰富的位点，为高双电层电容的形成提供了条件.在HER反应过程中，未饱和硫原子在MoS2中充当催化点[14].2）TMDC材料超薄的结构能够将载流子限制在界面的1nm空间内，这样能够有效地抑制晶体管的短沟道效应，从而降低器材的损耗.2016年，加州大学伯克利分校的AliJavey等在《Science》发表论文[15]，实现了栅长为1nm的MoS2场效应晶体管（FET），开关比达到了106.本文主要针对几个问题进行总结讨论.第一部分，介绍一些TMDC 材料的典型制备方法.第二部分以讨论TMDC中的应用前景为主，重点关注材料的功能及其与性能.第三部对TMDC材料目前存在的挑战与机遇进行总结与展望.2.制备方法迄今为止，对TMDC材料的制备已经有许多有见地的评论总结.一般而言，这样制备方法可以简单地总结为化学气相沉积法（CVD)、水热法(Hydro(solvo)Sythesis)、静电纺丝（Electrospinning）、剥离法、溶胶-凝胶法（Sol-Gel Method）等.在这一部分，我们将介绍这些合成的方法的过程以及优势.2.1化学气相沉积法（CVD）化学气相沉积(CVD)是目前应用最为广泛以及最成熟的用来沉积多种TMDC材料的技术.它的原理比较简单：两种或两种以上的气态原材料导入到一个反应室内，然后他们相互之间发生化学反应，形成一种新的材料，沉积到晶片表面上.对参数的精确控制，人们能够通过CVD来生长单层，单异质结，多异质结的TMDC材料.为什么我们热衷于长单层的TMDC材料？这主要是因为单层的二维过渡金属硫化物是直接带隙材料，这对光源的调控以及器件的性能有着很大的影响.张广宇课题组[16]以MoO3和S作为前驱体，通入Ar以及O2为保护气体.通过CVD法成功在单晶衬底蓝宝石上长出单层的MoS2.他们长出的单层MoS2能够非常干净以及无损害地转移到其他介质上，同时，蓝宝石衬底能够重复利用，这对材料的回收利用，减少能耗提供了帮助.图1、CVD生长TMDC材料示意图.（a）蓝宝石基底上生长单层MoS2.（b）一步法合成异质结.（c）两步法合成WSe2/SnS2异质结.随着研究的不断深入，人们已经不满足于用CVD法生长两种材料的异质结.最近，Humber R.Gutierrez课题组[17]在《Nature》上了一种原位控制合成多结二维侧边异质结构的一步CVD法 (图1(b)).在这种CVD工艺中，只需要切换不同组成的载气，就能够实现单层多结侧边异质结的原子结构精确控制.载气中加入水汽，水分子的存在，有利于选择性控制金属前驱体上水诱导的氧化和蒸发，以及基底上成核，从而实现连续的外延生长.然而, 单一的二维材料在应用时往往存在一定的局限, 例如, 绝缘层与石墨烯或TMDCs之间的电荷陷阱会严重影响优异电学性质的展现, h-BN带隙过宽(约5.97 eV)难以单独应用于器件中, 裸露的BP在空气中易被氧化导致其性能衰减. 为了深入研究材料本征性质并扩展其应用领域, 研究者将目光放在了二维材料异质结上.，形成P-N异质结结构，这样的材料能够把两种材料的优势集中在一起，可实现带隙的精确可调.湖南大学潘安练课题组[18]使用常压CVD（APCVD）生长了垂直异质结，采用WSe2粉末和SnO2作为W源和Sn源.首先将WSe2粉末在SiO2/Si衬底上长成单层的WSe2，接着再以此为基底，在SnS2沉积在上面，便形成了异质结结构.此方法可实现大面积生长，为高性能集成光电器件领域的拓展提供了帮助.Li 课题组利用常见的原料MoO3和WO3,通过CVD外延生长方法成功制备了WSe2-MoS2面内异质结，并对该方法生长出的异质结进行应力研究，发现随着MoS2的外延生长，其应力作用是不断增强的，远离内层WSe2的区域逐渐摆脱应力的束缚，基于应力研究的器件有望在光电领域获得广泛的研究.2.2水热法(Hydrothermal Synthesis)水热法是一种生长TMDC材料的一种低成本的水溶液方法，在水热过程中，一般采用模板来来生长.常见的模板有金属微观立方体碳酸盐[19]，金属氧化物[20]，二氧化硅微球[21]等.Lou课题组将MnCO3作为模板（图2（a）），合成了MoS2立方体结构.在合成过程中，首先将MnCO3转移到MnS上，同时Mo元素与S2-离子相互作用就形成了MnS@MoS2核壳结构，选择性移除MnS壳结构之后，便有了MoS2立方体结构，尺寸大概在3微米（图2（b-d））.除此之外，他们用类似方法通过Ni-Co类普鲁士蓝与硫代硫酸铵之间的反应合成Ni-Co MoS2的金属框架[22]，由于结构和成分的优势，合成的材料展示了良好的HER催化性能.不仅能够用水热法生长三维的TMDC材料，还可以用来生长二维的TMDC.Gao课题组[23]`在泡沫镍上一步合成了MoS2-Ni3S2纳米棒材料，将钼酸铵四水化合物、硫代乙酰胺、尿素以及乙醇去离子水和泡沫镍放置在反应釜中，在240摄氏度环境下反应24小时便合成了目标材料，通过水热法合成的这种材料展现了良好的双功能性能.图2(a) 分层微盒MoS2纳米片模板辅助形成过程示意图; (b) SEM图；(c d) TEM图.2.3静电纺丝（Electrospinning）静电纺丝就是高分子流体静电雾化的特殊形式，此时雾化分裂出的物质不是微小液滴，而是聚合物微小射流，可以运行相当长的距离，最终固化成纤维.是一种比较方便的生长TMDC纤维及基碳组份纤维的一种方法.Maier课题组[24]利用这种技术，将单层的MoS2嵌入到了碳纳米纤维上.将内含(NH4)2MoS4的DMF和PVP慢慢注射入装置中进行热处理.合成的纤维直径为50nm，包覆的单层MoS2厚度为4nm.静电纺丝还可以与CVD发结合生长TMDC材料.Yang课题组[25]首先用含钼源和SiO2的PVP进行静电纺丝(图3)，合成一层薄薄的纤维网，随后用CVD法将多层石墨烯沉积在纤维网上，最后在MoS2@graphene材料在H2/H2S气体中进行退火处理把SiO2移除.这种方法在移除PVP之后不仅能够保持原本的管状结构，而且在硫化过程中能够有效地抑制MoS2的团聚现象，保持固定的结构.2.4剥离法剥离法主要是采用聚合物辅助法从体材料中剥离的得到TMDC材料，这种方法可以获得高质量、单层的TMDC材料. 在剥离法中又可以分为插层剥离法、机械剥离法和液相剥离法.插层剥离法是指将离子、小分子或有机物分子插入层状物的层间, 并进行超声剥离, 从而更易于获得单层二维材料Zhang课题组[26]通过电化学方法控制Li+在块体材料层间的插入量, 发展了合成单层二维层状结构的方法(图4),其中块体金属硒化物材料作为阴极在电解池中进行电解, 通过减小层与层之间的范德华作用力, 得到层状材料.该方法可控性较好、耗时较少且在室温下就可进行.图3（a）MoS2@G结构示意图;（b）MoS2@G无支撑结构光学图;（c）结构形成过程及相应的TEM.机械剥离法主要利用层状化合物的层与层间范德华作用力较弱, 通过对层状晶体施加机械力(摩擦力、拉力等), 使纳米片层从层状晶体中分离出来.通常使用粘性交代粘在层状TMDC块体材料上撕开，便获得了少数几层甚至单层的二维过渡金属硫化物材料. Zahn课题组[27]便用这种方法在体MoS2中得到了MoS2纳米片.液相剥离法主要是通过溶剂与TMDC材料之间的相互作用，在超声波的复制下，让溶剂分子进入层间产生作用.克服TMDC材料中的范德华力，实现层层剥离，便获得了目标材料.液相剥离技术的关键在于溶剂与TMDC块体材料之间的表面张力，当溶剂的表面与材料匹配时，则材料间的相互作用可以平衡和满足剥离TMDC所需要的能量.Kevin Sivula 课题组[28]用氮甲基吡咯烷酮作为溶剂，设置温度为1℃的反应12个小时以后，再用离心机分离未剥离的颗粒和杂质，便获得了1mg/ml的WSe2纳米片.图4 电化学锂离子插层法制备二维层状材料示意图2.5溶胶-凝胶法溶胶－凝胶法的化学过程首先是将原料分散在溶剂中，然后经过水解反应生成活性单体，活性单体进行聚合，开始成为溶胶，进而生成具有一定空间结构的凝胶，经过干燥和热处理制备出纳米粒子和所需要材料.在溶胶-凝胶法中，通过临界点干燥法来提取无机气凝胶，这样便保持了很好的凝胶结构[29]，运用这种方法，很多凝胶如金属氧化物，碳材料和半导体硫化物都能够制备. 为了从一维和二维材料中获得气凝胶，Kong课题组[30]报道了在稀释均匀的溶液中慢慢蒸发溶剂，随后进行干燥，通过这样的方法，MoS2等二维材料的气凝胶都能够制备成功。

