Rational Design of Monolayer Transition Metal Dichalcogenide@Fullerene van der Waals Photovoltaic Heterojunctions with the Aid of Time-Domain Density Functional Theory Simulations

2021 ◽  
Author(s):  
Hong-Jun Zhou ◽  
Dong-Hui Xu ◽  
Qin-Hong Yang ◽  
Xiangyang Liu ◽  
Ganglong Cui ◽  
...  
Keyword(s):  
Transition Metal ◽  
Time Domain ◽  
Density Functional ◽  
Rational Design ◽  
Van Der Waals ◽  
Transition Metal Dichalcogenides ◽  
Transition Metal Dichalcogenide ◽  
Photovoltaic Devices ◽  
Functional Theory ◽  
Metal Dichalcogenides

Van der Waals heterojunctions formed by transition metal dichalcogenides (TMDs) and fullerenes are promising candidates for novel photovoltaic devices due to the excellent optoelectronic properties of both TMDs and fullerenes....

scholarly journals Tunable Single-Atomic Charge/Spin States of Intercalant Co Ions in a Transition Metal Dichalcogenide

2021 ◽  
Author(s):  
Seongjoon Lim ◽  
Shangke Pan ◽  
Kefeng Wang ◽  
Alexey Ushakov ◽  
Ekaterina Sukhanova ◽  
...  
Keyword(s):  
Transition Metal ◽  
Scanning Probe Microscopy ◽  
Density Functional ◽  
2D Materials ◽  
Transition Metal Dichalcogenides ◽  
Atomic Charge ◽  
Single Atom ◽  
Transition Metal Dichalcogenide ◽  
Functional Theory ◽  
Metal Dichalcogenides

Abstract Intercalation raises manifold possibilities to manipulate the properties of two-dimensional (2D) materials1, and its impact on local electronic/magnetic properties has drawn much attention with the rise of nano-structured 2D materials2,3. Typically, changing an ionic state in a solid involves a dramatic local change of energy as well as orbital/spin magnetic moment from its ground state. However, the atomic investigation of the charging process of an intercalant ion in 2D material has never been explored while such subject has been studied in artificially deposited atoms on thin insulating 2D layers using scanning probe microscopy4–7. Herein, we demonstrate an atomical manipulation of the charge and spin state of Co ions on a metallic NbS2, obtained by cleaving of Co-intercalated NbS2. Density functional theory investigation of various Co configurations reveals that the charging is possible due to a change in the crystal field at the surface and a significant coupling between NbS2 and intercalants occurs via orbitals of the a1g symmetry. The results can be generalized to numerous other combinations of intercalants and base matrixes, suggesting that intercalated transition metal dichalcogenides can be a new platform to introduce single-atom operation 2D electronics/spintronics.

Flexoelectricity in atomic monolayers from first principles

Nanoscale ◽  
2020 ◽  
Author(s):  
Shashikant Kumar ◽  
David Codony ◽  
Irene Arias ◽  
Phanish Suryanarayana
Keyword(s):  
Density Functional Theory ◽  
Transition Metal ◽  
Ab Initio ◽  
First Principles ◽  
Density Functional ◽  
Transition Metal Dichalcogenides ◽  
Functional Theory ◽  
Group Iii ◽  
Flexoelectric Effect ◽  
Metal Dichalcogenides

We study the flexoelectric effect in fifty-four select atomic monolayers using ab initio Density Functional Theory (DFT). Specifically, considering representative materials from each of Group III monochalcogenides, transition metal dichalcogenides...

scholarly journals Study of Structural and Electronic Properties of Intercalated Transition Metal Dichalcogenides Compound MTiS2 (M = Cr, Mn, Fe) by Density Functional Theory

2021 ◽  
Keyword(s):  
Transition Metal ◽  
Band Structure ◽  
Electronic Properties ◽  
Density Of States ◽  
Density Functional ◽  
Transition Metal Dichalcogenides ◽  
Energy Band Structure ◽  
Functional Theory ◽  
Structural And Electronic Properties ◽  
Metal Dichalcogenides

