BỘ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ
HỆ THỐNG THÔNG TIN QUỐC GIA VỀ KHOA HỌC, CÔNG NGHỆ VÀ ĐỔI MỚI SÁNG TẠO

Lọc theo danh mục
  • Năm xuất bản
    Xem thêm
  • Lĩnh vực
liên kết website
Lượt truy cập
 Lượt truy cập :  30,369,295
  • Công bố khoa học và công nghệ Việt Nam

Kỹ thuật điện và điện tử

Đoàn Thị Kiều Anh(1), Trần Phan Thùy Linh, Lương Viết Mùi

Một nghiên cứu lý thuyết về cấu trúc tinh thể và tính chất điện tử của khối lượng lớn mos2 và đơn lớp của nó dựa trên tính toán nguyên tắc thứ nhất

A theoretical study of the crystal structures and electronic properties of bulk mos2 and its monolayer based on first – principles calculation

Khoa học (Đại học Sư phạm Hà Nội)

2021

5A

198-206

2354-1075

Nghiên cứu lý thuyết, Cấu trúc tinh thể, Tính chất điện tử, Khối lượng mos2, Đơn lớp, Tính toán, Nguyên tắc thứ nhất

MoS2 bulk and monolayer, bandgap, energy band structure, optoelectronic device

Nghiên cứu các đặc tính cấu trúc và điện tử của cả MoS2 khối lượng lớn và đơn lớp dựa trên lý thuyết hàm mật độ (DFT) được thực hiện trong gói CASTEP của Materials Studio. Các tính toán được thực hiện với chức năng xấp xỉ mật độ cục bộ (LDA) và xấp xỉ gradient tổng quát (GGA) để tối ưu hóa cấu trúc tinh thể và cấu trúc dải của MoS2 khối và đơn lớp. Các tính toán của chúng tôi cho thấy rằng chức năng GGA đã tính toán khoảng cách vùng cấm tuyệt vời cho MoS2 số lượng lớn, trong khi chức năng LDA được tìm thấy hoạt động tốt hơn cho các phép tính khoảng cách vùng cấm của một lớp đơn lớp. Ảnh hưởng của thành phần trong các dải năng lượng đã được nhận ra bằng cách phân tích mật độ riêng phần của các trạng thái (PDOS) của mỗi nguyên tử và mật độ của các trạng thái (DOS). Bằng cách giảm độ dày lớp từ dạng khối thành lớp đơn lớp, người ta thấy rằng cấu trúc vùng có sự chuyển đổi từ vùng cấm gián tiếp trong MoS2 (1,53 eV) sang vùng cấm trực tiếp trong lớp đơn (1,82 eV). Mặt khác, sự chênh lệch mật độ điện tích dọc theo hướng z cho thấy rằng sự chuyển điện tích chủ yếu xảy ra trên bề mặt của các nguyên tử S và có một ít sự tích tụ xung quanh bề mặt của các nguyên tử Mo. Tính chất này làm nổi bật triển vọng của MoS2 trong việc cải tiến việc chế tạo các thiết bị quang điện tử trong tương lai.

In this work, we have investigated the structural and electronic properties of both bulk and monolayer MoS2 based on the density functional theory (DFT) implemented in the CASTEP of Materials Studio package. The calculations are performed with the local density approximation (LDA) and generalized gradient approximation (GGA) functionals for crystal structure optimization and band structure of MoS2 bulk and monolayer. Our calculations show that the GGA functional calculated excellent band gap for bulk MoS2, while LDA functional is found to perform better for band gap calculations of a monolayer. The influence of composition in the energy bands has been realized by analyzing the partial density of states (PDOS) of each atom and density of states (DOS). By reducing the layer thickness from bulk to monolayer, it is found that band structure has the transitions from indirect band gap in the bulk MoS2 (1.53 eV) to direct band gap in the monolayer (1.82 eV). On the other hand, the charge density difference along z-direction shows that the major charge transfer occurs on the surface of the S atoms and there is a little accumulation around the surface of the Mo atoms. This property highlights the promising of MoS2 in improving the fabrication of optoelectronic devices in the future.