二维过渡金属硫化物中Rashba自旋轨道耦合效应的电场调控研究

二维过渡金属硫化物中Rashba自旋轨道耦合效应的电场调控研究姚群芳;蔡佳;龚士静【摘要】Using the first-principles density functional theory calculations,we investigate the Rashba spin-orbit coupling of the transition metal dichalcogenide (TMD) monolayers MX2(M=Mo,W;X =S,Se,Te) induced by the external electric field.It is found that the anions X play an important role on the Rashba spin-orbit coupling effect.With the increase of the atomic number of X,Rashba spin-orbit splitting around the Γ point increases more distinctively,and the external electric field can hardly influence the cations because of the coverage by the anions.Thus the strength of the Rashba spin-orbit coupling follows the sequence:WTe2 ＞MoTe2 ＞WSe2 ＞MoSe2 ＞WS2 ＞MoS2.Furthermore,the distribution of the spin polarization along th e high symmetry line Γ-K/K＇ turns from the vertical direction to the two-dimensional plane under the external electric fields,and the in-plane spin polarization distribution rises with the increase of the external electric field.%本文采用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法,对6种二维过渡金属硫化物MX2(M=Mo,W;X=S,Se,Te)中的Rashba自旋轨道耦合效应进行了系统研究.对6种MX2材料施加垂直方向电场,发现阴离子X对于电场诱导的Rashba自旋轨道耦合效应起主要作用:X原子序数越大,电场诱导的Rashba劈裂也越大;阳离子M被阴离子X覆盖,对电场诱导的Rashba自旋劈裂影响较弱.因此,6种MX2单层的Rashba自旋劈裂大小依次为:WTe2 ＞MoTe2＞WSe2 ＞MoSe2 ＞WS2 ＞MoS2.施加电场后,从布里渊区中心Γ点到布里渊区边界K/K＇点,自旋方向二维平面内转向垂直方向,并且随着电场的增加,面内自旋成分逐渐增加.【期刊名称】《华东师范大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2018(000)002【总页数】8页(P101-108)【关键词】二维过渡金属硫化物;Rashba自旋轨道耦合;第一性原理计算【作者】姚群芳;蔡佳;龚士静【作者单位】华东师范大学极化材料与器件教育部重点实验室,上海200241;华东师范大学极化材料与器件教育部重点实验室,上海200241;华东师范大学极化材料与器件教育部重点实验室,上海200241【正文语种】中文【中图分类】O411.30 引言自旋轨道耦合效应是固体材料中的一种相对论效应,主要有结构反演不对称破缺引起的Rashba自旋轨道耦合、体材料反演不对称破缺引起的Dresselhaus自旋轨道耦合,以及杂质引起的自旋轨道耦合等3种[1]．Rashba自旋轨道耦合效应可以通过电场进行调控并有望应用于全电学自旋电子器件[2],因而引起了科研工作者极大的研究兴趣．1990年Datta和Das提出了利用自旋承载信息的自旋场效应晶体管模型,该模型基于Rashba自旋轨道耦合效应来对器件进行全电场调控[2].但实现自旋场效应晶体管面临着诸多挑战,如低自旋注入效率、自旋弛豫的控制以及自旋进动的控制等[3].最近有研究结果表明,一种利用Rashba自旋轨道耦合效应的全电学半导体自旋电子器件在实验上得到了实现[4].Rashba自旋轨道耦合效应最早在半导体异质结AlGaAs/GaAs、InAs/GaSb中观测到[5-6]．随着研究的深入,研究人员利用角分辨率光电子能谱测量到Au(111)[7]、Bi(111)[8]、Gd(0001)[9]等重金属表面的Rashba自旋轨道耦合的强度．更进一步地,人们设法在金属表面掺杂,并从Bi-Ag(111)[10]、Bi-Si(111)[11]等体系中获得了更大的Rashba自旋轨道耦合强度．然而,在实际应用中,具有Rashba自旋轨道耦合效应的半导体材料更符合工业上的应用[12]．近年,在极性半导体材料BiTeI 中发现了Rashba自旋轨道耦合效应[13-14],该自旋劈裂源于层间结构．然而,体材料BiTeI层间的离子键作用阻碍了稳定薄膜的形成,这恰恰是集成电路中亟需的．因而人们期待在稳定的薄膜中发现强的Rashba自旋轨道耦合效应．2004年物理学家Geim和Novoselov等人从石墨中剥离出石墨烯[15],即只有单层碳原子的二维结构晶体．石墨烯优异的性能,如极强的柔韧性、超强透光性、高热导电率、高电子迁移率等[15],吸引了大批研究人员的研究．在持续不断的研究热潮下,科研工作者在石墨烯的研究领域相继取得了可喜的研究成果[16],并促使了其他二维材料的发现,如氮化硼[17]、硅烯[18]和单层过渡金属硫化物[19-21]等．尤其是单层过渡金属硫化物由于在纳米电子学、光电子学、谷电子学及自旋电子学等领域中广阔的应用前景[22-24],引起了广泛的关注．人们致力于研究单层过渡金属硫化物在K/K′点附近的物理性质,并揭示了其在谷电子学中特殊的应用[25-26],而较少研究Γ点处的能带结构．最近研究表明,极性的二维过渡金属硫化物MXY(M=Mo,W;X/=Y=S,Se,Te)不仅在K/K′处有谷自旋劈裂,由于镜面对称破缺,在Γ点处价带顶的能带也产生劈裂,表现出较大的Rashba自旋轨道耦合效应[27]．在非极性的二维过渡金属硫化物MX2(M=Mo,W;X=S,Se,Te)中,由于镜面对称,在Γ点处自旋简并．然而,MX2在外加电场的调控下静电势产生镜面对称破缺,使得在Γ点处自旋劈裂.Rashba自旋轨道耦合效应与谷自旋劈裂效应在半导体自旋电子学与谷电子学中将会有特殊的应用前景,值得进行深入而系统的研究．本文采用第一性原理计算方法,系统研究了电场对二维过渡金属硫化物中Rashba自旋轨道耦合效应的调控作用,并揭示了非极性二维过渡金属硫化物MX2中电场对Rashba自旋轨道耦合调控的规律．1 计算方法采用基于密度泛函理论的第一性原理计算模拟软件包Vienna Ab-initio Simulation Package(VASP)进行理论计算[28],研究自旋轨道耦合效应[29-30]．交换关联能采用广义梯度近似 Generalized Gradient Approximation(GGA)中的 Perdew-Burke-Ernzerhof(PBE)方法[31]．我们对K点、截断能、真空层的选取进行了总能的收敛性测试．自洽计算中的截断能为500 eV,z方向的真空层厚度为20˚A．基于Monkhorst-Pack方法,在晶体结构弛豫时,布里渊区的K格点为15×15×1,在静态自洽计算中的K格点为20×20×1．在晶体结构的弛豫过程中,当原子间的Hellmann-Feynman力小于1 meV/˚A时,结构优化停止．在施加电场时,考虑了偶极修正,即在真空中加入一个外偶极层[32]．本文计算了6种二维过渡金属硫化物MX2(M=Mo,W;X=S,Se,Te)体系在电场作用下的电子能带结构及布里渊区Γ点处价带顶的自旋分布．随着电场的加大,分别分析了这6种材料在Γ点附近的Rashba自旋轨道耦合效应,并做了详细的比较研究．2 计算模型过渡金属硫化物(Transition-Metal Dichalcogenides,TMDs)的块体材料与石墨类似,层与层之间由微弱的范德瓦尔斯力相互作用结合在一起．经过物理剥离或化学制取的方法[33-34],可以获得单层的TMDs结构,即二维过渡金属硫化物MX2(M=Mo,W;X=S,Se,Te),其晶体结构如图1(a)、图1(b)所示,该二维单层结构从侧面看为X-M-X夹层的三明治模型,而从俯视图中可以看到类似石墨烯表面的六角蜂窝状结构．由于反演对称性的破缺,单层MX2空间群为P¯6m2(D13h),其第一布里渊区如图1(c)所示,图中标出了主要的高对称点(Γ,K,K′,M),由于单层MX2的空间反演对称性破缺,K和K′是不等价的．图1(d)为单层MX2在无外加电场作用时Γ点附近价带顶处的能带结构示意图,可以看出能带处于简并的状态．