扶手椅型缺陷硫化钼纳米带电子性质的第一性原理计算

邵妍 欧阳方平 彭盛霖 刘琦 贾治安 邹慧

引用本文: 邵妍, 欧阳方平, 彭盛霖, 刘琦, 贾治安, 邹慧. 扶手椅型缺陷硫化钼纳米带电子性质的第一性原理计算[J]. 物理化学学报, 2015, 31(11): 2083-2090. doi: 10.3866/PKU.WHXB201510132 shu
Citation:  SHAO Yan, OUYANG Fang-Ping, PENG Sheng-Lin, LIU Qi, JIA Zhi-An, ZOU Hui. First-Principles Calculations of Electronic Properties of Defective Armchair MoS2 Nanoribbons[J]. Acta Physico-Chimica Sinica, 2015, 31(11): 2083-2090. doi: 10.3866/PKU.WHXB201510132 shu

扶手椅型缺陷硫化钼纳米带电子性质的第一性原理计算

    通讯作者: 欧阳方平, 邹慧; 欧阳方平, 邹慧
  • 基金项目:

    国家自然科学基金(51272291, 21103232, 11104356) (51272291, 21103232, 11104356)

    湖南省杰出青年科学基金项目(2015JJ1020) (2015JJ1020)

    粉末冶金国家重点实验室科研课题重点项目(2014091907) (2014091907)

    中南大学教师研究基金(2013JSJJ022)资助项目 (2013JSJJ022)

摘要: 基于密度泛函理论的第一性原理计算, 研究了含空位缺陷的扶手椅型二硫化钼纳米带的电子性质. 发现缺陷会导致纳米带结构稳定性降低, 单空位钼缺陷和三空位缺陷使得纳米带从半导体变成金属性, 而单空位硫缺陷和两种双空位缺陷仅减小纳米带的带隙; 电子态密度和能带的本征态表明缺陷纳米带费米能级附近的杂质态主要是缺陷态的贡献. 研究了四类半导体性质的纳米带带隙与宽度的关系, 对于完整的纳米带, 带隙随宽度以3为周期振荡变化; 而引入空位缺陷后, 纳米带的带隙振荡不再具有周期且振荡幅度变小. 同时发现, 当缺陷的浓度变小后, 缺陷仅使纳米带的带隙减小, 不会使其变为金属性. 这些结果有望打开其在新型纳电子器件中的应用潜能.

English

    1. [1]

      (1) Wang, Q. H.; Kalantar-Zadeh, K.; Kis, A.; Coleman, J. N.; Strano, M. S. Nat. Nanotechnol. 2012, 7 (11), 699. doi: 10.1038/nnano.2012.193(1) Wang, Q. H.; Kalantar-Zadeh, K.; Kis, A.; Coleman, J. N.; Strano, M. S. Nat. Nanotechnol. 2012, 7 (11), 699. doi: 10.1038/nnano.2012.193

    2. [2]

      (2) Kuc, A.; Zibouche, N.; Heine, T. Phys. Rev. B 2011, 83 (24), 245213. doi: 10.1103/Physrevb.83.245213(2) Kuc, A.; Zibouche, N.; Heine, T. Phys. Rev. B 2011, 83 (24), 245213. doi: 10.1103/Physrevb.83.245213

    3. [3]

      (3) Lebegue, S.; Eriksson, O. Phys. Rev. B 2009, 79 (11), 115409. doi: 10.1103/Physrev.79.115409(3) Lebegue, S.; Eriksson, O. Phys. Rev. B 2009, 79 (11), 115409. doi: 10.1103/Physrev.79.115409

    4. [4]

      (4) Mak, K. F.; Lee, C.; Hone, J.; Shan, J.; Heinz, T. F. Phys. Rev. Lett. 2010, 105 (13), 136805. doi: 10.1103/Physrevlett. 105.136805(4) Mak, K. F.; Lee, C.; Hone, J.; Shan, J.; Heinz, T. F. Phys. Rev. Lett. 2010, 105 (13), 136805. doi: 10.1103/Physrevlett. 105.136805

    5. [5]

      (5) He, Q. Y.; Wu, S. X.; Gao, S.; Cao, X. H.; Yin, Z. Y.; Li, H.; Chen, P.; Zhang, H. ACS Nano 2011, 5 (6), 5038. doi: 10.1021/nn201118c(5) He, Q. Y.; Wu, S. X.; Gao, S.; Cao, X. H.; Yin, Z. Y.; Li, H.; Chen, P.; Zhang, H. ACS Nano 2011, 5 (6), 5038. doi: 10.1021/nn201118c

