danДоклады Национальной академии наук БеларусиDoklady of the National Academy of Sciences of Belarus1561-83232524-2431The Republican Unitary Enterprise Publishing House "Belaruskaya Navuka"dan-371Research ArticleФИЗИКАPHYSICSВЛИЯНИЕ ВАКАНСИОННЫХ ДЕФЕКТОВ И ПРИМЕСЕЙ НА ЭЛЕКТРОННУЮ СТРУКТУРУ ДВУМЕРНЫХ КРИСТАЛЛОВ MoS2, MoSе2, WS2 И WSe2INFLUENCE OF VACANCY DEFECTS AND IMPURITIES ON THE ELECTRONIC STRUCTURE OF TWO-DIMENSIONAL CRYSTALS OF MoS2, MoSе2, WS2 AND WSe2КривошееваА. В.KrivosheevaA, V,

канд. физ.-мат. наук, старший научный сотрудник

Ph. D. (Physics and Mathematics), Senior researcher

anna@nano.bsuir.edu.byШапошниковВ. Л.ShaposhnikovV. L.

канд. физ.-мат. наук, старший научный сотрудник

Ph. D. (Physics and Mathematics), Senior researcher

victor.shaposhnikov@gmail.comБорисенкоВ. Е.BorisenkoV. E.

д-р физ.-мат. наук, профессор, зав. кафедрой

D. Sc. (Physics and Mathematics), Professor, Head of the Department

borisenko@bsuir.byБелорусский государственный университет информатики и радиоэлектроникиBelarusian State University of Informatics and Radioelectronics2016060120176064853Copyright © Кривошеева А.В., Шапошников В.Л., Борисенко В.Е., 20172017Кривошеева А.В., Шапошников В.Л., Борисенко В.Е.Krivosheeva A.V., Shaposhnikov V.L., Borisenko V.E.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://doklady.belnauka.by/jour/article/view/371

Исследованы возможности регулирования ширины запрещённой зоны у двумерных дихалькогенидов тугоплавких металлов MoS2, MoSe2, WS2 и WSe2 за счёт примесных атомов или вакансий. Рассмотрены случаи, когда атом кислорода замещает атом халькогена либо адсорбирован на поверхности. Замещающая примесь приводит к незначительному увеличению ширины запрещённой зоны, адсорбция атомов кислорода – к её уменьшению относительно нелегированного материала. Вакансия на месте атома халькогена приводит к изменению дисперсии зон и появлению дополнительных энергетических уровней.

The possibility of band gap engineering by means of impurities or vacancies is investigated in two-dimensional dichalcogenide crystals of MoS2, MoSe2, WS2 and WSe2. Oxygen impurity atoms are considered to substitute chalcogen atoms or to adsorb at the surface of the crystal. The atom substitution leads to a slight increase in the energy band gap, while the adsorption of oxygen atoms at the surface decreases the gap relative to the unalloyed material. A vacancy in the position of the chalcogen atom leads to the change in the band dispersion and the appearance of additional energy levels.

