基于第一性原理对二维过渡金属卤化物电子性质的研究

论文摘要

本文主要对一类单层过渡金属二卤化物MX2（M=Zr,Hf;X=Cl,I）的两种晶相结构的电子性质进行了研究。首先分别计算了四种单层的1H相与1T’相结构的声子谱,证明这些结构均是动力学稳定的。对于1H相过渡金属二卤化物,其结构与过渡金属二硫化物（TMDCs）相同,均为三个二维六角晶格以A-B-A的形式堆叠成的三棱柱型结构,本文选取了 HfI2为代表材料,利用第一性原理计算了其能带结构,结果表明HfI2是带隙为0.387eV的间接带隙半导体,强的自旋轨道耦合在价带打开了一个较大的自旋劈裂ΔV=0.203eV,而导带极小值点处自旋劈裂的大小为ΔC=82meV,自旋投影能带结构表明能谱在带边处几乎是完全自旋极化。基于费米面附近各轨道投影能带的结果,构造了一个以金属原子的dz2,dxy,dx2-y2:为基底的三能带紧束缚模型,利用最小二乘法对DFT能带进行拟合得到考虑自旋轨道耦合的各跃迁参数及耦合强度系数。最后在面内施加双轴应力对能谱进行调控,当施加压缩应变时,间接带隙变小;当施加拉伸应变时,间接带隙变大,且K点处的直接带隙变小。计算表明,如果应变足够大,材料可以从间接带隙半导体转变为直接带隙半导体,此外,面内双轴拉伸应变能同时增加自旋劈裂的大小。对于以A-B-C形式堆叠的畸变结构—1T’相MX2,本文选取了 ZrI2为代表材料,第一性原理计算表明1T’-ZrI2是带隙为0.430eV的间接隙半导体。由于自旋轨道耦合的强度很弱,考虑了自旋轨道耦合的能谱仍然是自旋简并的。根据轨道投影能带结果,同样构造了一个以Zr原子的dz2,dxy,dx2-y2为基底的三能带紧束缚模型,并给出拟合参数。面内双轴压缩应变使得间接带隙变大;拉伸应变使得间接带隙减小,直接带隙也减小,能谷趋于平缓,当应变达到7.1%时,1T’-ZrI2由间接带隙半导体变为直接带隙半导体。另外在垂直方向加电场计算了其能带结构,发现并未发生拓扑相变,且面内双轴应力与垂直电场均未打破带边处的自旋简并。

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文章来源

类型: 硕士论文

作者: 陶影影

导师: 刘国才,何超

关键词: 二维材料,第一性原理,过渡金属卤化物,紧束缚近似

来源: 河北科技大学

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 物理学

单位: 河北科技大学

分类号: O469

DOI: 10.27107/d.cnki.ghbku.2019.000447

总页数: 45

文件大小: 4437K

下载量: 47

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