    6. [6]

      (6) Zeng, Z. Y.; Yin, Z. Y.; Huang, X.; Li, H.; He, Q. Y.; Lu, G.; Boey, F.; Zhang, H. Angew. Chem. Int. Edit. 2011, 50 (47), 11093. doi: 10.1002/anie.201106004(6) Zeng, Z. Y.; Yin, Z. Y.; Huang, X.; Li, H.; He, Q. Y.; Lu, G.; Boey, F.; Zhang, H. Angew. Chem. Int. Edit. 2011, 50 (47), 11093. doi: 10.1002/anie.201106004

    7. [7]

      (7) Balendhran, S.; Ou, J. Z.; Bhaskaran, M.; Sriram, S.; Ippolito, S.; Vasic, Z.; Kats, E.; Bhargava, S.; Zhuiykov, S.; Kalantar-Zadeh, K. Nanoscale 2012, 4 (2), 461. doi: 10.1039/c1nr10803d(7) Balendhran, S.; Ou, J. Z.; Bhaskaran, M.; Sriram, S.; Ippolito, S.; Vasic, Z.; Kats, E.; Bhargava, S.; Zhuiykov, S.; Kalantar-Zadeh, K. Nanoscale 2012, 4 (2), 461. doi: 10.1039/c1nr10803d

    8. [8]

      (8) Benameur, M. M.; Radisavljevic, B.; Heron, J. S.; Sahoo, S.; Berger, H.; Kis, A. Nanotechnology 2011, 22 (12), 125706. doi: 10.1088/0957-4484/22/12/125706(8) Benameur, M. M.; Radisavljevic, B.; Heron, J. S.; Sahoo, S.; Berger, H.; Kis, A. Nanotechnology 2011, 22 (12), 125706. doi: 10.1088/0957-4484/22/12/125706

    9. [9]

      (9) Radisavljevic, B.; Radenovic, A.; Brivio, J.; Giacometti, V.; Kis, A. Nat. Nanotechnol. 2011, 6 (3), 147. doi: 10.1038/nnano. 2010.279(9) Radisavljevic, B.; Radenovic, A.; Brivio, J.; Giacometti, V.; Kis, A. Nat. Nanotechnol. 2011, 6 (3), 147. doi: 10.1038/nnano. 2010.279

    10. [10]

      (10) Feng, W. X.; Yao, Y. G.; Zhu, W. G.; Zhou, J. J.; Yao, W.; Xiao, D. Phys. Rev. B 2012, 86 (16), 165108. doi: 10.1103/Physrevb.86.165108(10) Feng, W. X.; Yao, Y. G.; Zhu, W. G.; Zhou, J. J.; Yao, W.; Xiao, D. Phys. Rev. B 2012, 86 (16), 165108. doi: 10.1103/Physrevb.86.165108

    11. [11]

      (11) Ma, Y. D.; Dai, Y.; Guo, M.; Niu, C. W.; Lu, J. B.; Huang, B. B. Phys. Chem. Chem. Phys. 2011, 13 (34), 15546. doi: 10.1039/c1cp21159e(11) Ma, Y. D.; Dai, Y.; Guo, M.; Niu, C. W.; Lu, J. B.; Huang, B. B. Phys. Chem. Chem. Phys. 2011, 13 (34), 15546. doi: 10.1039/c1cp21159e

    12. [12]

      (12) Butler, S. Z.; Hollen, S. M.; Cao, L. Y.; Cui, Y.; Gupta, J. A.; Gutierrez, H. R.; Heinz, T. F.; Hong, S. S.; Huang, J. X.; Ismach, A. F.; Johnston-Halperin, E.; Kuno, M.; Plashnitsa, V. V.; Robinson, R. D.; Ruoff, R. S.; Salahuddin, S.; Shan, J.; Shi, L.; Spencer, M. G.; Terrones, M.; Windl, W.; Goldberger, J. E. ACS Nano 2013, 7 (4), 2898. doi: 10.1021/nn400280c(12) Butler, S. Z.; Hollen, S. M.; Cao, L. Y.; Cui, Y.; Gupta, J. A.; Gutierrez, H. R.; Heinz, T. F.; Hong, S. S.; Huang, J. X.; Ismach, A. F.; Johnston-Halperin, E.; Kuno, M.; Plashnitsa, V. V.; Robinson, R. D.; Ruoff, R. S.; Salahuddin, S.; Shan, J.; Shi, L.; Spencer, M. G.; Terrones, M.; Windl, W.; Goldberger, J. E. ACS Nano 2013, 7 (4), 2898. doi: 10.1021/nn400280c

