过渡金属二硫化物中场效应掺杂的第一性原理理论：结构性质、电子结构、霍尔系数与电导率
介观与纳米尺度物理
2015-05-05 v2 材料科学
摘要
我们利用密度泛函理论研究了场效应掺杂如何影响少层过渡金属二硫化物的结构性质、电子结构和霍尔系数。我们考虑了 MoS2、MoSe2、MoTe2、WS2 和 WSe2 的 H 相单分子层、双分子层和三分子层，并提供了空穴和电子掺杂下的电子结构与霍尔系数的完整数据库。我们发现，对于电子和空穴掺杂，电子结构均依赖于层数，且无法用刚性能带移动来描述。此外，在非对称电场下弛豫结构至关重要。有趣的是，虽然导电沟道的宽度取决于掺杂情况，但在每个给定 k 点处的占据能带数量与掺杂电荷分布的厚度几乎无关。最后，我们在恒定弛豫时间近似下计算了电导率和霍尔系数的倒数。我们证明，在某些情况下，由霍尔效应测量确定的电荷量与真实电荷量的偏差可达 50%。对于空穴掺杂的 MoTe2，霍尔电荷在低温下甚至具有错误的极性。我们提供了掺杂电荷与霍尔系数之间的映射关系。在附录中，我们展示了本工作中所考虑的所有过渡金属二硫化物在各掺杂水平下的 250 多个能带结构。
引用
@article{arxiv.1501.07223,
title = {First-principles theory of field-effect doping in transition-metal dichalcogenides: Structural properties, electronic structure, Hall coefficient, and electrical conductivity},
author = {Thomas Brumme and Matteo Calandra and Francesco Mauri},
journal= {arXiv preprint arXiv:1501.07223},
year = {2015}
}
备注
Paper with 19 pages, 18 figures and an appendix with 48 figures (thus in total 72 pages)