湘潭大学博士学位论文

(c)

(d)(e)

(f)

图5-3 (a) 异质结MoS2/1-h-BN的能带图；(b) 异质结MoS2/1-h-BN中上表面MoS2层和下表面h-BN层的能带结构，分别用红色和蓝色的点表示；(c) 异质结MoS2 /1-h-BN的差分电荷图，垂直于h-BN层；(d)和(e) 分别是异质结MoS2 /1-h-BN在导带底K点和价带顶Γ点的分解电荷密度图；(f)

优化好的异质结MoS2 /1-h-BN中去掉h-BN层的MoS2层的能带结构。

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万方数据类石墨烯二硫化钼的第一性原理研究

为了探讨h-BN片的层数变化对异质结构MoS2/n-h-BN能带的影响，我们进一步研究了一系列的情况，包括单层MoS2分别放在2-5层h-BN片上面的情形，计算中，我们选择最稳定的界面构型。其中h-BN堆垛方式按照图5-1（c）放置。图5-4(a-d) 给出了系统的能带结构，其中红色的圆圈代表上表面MoS2的贡献。黑色实线是异质结整个系统的能带结构。

(a)

(b)

(c) (d)

图5-4 (a-d)分别是2-5层h-BN片和单层MoS2组成的MoS2/n-h-BN异质结的能带图，异质结系统的能带结构用黑色的实线表示，红色的圆圈表示各个异质结中上表面MoS2层的能带结构。

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万方数据湘潭大学博士学位论文

我们从图5-4发现，对于n=2，3，4，5的系统，都具有间接带隙，带隙分别为0.96 eV，0.92 eV，0.90 eV和0.88 eV。带隙随层数的变化关系如图5-5所示，很显然，系统的带隙随着h-BN层数的增加在减少，这个结论和文献报道的通过直接的应力调控的结论是一致的[234, 235]。也就是说，通过给单层MoS2提供不同层数的h-BN基底，这样带来的能带调控效应等同于提供不同的晶格应变。为了直接证明这一点，我们去掉系统中的h-BN片，相应的晶格应变保持不变的情况下再一次计算了单层孤立的MoS2的能带结构（对于n=1，2，3，4，5的系统，MoS2层的晶格应变大小分别为 2.92 %、 3.71 %、 3.92 %、 4.04 % 和 4.14 % )，结果如图5-5所示，我们发现带有应变的孤立的MoS2带隙和含有相应h-BN层的各个系统的带隙几乎完全一致。为了计算的周密性，我们进一步计算了6-7层h-BN调制单层MoS2能带结构的情况，我们发现系统的带隙趋向于一个稳定值0.87 eV，不再随着层数的增大而发生变化，其它的特性与前面1-5层的情况类似。

图5-5 带隙随着h-BN片层数变化的关系图，其中，红色实心的方块代表异质结MoS2 /n-h-BN

系统，空心的三角形代表优化好的去掉了相应层数的h-BN片的系统。

5.5 小结

我们利用较密取样的能量比较法，将MoS2超胞固定，h-BN片分别沿着a轴和b轴平移晶格常数的1/5、2/5、3/5、4/5、5/5，然后交换B原子和N原子的位置，得到了5*5*2=50个构型，然后利用GGA-DFT并考虑范德瓦尔斯力（vdW）修正计算了50种构型的能量，通过比较找到了能量最低的异质结构MoS2/1-h-BN的稳定构型。

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万方数据类石墨烯二硫化钼的第一性原理研究

研究发现不同于孤立状的单层MoS2，MoS2/1-h-BN异质结具有间接带隙，能带的价带顶和导带底的贡献都来自于MoS2层；通过计算2-7层的h-BN和单层MoS2组成的异质结MoS2/n-h-BN的能带结构，发现h-BN层数对单层MoS2的能带结构有着比较明显的调控效应，MoS2的带隙随着h-BN层数的增加而减少并最后趋于稳定值；通过比较纯粹应变调控下的单层MoS2的能带结构，表明h-BN对单层MoS2能带结构的调控效应实质上是由MoS2和h-BN之间的相互作用而诱导的晶格应变引起的。我们的研究结果说明，单层MoS2沉积或者生长在不同层数的h-BN片上能够获得不同的晶格应变，可以实现对单层MoS2能带结构的有效调控。

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