二维碳化钛与氮化钛MXene的费米学

MXenes是一类二维过渡金属碳化物和氮化物材料家族，常表现出非常好的金属导电性，因此在柔性电子、电催化和电磁干扰屏蔽等应用中备受关注。然而，人们对MXenes的费米学（即其费米面的形状和大小）及其对材料性质的影响却出奇地知之甚少。原因之一可能是MXene表面几乎总被混合官能团覆盖，而研究无序体系的费米面是繁琐的。在此，我们研究了四种常见钛基MXene的费米学随表面官能团组成的变化。我们首先计算了具有显式混合表面体系的等效能带结构，观察到Ti-d能带填充及由此导致的费米能级移动的渐变演化。然后我们证明这些能带结构可通过伪氢化表面紧密近似，并且与实验角分辨光电子能谱结果吻合良好。通过修改伪氢电荷，我们进而绘制了所有体系的费米面并提取其性质，如费米面面积和平均费米速度。这些结果又用于通过拟合实验测量电导率的弛豫时间来评估电导率。