مواد و فناوری‌های پیشرفته

مواد و فناوری‌های پیشرفته

بررسی خواص نیمه‌هادی مولیبن دی‌سولفید با استفاده از نرم‌افزار کوانتم اسپرسو

نوع مقاله : مقاله کامل پژوهشی

نویسندگان
1 استادیار، پژوهشگاه دانش‌های بنیادی، پژوهشکده‌ی ذرات و شتابگرها، تهران، ایران
2 استادیار، گروه فیزیک، دانشکده‌ی علوم و فناوری نانو و زیست، دانشگاه خلیج‌فارس، بوشهر، ایران
3 استاد،گروه فیزیک، دانشکده‌ی علوم، دانشگاه آزاد مرکز اسلامی، تهران، ایران
4 استاد، گروه فیزیک، دانشگاه کاتولیک پاپی ریودوژانیرو، ریودوژانیرو، برزیل
چکیده
در این مطالعه، خواص الکترونیکی و ساختاری نیمه‌هادی MoS₂ (مولیبدن دیسولفید) با استفاده از نرم‌افزار کوانتوم اسپرسو بررسی شده است. مولیبدن دیسولفید MoS₂ به‌دلیل خواص منحصربه‌فرد الکترونیکی و اپتوالکترونیکی به‌عنوان ماده‌ای دوبعدی (2D) مورد توجه بسیاری از تحقیقات در حوزه‌ی نانومواد و فناوری نانو قرار گرفته است. در این کار، محاسبات مبتنی بر تئوری تابعی چگالی (DFT) با تقریب‌های مختلف ازجمله تقریب شیب تعمیم‌یافته (GGA) و همچنین در نظر گرفتن آثار اسپین-اوربیتال (SOC) انجام شده است. ساختار نواری، چگالی حالت‌ها (DOS) و گاف انرژی MoS₂ محاسبه و تحلیل شده‌اند. نتایج نشان می‌دهند که MoS₂ دارای گاف انرژی مستقیم در حالت تک‌لایه و گاف غیرمستقیم در حالت چندلایه است. همچنین، آثار اسپین-اوربیتال به شکافتگی در نوارهای انرژی و تغییرات قابل‌توجهی در خواص الکترونیکی ماده منجر می‌شود. این مطالعه بینش‌های ارزشمندی درباره‌ی رفتار الکترونیکی MoS₂ ارائه می‌دهد که می‌تواند در طراحی دستگاه‌های نانوالکترونیکی و اپتوالکترونیکی آینده استفاده شود.
کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله English

Investigating the Properties of Molybdenum Disulfide Semiconductors Using Quantum Espresso Software

نویسندگان English

shahin atashbar tehrani 1 2
Salimeh Kimiagar 3 4
1 Assistant Professor, School of Particles and Accelerators, Institute for Research in Fundamental Sciences (IPM), Tehran, Iran.
2 Assistant Professor, Department of Physics, Faculty of Nano and Bio Science and Technology, Persian Gulf University, Bushehr, Iran.
3 Professor, Nanophysics Research Lab (NRL), Department of Physics, Central Tehran Branch, Islamic Azad University, Tehran, Iran.
4 Professor, Department of Physics, Pontifical Catholic University of Rio de Janeiro (PUC-Rio), Rio de Janeiro, Brazil.
چکیده English

In this study, the electronic and structural properties of the semiconductor MoS₂ (molybdenum disulfide) were investigated using Quantum ESPRESSO software. MoS₂ has attracted significant attention as a two-dimensional (2D) material due to its unique electronic and optoelectronic properties in the fields of nanomaterials and nanotechnology. Density Functional Theory (DFT) calculations were performed with various approximations, including the Generalized Gradient Approximation (GGA) and the inclusion of Spin-Orbit Coupling (SOC) effects. The band structure, Density of States (DOS), and energy gap of MoS₂ were calculated and analyzed. The results indicate that MoS₂ exhibits a direct energy gap in the monolayer form and an indirect gap in the multilayer state. Also, SOC effects result in energy band splitting and significant changes in the material’s electronic properties. This study provides valuable insights into the electronic behavior of MoS₂, which can be used in the design of future nano electronic and optoelectronic devices.