图1(e)为单层MX2在较大电场下Γ点附近价带顶处的能带结构示意图,表现出较大的Rashba自旋劈裂现象．典型的Rashba自旋轨道耦合效应可以用哈密顿量HR=λ(∇V×p)·σ= αR(σxky−σykx)来表示,其中∇V表示电势梯度,p表示电子的动量,σ表示泡利算符(σx,σy,σz)．线性Rashba劈裂能量色散关系可以表示而Rashba自旋轨道耦合参数αR可以通过公式其中ER表示Rashba能量,kR表示动量偏移,如图1(e)所示．3 计算结果与分析3.1 外加电场下单层WTe2的电子自旋结构由于二维过渡金属硫化物MX2(M=Mo,W;X=S,Se,Te)体系中6种材料的电子结构相似性,本文以单层WTe2为例,详细分析该结构在不同情况下的电子能带结构图．图2(a)和图2(b)分别为单层WTe2在不含和含有自旋轨道耦合修正项时沿着高对称点Γ−M−K−Γ−K′的电子能带结构图.从理论计算结果可以看到,单层WTe2为导带底和价带顶在K/K′点处的直接带隙半导体,在计算中添加了自旋轨道耦合修正项后,由于空间反演对称破缺,原本简并的能带在高对称点K和K′处的发生了劈裂,橙色和蓝色表示在价带顶处劈裂的能带．另外,由于单层WTe2存在镜面对称(x,y,z)→(x,y,−z),使得垂直于表面的势梯度总和为0,因此在Γ点附近并未出现Rashba自旋劈裂现象．然而,当在垂直于二维结构表面的z方向上施加一个较大的外电场Eext=0.8 V/˚A时,单层WTe2的能带结构在Γ点附近出现了明显的Rashba自旋劈裂现象,如图2(c)所示.由于外电场的作用导致了二维结构中垂直于表面的静电势梯度发生变化,从而破坏了单层WTe2的电子能带结构在Γ点附近的自旋简并态．因此可以看出,外电场可以有效地调控二维MX2中的Rashba自旋轨道耦合效应．图1 (a)、(b)二维MX2结构的侧视图和俯视图,其中蓝色球表示过渡金属元素M(Mo,W),橙色球表示硫族元素X(S,Se,Te);(c)二维MX的第一布里渊区示意图,其中−→b和−→b为倒格子基212矢;(d)自旋简并的能带示意图;(e)Rashba自旋劈裂能带示意图Fig.1 (a)Side view and(b)top view of the MX2monolayer structure,with the blue and the orange ball representing transition metals and chalcogenides,respectively;(c)The first Brillouin zone of the MXmonolayer with the reciprocal lattice vector −→band −→b;212 Schematic band structure for(d)spin degeneracy and(e)Rashba splitting图2 单层WTe2能带结构图Fig.2 Band structures of the WTe2monolayer通过第一性原理的计算结果,分析单层WTe2在价带顶的自旋分布情况,结果如图3所示. 图 3(a)–图 3(c)分别为在外加电场Eext=0 V/˚A,0.1 V/˚A,0.8 V/˚A 时的自旋分布图,其中红色箭头表示面内的自旋极化分布,蓝色和黄色区域分别表示面外的自旋极化分布．从图3(b)可以看到,施加电场后,从布里渊区中心Γ点到布里渊区边界K点,自旋极化方向从面内转向垂直,并且随着电场的增大,Γ点附近的面内自旋分布逐渐增多．图 3 (a)–(c) 外加电场Eext=0 V/˚A,0.1 V/˚A,0.8 V/˚A 时,单层 WTe2价带顶能带中的自旋分布图Fig.3 (a)–(c)Distribution of the spin polarization of the WTe2monolayer in the highest valence band under the external electric fields Eext=0 V/˚A,0.1 V/˚A,0.8 V/˚A,respectivel y3.2 外加电场下单层MX2的Rashba自旋劈裂为了更好地研究二维过渡金属硫化物MX2(M=Mo,W;X=S,Se,Te)6种材料中外加电场对Rashba自旋轨道耦合效应的影响,我们计算了这6种材料在不同外加电场下的电子能带结构．由计算结果可知,二维结构的MoS2和WS2、MoSe2和WSe2、MoTe2和WTe2等在Γ点附近价带顶的能带结构具有很大的相似性,因此,在图4中只列出了单层WS2、WSe2、WTe2分别在外加电场Eext=0V/˚A,0.2V/˚A,0.4 V/˚A,0.8 V/˚A 时, Γ点附近价带顶的能带结构图．从横向结果可以看出,随着电场的增大,Γ点价带顶附近的Rashba自旋劈裂逐渐增大;从纵向结果可以看出,在相同的过渡金属元素M(M=Mo,W)中,随着X(X=S,Se,Te)的原子序数增大,MX2在Γ点的劈裂程度随电场增大愈加明显,这充分说明了阴离子X对于电场调控起到重要作用．更进一步地,我们对第一性原理的计算结果进行详细分析.根据图1(e)及公式得到二维过渡金属硫化物MX2(M=Mo,W;X=S,Se,Te)6种材料的Rashba自旋轨道耦合参数αR,数值分析结果如图5所示,其中,蓝色三角形、红色五角星和紫色圆形曲线分别表示MoS2和WS2、MoSe2和WSe2、MoTe2和WTe2的Rashba自旋轨道耦合参数αR随着电场变化的情况,其中空心图形表示MoX2(X=S,Se,Te),实心图形表示WX2(X=S,Se,Te)．可以看出,随着电场的增大,Rashba自旋轨道耦合参数αR呈线性增加．6种材料的Rashba自旋劈裂大小依次为:WTe2＞MoTe2＞WSe2＞MoSe2＞WS2＞MoS2．这说明相同电场作用下,阴离子X对电控Rashba自旋轨道耦合起主要作用,阴离子原子序数越大;Rashba自旋轨道耦合越大.当阴离子给定时,例如阴离子为Te时,阳离子M的原子序数大小决定电控Rashba 自旋轨道耦合,即WTe2＞MoTe2.图 4 (a)–(c) 单层WS2、WSe2、WTe2分别在外加电场 Eext=0V/˚A,0.2V/˚A,0.4 V/˚A,0.8 V/˚A 时,Γ点附近能带结构图Fig.4 (a)–(c)Band structure of the WS2,WSe2and WTe2monolayers under the external electric fi elds Eext=0 V/˚A,0.2V/˚A,0.4 V/˚A,0.8 V/˚A,respectively图5 Rashba自旋轨道耦合参数αR随电场的变化Fig.5 Dependence of Rashbaparameter αRon the external electric fields4 结论本文采用基于密度泛函理论的第一性原理计算,研究了二维过渡金属硫化物MX2(M=Mo,W;X=S,Se,Te)中的电控Rashba自旋轨道耦合效应．研究表明：在垂直外电场作用下,MX26种材料中Rashba自旋劈裂随电场的增大而增大;阴离子X对电场诱导的Rashba自旋轨道耦合效应起到重要作用,随着X的原子序数增大,Rashba劈裂随电场增大愈明显;而阳离子M被阴离子覆盖,影响较弱．6种单层MX2中,Rashba自旋劈裂大小依次为:WTe2＞MoTe2＞WSe2＞MoSe2＞WS2＞MoS2,且自旋轨道耦合强度随电场线性变化.此外,在价带顶能带中,从布里渊区中心Γ点到布里渊区边界K/K′点,自旋方向从平面内转向垂直方向．[参考文献][1] WINKLER R.Spin-Orbit Coupling Effects in Two-Dimensional Electron and Hole Systems[M].Berlin:Springer,2003.[2] DATTA S,DAS B.Electronic analog of the electro-optic modulator[J].Appl Phys Lett,1990,56(7):665-667.[3] MANCHON A,KOO H C,NITTA J,et al.New perspectives for Rashba spin-orbit coupling[J].Nat Mater,2015,14(9):871-882.[4] CHUANG P,HO S-C,SMITH L W,et al.All-electric all-semiconductor spin field-effect transistors[J].Nat Nanotechnol,2015,10(1):35-39.[5] NITTA J,AKAZAKI T,TAKAYANAGI H,et al. Gate control of spin-orbit interaction in an inverted In0.53Ga0.47As/In0.52Al0.48As heterostructure[J].Phys Rev Lett,1997,78(7):1335-1338.[6] STEIN D,KLITZING K V,WEIMANN G.Electron spin resonance on GaAs-AlxGa1−xAs hetero structures[J].Phys Rev Lett,1983,51(2):130-133.