Mô phỏng và khảo sát một số tính chất điện từ của vật liệu graphene và một số loại vật liệu 2d TMDC

TÓM TẮT Lý thuyết phiếm hàm mật độ (DFT) sở để dự đốn tính chất lượng tử vật liệu chưa cần thông qua thực nghiệm, biết đến phương pháp mơ tính tốn Ngày nay, vật liệu graphene dạng vật liệu 2D khác có tiềm lớn để ứng dụng công nghệ điện tử - bán dẫn Tuy nhiên, kỹ thuật để tiến hành thực nghiệm vật liệu cịn khó khăn giai đoạn mở đường phát triển Trên sở đó, sử dụng lý thuyết phiếm hàm mật độ để tìm số tính chất điện từ graphene số loại vật liệu 2D mà trọng tâm biến đổi cấu trúc vùng lượng Chúng tơi tìm hướng giải cho việc khiếm khuyết vùng cấm graphene thông qua tượng tiêu biểu vật lý chất rắn ngưng tụ Bose – Einstein, tính tốn lại tính chất số loại vật liệu 2D-TMDC cho có tiềm thay graphene Sau cùng, từ kết chúng tơi xác nhận lại số kết thực tế kết luận số tính chất cần thiết để định hướng cho nghiên cứu thực nghiệm sau viii MỤC LỤC Trang bìa phụ Nhiệm vụ khóa luận tốt nghiệp i Nhận xét giáo viên hướng dẫn ii Nhận xét giáo viên phản biện iv Lời cảm ơn vi Lời cam đoan vii Tóm tắt viii Mục lục ix Danh mục từ viết tắt xi Danh sách bảng biểu xii Danh sách hình ảnh, biểu đồ xiii CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ MỘT SỐ LOẠI VẬT LIỆU 2D 1.1 Sơ lược vật liệu 2D 1.1.1 Lịch sử đời vật liệu 2D 1.1.2 Vật liệu 2D-TMDCs 1.2 Vật liệu graphene 1.2.1 Sự đời graphene 1.2.2 Tính chất quan trọng graphene 1.2.3 Các dạng khác graphene 1.2.4 Tổng hợp graphene 1.3 Vật liệu hai chiều MoS2, MoSe2 WSe2 CHƯƠNG NGƯNG TỤ BOSE – EINSTEIN VÀ LÝ THUYẾT PHIẾM HÀM MẬT ĐỘ 10 2.1 Ngưng tụ Bose – Einstein (BEC) 10 2.1.1 Exciton 10 ix 2.1.1.1 Exciton gì? 10 2.1.1.2 Các mô hình exciton 11 2.1.1.3 Phổ lượng exciton 14 2.1.2 Trạng thái ngưng tụ exciton 15 2.1.2.1 Excitonic insulators 15 2.1.2.2 Excitonic transition 16 2.2 Lý thuyết phiếm hàm mật độ 17 2.2.1 Tóm tắt vài định nghĩa 17 2.2.2 Khái niệm lý thuyết phiếm hàm mật độ 19 CHƯƠNG MƠ PHỎNG TÍNH TỐN MỘT SỐ TÍNH CHẤT CỦA MỘT SỐ LOẠI VẬT LIỆU 2D 22 3.1 Cơ sở hệ mô 22 3.1.1 Các phần mềm sử dụng 22 3.1.2 Các hàm 22 3.2 Các kết tính tốn mơ 22 3.2.1 Mô tính tốn khảo sát nhóm vật liệu graphene 22 3.2.1.1 Điều kiện đầu vào (File input) 22 3.2.1.2 Kết 23 3.2.1.3 Kết luận 30 3.2.2 Mơ tính tốn khảo sát nhóm vật liệu 2D-TMDCs 31 3.2.2.1 Điều kiện đầu vào (File input) 31 3.2.2.2 Kết 31 3.2.2.3 Kết luận 38 KẾT LUẬN 39 TÀI LIỆU THAM KHẢO 41 x DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT TMDC Transition metal dichalcogenides BEC Bose – Einstein Condensation DFT Density functional theory LDA Local density apporximation GGA Generalized gradient approximation PAW Projector augmented wave PBE Perdew – Burke –Ernzerhof QE Quantum ESPRESSO PDOS Projected density of states xi DANH SÁCH CÁC BẢNG BIỂU Bảng 3.1 Độ lớn vùng cấm (eV) đơn lớp MoS2, MoSe2 WSe2 tham khảo 33 xii DANH SÁCH CÁC HÌNH ẢNH, BIỂU ĐỒ Hình 1.1 Cấu trúc tinh thể MX2 2D-TMDCs Hình 1.2 Cấu trúc tinh thể dạng 2H 1T 2D-TMDCs đơn lớp [29] Hình 1.3 Mạng graphene: a) theo lý thuyết, b) theo thực tế (Nguồn: Cheap Tubes) Hình 1.4 Cấu trúc bilayer graphene: a) AA-stacking, b) AB-stacking Hình 1.5 Các phương pháp tổng hợp graphene