کلیدواژه‌ها English

Total State Density
Partial Density of States
Band Structure
Fermi Level
  1. Atashbar Tehrani, S., & Morshedian, N. (2025). Density of States and Electronic Structure of InSb with QUANTUM ESPRESSO Computational Approach. Journal of Advance Materials and Technologies, 31, 75-81. [In Persian]. https://doi.org/10.30501/jamt.2025.485779.1309
  2. Ahmadi, S., & Mukherjee, S. (2014). A Comparative Study of Electronic Properties of Bulk MoS2 and Its Monolayer Using DFT Technique: Application of Mechanical Strain on MoS2 Monolayer. Graphene, 3, 52-59. http://dx.doi.org/10.4236/graphene.2014.34008
  3. Coleman, J. N., Lotya, M., O’Neill, A., Bergin, S. D., King, P. J., Khan, U., Young, K., …, & Nicolosi, V. (2011). Two-Dimensional Nanosheets Produced by Liquid Exfoliation of Layered Materials. Science, 331(6017), 568-571. http://dx.doi.org/10.1126/science.1194975
  4. Feng, J., Qian, X., Huang, C., & Li, J. (2012). Strain Engineered Artificial Atom as a Broad Spectrum Solar Energy Funnel. Nature Photonics, 6(12), 866-872. http://dx.doi.org/10.1038/nphoton.2012.285
  5. Fortin, E., & Sears, W. (1982). Photovoltaics Effect and Optical Absorption in MoS2. Journal of Physics and Chemistry of Solids, 43(9), 881-884. http://dx.doi.org/10.1016/0022-3697(82)90037-3
  6. Giannozzi, P., Baroni, S., Bonini, N., Calandra, M., Car, R., Cavazzoni, C., Ceresoli, D., Chiarotti, G. L., …, & Wentzcovitch, R. M. (2009). QUANTUM ESPRESSO: A Modular and Open Source Software Project for Quantum Simulations of Materials. Journal of Physics: Condensed Matter, 21(39), 395502. http://dx.doi.org/10.1088/0953-8984/21/39/395502
  7. Joensen, P., Frindt, R., & Morrison, S. (1986). Single Layer MoS2. Materials Research Bulletin, 21(4), 457. http://dx.doi.org/10.1016/0025-5408(86)90011-5
  8. Lu, P., Wu, X., Guo, W., & Zeng, X. C. (2012). Strain Dependent Electronic and Magnetic Properties of MoS2 Monolayer, Bilayer, Nanoribbons and Nanotubes. Physical Chemistry Chemical Physics, 14(37), 13035-13040. http://dx.doi.org/10.1039/c2cp42181j
  9. Mak, K. F., Lee, C., Hone, J., Shan, J., & Heinz, T. F. (2010). Atomically Thin MoS2: A New Direct Gap Semiconductor. Physical Review Letter, 105(13), 136805. http://dx.doi.org/10.1103/PhysRevLett.105.136805
  10. Novoselov, K., Jiang, D., Schedlin, F., Booth, T., Khotkevich, V., Morozov, S., & Geim, A. (2005). Two Dimensional Atomic Crystals. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 102(30), 10451-10453. https://doi.org/10.1073/pnas.0502848102
  11. Pan, H., & Zhang, Y. W. (2012). Tuning the Electronic and Magnetic Properties of MoS2 Nanoribbons by Strain Engineering. Journal of Physical Chemistry C, 116(21), 11752-11757. http://dx.doi.org/10.1021/jp3015782
  12. Yoon, Y., Ganapathi, K., & Salahuddin, S. (2011). How Good Can Monolayer MoS2 Transistors Be? Nano Letters, 11(19), 3768-3773. http://dx.doi.org/10.1021/nl2018178
دوره 14، شماره 2
تابستان 1404
صفحه 55-63

  • تاریخ دریافت 19 اسفند 1403
  • تاریخ بازنگری 25 تیر 1404
  • تاریخ پذیرش 08 مهر 1404