[7] LASHELL S,MCDOUGALL B A,JENSEN E.Spin splitting of anAu(111)surface state band observed with angle resolved photoelectron spectroscopy[J].Phys Rev Lett,1996,77(16):3419-3422.[8] KOROTEEV Y M,BIHLMAYER G,GAYONE J E,et al.Strong spin-orbit splitting on Bi surfaces[J].Phys Rev Lett,2004,93(4):046403.[9]KRUPIN O,BIHLMAYER G,STARKE K,et al.Rashba effect at magnetic metal surfaces[J].Phys Rev B,2005,71(20):201403.[10] AST C R,HENK J,ERNST A,et al.Giant spin splitting through surface alloying[J].Phys Rev Lett,2007,98(18):186807.[11]SAKAMOTO K,KAKUTA H,SUGAWARA K,et al.Peculiar Rashba splitting originating from the two dimensional symmetry of the surface[J].Phys Rev Lett,2009,103(15):156801.[12] GIERZ I,SUZUKI T,FRANTZESKAKIS E,et al.Silicon surface with giant spin splitting[J].Phys Rev Lett,2009,103(4):046803.[13]ISHIZAKA K,BAHRAMY M S,MURAKAWA H,et al.Giant Rashba-type spin splitting in bulk BiTeI[J].Nat Mater,2011,10(7):521-526.[14] BAHRAMY M S,ARITA R,NAGAOSA N.Origin of giant bulk Rashba splitting:Application to BiTeI[J].Phys Rev B,2011,84(4):041202.[15] NOVOSELOV K S,GEIM A K,MOROZOV S V,et al.Electric field effect in atomically thin carbon films[J].Science,2004,306(5696):666-669.[16] NAIR R R,BLAKE P,GRIGORENKO A N,et al.Fine structure constant defines visual transparency of graphene[J].Science,2008,320(5881):1308-1308.[17]PACIL D,MEYER J C,GIRIT C¸ et al.The two-dimensional phase of boronnitride:Few-atomic-layer sheets and suspended membranes[J].Appl Phys Lett,2008,92(13):133107.[18] VOGT P,DE PADOVA P,QUARESIMA C,et al.Silicene:Compelling experimental evidence for graphenelike two-dimensional silicon[J].Phys Rev Lett,2012,108(15):155501.[19] WANG Q H,KALANTAR-ZADEH K,KIS A,et al.Electronics and optoelectronics of two-dimensional transition metal dichalcogenides[J].Nat Nanotechnol,2012,7(11):699-712.[20] KUC A,ZIBOUCHE N,HEINE T.Influence of quantum confinement on the electronic structure of the transition metal sulfide TS2[J].Phys RevB,2011,83(24):245213.[21] CONLEY H J,WANG B,ZIEGLER J I,et al.Bandgap Engineering of Strained Monolayer and Bilayer MoS2[J].Nano Lett,2013,13(8):3626-3630.[22] MAK K F,SHAN J.Photonics and optoelectronics of 2D semiconductor transition metal dichalcogenides[J].Nat Photonics,2016,10(4):216-226. [23] RADISAVLJEVIC B,RADENOVIC A,BRIVIO J,et al.Single-layerMoS2transistors[J].Nat Nanotechnol,2011,6(3):147-150.[24] EDA G,MAIER S A.Two-dimensional crystals:Managing light for optoelectronics[J].ACS Nano,2013,7(7):5660-5665.[25] XIAO D,LIU G B,FENG W X,et al.Coupled spin and valley physics in monolayers of MoS2and other group-VI dichalcogenides[J].Phys Rev Lett,2012,108(19):196802.[26] ZENG H L,DAI J F,YAO W,et al.Valley polarization in MoS2 monolayers by optical pumping[J].Nat Nanotechnol,2012,7:490-493.[27] CHENG Y C,ZHU Z Y,TAHIR M,et al.Spin-orbit–induced spin splittings in polar transition metal dichalcogenide monolayers[J].EurophysLett,2013,102(5):57001.[28] KRESSE G,JOUBERT D.From utrasoft pseudopotentials to the projector augmentedwave method[J].Phys Rev B,1999,59(3):1758-1775.[29] GONG S J,CAI J,YAO Q F,et al.Orbital control of Rashba spin orbit coupling in noble metal surfaces[J].J Appl Phys,2016,119(12):125310. [30] GONG S J,DUAN C G,ZHU Y,et al.Controlling Rashba spin splitting in Au(111)surface states through electric field[J].Phys RevB,2013,87(3):035403.[31]PERDEW J P,BURKE K,ERNZERHOF M.Generalized gradient approximation made simple[J].Phys Rev Lett,1996,77(18):3865-3868. [32]SANNA S,H LSCHER R,SCHMIDT W G.Temperature dependent LiNbO3(0001):Surface reconstruction and surface charge[J].Appl Surf Sci,2014,301:70-78.[33] VAN DER ZANDE A M,HUANG P Y,CHENET D A,et al.Grains and grain boundaries in highly crystalline monolayer molybdenum disulphide[J].Nat Mater,2013,12(6):554-561.[34] MAK K F,LEE C,HONE J,et al.Atomically thin MoS2:A new direct-gap semiconductor[J].Phys Rev Lett,2010,105(13):136805.。