Hình 1.6 Các cấu trúc bilayer 2D-TMDCs, với nguyên tử màu đen nguyên tử kim loại (W, Mo) nguyên tử màu vàng thể nguyên tử Chalcogen (Se, S) Hình 2.1 Các loại exciton (hạt màu đen: electron, hạt màu trắng: lỗ trống) 11 Hình 2.2 Mơ hình exciton: a) Theo Mott-Wannier, b) Theo Frenkel [1] 12 Hình 2.3 Minh họa phổ lượng chung exciton chất [25] 14 Hình 2.4 Sự hình thành exciton insulator [51] 15 Hình 2.5 Sự chuyển dời exciton hình thành hợp hai đơn lớp MoS2 WSe2 thành cấu trúc hetero-bilayer (1) Tương tác exciton bên đơn lớp (2) Sự tràn điện tử liên quan đến chuyển tiếp vùng lượng hợp chất bán dẫn (3) Tái hợp điện tử - lỗ trống xảy thông qua đường “xiên” vùng dẫn vùng hóa trị hai chất khác [18] 16 Hình 3.1 Cấu trúc tinh thể vùng lượng graphene đơn lớp 23 Hình 3.2 Cấu trúc tinh thể cấu trúc vùng lượng bilayer-graphene-AA 24 Hình 3.3 Cấu trúc tinh thể cấu trúc vùng lượng bilayer-graphene-AB 24 Hình 3.4 Cấu trúc vùng lượng mật độ trạng thái (PDOS) bi-graphene-AB điện trường 2,057 V/nm (với màu đỏ bên trái tương ứng với PDOS lớp graphene màu xanh bên phải tương ứng với PDOS lớp graphene trên) 26 Hình 3.5 Cấu trúc vùng lượng mật độ trạng thái (pdos) bi-graphene-AB điện trường 4,114 V/nm (với màu đỏ bên trái tương ứng với PDOS lớp graphene màu xanh bên phải tương ứng với PDOS lớp graphene trên) 27 Hình 3.6 Cấu trúc vùng lượng bi-graphene-AB, điện trường 2,057 V/nm điều kiện pha tạp điện tử nồng độ 0,25% 0,5% 28 Hình 3.7 Cấu trúc vùng lượng bi-graphene-AB, điện trường 4.117 V/nm điều kiện pha tạp điện tử nồng độ 0,25% 0,5% 29 xiii Hình 3.8 Sự thay đổi band gap electron charged thay đổi 30 Hình 3.9 Cấu trúc tinh thể cấu trúc vùng lượng đơn lớp: MoS2, MoSe2, WSe2 32 Hình 3.10 Cấu trúc tinh thể cấu trúc vùng lượng bilayer-AB: MoS2, MoSe2, WSe2 34 Hình 3.11 Cấu trúc tinh thể cấu trúc vùng lượng bilayer-AB MoS2/WSe2 35 Hình 3.12 Cấu trúc tinh thể cấu trúc vùng lượng bilayer-AB MoSe2/WSe2 36 Hình 3.13 Cấu trúc vùng lượng bilayer-AB MoS2 với điện trường ngoài: a) 0,5 V/nm, b) 1,0 V/nm 37 Hình 3.14 Sự phụ thuộc vùng cấm vào điện trường bilayer-AB MoS2 37 xiv CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ MỘT SỐ LOẠI VẬT LIỆU 2D 1.1 Sơ lược vật liệu 2D 1.1.1 Lịch sử đời vật liệu 2D Vào năm 2004, lần vật liệu graphene chế tạo hai tiến sĩ Andre Geim Konstantin Novoselov phương pháp bóc tách keo dán [33] Có thể coi graphene vật liệu 2D (vật liệu hai chiều) lịch sử chế tạo năm 2004 năm đánh dấu cột mốc khoa học mà dẫn đến đời hàng chục ngàn báo liên quan vòng thập kỷ, với việc trao giải Nobel nhanh chóng sau năm lần đầu cơng bố (giải Nobel Vật lý 2010) tiềm lớn nhóm vật liệu 2D đem lại: Nó có khả làm thay đổi “linh hồn” linh kiện điện tử - vật liệu silicon - thứ đem lại Cuộc Cách mạng Công nghiệp lần thứ từ vài thập niên trước tiếp tục đóng vai trị cốt lõi ngày Lý graphene thể nhiều tính chất vượt trội so với silicon, chẳng hạn độ linh động điện tử gấp nhiều lần [7] Nhưng yếu tố phụ, mà nhà khoa học mong muốn tiếp tục trì định luật Moore để thu nhỏ kích thước transistor graphene vật liệu 2D, đơn lớp nguyên tử nên giúp giảm kích thước xuống Từ người ta mong muốn tương lai mà linh kiện điện tử trở nên nhỏ mà tốc độ xử lý