двумерные кристаллымонослойэлектронная структурапримесьадсорбциявакансияtwo-dimensional crystalsmonolayerelectronic structureimpurityadsorptionvacancyReferencesКитайгородский, А. И. Молекулярные кристаллы / А. И. Китайгородский. – M.: Наука, 1971. – 424 с.Kitaigorodskii A. I. Molecular crystals. Moscow, Nauka, 1971. 424 p. (in Russian)Single-layer MoS2 transistors / B. Radisavljevic [et al.] // Nature Nanotechnology. – 2011. – Vol. 6. – P. 147–150.Radisavljevic B., Radenovic A., Brivio J., Giacometti V., Kis A. Single-layer MoS2 transistors. Nature Nanotechnology, 2011, vol. 6, pp. 147–150. doi:10.1038/nnano.2010.279.Radisavljevic, B. Integrated circuits and logic operations based on single-layer MoS2 / B. Radisavljevic, M. B. Whitwick, A. Kis // ACS Nano. – 2011. – Vol. 5. – P. 9934–9938.Radisavljevic B., Whitwick M. B., Kis A. Integrated circuits and logic operations based on single-layer MoS2. ACS Nano, 2011, vol. 5, no. 12, pp. 9934–9938. doi:10.1021/nn203715c.Single-layer MoS2 phototransistors / Z. Yin [et al.] // ACS Nano. – 2012. – Vol. 6 (1). – P. 74–80. doi: 10.1021/nn2024557.Yin Z., Hai L., Hong L., Lin J., Yumeng S., Yinghui S., Gang L., Qing Z., Xiaodong C., Hua Z.. Single-layer MoS2 phototransistors. ACS Nano, 2012, vol. 6, no. 1, pp. 74–80. doi: 10.1021/nn2024557.Electrical characterization of back-gated bi-layer MoS2 field-effect transistors and the effect of ambient on their performances / H. Qiu [et al.] // Appl. Phys. Lett. – 2012. – Vol. 100. – P. 123104 (1–3). doi.org/10.1063/1.3696045.Qiu H., Pan L., Yao Z., Li J., Shi Y., Wang X. Electrical characterization of back-gated bi-layer MoS2 field-effect transistors and the effect of ambient on their performances. Applied Physics Letters, 2012, vol. 100, no. 12, pp. 123104 (1–3). doi:10.1063/1.3696045.Кривошеева, А. В. Перспективные полупроводниковые соединения и наноструктуры для оптоэлектроники, фотовольтаики и спинтроники / А. В. Кривошеева // Докл. БГУИР. – 2016. – № 3 (97). – С. 12–17.Krivosheeva A. V. Prospective semiconducting compounds and nanostructures for optoelectronics, photovoltaics and spintronics. Doklady Belorusskogo gosudarstvennogo universiteta informatiki i radioelektroniki [Reports of the Belarusian State University of Informatics and Radio Electronics], 2016, no. 3 (97), pp. 12–17 (in Russian).Electronic and dynamical properties of bulk and layered MoS2 / A. V. Krivosheeva [et al.] // Докл. БГУИР. – 2014. – № 5 (83). – С. 34–37.Krivosheeva A. V., Shaposhnikov V. L., Borisenko V. E., Lazzari J.-L. Electronic and dynamical properties of bulk and layered MoS2. Doklady Belorusskogo gosudarstvennogo universiteta informatiki i radioelektroniki [Reports of the Belarusian State University of Informatics and Radio Electronics], 2014, no. 5 (83), pp. 34–37 (in Russian).Ceperley, D. M. Ground State of the Electron Gas by a Stochastic Method / D. M. Ceperley, B. J. Alder // Phys. Rev. Lett. – 1980. – Vol. 45. – P. 566–569.Ceperley D. M., Alder B. J. Ground State of the Electron Gas by a Stochastic Method. Physical Review Letters, 1980, vol. 45, no. 7, pp. 566–569. doi: 10.1103/physrevlett.45.566.Perdew, J. P. Generalized gradient approximation made simple / J. P. Perdew, K. Burke, M. Ernzerhof // Phys. Rev. Lett. – 1996. – Vol. 77, N 18. – P. 3865–3868.Perdew J. P., Burke K., Ernzerhof M. Generalized gradient approximation made simple. Physical Review Letters, 1996, vol. 77, no. 18, pp. 3865–3868. doi:10.1103/physrevlett.77.3865.Kresse, G. Efficient interactive schemes for ab initio total-energy calculations using a plane-wave basis set / G. Kresse, J. Furthmüller // Phys. Rev. B. – 1996. – Vol. 54, N 16. – P. 11169–11186.Kresse G., Furthmüller J. Efficient interactive schemes for ab initio total-energy calculations using a plane-wave basis set. Physical Review B, 1996, vol. 54, no. 16, pp. 11169–11186. doi: 10.1103/physrevb.54.11169.Kadantsev, E. S. Electronic structure of a single MoS2 monolayer / E. S. Kadantsev, P. Hawrylak // Solid State Commun. – 2012. – Vol. 152. – P. 909–913.Kadantsev E. S., Hawrylak P. Electronic structure of a single MoS2 monolayer. Solid State Communications, 2012, vol. 152, no. 10, pp. 909–913. doi:10.1016/j.ssc.2012.02.005.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.