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应变下 NbS2 缺陷的电子和光学结构操控:第一性原理计算
Journal of Molecular Modeling ( IF 2.1 ) Pub Date : 2023-10-16 , DOI: 10.1007/s00894-023-05739-6 JunJie Ni 1 , Lu Yang 1 , Jinlin Bao 1
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更新日期:2023-10-16
Journal of Molecular Modeling ( IF 2.1 ) Pub Date : 2023-10-16 , DOI: 10.1007/s00894-023-05739-6 JunJie Ni 1 , Lu Yang 1 , Jinlin Bao 1
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单层NbS 2是一种很有前途的新型二维材料,开发有效的方法使NbS 2成为纳米器件和光伏应用的材料至关重要。本研究利用第一性原理研究了缺硫NbS 2结构的应变规律。结果表明,所有缺陷结构都会引入杂质态以增强电子传输。二硫化物缺陷结构在拉应变作用下产生间接带隙,最高可达0.56eV,成为稀释半导体。杂化NbS 2在红外光、可见光和低频紫外光下表现出高透明度,提高了材料的透射率、光学响应和催化活性。本文的研究成果将为单层NbS 2的后续研究提供基础,加速NbS 2作为新型半导体材料的研究进程。
方法
我们在垂直于 3×3×1 NbS 2的表面上并使用 15 Å 真空层以避免与周期性图像相互作用。第一性原理模拟采用Materials Studio中的CASTEP模块模拟单层NbS 2在应变和缺陷状态下的假设模型和松弛优化结构。计算函数是广义梯度近似(GGA)下的PBE(Perdew-Burke-Ernzerhof)函数进行近似计算,以描述电子之间的相互作用以及电子与离子之间的相互作用。3s 2 3p 4和4d 4 5s 1价电子构型的赝势分别用于S和Nb原子。模拟过程中考虑了范德华校正。
此外,它还包括自旋轨道耦合(SOC)效应。对于平面波截断能量,我们将其设置为500eV。布里渊区域的排列被 6×6×1 伽马中心 Monkhorst-Pack 网格划分。所有混合结构的晶格变形小于0.05 Gpa,原子间力小于0.03 eV/Å。
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