二维过渡金属二硫化物的电子器件应用研究

二维过渡金属二硫化物的电子器件应用研究近年来，二维材料作为一种新型材料在电子器件领域引起了广泛的关注与研究。

其中，二维过渡金属二硫化物（TMDCs）因其特殊的电子结构和优异的性能，在电子器件应用方面具有巨大的潜力。

本文将深入探讨二维过渡金属二硫化物的电子器件应用研究的最新进展。

一、TMDCs的特性及制备方法二维过渡金属二硫化物是一类由过渡金属与硫原子形成的二维材料，具有层状结构。

由于其独特的电子结构和高度可调控性，在电子器件应用方面呈现出许多独特的特性。

TMDCs材料的制备方法主要有机械剥离法、化学气相沉积法（CVD）和溶液剥离法等。

二、TMDCs的电子器件应用1. 逻辑门电子器件TMDCs材料具有优异的载流子运动性能和可调控的能带结构，使其成为逻辑门电子器件的理想候选材料。

通过利用TMDCs材料的双极性调控特性，可以实现高性能、低功耗的逻辑门电子器件的设计与制备。

2. 能谱传感器TMDCs材料的带隙能量高度可调控性，使其在能谱传感器领域具有广泛的应用前景。

通过对TMDCs材料进行掺杂或改变其形态，在能谱传感器中实现对特定气体或化学物质的高灵敏度检测。

3. 光电器件TMDCs材料在光电器件中的应用表现出了诸多优势，如高载流子迁移率、较高的量子效率和宽的光谱范围等。

通过将TMDCs材料与其他光电器件材料相结合，可以制备出高性能的太阳能电池、光电传感器等器件。

4. 功率电子器件由于TMDCs材料具有良好的电子传导性能和热导性能，因此在功率电子器件领域有广泛的应用前景。

利用TMDCs材料的优异电子性能和热传导性能，可以制备高效、高性能的功率放大器、开关和传输线等器件。

三、挑战与展望尽管TMDCs材料在电子器件应用方面显示出了巨大的潜力，但在实际应用中仍然面临一些挑战。

首先，材料的制备方法还需要进一步优化，以提高材料的质量和可扩展性。

其次，TMDCs材料的界面与电极之间的耦合效率仍然需要改进。

此外，TMDCs材料的长期稳定性和可靠性也需要进一步研究和解决。

《二维过渡金属硫化物MoSSe电-声子相互作用及其散射率的研究》范文

《二维过渡金属硫化物MoSSe电-声子相互作用及其散射率的研究》篇一摘要：本文以二维过渡金属硫化物MoSSe为研究对象，深入研究了其电-声子相互作用及其散射率。

通过对MoSSe的电子结构和声子特性的详细分析，探讨了电-声子耦合机制对材料物理性质的影响。

研究结果对于理解二维材料中电子与声子的相互作用及优化相关器件性能具有重要意义。

一、引言二维过渡金属硫化物因其独特的电子结构和物理性质，近年来在材料科学领域引起了广泛关注。

MoSSe作为其中一种典型的二维材料，具有优异的电子传输性能和良好的化学稳定性，在电子器件、光电器件等领域具有广阔的应用前景。

研究MoSSe的电-声子相互作用及其散射率，有助于深入理解其物理性质，并为相关器件的设计和优化提供理论依据。

二、MoSSe的结构与电子性质MoSSe是一种具有类石墨烯结构的二维材料，其层状结构由Mo-S-Se原子层组成。

通过第一性原理计算，我们得到了MoSSe 的电子能带结构和态密度分布。

分析表明，MoSSe具有较高的电子迁移率和良好的导电性。

三、电-声子相互作用分析电-声子相互作用是决定材料物理性质的重要因素之一。

在MoSSe中，电子与声子之间的耦合作用表现为电子散射和能量转移。

通过分析MoSSe的电子结构和声子谱，我们探讨了电-声子相互作用机制及其对材料电阻率、热导率等物理性质的影响。

四、散射率研究散射率是衡量材料中电子传输性能的重要参数。

在MoSSe中，散射率受到多种因素的影响，包括声子散射、杂质散射等。

我们通过实验和理论计算，分析了不同因素对MoSSe散射率的影响，并得出了散射率的定量关系式。

结果表明，在特定条件下，MoSSe的散射率可得到有效控制，从而优化其电子传输性能。

五、结论本研究通过分析MoSSe的电子结构和声子特性，探讨了电-声子相互作用机制及其对材料物理性质的影响。

结果表明，MoSSe具有良好的电子传输性能和较低的散射率。

此外，我们还分析了不同因素对MoSSe散射率的影响，并得出了散射率的定量关系式。

二维过渡金属硫化物材料的可控合成及性能研究

二维过渡金属硫化物材料的可控合成及性能研究近年来，随着纳米材料领域的发展，二维过渡金属硫化物材料作为一种新型材料备受关注。

它具有独特的结构和性能，有着广泛的应用前景。

本文将就二维过渡金属硫化物材料的可控合成及性能研究展开探讨。

首先，我们需要了解什么是二维过渡金属硫化物材料。

二维过渡金属硫化物是由金属元素和硫元素形成的晶格结构，其层状结构使得其在多个方向上具有优异的电学和热学性能。

二维过渡金属硫化物材料的可控合成是实现其优良性能的关键。

目前，研究人员通过各种方法合成了不同种类的二维过渡金属硫化物材料，包括机械剥离法、化学气相沉积法等。

其次，对于二维过渡金属硫化物材料的性能研究也是至关重要的。

通过实验和理论模拟可以揭示其电学、光学、热学等特性。

研究表明，二维过渡金属硫化物材料具有优异的导电性和光学性能，具有广泛的应用前景。

例如，MoS2材料在光电器件中的应用已经引起了广泛的研究兴趣。

除此之外，对于二维过渡金属硫化物材料的性能调控也是当前研究的热点。

通过控制其合成条件和结构，可以实现对二维过渡金属硫化物材料性能的调控。

例如，调控MoS2材料的层数和缺陷可以实现对其光电性能的调控，为其在电子器件中的应用提供了新的思路。

最后，总结可得，二维过渡金属硫化物材料是一类具有潜力的新型材料，在光电器件、传感器、催化剂等领域具有广泛的应用前景。

研究人员对其可控合成及性能研究正在取得重要进展，但仍然面临许多挑战，如材料的稳定性、制备成本等。

未来，需要进一步深入研究二维过渡金属硫化物材料的性能和应用，以实现其在各个领域的广泛应用。

通过本文对二维过渡金属硫化物材料的可控合成及性能研究的探讨，我们可以看到这一类新型材料的潜力和重要性。

希望未来在这个领域的研究可以取得更大的突破，为人类社会的进步和发展做出更大的贡献。

二维范德华过渡金属二硫属化物

二维范德华过渡金属二硫属化物二维范德华过渡金属二硫属化物（二维TMDCs）是一类具有重要应用潜力的纳米材料，近年来引起了广泛的关注和研究。

它们由层状的过渡金属结合硫属元素构成，具有特殊的电子和光学性质，可以在电子学、光电子学和催化领域发挥重要作用。

本文将深入探讨二维TMDCs 的结构与合成方法、性质与应用以及未来发展方向。

一、二维TMDCs的结构与合成方法二维TMDCs通常由单层或几层原子组成，具有特殊的二维结构。

其中，范德华力起到了关键作用，通过过渡金属和硫属元素之间的相互作用来稳定二维结构。

具体来说，过渡金属原子与硫属原子之间存在强烈的相互作用，形成稳定的二维结构。

在合成方法方面，石墨烯剥离法是最常见的方法之一。

它通过机械剥离或化学剥离的方法制备单层TMDCs。

气相沉积、溶液法和气溶胶法等也被广泛应用于二维TMDCs的合成。

这些方法的发展为制备高质量的二维TMDCs提供了重要的途径。

二、二维TMDCs的性质与应用二维TMDCs具有许多特殊的性质，使它们在多个领域具有广泛的应用潜力。

1. 电子性质二维TMDCs的电子性质受到限制和量子尺寸效应的影响。

由于它们的二维结构，电子在平面内运动受到限制，从而导致其电子能带结构的改变。

量子尺寸效应使得二维TMDCs在电子输运和能带调控方面具有特殊性质。

这些特性使得二维TMDCs在电子学领域有着广泛的应用。

2. 光学性质二维TMDCs的光学性质也十分独特。

它们具有较大的束缚能和狄拉克点的存在。

这些特性使得二维TMDCs在光电子学领域具有重要的应用前景。

二维TMDCs可以用于太阳能电池、光电子器件和光催化等方面。

3. 催化性能由于二维TMDCs具有丰富的表面活性位点和较大的比表面积，使得它们在催化领域表现出良好的性能。

钼二硫化物（MoS2）常用于电化学催化、气体传感和电池材料等领域。

总结与回顾：本文对二维范德华过渡金属二硫属化物进行了全面评估并撰写了一篇有价值的文章。

基于限域效应的二维过渡金属硫化物-水滑石原位自组装及其协同催化产氢行为

基于限域效应的二维过渡金属硫化物-水滑石原位自组装及其协同催化产氢行为二维过渡金属硫化物（TMDCs）是一类具有优异电子传输、光催化和电催化性能的材料，近年来受到了广泛的研究和应用。