In the present work, we have studied intercalated Transition Metal Dichalcogenides (TMDC) MTiS2 compounds (M = Cr, Mn, Fe) by Density Functional Theory (DFT) with Generalized Gradient Approximation (GGA). We have computed the structural and electronic properties by using first principle method in QUANTUM ESPRESSO computational code with an ultra-soft pseudopotential. A guest 3d transition metal M (viz; Cr, Mn, Fe) can be easily intercalated in pure transition metal dichalcogenides compound like TiS2. In the present work, the structural optimization, electronic properties like the energy band structure, density of states (DoS), partial or projected density of states (PDoS) and total density of states (TDoS) are reported. The energy band structure of MTiS2 compound has been found overlapping energy bands in the Fermi region. We conclude that the TiS2 intercalated compound has a small band gap while the doped compound with guest 3d-atom has metallic behavior as shown form its overlapped band structure.

Metal Dichalcogenide Nanomeshes: Structural, Electronic and Magnetic Properties

2021 ◽  
Author(s):  
Mohamed Helal ◽  
H. M. El-Sayed ◽  
Ahmed A Maarouf ◽  
Mohamed Fadlallah
Keyword(s):  
Density Functional Theory ◽  
Magnetic Properties ◽  
Transition Metal ◽  
Structural Stability ◽  
Density Functional ◽  
Transition Metal Dichalcogenides ◽  
Two Dimensional ◽  
Functional Theory ◽  
Electronic And Magnetic Properties ◽  
Metal Dichalcogenides

Motivated by the successful preparation of two-dimensional transition metal dichalcogenides (2D- TMDs) nanomeshes in the last three years, we use density functional theory (DFT) to study the structural stability, mechanical,...

Tunable coupling of terahertz Dirac plasmons and phonons in transition metal dichalcogenide-based van der Waals heterostructures

2D Materials ◽  
2021 ◽  
Author(s):  
Icaro Rodrigues Lavor ◽  
Andrey Chaves ◽  
Francois M Peeters ◽  
Ben Van Duppen
Keyword(s):  
Transition Metal ◽  
Fermi Energy ◽  
Van Der Waals ◽  
Transition Metal Dichalcogenides ◽  
Transition Metal Dichalcogenide ◽  
Phonon Coupling ◽  
Van Der Waals Heterostructures ◽  
Composition And Structure ◽  
Metal Dichalcogenides ◽  
Tunable Coupling

Abstract Dirac plasmons in graphene hybridize with phonons of transition metal dichalcogenides (TMDs) when the materials are combined in so-called van der Waals heterostructures (vdWh), thus forming surface plasmon-phonon polaritons (SPPPs). The extend to which these modes are coupled depends on the TMD composition and structure, but also on the plasmons' properties. By performing realistic simulations that account for the contribution of each layer of the vdWh separately, we calculate how the strength of plasmon-phonon coupling depends on the number and composition of TMD layers, on the graphene Fermi energy and the specific phonon mode. From this, we present a semiclassical theory that is capable of capturing all relevant characteristics of the SPPPs. We find that it is possible to realize both strong and ultra-strong coupling regimes by tuning graphene's Fermi energy and changing TMD layer number.

scholarly journals The Interaction of Hydrogen with the van der Waals Crystal γ-InSe

Molecules ◽  
2020 ◽  
Vol 25 (11) ◽  
pp. 2526 ◽  
Author(s):  
James Felton ◽  
Elena Blundo ◽  
Sanliang Ling ◽  
Joseph Glover ◽  
Zakhar R. Kudrynskyi ◽  
...  
Keyword(s):  
Density Functional ◽  
Room Temperature ◽  
Theoretical Study ◽  
Van Der Waals ◽  
Transition Metal Dichalcogenides ◽  
Ion Source ◽  
Vibrational Modes ◽  
Functional Theory ◽  
Metal Dichalcogenides ◽  
Experimental And Theoretical Studies

The emergence of the hydrogen economy requires development in the storage, generation and sensing of hydrogen. The indium selenide ( γ -InSe) van der Waals (vdW) crystal shows promise for technologies in all three of these areas. For these applications to be realised, the fundamental interactions of InSe with hydrogen must be understood. Here, we present a comprehensive experimental and theoretical study on the interaction of γ -InSe with hydrogen. It is shown that hydrogenation of γ -InSe by a Kaufman ion source results in a marked quenching of the room temperature photoluminescence signal and a modification of the vibrational modes of γ -InSe, which are modelled by density functional theory simulations. Our experimental and theoretical studies indicate that hydrogen is incorporated into the crystal preferentially in its atomic form. This behaviour is qualitatively different from that observed in other vdW crystals, such as transition metal dichalcogenides, where molecular hydrogen is intercalated in the vdW gaps of the crystal, leading to the formation of “bubbles” for hydrogen storage.