lại nhanh hơn, lượng tiêu thụ Ta nói vật liệu 2D loại vật liệu “sinh sau đẻ muộn”, lẽ loại vật liệu 0D, 1D, 3D biết đến trước Vật liệu 3D, tức vật liệu khối (bulk) loại vật liệu truyền thống có từ thời kỳ đầu nhân loại, than chì (graphite) ví dụ Fullerene hay phân tử C60 nghiên cứu rộng rãi tạo khoảng nửa sau kỷ 20, chúng coi vật liệu 0D Năm 1991, Sumio Iijima khám phá ống than nano cacbon (CNT) vật liệu 1D [24] Như vậy, theo logic ta dự đốn có dạng cacbon hai chiều lắp đầy khoảng hở để hoàn chỉnh dạng cacbon từ khơng đến ba chiều, graphene [2] Tuy nhiên, ý niệm thay silicon graphene nhanh chóng bị dập tắt người ta không cách giải khuyết điểm lớn graphene khơng có vùng cấm (Eg = eV), vật liệu graphene vùng dẫn vùng hóa trị tiếp xúc khiến graphene khơng cịn thể đặc tính quan trọng chất bán dẫn: dẫn không dẫn Mặt khác, nguyên lý tất linh kiện điện tử, mà khơng có đặc tính bán dẫn khơng thể thay silicon chất bán dẫn khác để sử dụng sản xuất linh kiện điện tử Cho nên, ngày nay, số lượng cơng trình nghiên cứu graphene giảm dần, khơng cịn chủ đề nóng thời kỳ ban đầu lúc phát Thực tế không dừng lại đó, người ta mở nhiều đường khác, bao gồm thay đổi lại graphene thành dạng đặc biệt nghiên cứu phát triển loại vật liệu 2D khác có cấu trúc tổ ong tương tự có vùng cấm [41] Một số phổ biến vật liệu 2D-TMDC (2D - Transition metal dichalcogenide), bao gồm nguyên tử kim loại chalcogen, mà cụ thể trình bày phần sau Qua đó, ngày người ta tập trung vào loại vật liệu 2D đảm bảo tính chất điện tử mong muốn để graphene đơn lớp nguyên khởi lại bên 1.1.2 Vật liệu 2D-TMDCs TMDCs (hay viết TMD) viết tắt cụm từ “Transition metal dichalcogenides” Vật liệu 2D-TMDCs hợp chất dạng MX2 nguyên tử kim loại chuyển tiếp M (thường Mo, W,…) hai nguyên tử chalcogen X (thường S, Se, Te,…), chúng liên kết với thành hình dạng tổ ong xếp trật tự thành mặt phẳng nên xếp vào vật liệu 2D Cụ thể, lớp nguyên tử kim loại M kẹp hai lớp nguyên tử chalcogen X hình 1.1 Hình 1.1 Cấu trúc tinh thể MX2 2D-TMDCs Các vật liệu nhóm 2D-TMDCs có chung hai loại cấu trúc tinh thể phổ biến 1T 2H Hai cấu trúc có cách để dễ dàng phân biệt nhìn hướng từ xuống mặt phẳng, ta thấy hình lục giác giống graphene dạng cấu trúc 2H, cịn ta thấy hình lục giác có xen kẽ tâm dạng 1T (hình 1.2) Hình 1.2 Cấu trúc tinh thể dạng 2H 1T 2D-TMDCs đơn lớp [29] Đây nhóm vật liệu 2D có cấu trúc tổ ong graphene Các đơn lớp 2D-TMDCs đa số chất bán dẫn thẳng (bán dẫn trực tiếp) thực tế người ta nghiên cứu nhiều dạng khác hai lớp trở thành bán dẫn xiên (bán dẫn gián tiếp) Cụ thể trình bày chương Do phổ biến, từ sau, 2D-TMDCs báo cáo đến dạng 2H 1.2 Vật liệu graphene 1.2.1 Sự đời graphene Graphene mặt phẳng ghép từ ô lục giác nguyên tử cacbon, người ta hay gọi kiểu mạng tổ ong (honey comb) Nhiều người lầm tưởng năm 2004 người lần phát graphene Từ lâu người ta quan sát cấu trúc graphene nhìn từ cấu trúc graphite, từ biết thực chất graphite tập hợp lớp graphene chồng lên Năm 1947, Wallace đưa lý thuyết cấu trúc lượng graphene thơng qua tính chất điện tử graphite [47] Một năm sau, 3.2.2 Mơ tính tốn khảo sát nhóm vật liệu 2D-TMDCs 3.2.2.1 Điều kiện đầu vào (File input) Điều kiện hội tụ electron đưa 10-3 