甄红昌

天津中环领先材料技术有限公司

二维半导体材料磁性的第一性原理研究

甄红昌

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磁性半导体同时具有铁磁性和半导体的性质，并能很好地与半导体工艺兼容，以石墨烯为代表的二维晶体材料由于其本身独特的优异性能和潜在的应用价值引起了广泛的关注，尝试用石墨烯作为碳基自旋电子学材料的研究。但是单层石墨烯的零带隙限制了其在纳米电子器件中的实际应用。单层MoS2、单层磷烯以及单层TiS3是内禀非磁性的，为使它们有效地应用于纳米自旋电子器件，需要在其中引入可调控的磁性。因此探索在单层二维晶体材料中有效地产生磁性是凝聚态物理磁学研究领域的热点问题之一。本文就对二维半导体材料磁性的第一性原理相关方面进行探讨。

二维半导体材料；磁性；第一性原理

1 几种二维半导体材料

首先是过渡金属二硫化物，其化学式写为MX2(M为过渡金属元素，X为硫族元素)，过渡金属二硫化物由X-M-X三层原子组成的三明治层状结构堆叠而成，X-M-X三层原子形成的过渡金属二硫化物单层具有H(Honeycomb)和T(Centeredhoneycomb)型两种晶体结构。与石墨烯类似，单层(或几层)过渡金属二硫化物可以从其体材料剥离出来，也可通过化学气相沉积及分子束外延生长等方式合成。其中，单层MoS2是二维过渡金属二硫化物的典型代表，其具有约为1.9eV的直接带隙，在室温下的载流子迁移率约为200cm2V-1S-1。相关研究表明单层MoS2在半导体器件方面的应用前景非常广阔。……