然而，单纯的TMDCs材料在催化产氢过程中的效率和稳定性方面仍然存在一些挑战。

为了提高其催化性能，研究人员通过限域效应的引入，使得TMDCs与其它材料形成原位自组装结构，实现协同催化产氢行为。

限域效应是指在一定空间范围内，通过材料之间的相互作用和结构调控，提高催化反应的效率和选择性。

对于TMDCs材料来说，通过限域效应的引入，可以在其表面形成与之相互作用的辅助催化剂，从而提高产氢反应的效率。

在这种限域效应下，TMDCs与辅助催化剂之间形成了一种协同作用，促进了产氢反应的进行。

在研究中，通过选择合适的过渡金属硫化物和辅助催化剂，研究人员成功实现了TMDCs与辅助催化剂的原位自组装。

例如，研究人员通过将钾离子引入TMDCs材料中，实现了与MoS2的原位自组装。

这种自组装结构能够有效地促进产氢反应的进行，并且具有较高的稳定性。

类似地，通过选择适合的辅助催化剂，如Rh、Pt等金属，可以与TMDCs形成稳定的协同催化剂结构，进一步提高产氢反应的效率。

除了辅助催化剂的引入，研究人员还通过表面修饰和结构调控来实现TMDCs的限域效应。

例如，在TMDCs的表面引入缺陷和边界，可以增加其催化活性，并提高产氢反应的效率。

同时，通过选择不同的表面修饰方法，如原子层沉积等，可以调控TMDCs的结构和形貌，进一步改善其催化性能。

基于限域效应的二维过渡金属硫化物-水滑石原位自组装结构在催化产氢行为中表现出了优异的性能。

通过限域效应的引入，TMDCs与辅助催化剂实现了协同作用，提高了产氢反应的效率和稳定性。

此外，通过表面修饰和结构调控，还可以进一步优化TMDCs的催化性能。

这些结果为设计和制备高性能的催化材料提供了新思路和方法。

综上所述，基于限域效应的二维过渡金属硫化物-水滑石原位自组装是一种有效的策略来提高TMDCs材料的催化性能。

二维过渡金属硫化物材料的制备与性能研究

二维过渡金属硫化物材料的制备与性能研究二维过渡金属硫化物材料是近年来材料科学领域的一个热点研究方向。

这类材料以其独特的物理和化学性质，被广泛应用于电子器件、催化剂、能源存储等领域。

本文将以二维过渡金属硫化物材料的制备和性能研究为主题，介绍其重要性、制备方法和性能研究的进展。

一、二维过渡金属硫化物材料的重要性二维过渡金属硫化物材料具有许多独特的性质，如结构可调性、卓越的电子和光学性能，以及优良的机械和热学性能等。

这些特性使得其在电子器件、光电子学、催化剂以及能源领域中具有巨大的应用潜力。

首先，在电子器件方面，二维过渡金属硫化物材料的优异电子性能使其成为替代传统硅基材料的理想候选。

例如，二维硫化钼在柔性电子领域中被广泛应用。

其高载流子迁移率和优良的机械可伸缩性使之成为高性能透明导电电极材料的最佳选择。

其次，二维过渡金属硫化物材料的光学性能也引起了广泛的关注。

许多材料在单层或多层形式下展现出特殊的光学特性，如量子束缚效应、吸收和发射等能级调控。

这些性质对于光学器件的设计和构建具有重要意义。

最后，二维过渡金属硫化物材料作为催化剂在催化反应方面具有重要应用价值。

由于其高比表面积和丰富的活性位点，该材料在电化学催化、光催化和化学催化等方面表现出卓越的催化活性。

因此，二维过渡金属硫化物材料在环境保护、能源转化等领域具有广阔的应用前景。

二、二维过渡金属硫化物材料的制备方法目前，二维过渡金属硫化物材料的制备方法主要包括物理剥离法、化学气相沉积法和溶液法等。

物理剥离法是通过剥离三维材料来制备二维材料，最为典型的剥离方法是机械剥离法，其原理是通过机械剥离的方式将三维材料分离成二维薄片。

化学气相沉积法是通过将金属前驱体和硫源前驱体在高温下反应生成沉积物，进而制备二维材料。

溶液法则是利用溶液中金属离子和硫化物进行反应生成二维材料，这种方法较为简便且使用范围广泛。

除此之外，还有其他一些制备方法，如热解法、水热法和电化学沉积法等。

《二维过渡金属硫化物MoSSe电-声子相互作用及其散射率的研究》范文

《二维过渡金属硫化物MoSSe电-声子相互作用及其散射率的研究》篇一一、引言随着材料科学和纳米科技的不断发展，二维材料由于其独特的物理和化学性质成为了研究热点。

其中，二维过渡金属硫化物（TMDs）因其优异的电子、光学和热学性能在众多领域展现出巨大的应用潜力。

MoSSe作为TMDs家族的一员，其独特的电子结构和物理性质使其成为研究的焦点。

本文将重点研究二维过渡金属硫化物MoSSe的电-声子相互作用及其散射率，探讨其相关物理机制及潜在应用价值。

二、MoSSe的结构与性质MoSSe属于二维过渡金属硫化物，具有类似石墨烯的层状结构。

其原子排列具有高度的有序性，且每个硫（S）原子和硒（Se）原子分别与两个钼（Mo）原子形成共价键，构成了一个稳定的结构。

MoSSe具有优异的电子传输性能、良好的化学稳定性和较高的光学响应速度，使其在光电子器件、传感器、电池等领域具有广泛的应用前景。

三、电-声子相互作用电-声子相互作用是材料中电子与声子之间相互作用的一种重要机制。

在MoSSe中，电子在传输过程中会与声子发生相互作用，从而影响材料的电子传输性能和热学性质。

研究表明，MoSSe中的电-声子相互作用具有显著的能量转换效率，有利于实现高效能的电子设备和热电器件。

四、散射率研究散射率是衡量材料中电子传输性能的重要参数之一。

在MoSSe中，散射率受多种因素影响，如缺陷、杂质、界面等。

通过对MoSSe的散射率进行研究，可以深入了解其电子传输机制和影响因素，为优化材料性能提供重要依据。

研究表明，通过调控MoSSe的制备工艺和结构，可以有效地降低其散射率，提高电子传输效率。

五、实验方法与结果分析为了研究MoSSe的电-声子相互作用及其散射率，我们采用了多种实验方法。

首先，利用分子束外延技术制备了高质量的MoSSe薄膜，并通过光学显微镜、原子力显微镜等手段对其结构进行了表征。

其次，利用电输运测量技术研究了MoSSe的电-声子相互作用，观察了其电流-电压曲线和温度依赖性。

二维过渡金属硫化物材料在电子器件中的应用探索

二维过渡金属硫化物材料在电子器件中的应用探索近年来，随着纳米技术的快速发展，二维材料作为一类新兴材料受到了广泛关注。