TTKHCNQG, CVv 157

Xem toàn văn
  • [1] Aray, Y., Vega, D., Rodriguez, J., Vidal, A. B., & Coll, D. S., (2009), Atoms in molecules theory for exploring the crystal structure and bond nature of the MoS2 bulk.,Journal of Computational Methods in Sciences and Engineering, 9(4-6), pp. 257-267.
  • [2] Li, H., Yu, K., Li, C., Tang, Z., Guo, B., Lei, X., … Zhu, Z., (2015), C-harge-Transfer Induced High Efficient Hydrogen Evolution of MoS2/graphene,Cocatalyst. Scientific Reports, 5(1)
  • [3] Yazyev, O. V., & Kis, A., (2015), MoS2 and semiconductors in the flatland.,Materials Today, 18(1), pp. 20-30.
  • [4] Kam, K. K., & Parkinson, B. A., (1982), Detailed photocurrent spectroscopy of the semiconducting group VIB transition metal dichalcogenides.,The Journal of Physical Chemistry, 86(4), pp. 463-467.
  • [5] Dolui, K., Pemmaraju, C. D., & Sanvito, S., (2012), Electric Field Effects on Armchair MoS2 Nanoribbons.,ACS Nano, 6(6), pp. 4823-4834.
  • [6] Ramakrishna Matte, H. S. S., Gomathi, A., Manna, A. K., Late, D. J., Datta, R., Pati, S. K., & Rao, C. N. R., (2010), MoS2 and WS2 Analogues of Graphene.,Angewandte Chemie International Edition, 49(24), pp. 4059-4062.
  • [7] Ataca, C., Şahin, H., Aktürk, E., & Ciraci, S., (2011), Mechanical and Electronic Properties of MoS2 Nanoribbons and Their Defects.,The Journal of Physical Chemistry C, 115(10), pp. 3934-3941.
  • [8] Kuc, A., Zibouche, N., & Heine, T., (2011), Influence of quantum confinement on the electronic structure of the transition metal sulfideTS2.,Physical Review B, 83(24).
  • [9] Wilson, J. A., & Yoffe, A. D., (1969), The transition metal dichalcogenides discussion and interpretation of the observed optical, electrical and structural properties.,Advances in Physics, 18(73), pp. 193-335.
  • [10] Kumar, A., & Ahluwalia, P. K., (2012), A first principle comparative study of electronic and optical properties of 1H - MoS2 and 2H - MoS2.,Materials Chemistry and Physics, 135(2-3), pp. 755-761.
  • [11] Ahmad, S. and Mukherjee, (2014), A Comparative Study of Electronic Properties of Bulk MoS2 and Its Monolayer Using DFT Technique: Application of Mechanical Strain on MoS2 Monolayer.,S. Graphene, 3, pp. 52-59.
  • [12] Gourmelon, E., Lignier, O., Hadouda, H., Couturier, G., Bernède, J. C., Tedd, J., Salardenne, J., (1997), MS2 (M = W, Mo) photosensitive thin films for solar cells.,Solar Energy Materials and Solar Cells, 46(2), pp. 115-121.
  • [13] Fortin, E., & Sears, W. M., (1982), Photovoltaic effect and optical absorption in MoS2.,Journal of Physics and Chemistry of Solids, 43(9), pp. 881-884.
  • [14] X. Li, H. Zhu, (2015), Two-dimensional MoS2: Properties, preparation, and applications.,J. Mater., Vol. 1, pp. 33-44.
  • [15] W. Wu, L. Wang, Y. Li, F. Zhang, L. Lin, S. Niu, D. Chenet, X. Zhang, Y. Hao, T. F. Heinz, J. Hone, Z. L. Wang, (2014), Piezoelectricity of single-atomic-layer MoS2 for energy conversion and piezotronics.,Nat., Vol. 514, pp. 470-474.