Năng lượng cut-offf sử dụng 55 Ry Điện trường sử dụng dọc theo trục Oz Hàm sóng chúng tơi sử dụng để vẽ cấu trúc vùng lượng tính điểm đối xứng đặc biệt mạng đảo Brillouin Γ-K-M- Γ với tổng 61 điểm tính, k-point chia lưới 14x14x1 (QE sử dụng lưới theo lý thuyết Monkhorst – Pack) Mạng tinh thể có dạng hexagonal Để đảm bảo kết tính tốn, chúng tơi đưa vào vùng chân khơng có khoảng cách 30 angstrom 3.2.2.2 Kết Chúng tơi tiến hành thí nghiệm với ba loại vật liệu 2D-TMDCs: MoS2, MoSe2 WSe2 Cũng trình tự graphene, chúng tơi thực với dạng đơn lớp Hình 3.9 kết tính tốn cấu trúc vùng lượng ba loại vật liệu 31 Hình 3.9 Cấu trúc tinh thể cấu trúc vùng lượng đơn lớp: MoS2, MoSe2, WSe2 Giá trị vùng cấm thu tương ứng với MoS2, MoSe2 WSe2 1,7605, 1,4460 1,6423 eV, kết mô vật liệu bán dẫn thẳng Để kiểm tra độ tin cậy kết quả, liền tham khảo nhóm nghiên cứu khác, trình bày bảng 3.1 So sánh với kết thực hiện, kết luận kết có độ xác cao 32 Bảng 3.1 Độ lớn vùng cấm (eV) đơn lớp MoS2, MoSe2 WSe2 tham khảo Sau tính tốn xong cấu trúc đơn lớp, tiếp tục thực mô cấu trúc bilayer vật liệu với cấu trúc xếp chồng dạng AB hình 3.11 Kết tương ứng với MoS2, MoSe2 WSe2 0,9109, 1,1867 1,3030 eV (hình 3.10) Một báo khác thực mô công bố kết vào năm 2015 [15] Kết tương ứng với ba chất là: 1,24, 1,20 1,23 eV Sau đối chiếu, nhận thấy kết hai lớp MoSe2 dạng AB hai lớp WSe2 dạng AB phù hợp với tính tốn nhóm tác giả Tuy nhiên, kết quả hai lớp MoS2 AB có khác nhiều (0,9109 eV so với 1,24 eV) Nhưng sau đó, so sánh với kết báo Nature năm 2016, lại thấy phù hợp kết MoS2 (1,08 eV) [54] 33 Hình 3.10 Cấu trúc tinh thể cấu trúc vùng lượng bilayer-AB: MoS2, MoSe2, WSe2 Trên dạng 2D-TMDCs homostructure (đồng cấu trúc), hai mặt bilayer nhau, có khác mặt vị trí Xu hướng ngày người ta quan tâm đến hình thái heterostructure (dị cấu trúc), mà hai lớp hai lớp đơn lớp khác Ví dụ hình 3.12 kết tính toán dạng hai lớp xếp chồng MoS2 WSe2 (hai lớp MoS2/WSe2 AB) mà thực 34 Hình 3.11 Cấu trúc tinh thể cấu trúc vùng lượng bilayer-AB MoS2/WSe2 Đối với cấu trúc hai lớp này, thu bán dẫn trực tiếp (direct) với độ lớn vùng cấm thu 0,7090 eV Kết tương đối phù hợp với kết tính tốn nhóm nghiên cứu khác [30,42] (đều cho kết khoảng 0,6 eV) Ngoài ra, dễ dàng nhận thấy rằng, so sánh độ lớn vùng cấm đơn lớp MoS2 WSe2 đơn lẻ (1,7605 eV 1,6423 eV), kết hai lớp MoS2/WSe2 AB cho giá trị vùng cấm nhỏ hẳn (0,7090 eV) 35 Hình 3.12 Cấu trúc tinh thể cấu trúc vùng lượng bilayer-AB MoSe2/WSe2 Chúng tiếp tục thực thêm dị cấu trúc khác MoSe2/WSe2 mà hình 3.13 kết tính tốn Kết thu cấu trúc có dạng vật liệu bán dẫn xiên (gián tiếp, indirect) có độ lớn vùng cấm 1,2514 eV Cũng hai lớp MoS2/WSe2 dạng AB, hai đơn lớp MoSe2 WSe2 xếp chồng lên theo dạng AB tạo thành cấu trúc MoSe2/WSe2 có vùng cấm giảm Và kết thu phù hợp với nhóm nghiên cứu khác [43] (có kết 1,12 eV) Như vậy, kết tính tốn chúng tơi thể hình 3.12 3.13 chứng minh tồn dạng excitonic transition trình bày lý thuyết chương Do đó, kết hợp đơn lớp 2D-TMDCs với dạng dị cấu trúc tạo thành dạng excitonic transition giúp giảm giá trị vùng cấm Quay trở lại với cấu trúc hai lớp MoS2 dạng AB, muốn khảo sát xem ảnh hưởng điện trường lên cấu trúc lượng