二维硫化物电、磁性能的调控研究

Ultrathin two-dimensional nanosheets of layered transition metal dichalcogenides (TMDCs) are fundamentally and technologi¬cally intriguing. This derives into a rich variety of electronic properties including metals, semiconductors, superconductors and charge wave density. Thus, they have the potential to play a fundamental role in the future of novel functional nanodevices. By using the density functional theory calculations, we will study the surface modification effect (hydrogenation and fluorination) on the electronic structures of TMDCs with 2H or 1T structures. Based on this understanding, we will try to find this new TMDCs with novel function under external fields. Our investigations enriched the understanding of this series of new materials of 2D TMDCs. The project provides the necessary theoretical basis for extending the 2D TMDCs application in electronics, optoelectronics and other nanodevices and help to facilitate new nanodevices.

相较于石墨烯的金属性特征，二维层状二硫族化合物（TMDCs）有着非常奇特且丰富的物理性质，半导体、金属、磁有序、超导、CDW等等，因此一直是人们高度关注的热点和难点课题。层状TMDCs的能带结构调控最近成为了物理学界和材料学界的一大焦点。对其进行系统的研究有着很好的应用价值和理论意义。本项目将利用密度泛函理论计算的方法研究表面吸附（H原子 (n型)和F原子 (p型)）对2H结构和1T结构二维TMDCs的能带结构的调控，以及探寻在外场协同作用下可能的新的磁、电现象。本项目将解决二维层状TMDCs的能带调控关键基础性科学问题，为探寻和设计基于二维层状二硫化合物，有着优异性能的新型的材料体系提供一定的理论依据。

本项目利用第一性原理的方法比较系统地研究了掺杂以及外场（应变）对二维材料电磁性能的影响，探索了就二维材料的新的电磁想象（铁电、铁弹和铁磁），还初步研究了二维半导体材料在光电转化（比例光催化，光伏，光电响应）等方面的应用。获得主要成果如下：.1. 开展了空穴掺杂和应变协同调控二维TMDCs电子结构，磁性的影响的研究，发现在应变的调控下，能够在较低的掺杂浓度下实现对SnS2和SnSe2等二维硫族化合物电子结构，磁性的有效调控，并提出利用场效应管来实现掺杂，乃至调控的模型器件；.2. 研究发现二维材料CrSX（X=Cl，Br，I）是多铁性材料：铁磁铁弹材料，发现磁各向异性和其铁弹相变之间存在很好的耦合关系，据此我们提出可以通过外应力调控其磁各向异性能；.3. 利用第一性原理的方法设计了一种的亚铁电型二维铁电材料AgBiP2Se6，这种亚铁电性二维铁电材料具有突破铁电材料的尺寸效应的优势； .4. 利用第一性原理的方法设计了一种二维铁弹制冷材料t-YN，研究了其铁弹相变的过程机制，其铁弹应变可以达到14.3%，具有较大的相变潜热；.5. 研究发现新型二维碳氮材料：C6N7，发现它相比于其他二维碳氮材料，如C3N4，C2N等在光催化分解水等方面具有更好的应用潜力 ；.6. 研究发现Quinazoline基层状共价有机骨架二维材料具有特殊的电子结构，在光伏领域的显示出巨大的应用潜力，并且发现在应变场的调控下，其光电转化效率可以得到进一步提升。