羟基功能化MXenes中近自由电子态的调控：第一性原理研究
介观与纳米尺度物理
2020-03-06 v4
摘要
过渡金属碳化物（即MXenes）及其功能化衍生物表现出多种物理和化学性质，并在电子器件和传感器中具有许多潜在应用。利用密度泛函理论（DFT）研究发现，在羟基（OH）功能化的MXenes中，近自由电子（NFE）态位于费米能级附近。大多数OH封端的MXene为金属性，但其中一些（如Sc2C(OH)2）为半导体，且NFE态为导带。本文为研究MXenes中的NFE态，采用了吸引像势阱模型。将该模型的解与DFT计算对比后发现，由于NFE态空间扩展波函数之间的重叠以及由周期性边界条件（PBCs）引入的人工相邻层间的杂化，DFT结果本质上反映了多层的性质。基于DFT计算发现，能隙宽度受层间距影响。我们指出NFE态的能量可通过外电场调控，且有可能将半导体性MXene转变为金属。这种带隙调控使得OH封端的半导体性MXene成为电子开关应用的优异候选材料。最后，利用一组电子输运计算，研究了Sc2C(OH)2器件在栅极电压下的I-V特性。
引用
@article{arxiv.1912.03054,
title = {Modulation of Nearly Free Electron States in Hydroxyl-Functionalized MXenes: A First-Principles Study},
author = {Jiaqi Zhou and Mohammad Khazaei and Ahmad Ranjbar and Vei Wang and Thomas D. Kühne and Kaoru Ohno and Yoshiyuki Kawazoe and Yunye Liang},
journal= {arXiv preprint arXiv:1912.03054},
year = {2020}
}