giống thực graphene Giá trị điện trường ngồi mà chúng tơi khảo sát bao gồm: V/nm (hình 3.10), 0,5 V/nm, 1,0 V/nm (hình 3.14) 36 Hình 3.13 Cấu trúc vùng lượng bilayer-AB MoS2 với điện trường ngoài: a) 0,5 V/nm, b) 1,0 V/nm Chúng rút kết rằng, hai lớp MoS2 dạng AB điện trường ngồi tăng vùng cấm có xu hướng thu hẹp lại (hình 3.15) Hình 3.14 Sự phụ thuộc vùng cấm vào điện trường bilayer-AB MoS2 37 Điều chứng tỏ việc tạo exciton cách tạo cặp dị cấu trúc ra, cịn sử dụng phương pháp khác sử dụng điện trường áp vào hồn tồn có khả điều khiển cách áp điện trường vào hai lớp đồng cấu trúc Hiện tượng ghi nhận từ số báo cáo [3,12] Câu hỏi đặt tượng lại ngược so với trường hợp graphene có vùng cấm tăng pha tạp điện tử tăng Theo giải thích số nhóm nghiên cứu [3,12], tượng vật liệu MoS2 trường hợp excitonic transition Còn kết vùng cấm tính graphene dựa tượng excitonic insulators Do hai trường hợp khác ngưng tụ exciton nên trái ngược kết graphene MoS2 hồn tồn khơng có mâu thuẫn 3.2.2.3 Kết luận - Vật liệu 2D-TMDCs vật liệu 2D nhằm thay khuyết điểm graphene Việc thay đổi điều khiển giá trị vùng cấm cách kết hợp đơn lớp thành hai lớp đồng cấu trúc 2D-TMDCs thu nhỏ vùng cấm dị cấu trúc thông qua tượng excitonic transition có ý nghĩa lớn ngành cơng nghiệp điện tử bán dẫn - Ngồi ra, việc điều khiển vùng cấm thơng qua điện trường ngồi kết chúng tơi hai lớp MoS2 có ý nghĩa lớn xu hướng phát triển linh kiện công nghệ tiến tiên theo xu hướng gần 38 KẾT LUẬN Lý thuyết phiếm hàm mật độ chứng minh tốn học, kết mơ thực nghiệm, tin dùng từ lâu Qua kết đối chiếu với nhóm nghiên cứu khác, lần lý thuyết phiếm hàm mật độ thể xác quan trọng Chúng tơi kiểm nghiệm lại đặc tính khơng có vùng cấm graphene đơn lớp graphene hai lớp điều kiện bình thường Ngoài chứng minh dược tồn tượng excitonic insulator sử dụng trường ngồi lên cấu trúc graphene hai lớp, từ dẫn đến hình thành vùng cấm cấu trúc vùng lượng Bên cạnh đó, chúng tơi cịn khảo sát phụ thuộc độ lớn vùng cấm vào giá trị điện trường ngoài: Khi E = 2,057 V/nm Eg = 0,1640 eV; E = 4,114 V/nm Eg = 0,2345 eV Hình dạng exciton cấu trúc vùng lượng mà thu hoàn toàn phù hợp theo lý thuyết lượng liên kết exciton, đem lại tiềm tạo đột phá ngành công nghiệp điện tử bán dẫn Chúng tiến hành khảo sát loại 2D-TMDCs phổ biến hợp chất MoS2, MoSe2 WSe2 Chúng thực mô khảo sát thành công hai tượng thú vị 2D-TMDCs: - Sự biến đổi khoảng cách vùng cấm dị cấu trúc ghép hai đơn lớp 2D-TMDCs lại với Cấu trúc MoS2/WSe2 có Eg = 0,7090 eV giá trị đơn lớp MoS2 WSe2 1,7605 eV 1,6423 eV; cấu trúc MoSe2/WSe2 có Eg = 1,2514 eV giá trị đơn lớp MoSe2 WSe2 1,4460 eV 1,6423 eV Nhìn vào cấu trúc vùng lượng dị cấu trúc thành dựa sở tượng ngưng tụ Bose – Einstein dạng excitonic transition trình bày chương lý thuyết - Sự phụ thuộc độ lớn vùng cấm với giá trị điện trường đồng cấu trúc MoS2 Độ lớn vùng cấm bilayer MoS2 điện trường V/nm, 0,5 V/nm 1,0 V/nm 0,9109 eV, 0,7835 eV 0,7644 eV Chúng ta biết, việc điều khiển điện trường dễ dàng nhiều so với yếu tố nhiệt độ, pha tạp,…nên đặc tính đồng cấu trúc có ý nghĩa 39 Trước đó, chúng tơi kiểm nghiệm lại đối chiếu kết phù hợp khảo sát cấu trúc vùng lượng đơn lớp hai lớp 2D-TMDCs Ngoài giá