王丹 邹娟 唐黎明†

1) (中南林业科技大学理学院, 长沙 410004)

2) (湖南大学物理与微电子科学学院, 长沙 410082)

(2018 年8 月27日收到; 2018 年12 月5日收到修改稿)

用氢对单层二维过渡金属硫化物(TMDs)进行功能化是调节单层TMDs电子性质的既有效又经济的方法. 采用密度泛函理论, 对单层TMDs (MX2 (M = Mo, W; X = S, Se, Te))的稳定性和电子性质进行理论研究, 发现在单层MX2的层间有一个比其表面更稳定的氢吸附位点. 当同阳离子时, 随着阴离子原子序数的增加, H原子与MX2层的结合越强, 氢化单层MX2结构越稳定; 相反, 同阴离子时, 随着阳离子原子序数的增加, H原子与MX2层的结合越弱. 氢原子从MoS2的表面经层间穿越到另一表面的扩散势垒约为0.9 eV. 氢化对单层MX2的电子特性也会产生极大的影响, 主要表现在氢化实现了MX2体系从无磁性到磁性体系的过渡.表面氢化会使MX2层的带隙急剧减小, 而层间氢化使MX2的电子结构从半导体转变为金属能带.

1 引 言

二维纳米材料如石墨烯、氮化硼及过渡金属二硫族化合物等由于其优异的物理性能和在下一代纳米电子器件上的应用前景而得到广泛研究[1−3].根据多年来的研究成果, 我们知道要想实现二维材料在电子和光电子领域中的实际应用, 必须具有较大的可调控带隙和高的载流子迁移率[4,5]. 例如, 石墨烯具有极高的载流子迁移[6], 但由于其零带隙的性质, 使得它在实际应用中受到了极大的限制. 虽然科学家们已经做出了许多尝试和努力来打开石墨烯的带隙, 例如通过不对称光……