單層二硫化鉬帶的量子輸運

《單層二硫化鉬帶的量子輸運》是依託香港大學深圳研究院，由王健擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：單層二硫化鉬帶的量子輸運
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：王健
• 依託單位：香港大學深圳研究院

項目摘要

石墨烯展現了豐富的物理，但石墨烯沒有本徵帶隙。體材料過渡金屬硫化物MoS2是間接帶隙半導體，單層MoS2卻是直接帶隙，這點優於石墨烯。實驗證明單層MoS2發光效率比體材料高1萬倍，可用來做發光二極體、光探測器和太陽能電池，而且，由於很薄，可做得透明、輕便和可塑，是有機半導體的可行替代品。單層MoS2高效電晶體可在室溫下製備，具有大電流、高互導、高遷移率，室溫下電流開/斷比高達10的8次方。由於反演對稱性的破壞和強自旋軌道耦合，也展現了強Valley-Spin耦合。且單層MoS2中K點處光的帶間躍遷規則最近也被實驗證實。由於單層MoS2的科學價值和套用方面的重要性，其量子輸運特性更值得深入研究。本項目將在非平衡格林函式框架下，研究單層MoS2層帶的Valley Hall效應和自旋Hall效應，及有雜質下的統計特性，研究其交流輸運特性，包括：動力學電導、電化學電容、電荷弛豫電阻及交流散粒噪聲。

結題摘要

單層MoS2高效電晶體可在室溫下製備，具有大電流、高互導、高遷移率，室溫下電流開/斷比高、強自旋軌道耦合引起的強Vallye-Spin耦合等性質，因此，其量子輸運特性值得深入研究。本項目利用非平衡格林函式理論，建立量子輸運的交流輸運理論和全計數統計理論，進一步研究單層MoS2的自旋霍爾效應和谷霍爾效應，研究單層MoS2帶的直流、交流輸運行為。首先，我們建立了包含聲子的滿足電流守恆和規範不變性的交流輸運理論框架，建立了納米器件的電荷、自旋、能量的瞬態回響行為的全計數統計理論，為研究納米器件性質的深入研究打下了一定的理論基礎；其次，對單層二硫化鉬形成的場效應電晶體隨門電壓變化的特性進行了研究，發現其電導隨門電壓的大小以及門電壓區域的寬度成周期性變化，並從自旋軌道耦合的Rashba效應以及電子進動角度給予了定性解釋；第三，對MoS2在左旋光和右旋光照射下的電子極化電流進行了理論計算，發現兩種不同旋光可以分別激發K點或者K'點處的電子躍遷，形成自旋極化電流，並對單層和雙層下的極化電流進行了理論解釋；對光照射下，谷電流的泵浦特性進行了研究；第四，發展了一套隨時間變化的滿足規範不變性的電子熱輸運理論，並將其套用於MoS2納米帶的交流電子熱流的研究；第五，對MoS2帶的半導體帶隙進行了理論計算，並通過在帶邊緣摻入各種不同原子來調整帶隙，從而為MoS2光器件的研製提供理論指導；由於WSe2和WTe2與MoS2屬於同類過渡金屬硫化物，我們也對WSe2納米管的輸運性質（包括：電流電壓曲線、散粒噪聲、熱電勢和動力學行為等）進行了詳細研究；此外，也對單層WTe2的負微分電阻行為進行了研究；根據研究發展，我們也對單層黑磷和石墨烯的各種性質也進行了研究，並與MoS2等的場效應管進行了比較。