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Tunable electronic structure and magnetic coupling in strained two-dimensional semiconductor mnpse3

Frontiers of physics 2018年第4期13卷 167-174页

作者： Qi Pei Xiao-Cha Wang Ji-Jun ZOU Wen-Bo Mi Tianjin Key Laboratory of Low Dimensional Materials Physics and Preparation Technology School of Science Tianjin University Tianjin 300354 China School of Electrical and Electronic Engineering Tianjin University of Technology Tianjin 300384 China Key Laboratory for Green Chemical Technology of the Ministry of Education School of Chemical Engineering and Technology Tianjin University Tianjin 300354 China

The electronic structures and magnetic properties of strained monolayer mnpse3 are investigated sys- tematically via first-principles calculations. It is found that the magnetic ground state of monolayer mnpse3 can be significantly affected by biaxial strain engineering, while the semiconducting char- acteristics are well-preserved. Owing to the sensitivity of the magnetic coupling towards structural deformation, a biaxial tensile strain of approximately 13% can lead to an antiferromagnetic （AFM）- ferromagnetic （FM） transition. The strain-dependent magnetic stability is mainly attributed to the competition of the direct AFM interaction and indirect FM superexchange interaction between the two nearest-neighbor Mn atoms. In addition, we find that FM mnpse3 is an intrinsic half semiconductor with large spin exchange splitting in the conduction bands, which is crucial for the spin-polarized carrier injection and detection. The sensitive interdependence among the external stimuli, electronic structure, and magnetic coupling makes monolayer mnpse3 a promising candidate for spintronics.

关键词： two-dimensional semiconductor mnpse3 strain engineering electronic structure magnetic coupling

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mnpse3的中子散射研究和FeSe的单轴应变调控研究

MnPSe3的中子散射研究和FeSe的单轴应变调控研究

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作者：肖风杭州师范大学

学位级别：硕士

mnpse是较早被发现的准二维磁性材料,在低温下出现反铁磁相,相变温度在72 K左右。在本文中我们对mnpse单晶开展非弹性中子散射研究,完成了材料完整自旋激发谱的测量,为理解该材料的反铁磁性提供了重要的实验依据。二元FeSe是铁基超导体... 详细信息

mnpse是较早被发现的准二维磁性材料,在低温下出现反铁磁相,相变温度在72 K左右。在本文中我们对mnpse单晶开展非弹性中子散射研究,完成了材料完整自旋激发谱的测量,为理解该材料的反铁磁性提供了重要的实验依据。二元FeSe是铁基超导体的重要体系,具备最为简单的晶体结构,研究其中电子相的演化是理解铁基超导电性的重要途径。在本文中我们利用单轴应变调控FeSe材料的超导相。通过选择不同的衬底材料,实现了FeSe块材较大范围的单轴应变调控。本文的第一部分简要介绍了准二维磁性材料、铁基超导体、中子散射和单轴应变调控。在本文的第二部分中,我们使用CVT方法制备了高质量、大尺寸、多数量的mnpse和FeSe单晶,并对其进行了表征和物性测量。在本文的第三部分,我们利用时间飞行谱仪完整测量了mnpse的磁激发谱,实验发现低温下体系存在锐利的面内磁激发谱,磁激发谱沿着L方向非常弥散,在低能磁激(E3 K,验证了FeSe块材大尺度单轴应变的可能性。但该衬底无法实现对单轴应变的连续调控。通过优化结构的钛片衬底,我们突破了之前的应变调控尺度,在该衬底的应变调控下,T的最大变化量约为0.75 K,超过了同类型实验0.5 K左右的最大值。而通过PI(聚酰亚胺)衬底,我们实现了更大尺度的压缩应变调控,T的最大变化达到了1.01 K,该结果同时验证了调控实际应变区域的可行性,为未来对FeSe块材及其他相关材料更大尺度的单轴应变调控奠定了基础。

关键词： mnpse3 中子散射磁激发谱 FeSe 单轴应变调控超导

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mnpse3 Monolayer: A Promising 2D Visible-Light Photo-hydrolytic Catalyst with High Carrier Mobility

MnPSe3 Monolayer: A Promising 2D Visible-Light Photo-hydroly...