trị đơn lớp kể trên, giá trị vùng cấm bilayer MoS2, MoSe2 WSe2 thu 0,9109 eV, 1,1867 eV 1,3030 eV Vật liệu hai chiều nhiều điều thú vị chưa khám phá, hi vọng hội đào sâu nghiên cứu đề tài nghiên cứu khai phá lĩnh vực tiềm khác tương lai gần 40 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt Nguyễn Hữu Phước (2018), “Năng lượng exciton bán dẫn đơn lớp WS2 với có mặt từ trường chắn Cudazzo hiệu chỉnh”, Đại học Sư phạm Thành phố Hồ Chí Minh, trang 7-12 [2] Trương Văn Tân (2016), “Vật liệu thiết bị nano”, NXB Tổng hợp Thành phố Hồ Chí Minh, trang 196-247 Tiếng Anh [1] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] Azhikodan, D., Nautiyal, T., Shallcross, S., & Sharma, S (2016) “An anomalous interlayer exciton in MoS2” Scientific Reports, (1), 37075 Becke, A D (2014) “Perspective: Fifty years of density-functional theory in chemical physics” The Journal of Chemical Physics, 140(18), pp 18A30118A318 Berland, K., Cooper, V R., Lee, K., Schröder, E., Thonhauser, T., Hyldgaard, P., & Lundqvist, B I (2015) “Van der Waals forces in density functional theory: a review of the vdW-DF method” Reports on Progress in Physics, 78 (6), 066501 Bhuyan, M S A., Uddin, M N., Islam, M M., Bipasha, F A., & Hossain, S S (2016) “Synthesis of graphene” International Nano Letters, (2), pp 65–83 Bolotin, K I., Sikes, K J., Jiang, Z., Klima, M., Fudenberg, G., Hone, J., … Stormer, H L (2008) “Ultrahigh electron mobility in suspended graphene” Solid State Communications, 146 (9-10), pp 351–355 Butov, L V., Lai, C W., Chemla, D S., Lozovik, Y E., Campman, K L., & Gossard, A C (2001) “Observation of Magnetically Induced Effective-Mass Enhancement of Quasi-2D Excitons” Physical Review Letters, 87 (21), pp 216804-1–216804-4 Cai, Weiwei; Moore, Arden L.; Zhu, Yanwu; Li, Xuesong; Chen, Shanshan; Shi, Li; Ruoff, Rodney S (2010) “Thermal Transport in Suspended and Supported Monolayer Graphene Grown by Chemical Vapor Deposition” Nano Letters 10 (5), pp 1645–1651 41 [10] Cao, Y., Fatemi, V., Fang, S., Watanabe, K., Taniguchi, T., Kaxiras, E., & JarilloHerrero, P (2018) “Unconventional superconductivity in magic-angle graphene superlattices” Nature, 556 (7699), pp 43–50 [11] Chen, J.-H., Jang, C., Xiao, S., Ishigami, M., & Fuhrer, M S (2008) “Intrinsic and extrinsic performance limits of graphene devices on SiO2” Nature Nanotechnology, (4), pp 206–209 [12] Chu, T., Ilatikhameneh, H., Klimeck, G., Rahman, R., & Chen, Z (2015) “Electrically Tunable Bandgaps in Bilayer MoS2” Nano Letters, 15 (12), pp 8000–8007 [13] David S Sholl Janice A Steckel (2009) “Density Functional Theory: A Practical Introduction” John Wiley & Sons, Inc, pp 7-15 [14] Dias, A C., Qu, F., Azevedo, D L., & Fu, J (2018) “Band structure of monolayer transition-metal dichalcogenides and topological properties of their nanoribbons: Next-nearest-neighbor hopping” Physical Review B, 98 (7), pp 075202 [15] Dybała, F., Polak, M P., Kopaczek, J., Scharoch, P., Wu, K., Tongay, S., & Kudrawiec, R (2016) “Pressure coefficients for direct optical transitions in MoS2, MoSe2, WS2, and WSe2 crystals and semiconductor to metal transitions” Scientific Reports, (1), pp 26663 [16] Eftekhari, A (2017) “Molybdenum diselenide (MoSe2) for energy storage, catalysis, and optoelectronics” Applied Materials Today, 8, pp 1–17 [17] Elliott R J., R Loudon (1960), “Theory of the absorption edge semiconductors in a high magnetic”, Journal of Physics and Chemistry of Solids, 15, pp 196-207 [18] Fang, H., Battaglia, C., Carraro, C., Nemsak, S., Ozdol, B., Kang, J S., … Javey, A (2014) “Strong interlayer coupling in van der Waals heterostructures built from single-layer chalcogenides” Proceedings of the National Academy of Sciences, 111 (17), pp 6198–6202 [19] Frenkel, J (1931) “On the Transformation of Light into Heat in Solids II” Physical Review, 37 (10), pp 1276–1294 [20] Geim, A K.; Novoselov, K S (2007) “The rise of graphene” Nature Materials (3), pp 183–91 [21] Giannozzi, P., Baroni, S., Bonini, N., Calandra, M., Car, R., Cavazzoni, C., … Wentzcovitch, R M (2009) “QUANTUM ESPRESSO: a modular and opensource software project for quantum simulations of materials” Journal of Physics: Condensed Matter, 21 (39), 395502 42 [22] Giannozzi, P., Andreussi, O., Brumme, T., Bunau, O., Buongiorno Nardelli, M., Calandra, M., … Baroni, S (2017) “Advanced capabilities for materials modelling with Quantum ESPRESSO” Journal of Physics: Condensed Matter, 29 (46), 465901 [23] Hohenberg, P., & Kohn, W (1964) “Inhomogeneous Electron Gas” Physical Review, 136(3B), pp B864–B871 [24] Iijima, S (1991) “Helical microtubules of graphitic carbon” Nature, 354 (6348), pp 56–58 [25] Kittel C (1996), “Introduction to Solid State Physics”, 7th ed Wiley New York, pp 435-438 [26] Kohn, W., & Sham, L J (1965) “Self-Consistent Equations Including Exchange and Correlation Effects” Physical Review, 140 (4A), pp A1133–A1138 [27] Langreth, D C., Lundqvist, B I., Chakarova-Käck, S D., Cooper, V R., Dion, M., Hyldgaard, P., … Thonhauser, T (2009) “A density functional for sparse matter” Journal of Physics: Condensed Matter, 21 (8), 084203 [28] Lee, C.; Wei, X.; Kysar, J W.; Hone, J (2008) “Measurement of the Elastic Properties and Intrinsic Strength of Monolayer Graphene” Science 321 (5887), pp 385–8 [29] Li, Y., Duerloo, K.-A N., Wauson, K., & Reed, E J (2016) “Structural semiconductor-to-semimetal phase transition in two-dimensional materials induced by electrostatic gating” Nature Communications, 7, 10671, pp 1-8 [30] Lu, N., Guo, H., Li, L., Dai, J., Wang, L., Mei, W.-N., … Zeng, X C (2014) “MoS2/MX2 heterobilayers: bandgap engineering via tensile strain or external electrical field” Nanoscale, (5), pp 2879–2886 [31] Moskalenko S A., Snoke D W (2000) “Bose-Einstein Condensation of excitons and biexcitons and coherent nonlinear optics with excitons” Cambridge University Press, pp 1-9 [32] Mott, N F., & Littleton, M J (1938) Conduction in polar crystals I Electrolytic conduction in solid salts Transactions of the Faraday Society, 34, pp 485-499 [33] Novoselov, K S (2004) “Electric Field Effect in Atomically Thin Carbon Films” Science, 306(5696), pp 666–669 [34] Novoselov, K S., Geim, A K., Morozov, S V., Jiang, D., Katsnelson, M I., Grigorieva, I V., … Firsov, A A (2005) “Two-dimensional gas of massless Dirac fermions in graphene” Nature, 