金衬底调控单层二硫化钼电子性能的第一性原理研究

基于密度泛函的第一性原理研究了金衬底对单层二硫化钼电子性能的调控作用. 从结合能、能带结构、电子态密度和差分电荷密度四个方面进行了深入研究. 结合能计算确定了硫原子层在界面的排布方式, 并指出这种吸附结构并不稳定. 能带结构分析证实了金衬底与单层二硫化钼形成肖特基接触, 并出现钉扎效应. 电子态密度分析表明金衬底并没有影响硫原子和钼原子之间的共价键, 而是通过调控单层二硫化钼的电子态密度增加其导电率. 差分电荷密度分析表明单层二硫化钼的导电通道可能在界面处产生. 研究结果可对单层二硫化钼晶体管的建模和实验制备提供指导.     

第一性原理研究应变Si/(111Si1-xGex能带结构

基于密度泛函理论框架的第一性原理平面波赝势方法对双轴应变Si/(111)Sil1-xGex(x=0.1-0.4)的能带结构进行了研究,结果表明:导带带边六度简并没有消除;应变部分消除了价带带边的简并度;导带带边能量极值k矢位置和极值附近可由电于有效质量描述的能带形状在应变条件下几乎小变;价带极大值附近可由空穴有效质量描述的能带形状随着x有规律地变化.此外,给出的禁带宽度与x的拟合关系同KP理论计算的结果一致,该量化数据对器件研究设计可提供有价值的参考.     

第一性原理研究应变Si/(111)Si1-xGex能带结构

基于密度泛函理论框架的第一性原理平面波赝势方法对双轴应变Si/(111) Si_1-xGe_x(x=0.1—0.4)的能带结构进行了研究,结果表明：导带带边六度简并没有消除;应变部分消除了价带带边的简并度;导带带边能量极值k矢位置和极值附近可由电子有效质量描述的能带形状在应变条件下几乎不变;价带极大值附近可由空穴有效质量描述的能带形状随着x有规律地变化. 此外,给出的禁带宽度与x的拟 关键词： 应变硅 能带结构 第一性原理     

Na、 Be、 Mg掺杂单层MoS_2的第一性原理研究

本文基于第一性原理研究了Na、 Be、 Mg掺杂单层MoS_2的稳定性、能带结构、态密度以及电荷分布.得到Be掺杂单层MoS_2体系在实验上较容易实现,在三者掺杂体系中稳定性最强.与此同时,掺杂体系的带隙值都降低,有利于电子的跃迁,增强了导电性能;掺杂原子打破了原体系的平衡关系,导致周边S原子p轨道上的多余的电子会与近邻Mo原子d轨道上的电子产生相互作用;平衡的打破,也导致了杂质原子周围存在着电荷聚集和损失的现象.     

不同应变对Ge的光学性质影响的第一性原理研究

研究了不同方向、不同强度的应变对Ge光学性质的影响。结果表明,Ge在单轴张应变和双轴张应变的调控下,均可由间接带隙转向直接带隙,其中,单轴应变有更低的转变点。Ge在常用波段处(0.4 eV)的介电函数实部和虚部在张应变作用下,均急速上升而后在一定应变范围内下降。对Ge进行[111]单轴应变调控能表现出更好的光学性能以及更便捷的器件设计(较低的应变量)。     

BaZrO3和CaZrO3能带和光学性质的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论基础上的CASTEP软件包,计算了BaZrO3和CaZrO3的能带以及光学性质.计算得到BaZrO3直接带隙和间接带隙分别为3.49 eV和3.23eV,CaZrO3直接带隙和间接带隙分别为3.73 eV和3.38 eV.对这两种材料的介电函数、吸收系数、反射系数、折射系数、湮灭系数和能量损失系数等光学系数进行了计算,并基于电子能带对光学性质进行了解释.得出,光学特性的异同是由于其内部微观结构上的异同所引起的.     

Cr和W掺杂的单层MoS2电子结构的第一性原理研究

采用密度泛函理论框架下的第一性原理平面波赝势方法, 研究了Cr和W掺杂对单层二硫化钼(MoS₂)晶体的电子结构性质的影响. 计算结果表明: 当掺杂浓度较高时, W对MoS₂的能带结构几乎没有影响, 而Cr的掺杂则影响很大, 表现为能带由直接带隙变为间接带隙, 且禁带宽度减小. 通过进一步分析, 得出应力的产生是导致Cr掺杂的MoS₂电子结构变化的最直接的原因.     

