徐位云 汪丽莉 宓一鸣 赵新新,*



Fe原子吸附对单层WS2结构和性质的影响

徐位云1,2汪丽莉1宓一鸣1赵新新1,*

(1上海工程技术大学基础教学学院，上海 201620；2上海工程技术大学材料工程学院，上海 201620)

本文采用基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理方法研究了Fe原子吸附对单层WS2结构和性质的影响。研究结果表明：Fe原子吸附在W原子的顶位最稳定，相应的原子吸附能为1.84 eV。Fe与衬底间的相互作用削弱了紧邻W―S键，使其键长增大0.011 nm。由于衬底原子的影响，Fe原子轨道的电子重新分布，形成了2B左右的局域原子磁矩。在低覆盖度下(0.125和0.25 ML)，磁性作用以超交换作用为主，铁磁序不稳定。而在高覆盖度下(0.5和1.0 ML)，Fe原子间距减小，磁性作用以RKKY作用为主，铁磁序稳定。电子结构的计算结果显示，在高覆盖度下，Fe/WS2结构在费米能级处的电子自旋极化率等于100%。自旋向上与向下通道分别为间接带隙的半导体和金属。在1.0 ML覆盖度下，自旋向上的禁带宽度约为0.94 eV。这说明Fe原子吸附可以将直接带隙的WS2半导体转变成半金属，形成一种潜在的自旋电子器件材料。

密度泛函理论；Fe/WS2；过渡金属硫化物；交换作用；半金属

1 引言

近年来，具有类石墨烯结构的层状过渡金属硫化物(MX2；M = Mo、W等；X = S、Se、Te等)引起了人们的广泛关注1–4。体相过渡金属硫化物由X-M-X原子层堆积而成。层内由强M-X化学作用结合，层间由范德华力结合。过渡金属硫化物性质和原子层堆叠方式有很大关系。例如体相一般是间接带隙半导体，随着原子层厚度减小，单层时转变为直接能隙半导体5–7。……