scholarly journals Moiré excitons in MoSe2-WSe2 heterobilayers and heterotrilayers

2021 ◽  
Vol 12 (1) ◽  
Author(s):  
Michael Förg ◽  
Anvar S. Baimuratov ◽  
Stanislav Yu. Kruchinin ◽  
Ilia A. Vovk ◽  
Johannes Scherzer ◽  
...  
Keyword(s):  
Transition Metal ◽  
Van Der Waals ◽  
Transition Metal Dichalcogenides ◽  
Transition Metal Dichalcogenide ◽  
Hybrid Layer ◽  
Layered Semiconductor ◽  
Two Dimensional Materials ◽  
Metal Dichalcogenides ◽  
Experimental And Theoretical Studies

AbstractLayered two-dimensional materials exhibit rich transport and optical phenomena in twisted or lattice-incommensurate heterostructures with spatial variations of interlayer hybridization arising from moiré interference effects. Here, we report experimental and theoretical studies of excitons in twisted heterobilayers and heterotrilayers of transition metal dichalcogenides. Using MoSe2-WSe2 stacks as representative realizations of twisted van der Waals bilayer and trilayer heterostructures, we observe contrasting optical signatures and interpret them in the theoretical framework of interlayer moiré excitons in different spin and valley configurations. We conclude that the photoluminescence of MoSe2-WSe2 heterobilayer is consistent with joint contributions from radiatively decaying valley-direct interlayer excitons and phonon-assisted emission from momentum-indirect reservoirs that reside in spatially distinct regions of moiré supercells, whereas the heterotrilayer emission is entirely due to momentum-dark interlayer excitons of hybrid-layer valleys. Our results highlight the profound role of interlayer hybridization for transition metal dichalcogenide heterostacks and other realizations of multi-layered semiconductor van der Waals heterostructures.

scholarly journals Υδρογόνο σε νανοδομημένα υλικά με βάση τον άνθρακα

2015 ◽  
Author(s):  
Αριστέα Μανιαδάκη
Keyword(s):  
Density Functional Theory ◽  
Transition Metal ◽  
Hydrogen Evolution ◽  
Nanostructured Materials ◽  
Hydrogen Evolution Reaction ◽  
Density Functional ◽  
Transition Metal Dichalcogenides ◽  
Functional Theory ◽  
Metal Dichalcogenides ◽  
Carbon Based