二硫化钼/石墨烯异质结的界面结合作用及其对带边电位影响的理论研究

采用基于色散修正的平面波超软赝势方法研究了二硫化钼/石墨烯异质结的界面结合作用及其对电荷分布和带边电位的影响.研究表明二硫化钼与石墨烯之间可以形成范德瓦耳斯力结合的稳定堆叠结构.通过能带结构计算,发现二硫化钼与石墨烯的耦合导致二硫化钼成为n型半导体,石墨烯转变成小带隙的p型体系.并通过电子密度差分图证实了界面内二硫化钼附近聚集负电荷,石墨烯附近聚集正电荷,界面内形成的内建电场可以抑制光生电子-空穴对的复合.石墨烯的引入可以调制二硫化钼的能带,使其导带底上移至-0.31 eV,提高了光生电子还原能力,有利于光催化还原反应.     

单层CrI3电荷输运性质和光学性质应变调控的第一性原理研究

通过应变调控二维材料的电学性质和光学性质是设计新型二维电子和光电子器件的重要环节,也是后摩尔时代薄膜器件设计中的关键技术.薄膜CrI₃具有铁磁和层间反铁磁的独特性质,但是关于应变调制其电学性质和光学性质的研究未见报道.本文采用高精度杂化密度泛函理论研究了面内单双轴应变对单层CrI₃载流子迁移率和介电函数的调控规律,研究结果与已有的实验和理论值符合较好.计算发现:单层CrI₃载流子迁移率非常小,均在10 cm²·V^-1·s^-1以内;与拉伸应变相比,双轴压缩应变可以显著提升迁移率;当双轴压缩应变量增至8%时,沿锯齿方向电子迁移率增至174 cm²·V^-1·s^-1,达到了MoS₂水平.可见光区介电函数虚部x (y)方向Ⅰ号吸收峰强度随双轴拉伸应变量增加明显增强,而z方向几乎没有变化;可见光区x (y)和z方向的介电函数虚部曲线开始攀升的起点对应的光子能量均随双轴压缩应变量增加...     

带状碳单层与石墨基底之间相互作用的第一性原理计算

利用基于密度泛函理论的第一性原理计算,研究边缘为Armchair型带状碳单层与石墨基底的相互作用,结果发现,其间的相互作用导致双方发生变形,带状碳单层的禁带宽度较其独立存在时有所减小,但石墨基底的作用并不改变其能带结构的基本特征. 关键词： 带状碳单层 第一性原理计算 能带结构     

蓝宝石在高压下光学性质及能带结构的从头算模拟

采用量子力学从头算和赝势平面波基组以及GGA-PBE交换相关函数对蓝宝石(α- Al2O3)窗口材料在0－1000GPa静水压力作用下光学性质及能带结构进行了研究。结果表明, 在静水压力作用下可以观察到蓝宝石一直保持良好的透明性,前沿带隙随着压力的增大先变大后变小,而且部分键长有明显变化,即蓝宝石单晶结构在加压过程中发生了原子位置移动而进行了位置重构。     

蓝宝石在高压下光学性质及能带结构的从头算模拟

采用量子力学从头算和赝势平面波基组以及GGA-PBE交换相关函数对蓝宝石(α- Al2O3)窗口材料在0－1000GPa静水压力作用下光学性质及能带结构进行了研究。结果表明, 在静水压力作用下可以观察到蓝宝石一直保持良好的透明性,前沿带隙随着压力的增大先变大后变小,而且部分键长有明显变化,即蓝宝石单晶结构在加压过程中发生了原子位置移动而进行了位置重构。     

Energy band alignment of 2D/3D MoS2/4H-SiC heterostructure modulated by multiple interfacial interactions

The interfacial properties of MoS₂/4H-SiC heterostructures were studied by combining first-principles calculations and X-ray photoelectron spectroscopy. Experimental (theoretical) valence band offsets (VBOs) increase from 1.49 (1.46) to 2.19 (2.36) eV with increasing MoS₂ monolayer (1L) up to 4 layers (4L). A strong interlayer interaction was revealed at 1L MoS₂/SiC interface. Fermi level pinning and totally surface passivation were realized for 4H-SiC (0001) surface. About 0.96e per unit cell transferring forms an electric field from SiC to MoS₂. Then, 1L MoS₂/SiC interface exhibits type I band alignment with the asymmetric conduction band offset (CBO) and VBO. For 2L and 4L MoS₂/SiC, Fermi level was just pinning at the lower MoS₂ 1L. The interaction keeps weak vdW interaction between upper and lower MoS₂ layers. They exhibit the type II band alignments and the enlarged CBOs and VBOs, which is attributed to weak vdW interaction and strong interlayer orbital coupling in the multilayer MoS₂. High efficiency of charge separation will emerge due to the asymmetric band alignment and built-in electric field for all the MoS₂/SiC interfaces. The multiple interfacial interactions provide a new modulated perspective for the next-generation electronics and optoelectronics based on the 2D/3D semiconductors heterojunctions.     