  • [16] A. Splendiani, L. Sun, Y. Zhang, T. Li, J. Kim, C.-Y. Chim, G. Galli, F. Wang, (2010), Emerging photoluminescence in monolayer MoS2.,Nano Lett., Vol. 10, pp. 1271-1275.
  • [17] K. F. Mak, C. Lee, J. Hone, J. Shan, T. F. Heinz, (2010), Atomically thin MoS2: A new directgap semiconductor.,Phys. Rev. Lett., Vol. 105, pp. 1-4.
  • [18] D. Jariwala, V. K. Sangwan, L. J. Lauhon, T. J. Marks, M. C. Hersam, (2014), Emerging device applications for semiconducting two-dimensional transition metal dichalcogenides.,ACS Nano, Vol. 8, pp. 1102-1120.
  • [19] X. Wang, F. Nan, J. Zhao, T. Yang, T. Ge, K. Jiao, (2015), A label-free ultrasensitive electrochemical DNA sensor based on thin-layer MoS2 nanosheets with high electrochemical activity.,Biosens. Bioelectron, Vol. 64, pp. 386-391.
  • [20] S. Wi, H. Kim, M. Chen, H. Nam, L. J. Guo, E. Meyhofer, X. Liang, (2014), Enhancement of photovoltaic response in multilayer MoS2 induced by plasma doping.,ACS Nano, Vol. 8, pp. 5270-5281.
  • [21] S. Ding, D. Zhang, J. S. Chen, X. W. D. Lou, (2012), Facile synthesis of hierarchical MoS2 microspheres composed of few-layered nanosheets and their lithium storage properties.,Nanoscale, Vol. 4, pp. 95-98.
  • [22] M. Chhowalla, H. S. Shin, G. Eda, L.-J. Li, K. P. Loh, H. Zhang, (2013), The chemistry of two-dimensional layered transition metal dichalcogenide nanosheets.,Nat. Chem., Vol. 5, pp. 263-275.
  • [23] J. S. Ross, S. Wu, H. Yu, N. J. Ghimire, A. M. Jones, G. Aivazian, J. Yan, D. G. Mandrus, D. Xiao, W. Yao, X. Xu, (2013), Electrical control of neutral and c-harged excitons in a monolayer semiconductor.,Nat. Commun., Vol. 4, pp. 1-6.
  • [24] N. Goswami, A. Giri, S. K. Pal, (2013), MoS2 nanocrystals are confined in a DNA matrix exhibiting energy transfer.,Langmuir, Vol. 29, pp. 11471-11478.
  • [25] A. K. Geim, I. V. Grigorieva, (2013), Van der Waals heterostructures.,Nat. Vol. 499, pp. 419-425.
  • [26] Chen, S., Wu, Q., Mishra, C., Kang, J., Zhang, H., Cho, K., … Ruoff, R. S., (2012), Thermal conductivity of isotopically modified graphene.,Nature Materials, 11(3), pp. 203-207.
  • [27] Ghosh, S., Calizo, I., Teweldebrhan, D., Pokatilov, E. P., Nika, D. L., Balandin, A. A., … Lau, C. N., (2008), Extremely high thermal conductivity of graphene: Prospects for thermal management applications in nanoelectronic circuits.,Applied Physics Letters, 92(15), 151911.
  • [28] K.S Novoselov, A.K. Geim, S.V. Morozow, D. Jiang, S.V. Dubonos, I.V. Grigorieva, and A.A. Firsov, (2004), Electric Field Effect in Atomically Thin Carbon Films.,Science, 306(5696), pp. 666-669.
  • [29] C-harlier, J.-C., Eklund, P. C., Zhu, J., & Ferrari, A. C., (2007), Electron and Phonon Properties of Graphene: Their Relationship with Carbon Nanotubes.,Carbon Nanotubes, pp. 673-709.