Τα νανοδομημένα υλικά με βάση τον άνθρακα (Carbon-based Nanostructured Materials - CNMs)παρουσιάζουν θεμελιώδες ενδιαφέρον και είναι καλοί υποψήφιοι για πολυάριθμες εφαρμογές στην΄παραγωγή, αποθήκευση και χρήση του υδρογόνου σε εφαρμογές καθαρής ενέργειας. Εκτεταμένες έρευνες στους νανοσωλήνες άνθρακα, στα φουλερένια και στο γραφένιο έχουν βελτιώσει δραματικά τις γνώσεις μας σχετικά με τα υλικά αυτά. Ωστόσο, μια πληθώρα απο άλλα CNMs προσφέρουν ευκαιρίες για τεχνολογική πρόοδο ενώ ταυτόχρονα παρουσιάζουν επιστημονικές προκλήσεις.Υπάρχουν σημαντικές ενδείξεις οτι πολύπλοκες νανοδομές, νανοπορώδεις και άτακτες μορφές άνθρακα, με ή χωρίς άλλες χημικές υποκαταστάσεις, προσροφούν υδρογόνο πιο αποτελεσματικά. Δυσκολίες στον έλεγχο των συνθηκών σύνθεσης, στον χαρακτηρισμό, καθώς και η πολυπλοκότητα αυτών των υλικών, καθιστούν αναγκαία την λεπτομερή θεωρητική μελέτη τους.Μεταξύ αυτών των CNMs, η μεικτή φάση από άμορφο άνθρακα (a-C) με νανοκρυστάλλους διαμαντιού (n-D) είναι λιγότερη μελετημένη και χαρακτηρισμένη, με πολλές από τις ιδιότητές της να παραμένουν αδιερεύνητες. Πραγματοποιούμε ατομιστικές προσομοιώσεις με εμπειρικά δυναμικά προκειμένου να δημιουργήσουμε αρκετά δείγματα a-C - n-D με διαφορετικά μεγέθη n-D και διαφορετικές πυκνότητες aC, καθώς επίσης και δείγματα υπερ-νανοκρυσταλλικού διαμαντιού (UNCD) με διάφορα μεγέθη κόκκων.Αναλύουμε τη δομή, τη σταθερότητα και τις μηχανικες ιδότητες των νανο-σύνθετωναυτών υλικών και τα αποτελέσματά μας συγκρίνονται καλά με το πείραμα και προηγούμενες προσομοιώσεις. Επιπλέον, μελετάμε τις δυναμικές τους ιδιότητες και διαπιστώνουμε οτι κάποια έντονα χαρακτηριστικά των δονητικών τους φασμάτων μπορούν να παρατηρηθούν σε πειράματα. Τέλος, διερευνάται η επίδραση του υδρογόνου στις δομικές και μηχανικές ιδιότητες των υλικών αυτών.Διερευνούμε επίσης CNMs για προσρόφηση και εκρόφηση υδρογόνου. Πρόσφατες μελέτες έχουν δείξει ότι τα διχαλκογενίδια μεταβατικών μετάλλων (Transition Metal Dichalcogenides - TMDs) MX2 (M= Mo, W; X = S, Se, Te) είναι ανερχόμενοι υποψήφιοι για την αντικατάσταση του Pt ως καταλύτες στη διαδικασία διάσπασης του νερού. Εστιάζουμε στο μέρος αυτής της διαδικασίας που αφορά στην αντίδραση έκλυσης υδρογόνου (Hydrogen Evolution Reaction - HER) και στο πώς το υδρογόνο (Η) αλληλεπιδρά με τα TMDs. Συγκεκριμένα, εκτελούμε υπολογισμούς θεωρίας συναρτησιακού πυκνότητας (Density Functional Theory - DFT) για ελεύθερες νανοδομές MoS2 ή τοποθετημένες σε υπόστρωμα γραφενίου. Αυτές οι νανοδομές MoS2 καθώς και τα υβριδικά συστήματα MoS2/γραφενίου διερευνώνται για τη σταθερότητά τους. Οι υπολογισμοί μας σχετικά με τη προσρόφηση του H στα υβριδικά συστήματα MoS2/γραφενίου δείχνουν ότι η επίδραση του γραφενίου στη διαδικασία της προσρόφησης H σε νανοδομές MoS2 είναι αρκετά σημαντική.Η μηχανική παραμόρφωση (τάση) των υβριδικών συστημάτων MoS2/γραφενίου, η οποία είναι εγγενής λόγω της πλεγματικής αναντιστοιχίας, παίζει σημαντικό ρόλο στις ιδιότητές τους. Αυτό οδηγεί σε θεωρητική διερεύνηση των δομικών, ηλεκτρονικών και διηλεκτρικών ιδιοτήτων των μονοστρωματικών TMDs υπό διάφορα είδη παραμόρφωσης. Βρίσκουμε ότι τα ηλεκτρονικά ενεργειακά χάσματα μειώνονται ενώ η διηλεκτρική σταθερά αυξάνεται για μεγαλύτερα χαλκογενή. Τα άμεσα χάσματα των δομών ισορροπίας συχνά μετατρέπονται σε έμμεσα υπό την επίδραση κάποιων ειδών παραμόρφωσης. Αναλύονται επίσης οι επιδράσεις της παραμόρφωσης και η απώλεια συμμετρίας στην δομή των ενεργειακών ζωνών. Τα αποτελέσματα της DFT σχετικά με την επίδραση της παραμόρφωσης στις διηλεκτρικές ιδιότητες εξηγούνται θεωρητικά χρησιμοποιώντας μόνο δομικές παραμέτρους και τη διηλεκτρική σταθερά ισορροπίας.

Sign in / Sign up

Export Citation Format

Share Document