Ab initio electronic structure,bonding and optical properties of two relatively new ceramics Hf2Al3C4 and Hf3Al3C5: A comparative study

The structural, electronic and optical properties of the ternary carbides Hf₂Al₃C₄ and Hf₃Al₃C₅ are studied via first principles orthogonalized linear combination of atomic orbitals (OLCAO) method. Results on crystal structure, interatomic bonding, band structure, total and partial density of states (DOS), localization index (LI), effective charge (Q*), bond order (BO), dielectric function (ε), optical conductivity (σ) and electron energy loss function are presented and discussed in detail. The band structure plots show the conducting nature of Hf₂Al₃C₄ and Hf₃Al₃C₅ carbides. DOS results disclose that the total number of states at Fermi level N(E_F) are 1.89 and 2.38 states/(eV unit cell) for Hf₂Al₃C₄ and Hf₃Al₃C₅ respectively. The Q* calculations show an average charge transfer of 0.723 and 0.711 electrons from Hf and 0.809 and 0.807 electrons from Al to C sites in Hf₂Al₃C₄ and Hf₃Al₃C₅ respectively. The BO results provide the dominating role of Al–C bonds with BO value of 6.62 (BO%?=?59%) and 6.66 (BO%?=?49%) for Hf₂Al₃C₄ and Hf₃Al₃C₅ respectively and are considered responsible for the crystals cohesion. The LI results reflect the presence of highly delocalized states in the vicinity of the Fermi level. The dielectric function plots of the real (?₁(?ω)) and imaginary (?₂(?ω)) parts show the anisotropic behavior of Hf₂Al₃C₄ and Hf₃Al₃C₅. The results on optical conductivity (σ) support the trends observed in dielectric functions. The electron energy loss functions reveal the presence of sharp peaks both in ab-plane and along c-axis around 20?eV in Hf₂Al₃C₄ and Hf₃Al₃C₅ ternary carbides.     

Ab initio calculations of band structure and thermophysical properties for SnS2 and SnSe2

The electronic band structure and elastic constants of SnS₂ and SnSe₂ have been calculated by using density-functional theory (DFT). The calculated band structures show that SnS₂ and SnSe₂ are both indirect band gap semiconductors. The upper valence bands originate mainly from S_p and Sn_d electrons, while the lowest conduction bands are mainly from (S, Se) _p and Sn_s states. The calculated elastic constants indicate that the bonding strength along the [100] and [010] direction is stronger than that along the [001] direction and the shear elastic properties of the (010) plane are anisotropic for SnS₂ and SnSe₂. Both compounds exhibit brittle behavior due to their low B/G ratio. Relationships among volumes, the heat capacity, thermal expansion coefficients, entropy, vibrational energy, internal energy, Gibbs energy and temperature at various pressures are also calculated by using the Debye mode in this work.     

La,Ce,Nd掺杂对单层MoS_2电子结构的影响

为了研究稀土掺杂对单层MoS2电子结构的影响,文章基于密度泛函理论框架下的第一性原理,采用平面波赝势方法分别计算了本征及La,Ce,Nd掺杂单层MoS2的晶格参数、能带结构、态密度和差分电荷密度.计算发现,稀土掺杂所引起的晶格畸变与杂质原子的共价半径大小有关,La杂质附近的键长变化最大,Nd杂质附近的键长变化最小.能带结构分析表明,La掺杂可以在MoS2的禁带中引入3个能级,Ce掺杂可以形成6个新能级,Nd掺杂可以形成4个能级,并对杂质能级属性进行了初步分析.差分电荷密度分布显示,稀土掺杂可以使单层MoS2中的电子分布发生改变,尤其是f电子的存在会使差分电荷密度呈现出反差极大的物理图象.     

Te掺杂单层MoS2的电子结构与光电性质

采用基于密度泛函理论的第一性原理计算,研究了Te掺杂对单层MoS₂能带结构、电子态密度和光电性质的影响。结果表明,本征单层MoS₂属于直接带隙半导体材料,其禁带宽度为1.64 eV。本征单层MoS₂的价带顶主要由S-3p态电子和Mo-4d态电子构成,而其导带底则主要由Mo-4d态电子和S-3p态电子共同决定;Te掺杂单层MoS₂为间接带隙半导体材料,其禁带宽度为1.47 eV。同时通过Te掺杂,使单层MoS₂的静态介电常数增大,禁带宽度变窄,吸收光谱产生红移,研究结果为单层MoS₂在光电器件方面的应用提供了理论基础。