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中国化学会第30届学术年会-第十八分会：电子结构理论方法的发展与应用

作者： Xu Zhang Zhen Zhou Computational Centre for Molecular Science Institute of New Energy Material Chemistry Collaborative Innovation Center of Chemical Science and Engineering(Tianjin) School of Materials Science and Engineering National Institute for Advanced Materials Nankai University

In the present society, energy crisis and environment pollution are extraordinarily severe with the burning of fossil fuels. Hydrogen generation by photocatalytic water splitting would present a promising method to solve the issue. Recently, a series of two-dimensional MPS(M = Fe, Mn, Ni, Cd, Zn) and MPSe(M = Fe, Mn) nanosheets have been prepared in experiments. Computations reveal that these 2D monolayers could also be obtained in experiments by exfoliating the corresponding bulk. By using hybrid density functional computations, we investigated the band gaps, band edge positions and optical absorption of these monolayers, and predicted that they are promising candidates for photo-hydrolytic catalysts. Moreover, via deformation potential theory, we calculated the carrier mobility, and disclosed that mnpse monolayer is the most promising photocatalyst for water splitting under visible light with high carrier mobility.

关键词： photo-hydrolytic catalyst mnpse3 carrier mobility

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Synthesis of 2D ternary layered manganese phosphorous trichalcogenides towards ultraviolet photodetection

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Science China Materials 2021年第9期64卷 2251-2260页

作者： Guiheng Liu Jianwei Su Xin Feng Huiqiao Li Tianyou Zhai State Key Laboratory of Materials Processing and Die&Mould Technology School of Materials Science and EngineeringHuazhong University of Science and TechnologyWuhan 430074China

Manganese phosphorous selenium(mnpse_(3)),as a representative of layered metal phosphorus trichalcogenides(MPTs),has gained significant attention due to its direct bandgap,high carrier mobility,large absorption coefficient,which indicate great potential in photoelectric ***,high-quality two-dimensional(2D)mnpse_(3) flakes were mechanically exfoliated from the corresponding bulk crystals synthesized by chemical vapor transport(CVT)*** systematic investigation was applied to the lattice vibrations of mnpse_(3) via angle-resolved polarized Raman spectroscopy(ARPRS),and the Raman vibration modes were determined based on Raman selection rules and crystal ***,the photodetectors based on 2D mnpse_(3) flakes exhibit excellent photoresponse to the ultraviolet light with a responsivity up to 22.7 A W^(-1) and a detectivity of 2.4×10^(11) *** high performance in the ultraviolet range signifies that 2D mnpse_(3) is expected to be a powerful candidate for future ultraviolet photodetection.

关键词： 2D materials mnpse3 ternary materials ultraviolet photodetection phosphorus trichalcogenides

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二维材料SnS2和MPSe3(M=Mn,Fe)场效应晶体管的光电性能研究

二维材料SnS2和MPSe3(M=Mn,Fe)场效应晶体管的光电性能研究

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作者：韩旭中国地质大学(北京)

学位级别：硕士

石墨烯因其具有独特的电子结构和许多优异的物理化学性质,受到了科学界的广泛关注和深入研究。继石墨烯之后,二维范德华(Van der Waals)材料如雨后春笋般地涌现了出来,如氮化硼(BN)、黑磷(BP)、过渡金属二卤族化合物(Transition-Metal D... 详细信息