    13. [13]

      (13) Novoselov, K. S.; Fal'ko, V. I.; Colombo, L.; Gellert, P. R.; Schwab, M. G.; Kim, K. Nature 2012, 490 (7419), 192. doi: 10.1038/nature11458(13) Novoselov, K. S.; Fal'ko, V. I.; Colombo, L.; Gellert, P. R.; Schwab, M. G.; Kim, K. Nature 2012, 490 (7419), 192. doi: 10.1038/nature11458

    14. [14]

      (14) Georgakilas, V.; Otyepka, M.; Bourlinos, A. B.; Chandra, V.; Kim, N.; Kemp, K. C.; Hobza, P.; Zboril, R.; Kim, K. S. Chem. Rev. 2012, 112 (11), 6156. doi: 10.1021/cr3000412(14) Georgakilas, V.; Otyepka, M.; Bourlinos, A. B.; Chandra, V.; Kim, N.; Kemp, K. C.; Hobza, P.; Zboril, R.; Kim, K. S. Chem. Rev. 2012, 112 (11), 6156. doi: 10.1021/cr3000412

    15. [15]

      (15) Jiang, X. W.; Li, S. S. Appl. Phys. Lett. 2014, 104 (19), 193510. doi: 10.1063/1.4878515(15) Jiang, X. W.; Li, S. S. Appl. Phys. Lett. 2014, 104 (19), 193510. doi: 10.1063/1.4878515

    16. [16]

      (16) Li, Q.; Newberg, J. T.; Walter, E. C.; Hemminger, J. C.; Penner, R. M. Nano Lett. 2004, 4 (2), 277. doi: 10.1021/nl035011f(16) Li, Q.; Newberg, J. T.; Walter, E. C.; Hemminger, J. C.; Penner, R. M. Nano Lett. 2004, 4 (2), 277. doi: 10.1021/nl035011f

    17. [17]

      (17) Wang, Z. Y.; Li, H.; Liu, Z.; Shi, Z. J.; Lu, J.; Suenaga, K.; Joung, S. K.; Okazaki, T.; Gu, Z. N.; Zhou, J.; Gao, Z. X.; Li, G. P.; Sanvito, S.; Wang, E. G.; Iijima, S. J. Am. Chem. Soc. 2010, 132 (39), 13840. doi: 10.1021/ja1058026(17) Wang, Z. Y.; Li, H.; Liu, Z.; Shi, Z. J.; Lu, J.; Suenaga, K.; Joung, S. K.; Okazaki, T.; Gu, Z. N.; Zhou, J.; Gao, Z. X.; Li, G. P.; Sanvito, S.; Wang, E. G.; Iijima, S. J. Am. Chem. Soc. 2010, 132 (39), 13840. doi: 10.1021/ja1058026

    18. [18]

      (18) Georgiou, T.; Jalil, R.; Belle, B. D.; Britnell, L.; Gorbachev, R. V.; Morozov, S. V.; Kim, Y. J.; Gholinia, A.; Haigh, S. J.; Makarovsky, O.; Eaves, L.; Ponomarenko, L. A.; Geim, A. K.; Novoselov, K. S.; Mishchenko, A. Nat. Nanotechnol. 2013, 8 (2), 100. doi: 10.1038/Nnano.2012.224(18) Georgiou, T.; Jalil, R.; Belle, B. D.; Britnell, L.; Gorbachev, R. V.; Morozov, S. V.; Kim, Y. J.; Gholinia, A.; Haigh, S. J.; Makarovsky, O.; Eaves, L.; Ponomarenko, L. A.; Geim, A. K.; Novoselov, K. S.; Mishchenko, A. Nat. Nanotechnol. 2013, 8 (2), 100. doi: 10.1038/Nnano.2012.224

    19. [19]

      (19) Kou, L. Z.; Tang, C.; Zhang, Y.; Heine, T.; Chen, C. F.; Frauenheim, T. J. Phys. Chem. Lett. 2012, 3 (20), 2934. doi: 10.1021/jz301339e(19) Kou, L. Z.; Tang, C.; Zhang, Y.; Heine, T.; Chen, C. F.; Frauenheim, T. J. Phys. Chem. Lett. 2012, 3 (20), 2934. doi: 10.1021/jz301339e

    20. [20]

      (20) Lukowski, M. A.; Daniel, A. S.; Meng, F.; Forticaux, A.; Li, L. S.; Jin, S. J. Am. Chem. Soc. 2013, 135 (28), 10274. doi: 10.1021/ja404523s(20) Lukowski, M. A.; Daniel, A. S.; Meng, F.; Forticaux, A.; Li, L. S.; Jin, S. J. Am. Chem. Soc. 2013, 135 (28), 10274. doi: 10.1021/ja404523s