其中，二维过渡金属硫化物材料因其独特的电子特性和晶体结构，在电子器件领域中展示出了巨大的应用潜力。

本文将探讨二维过渡金属硫化物材料在电子器件中的应用，并对其未来发展进行展望。

一、二维过渡金属硫化物材料的概述二维过渡金属硫化物材料是一类由过渡金属离子（如Mo、W等）和硫离子组成的层状结构材料。

由于其特殊的晶体结构，二维过渡金属硫化物材料表现出了很多其他材料所不具备的优异性能，如高载流子迁移率、优秀的机械柔韧性和较小的能带间隙等。

这些特性赋予了它们在电子器件中应用的巨大潜力。

二、二维过渡金属硫化物材料在光电器件中的应用1. 光电探测器二维过渡金属硫化物材料的窄能带间隙和高光吸收系数使其成为一种优秀的光电探测器材料。

利用二维过渡金属硫化物材料制备的光电探测器在宽波长范围内表现出高光电响应和快速响应速度，具有广泛的应用前景。

2. 光伏器件二维过渡金属硫化物材料在太阳能电池领域中也展现出了巨大的潜力。

其高载流子迁移率和优异的光吸收性能使得它们可以作为高效的光伏材料应用于太阳能电池中，进一步提高光电转换效率，推动太阳能利用技术的发展。

三、二维过渡金属硫化物材料在电子器件中的应用1. 可弯曲电子器件二维过渡金属硫化物材料的机械柔韧性使得它们可以制备出具有弯曲性能的电子器件。

这使得二维过渡金属硫化物材料在新型可弯曲显示器件、柔性传感器和可穿戴电子设备等领域具有广泛的应用前景。

2. 储能器件由于二维过渡金属硫化物材料具有高比表面积和优秀的导电性能，它们被广泛用于超级电容器和锂离子电池等储能器件中。

这些器件不仅具有高特定电容和优异的循环稳定性，而且具有较高的储能密度和良好的循环寿命，有望在能源储存领域展现出更广阔的应用前景。

四、二维过渡金属硫化物材料的未来发展尽管二维过渡金属硫化物材料在电子器件中展现出了巨大的潜力，但目前仍然面临一些挑战。

二维过渡金属硫化物的光电性能研究

二维过渡金属硫化物的光电性能研究随着纳米科技的快速发展，过渡金属硫化物作为一类重要的二维材料开始引起科研界的广泛关注。

这些材料在光电领域具有独特的优势，因此对其光电性能进行研究具有重要意义。

本文将着重讨论二维过渡金属硫化物在光电性能方面的研究进展，并对其应用前景进行展望。

一、二维过渡金属硫化物的特点二维过渡金属硫化物是由一层厚度仅为几纳米的硫原子和过渡金属原子交替排列而成的材料。

这种特殊的结构赋予了其特殊的光电性能。

首先，二维结构中的过渡金属原子能够形成多种配位数和价态，从而使其能带结构发生变化，进而实现对光电性能的调控。

此外，过渡金属硫化物具有优异的导电性和载流子迁移率，使其在光电器件中具备广泛的应用潜力。

二、光电性能的研究进展1. 光吸收和光电转换二维过渡金属硫化物的光吸收和光电转换是研究的重点之一。

一些研究表明，由于其特殊的带隙结构和量子尺寸效应，二维过渡金属硫化物在可见光和近红外光区域具有较强的光吸收能力。

此外，由于其高迁移率和长寿命的载流子，这些材料在光电转换器件中的效率也得到了显著提高。

2. 光电子器件的应用二维过渡金属硫化物由于其独特的光电性能，在光电子器件中有着广泛的应用前景。

例如，二维过渡金属硫化物可以作为光电传感器的材料，通过对外界光的吸收，将光信号转化为电信号，实现对光强度或光谱的检测。

此外，由于其优异的导电性能，过渡金属硫化物还可以作为柔性电子器件的关键材料，用于制备柔性太阳能电池、柔性显示器等。

三、展望尽管二维过渡金属硫化物的光电性能已经取得了一些重要研究进展，但仍然存在许多问题有待解决。

例如，如何进一步提高材料的光吸收能力和载流子迁移率，以及如何实现对光电性能更精确的调控。

这些问题需要通过更深入的实验研究和理论模拟来解决。

总而言之，二维过渡金属硫化物作为一类具有特殊光电性能的材料，其在光电领域的研究前景广阔。

通过对其光吸收和光电转换机制的深入研究，可以为光电子器件的设计与制备提供理论指导和技术支持。

《几种非对称结构二维材料中的电-声子相互作用》范文

《几种非对称结构二维材料中的电-声子相互作用》篇一一、引言近年来，二维材料因其独特的物理和化学性质，在电子器件、光电器件、传感器等领域得到了广泛的应用。

其中，非对称结构二维材料因其具有特殊的电子能带结构和声子模式，使得其电-声子相互作用具有独特的性质。

本文将探讨几种典型的非对称结构二维材料中的电-声子相互作用，并对其在电子器件中的应用进行探讨。

二、非对称结构二维材料的电-声子相互作用1. 过渡金属硫化物过渡金属硫化物（TMDs）是一种典型的非对称结构二维材料，其具有独特的电子能带结构和声子模式。

在TMDs中，电子和声子之间的相互作用主要发生在导带和价带之间的跃迁过程中。

由于TMDs的电子态和声子模式的不对称性，使得电子在跃迁过程中能够与特定的声子模式发生耦合，从而产生独特的电-声子相互作用。

这种电-声子相互作用对于电子输运具有重要影响，如可调节的半导体性能和负泊松效应等。

在TMDs基的电子器件中，这种电-声子相互作用可用于设计高效的电子输运和热管理策略。

2. 拓扑绝缘体拓扑绝缘体是一种具有非平凡能带结构的二维材料，其表面具有特殊的电子态和声子模式。

在拓扑绝缘体中，由于电子态的特殊性质，使得其与声子的相互作用也具有独特的性质。

在拓扑绝缘体中，由于表面态的存在，使得电子和声子之间的相互作用更加复杂。

这种相互作用不仅与材料的电子能带结构和声子模式有关，还与表面态的分布和能量有关。

因此，在拓扑绝缘体基的电子器件中，电-声子相互作用可用于实现特殊的电子输运和热管理策略。

3. 石墨烯及其衍生物石墨烯及其衍生物是一种具有蜂窝状结构的二维材料，其具有独特的电子能带结构和声子模式。

在石墨烯及其衍生物中，由于结构的非对称性，使得其电子和声子之间的相互作用也具有特殊的性质。

在石墨烯及其衍生物中，电子和声子的相互作用受到结构的特殊调制。

由于蜂窝状结构的非对称性，使得电子在跃迁过程中能够与特定的声子模式发生耦合。

这种电-声子相互作用对于石墨烯基的电子器件具有重要的应用价值，如高性能的晶体管、传感器等。

二维过渡金属硫化物的制备、表征和饱和吸收特性研究

二维过渡金属硫化物的制备、表征和饱和吸收特性研究二维过渡金属硫化物(TMDs)作为一种新兴的二维材料,其不同寻常的结构特征和理想的光电性质取得了研究人员的广泛关注。

