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单层二硫化钼晶体的电子输运及声子谱计算

发布时间:2014-07-01

  二硫化钼(MoS2)作为典型的过渡金属层状二元化合物,其热稳定性和化学稳定性良好,被广泛应用于固体润滑剂、电极材料和反应催化剂等广阔的领域。单层MoS2凭借其优秀的光学和电学性质在在晶体管制造和电子探针的应用等方面有广阔的应用前景。MoS2的诸多物理特性与其热力学性质相关,所以计算其声子谱具有非常实用理论价值。本实验是基于密度泛函理论,采用ATK软件包对二硫化钼的声子谱进行模拟。

实验内容
    实验采用gga-pbe泛函进行模拟计算,图1为单层MoS2结构示意图。

a. 设置单层MoS2的真空层厚度为20 ?。优化MoS2的晶格参数,在软件中设置力及应力的收敛标准。操作界面如图2所示。


b. 基于优化好的单层MoS2结构,利用ATK软件计算其声子能带及态密度。图3显示了计算结果与其它理论计算结果相吻合,证明我们所选用的结构及参数的正确性。并且计算的声学支及光学支都大于零,证明单层结构的稳定性。


c. 基于声子计算的文件,进一步利用图形形象显示频谱的振动模式。图4给出了振动模式的计算界面图。计算结束后,利用vibrational visualizer程序动态显示主要振动模式。图4显示了声子能带中五个特征振动频率。


功能及效果
    本实验学习了ATK软件模拟二硫化钼单层结构的声子谱。声子谱的计算是体系热力学计算的重要一步,一方面可以证明体系的稳定性,别一方面可以表征特定的振动频率。此实验的开设有利于学生进一步理解固体物理中晶体振动的概念,并将振动模式可视化。此实验的学习有利于采用此方法预测和设计其它纳米材料,对实际实验具有重要理论指导意义。