    21. [21]

      (21) Wei, J. W.; Ma, Z. W.; Zeng, H.; Wang, Z. Y.; Wei, Q.; Peng, P. AIP Adv. 2012, 2 (4), 042141. doi: 10.1063/1.4768261(21) Wei, J. W.; Ma, Z. W.; Zeng, H.; Wang, Z. Y.; Wei, Q.; Peng, P. AIP Adv. 2012, 2 (4), 042141. doi: 10.1063/1.4768261

    22. [22]

      (22) Cooper, R. C.; Lee, C.; Marianetti, C. A.; Wei, X. D.; Hone, J.; Kysar, J. W. Phys. Rev. B 2013, 87 (3), 035423. doi: 10.1103/Physrevb.87.035423(22) Cooper, R. C.; Lee, C.; Marianetti, C. A.; Wei, X. D.; Hone, J.; Kysar, J. W. Phys. Rev. B 2013, 87 (3), 035423. doi: 10.1103/Physrevb.87.035423

    23. [23]

      (23) Li, T. S. Phys. Rev. B 2012, 85 (23), 235407. doi: 10.1103/Physrevb.85.235407(23) Li, T. S. Phys. Rev. B 2012, 85 (23), 235407. doi: 10.1103/Physrevb.85.235407

    24. [24]

      (24) Li, J. W.; Medhekar, N. V.; Shenoy, V. B. J. Phys. Chem. C 2013, 117 (30), 15842. doi: 10.1021/jp403986v(24) Li, J. W.; Medhekar, N. V.; Shenoy, V. B. J. Phys. Chem. C 2013, 117 (30), 15842. doi: 10.1021/jp403986v

    25. [25]

      (25) Shidpour, R.; Manteghian, M. Nanoscale 2010, 2 (8), 1429. doi: 10.1039/b9nr00368a(25) Shidpour, R.; Manteghian, M. Nanoscale 2010, 2 (8), 1429. doi: 10.1039/b9nr00368a

    26. [26]

      (26) Li, X. M.; Long, M. Q.; Cui, L. L.; Xiao, J.; Xu, H. Chin. Phys. B 2014, 23 (4), 047307. doi: 10.1088/1674-1056/23/4/047307(26) Li, X. M.; Long, M. Q.; Cui, L. L.; Xiao, J.; Xu, H. Chin. Phys. B 2014, 23 (4), 047307. doi: 10.1088/1674-1056/23/4/047307

    27. [27]

      (27) Jiang, X. W.; Gong, J.; Xu, N.; Li, S. S.; Zhang, J. F.; Hao, Y.; Wang, L. W. Appl. Phys. Lett. 2014, 104 (2), 023512. doi: 10.1063/1.4862667(27) Jiang, X. W.; Gong, J.; Xu, N.; Li, S. S.; Zhang, J. F.; Hao, Y.; Wang, L. W. Appl. Phys. Lett. 2014, 104 (2), 023512. doi: 10.1063/1.4862667

    28. [28]

      (28) Li, Y. F.; Zhou, Z.; Zhang, S. B.; Chen, Z. F. J. Am. Chem. Soc. 2008, 130 (49), 16739. doi: 10.1021/ja805545x(28) Li, Y. F.; Zhou, Z.; Zhang, S. B.; Chen, Z. F. J. Am. Chem. Soc. 2008, 130 (49), 16739. doi: 10.1021/ja805545x

    29. [29]

      (29) Ouyang, F. P.; Xu, H.; Wei, C. Acta Phys. Sin. 2008, 57, 1073. [欧阳方平, 徐慧, 魏辰. 物理学报, 2008, 57, 1073.](29) Ouyang, F. P.; Xu, H.; Wei, C. Acta Phys. Sin. 2008, 57, 1073. [欧阳方平, 徐慧, 魏辰. 物理学报, 2008, 57, 1073.]

  • 加载中
计量
  • PDF下载量:  41
  • 文章访问数:  651
  • HTML全文浏览量:  44
文章相关
  • 收稿日期:  2015-05-07
  • 网络出版日期:  2015-10-08
通讯作者: 陈斌, bchen63@163.com
  • 1. 

    沈阳化工大学材料科学与工程学院 沈阳 110142

  1. 本站搜索
  2. 百度学术搜索
  3. 万方数据库搜索
  4. CNKI搜索

/

返回文章