本书是作者近年来在对低维过渡金属硫属化合物材料的有关研究的基础上撰写而成的，系统地介绍了低维过渡金属硫属化合物的电子性质及调控。全书共分8章，前两章介绍了二维材料（特别是二维过渡金属硫属化合物）的研究背景及理论方法，第3章介绍了二维过渡金属硫属化合物纳米膜的电子性质及应力对其电子性质的调控，第4～6章介绍了二维过渡金属硫属化合物自组装杂化结构的性质，第7～8章研究了衬底对过渡金属硫属化合物的影响。 本书可供相关低维材料领域的科技工作者参考，也可作为高等院校相关专业的本科生和研究生的参考书。

前 言 二维材料是指具有零点几纳米到几纳米厚度（原子或分子层厚度的尺度）和无限平面尺寸的纳米薄膜，也可以称为二维原子薄膜，是迄今为止最薄的功能纳米材料。石墨烯由于其独特的结构和电子特性，成为近年来研究最为广泛的二维材料。随着石墨烯的广泛研究，探寻其他新型低维晶体材料（如BN、金属硫属化合物、过渡金属氧化物等）已经成为低维材料研究领域的前沿课题。在此过程中，层状过渡金属硫属化合物（TMDCs）由于独特的结构特征及本征的带隙受到广泛关注。因具有独特的力、热、电、光等性质，低维TMDCs材料在未来几年或十几年内都将成为物理、化学、生物等领域研究的热点，并且在能源转换、生物催化、柔性电子器件、感应器等领域将有着无限可能的应用。而深入理解TMDCs材料的电子性质，并能够通过不同方法对其性能进行调控，对基于低维TMDCs材料电子器件的制备具有非常重要的意义。 本书首先介绍不同种类低维材料（特别是二维TMDCs）的研究背景，然后介绍计算中用到的相关理论基础。后面的章节主要介绍作者近年来的研究结果，主要探讨低维TMDCs材料的电子结构及通过施加应力、组建异质结和超晶格、引入衬底的方式对其电子结构进行调控。 说明：因彩色图片进行纸张印刷后呈黑白色，故将书中涉及的彩色图片文件进行整理，读者可用手机扫描阅读。正文中保留对彩色图片的文字描述，读者可对照阅读。 书中彩色高清图片 本书是在河南科技大学物理工程学院苏向英老师近年来对低维TMDCs材料的电子性质及调控的研究基础上撰写而成的。 本书的相关研究和分析工作得到了河南科技大学的大力支持。本书的出版得到了河南科技大学博士科研启动基金的资助。在此表示深深的感谢。 本书在撰写过程中参考的相关文献，已在每章后列出，如有疏漏，敬请海涵，在此，对相关学者表示衷心的感谢。由于作者水平有限，书中难免存在错误和不当之处，敬请专家、学者和读者批评指正。 苏向英 2017年8月 于河南科技大学图书馆

目 录 第1章 绪论 1 1.1 Free Standing的二维材料 1 1.1.1 石墨烯简介 1 1.1.2 氮化硼（BN）的研究 2 1.1.3 二维硫属化合物的分类及结构 3 1.1.4 其他二维材料 4 1.2 二维硫属化合物材料的制备及应用 5 1.2.1 二维硫属化合物纳米材料的制备 5 1.2.2 二维硫属化合物纳米材料的应用 8 1.3 二维过渡金属硫属化合物性质的实验研究 11 1.3.1 力学性质 11 1.3.2 光学性质 13 1.4 二维过渡金属硫属化合的第一性原理计算 14 1.4.1 电子结构 14 1.4.2 声子结构 15 1.4.3 磁性特征 15 1.4.4 外加应力和电场的作用 16 1.4.5 合金（Alloys）材料 18 1.4.6 异质结构和复合材料 18 1.4.7 界面特性 19 1.5 寻找新的二维材料 20 参考文献 21 第2章 理论方法和计算软件 27 2.1 密度泛函理论 27 2.1.1 绝热近似 27 2.1.2 Hartree-Fock近似 29 2.1.3 Thomas-Fermi-Dirac理论 30 2.1.4 Hohenberg-Kohn定理 31 2.1.5 自洽Kohn-Sham方程 32 2.1.6 交换关联泛函 35 2.2 计算软件简介 37 参考文献 37 第3章 应力对二维过渡金属硫属化合物纳米膜电子结构的影响 41 3.1 引言 41 3.2 平面双轴应力对多层MX2的影响 42 3.2.1 计算方法和模型 42 3.2.2 结果和讨论 44 3.3 垂直压应力对多层MX2的影响 48 3.3.1 计算方法和模型 48 3.3.2 结果和讨论 49 3.4 本章小结 52 参考文献 53 第4章 过渡金属硫属化合物异质结的电子性质及调控 55 4.1 引言 55 4.2 计算模型和方法 56 4.2.1 计算模型 56 4.2.2 计算方法 56 4.3 平衡状态下异质结的电子结构 57 4.3.1 最优几何结构 57 4.3.2 电子结构 58 4.4 面内双轴应力对异质结电子结构的调控 59 4.5 法向压应力对异质结电子结构的调控 62 4.6 本章小结 64 参考文献 64 第5章 过渡金属硫属化合物纳米膜超晶格量子阱特性研究 67 5.1 引言 67 5.2 计算模型和方法 69 5.2.1 计算模型 69 5.2.2 计算方法 69 5.3 超晶格的最优结构及稳定性 72 5.3.1 超晶格的最优结构 72 5.3.2 超晶格的稳定性 73 5.4 量子阱的形成及其电子结构特征 74 5.4.1 量子阱的形成 74 5.4.2 MoS2/WSe2量子阱的能带结构特征 76 5.4.3 界面间的电荷转移情况 79 5.5 应力对量子阱的影响 79 5.6 2MoS2/2WSe2量子阱特性 81 5.7 本章小结 83 参考文献 84 第6章 MoS2基面内超晶格的电子性质及调控 87 6.1 引言 87 6.2 计算模型和方法 88 6.2.1 计算模型 88 6.2.2 计算方法 88 6.3 面内超晶格的结构稳定性 89 6.4 面内超晶格的电子性质 90 6.5 面内双轴应力对超晶格电子性质的调控 91 6.6 本章小结 95 参考文献 96 第7章 SiO2衬底对单层MoS2电子性质的影响 99 7.1 引言 99 7.2 计算模型和方法 99 7.2.1 计算模型 99 7.2.2 计算方法 100 7.3 MoS2/SiO2结构的稳定性 100 7.4 MoS2/SiO2的电子结构 102 7.5 本章小结 105 参考文献 105 第8章 LiNbO3衬底对单层和双层MoSe2电子性质的影响 107 8.1 引言 107 8.2 计算模型和方法 107 8.2.1 计算模型 107 8.2.2 计算方法 108 8.3 MoSe2/LiNbO3和2MoSe2/LiNbO3结构的稳定性 109 8.4 MoSe2/LiNbO3和2MoSe2/LiNbO3的电子结构 110 8.5 本章小结 113 参考文献 113

苏向英，西北大学博士，专业凝聚态物理，任教于河南科技大学物理工程学院。参加河南省教育厅高等教育教学改革项目并通过鉴定；主持一项国家自然科学基金项目并已结题；正参研一项国家自然科学基金青年基金项目；主持一项河南科技大学校青年基金项目并已结题；参加河南省科技厅、教育厅项目。获得河南省教学技能竞赛二等奖。