石墨烯因其具有独特的电子结构和许多优异的物理化学性质,受到了科学界的广泛关注和深入研究。继石墨烯之后,二维范德华(Van der Waals)材料如雨后春笋般地涌现了出来,如氮化硼(BN)、黑磷(BP)、过渡金属二卤族化合物(Transition-Metal Dichalcogenide,TMD)等等,它们的发现大大丰富了二维材料家族。二维半导体材料的发展,给延续半导体行业中的摩尔定律带来了希望,它有效地推动了半导体器件行业向高度集成化和小型化发展。研究高性能,高响应度的二维层状材料成为了现阶段备受瞩目的焦点。本论文围绕三种典型的二维半导体材料SnS、mnpse和FePSe展开科学实验研究,基于场效应晶体管(FETs)结构研究了这些材料的电学输运和光电性能,主要研究内容如下:(一)Au纳米颗粒修饰SnS薄膜可以显著提高SnS的光电性能。相比于SnS晶体管,Au颗粒修饰后的晶体管光电流(I)提高了20倍。相应的响应度(R)、光增益(G)和探测率(D*)分别提高了2200%、2200%和600%。Au NPs-SnS场效应晶体管在532nm处的响应度和探测率分别为1125.9 A·W和2.12×10 Jones。我们认为光电流的显著改善主要归因于金纳米结构的等离激元共振和散射效应。(二)mnpse光电性能研究。少层mnpse具有p型导电性,其暗电流只有0.1 p A(|V|375 nm波长下的光暗比达到了10,优于其他硫代磷酸盐。在功率强度为0.1 m W·cm的375 nm激光照射下,纯mnpse晶体管具有392.78 m A·W和2.19×10Jones的响应度和探测能力。此外,通过在mnpse薄膜底部集成一层金纳米阵列,使其光电流显著提高30倍。金属-半导体(M-S)界面电场和Au颗粒带来的挠曲极化场促进了电子-空穴对的分离,大大提升了器件的光电流。(三)FePSe光电性能研究。FePSe是一种p型半导体。在功率密度为0.1 m W·cm的532 nm激光照射下,FePSe晶体管的光电灵敏度可达236 A·W,而且光电响应时间随激发波长的改变而变化,这可能是由于不同波长的激发光源引起了不同能级上的载流子跃迁,而不同能级上载流子的寿命是不同的。其次,经Ar/O等离子体处理后的FePSe光电探测器,其近红外响应时间缩短到0.02 s,比处理之前缩短了244.5倍(λ=808 nm)。

关键词：二维材料 SnS2 mnpse3 FePSe3 光电探测器

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二维金属（Mn，In）磷硫属化合物的制备及光电探测性能研究

二维金属（Mn，In）磷硫属化合物的制备及光电探测性能研究

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作者：刘贵恒华中科技大学

学位级别：硕士

二维层状金属磷硫属化合物因其层状结构特性、丰富的电子能带结构和本征的磁学性质引起了广泛关注,在电子、光电子、能源、自旋器件等领域展现出巨大的应用潜力。目前,关于二维金属磷硫属化合物在光学和光电子领域的研究仍处于起步阶段... 详细信息

二维层状金属磷硫属化合物因其层状结构特性、丰富的电子能带结构和本征的磁学性质引起了广泛关注,在电子、光电子、能源、自旋器件等领域展现出巨大的应用潜力。目前,关于二维金属磷硫属化合物在光学和光电子领域的研究仍处于起步阶段。Mn PSe和InPSe是金属磷硫属化合物中少有的直接带隙半导体材料,对光的利用效率更高,禁带宽度相对较小,具有更好的导电性,有望实现高性能的光电探测器件。然而目前鲜有关于二维Mn PSe和InPSe光学和光电性质的报道。基于此,本文制备了高质量的二维Mn PSe和InPSe纳米片,并对其基本结构、光学性质和光电探测性能进行了表征和分析。主要研究内容如下:(1)通过化学气相输运法合成高质量的Mn PSe单晶,并采用机械剥离方法制备了二维Mn PSe纳米片,厚度最薄为1.5 nm。借助角分辨偏振拉曼光谱对Mn PSe纳米片的拉曼振动模进行归属判断,并研究了厚度和温度对其拉曼位移的影响。构筑基于Mn PSe纳米片的电学器件,并对其低温电学性质和光电探测性能进行测试和分析。低温电学测试表明Mn PSe具有典型的半导体特性。Mn PSe光电探测器件对紫外波段入射光展现出了超高的响应度(22.7 A/W)和探测度(3.1×10 Jones),其优异的探测性能源于以光诱导浮栅效应为主的光电机制。(2)结合化学气相输运法和机械剥离法制备了高质量的二维InPSe纳米片,厚度最薄为3.7 nm。二次谐波光谱证明了InPSe晶体结构中存在对称性的破缺。光致发光和荧光寿命光谱揭示了InPSe纳米片中光生载流子的跃迁机制和分离特性。最后以高质量的InPSe纳米片为载体构筑的光电探测器件在紫外光波段表现出优异的光电性能,暗电流为25 f A、探测度为6.28×10 Jones、开关比高达4×10、上升和下降时间分别为14μs和24μs。该器件的快速响应特性主要归功于光电导效应导致的电子空穴对的快速分离和复合。

关键词：二维材料金属磷硫属化合物 mnpse3 In2/3PSe3 光学性质光电器件

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