本论文用二硒化钼(MoSe2)、二硫化钼(MoS2)、二硫化铼(ReS2)三种过渡金属硫化物作为研究对象,首先就少层二硫化钼和二硒化钼两种二维材料的基本性质和制备方法进行讨论,并且利用超声辅助液相剥离方法(UALPE)成功剥离得到了纳米厚度的MoSe2和MoS2,进行了样品形貌和拉曼散射、吸收光谱的分析研究。

为了将二维材料应用到脉冲激光器中,本文将两种纳米片分散液通过旋涂转移到玻璃基板上,利用Z扫描研究了其可饱和吸收性能,最后将其作为可饱和吸收体插入到全固态1微米激光器中,实现了脉冲激光器的稳定运转。

此外,本论文还对二维材料/半导体异质结进行了讨论,以二硫化铼/砷化镓(ReS2/GaAs)为研究对象,系统研究了其可控制备和光学性能,然后将其作为可饱和吸收体应用于全固态1微米固体激光器中。

本论文具体工作内容如下:1.首先调研了国内外二维材料的研究现状和趋势,介绍了论文中出现的三种二维材料(MoSe2、MoS2和ReS2)的基本性质和应用价值,以及二维材料/半导体异质结的研究进展。

最后介绍了二维材料的常用制备方法和表征手段。

2.利用超声辅助液相剥离方法制备了少层二硒化钼和二硫化钼,并通过拉曼光谱、透射电子显微镜(TEM)、线性吸收光谱分析了两种二维材料的表面形貌和厚度信息,通过Z扫描方法探究了两种二维材料在1微米波段的可饱和吸收性质。

3.将制备得到的MoSe2和MoS2两种二维材料作为可饱和吸收体插入搭建的Nd:GdVO4全固态激光器中,获得了稳定的调Q激光脉冲序列。

当使用MoS2作为调制器时,增加泵浦功率可实现稳定的调Q运转,并且最短脉宽可达到261ns、最高脉冲重复频率可达到362kHz、最大峰值功率和单脉冲能量分别为1.27W和0.33μJ;当使用MoSe2作为可饱和吸收体时,可实现217.5ns 的最短脉冲宽度、487.5kHz的最高重复频率、1.65W的峰值功率以及0.36μJ 的脉冲能量的调Q运转。

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二维过渡金属硫化物的耦合效应研究
过去的十年见证了二维（Two-dimensional,2D）材料领域的巨大投入以及其在基础研究和技术开发上取得的显著成果。

其中垂直堆叠构成的二维异质结由于两种材料拥有不同的禁带宽度、电子亲和能、介电常数、吸收系数等物理参数,表现出许多不同于单一二维材料的新型物理性能,为现代新材料的开发和应用带来了新的曙光。

而二维异质结的晶格结构、界面接触以及载流子迁移率等通常会受到异质结中两种结构的耦合作用以及衬底对材料的耦合作用影响,从而在基于二维材料及其异质结的光电探测器、传感器、发光二极管等研发中引入许多未知因素。

因此,对垂直堆叠的二维异质结层间耦合以及衬底耦合效应的研究分析具有非常重要的意义。

然而,对于二维材料的耦合作用至今缺乏系统性研究。

本论文针对这个亟待解决的问题,围绕二维过渡金属硫化物,对其耦合效应进行了一系列研究。

其中包括:基于二维原子晶体的衬底耦合效应研究,基于单层
MoS2、WS2和WSe2异质结的层间耦合调控,以及过渡金属硫化物和绝缘二维材料的耦合研究,并在以下几方面取得了阶段性的进展:1.构建了基于衬底与二维原子晶体热膨胀系数不匹配效应的差值分析模型,量化衬底与原子晶体之间的耦合系数,揭示了高温合成的二维材料中普遍存在的衬底诱导晶格畸变,并探索了耦合系数与变温过程中晶格缺陷的关系。

以实验证明了在一定范围内,耦合系数越小,二维原子晶体越容易在衬底表面发生滑动产生褶皱等晶格缺陷,从而在低温时产生缺陷束缚荧光跃迁。

研究以WS2为例发现,由于衬底和二维材料的热膨胀系数不同,
高温合成的二维材料在恢复至室温的过程中,衬底会施加一个收缩或拉伸应力在二维材料上,从而导致化学气相沉积合成的二维材料通常存在衬底诱导的晶格畸变。

根据材料与衬底之间不同的耦合情况,残留在二维薄膜中的畸变也受到影响,使得不同研究中揭示的同一材料表面电势和荧光分布普遍存在差异,例如单层WS2的跃迁会从1.88波动到2.01 eV。

本论文中以变温拉曼为基础,提出了差值分析模型,透过拟合得到衬底和4片单层WS2之间的耦合系数从5.50 cm-1/%到0.75 cm-1/%浮动。

当样品温度从350K变化到77 K时,由于与衬底的热膨胀不匹配效应,薄膜会在衬底上发生滑动从而产生褶皱等晶格无序现象。

该现象在耦合系数小的薄膜上最为明显,从而导致其在低温时,缺陷态成为主导发光跃迁。

这项研究促进了二维材料从制备到电子结构性能的一些基础问题的研究以及实际应用。

2.制备了垂直堆叠的MoS2-WS2、
MoS2-WSe2和WS2-WSe2异质结,揭示了耦合作用随异质结层间距离的变化,以及耦合对异质结跃迁的影响,对比了MoS2-WS2、MoS2-WSe2和WS2-WSe2耦合作用对距离的敏感程度,并结合实验探讨了退火、激光以及温度变化对层间耦合的影响。

研究表明,垂直堆叠的异质结中,层间距离的变化很容易影响到异质结中两种材料的耦合作用,进而实现能带结构调控并影响其在光电领域的应用。

结合密度泛函理论（density functional theory,DFT）计算,论文发现随着层间距的增大,MoS2-WS2、
MoS2-WSe2和WS2-WSe2异质结会从间接带隙半导体逐渐变成直接带隙半导体。

其中
MoS2-WS2异质结的能带结构变化尤为显著。

这也使得实验中退火和温度变化对MoS2-WS2跃迁行为的影响较之MoS2-WSe2和
WS2-WSe2更为明显。

研究也揭示了在单层二维异质结的层间耦合调控过程中,温度较之退火和激光变化是一个非常敏感的因素。

该研究不仅比较了
MoS2-WS2,MoS2-WSe2,和
WS2-WSe2异质结的内部的能带结构的调控机制,而且使得二维器件可以通过外部条件的改变来进行调制,并且促进了基于
MoS2-WS2、MoS2-WSe2和
WS2-WSe2异质结器件应用的研究。

3.制备了基于
WS2和绝缘二维Mg（OH）2的异质结,揭示了绝缘二维Mg （OH）2对WS2的耦合调控作用,证明了Mg（OH）
2的耦合作用会降低WS2的带隙及表面电势分布,并在WS2和WS2-Mg（OH）2之间构成p-n结。

探索了不同厚度的薄层Mg（OH）2对单层WS2的能带结构和电子跃迁的扰动作用。

研究表明,Mg（OH）2和
WS2在（100）晶向上晶面间距相似,在构成异质结时极大降低了晶格不匹配度。

并且,通过叠加3层Mg（OH）2,WS2的费米能级显
示提高0.39 eV,从而在WS2和WS2-Mg（OH）2之间构成了p-n结。

并且WS2-Mg（OH）2费米能级会随着Mg（OH）2厚度增加而升高,当Mg（OH）2厚度变为9层（9L）和15层（15L）时,异质结的费米能级分别比单层WS2提高0.88 eV和1.63 eV。

因此p-n结中的内建电势可以通过Mg（OH）2层数的变化来调节,从而实现通过改变Mg（OH）2厚度来促进基于该异质结光伏器件中电荷的转移。

另一方面,DFT计算和荧光实验揭示出,WS2的带隙在Mg（OH）2的耦合作用下减小,从而可以实现利用Mg（OH）2厚度来调控基于该异质结光伏器件的载流子迁移率。