磁性分子吸附对过渡金属硫属化合物电子结构的影响

Transition metal dichalcogenides with magnetic molecular absorption have potential application in diluted magnetic semiconductor, valleytronics and quantum computing fields. The study of the interaction between magnetic molecular and transition metal dichalcogenides is essential to achieve the ferromagnetism, valley polarization and quantum anomalous hall effect in transition metal dichalcogenides. To study the effect of magnetic molecular absorption on transition metal dichalcogenides we proposal to calculate the binding energy, charge density difference, spin density, density of states, band structure by using first-principles method. By investigating the dependence of the electronic properties on various magnetic molecules and defects we can explore the possibility to control ferromagnetism, valley polarization and quantum anomalous hall effect in transition metal dichalcogenides by magnetic molecular absorption. This proposal will be instructive for design electronic devices based on transition metal dichalcogenides.

磁性分子吸附的过渡金属硫属化合物在稀磁半导体、谷电子学和量子计算等领域有潜在应用。研究磁性分子与过渡金属硫属化合物的相互作用是探讨过渡金属硫属化合物中的铁磁性、谷极化和量子反常霍尔效应的关键。本申请通过第一性原理计算方法得到体系的结合能、差分电荷密度、自旋密度分布、态密度和能带结构来研究磁性分子吸附的过渡金属硫属化合物的铁磁性、谷极化和量子反常霍尔效应。通过研究过渡金属硫属化合物的电子结构对磁性分子和缺陷的依赖关系来探究磁性分子调控过渡金属硫属化合物铁磁性、谷极化和量子反常霍尔效应的可能性，为基于过渡金属硫属化合物的电子器件的设计提供理论依据。

以MoS2为代表的过渡金属硫属化合物由于耦合的自旋能谷效应，近年来被广泛研究。在本项目的支持下，我们的工作主要对过渡金属硫属化合物等二维半导体材料进行了研究。首先，我们研究了MoS2在空气中或氧气氛下加热形成三角形孔洞的机理及电学特性，我们的结果为实验提供了一个实现单层MoS2空穴掺杂的途径；其次，我们发现单层PbO的价带具有独特的 “墨西哥帽”状能带结构。“墨西哥帽”状能带结构使得二维PbO在其价带边缘有着非常平坦的色散，在价带顶形成范霍夫奇点，当调节费米能级到范霍夫奇点附近，会导致电子结构的不稳定性，从而诱导出铁磁性；再次，通过高分辨电镜观察到钠离子在磷烯中传导方向具有高选择性，通过理论计算钠离子在不同方向迁移的能量势垒，证明了不同方向巨大的势垒差异决定了高选择性传输，同时发现碱金属的嵌入导致黑磷中层间堆垛的变化；最后，我们研究了Bi2O2X(X=S, Se, Te)化合物半导体和CsPbI3中本征点缺陷对载流子类型的影响。在本项目的资助下，项目组成员在国际知名期刊上共发表13篇学术论文。