438 (7065), pp 197–200 43 [35] Oshima, C., & Nagashima, A (1997) “Ultra-thin epitaxial films of graphite and hexagonal boron nitride on solid surfaces” Journal of Physics: Condensed Matter, (1), pp 1–20 [36] Palummo, M., Bernardi, M., & Grossman, J C (2015) “Exciton Radiative Lifetimes in Two-Dimensional Transition Metal Dichalcogenides” Nano Letters, 15 (5), pp 2794–2800 [37] Raza, H., & Kan, E C (2009) “Field modulation in bilayer graphene band structure” Journal of Physics: Condensed Matter, 21 (10), pp 102202 [38] Ruess, G.; Vogt, F (1948) "Höchstlamellarer Kohlenstoff aus Graphitoxyhydroxyd" Monatshefte für Chemie 78 (3–4), pp 222–242 [39] Sahu, S., Parashar, S K S., & Rout, G C (2016) “Theoretical Study of Band Gap opening in AB- stacked Bi-layer Graphene by Impurity and Electric Field Effects” Materials Today: Proceedings, 1), pp 39–44 [40] Schwerdtfeger, P (2011) “The Pseudopotential Approximation in Electronic Structure Theory” ChemPhysChem, 12 (17), pp 3143–3155 [41] Schwierz, F., Pezoldt, J., & Granzner, R (2015) “Two-dimensional materials and their prospects in transistor electronics” Nanoscale, (18), pp 8261–8283 [42] Su, X., Ju, W., Zhang, R., Guo, C., Zheng, J., Yong, Y., & Li, X (2016) “Bandgap engineering of MoS2/MX2 (MX2 = WS2, MoSe2 and WSe2) heterobilayers subjected to biaxial strain and normal compressive strain” RSC Advances, (22), pp 18319–18325 [43] Terrones, H., López-Urías, F., & Terrones, M (2013) “Novel hetero-layered materials with tunable direct band gaps by sandwiching different metal disulfides and diselenides” Scientific Reports, (1), 1549 [44] Thonhauser, T., Cooper, V R., Li, S., Puzder, A., Hyldgaard, P., & Langreth, D C (2007) “Van der Waals density functional: Self-consistent potential and the nature of the van der Waals bond” Physical Review B, 76 (12), 125112 [45] Thonhauser, T., Zuluaga, S., Arter, C A., Berland, K., Schröder, E., & Hyldgaard, P (2015) “Spin Signature of Nonlocal Correlation Binding in Metal-Organic Frameworks” Physical Review Letters, 115 (13), 136402 [46] Torbatian, Z., & Asgari, R (2018) “Plasmonic Physics of 2D Crystalline Materials” Applied Sciences, (2), pp 238 [47] Wallace, P R (1947) “The Band Theory of Graphite” Physical Review 71 (9), pp 622–634 44 [48] Wang, Z., Selbach, S M., & Grande, T (2014) “Van der Waals density functional study of the energetics of alkali metal intercalation in graphite” RSC Adv., (8), pp 3973–3983 [49] Wang, R.-N., Dong, G.-Y., Wang, S.-F., Fu, G.-S., & Wang, J.-L (2016) “Intraand inter-layer charge redistribution in biased bilayer graphene” AIP Advances, (3), pp 035213 [50] Wannier, G H (1937) “The Structure of Electronic Excitation Levels in Insulating Crystals” Physical Review, 52 (3), pp 191–197 [51] Werdehausen, D., Takayama, T., Albrecht, G., Lu, Y., Takagi, H., & Kaiser, S (2018) “Photo-excited dynamics in the excitonic insulator Ta2NiSe5” Journal of Physics: Condensed Matter, 30 (30), pp 305602 [52] Yun, W S., Han, S W., Hong, S C., Kim, I G., & Lee, J D (2012) “Thickness and strain effects on electronic structures of transition metal dichalcogenides: 2HMX2semiconductors (M=Mo, W; X=S, Se, Te)” Physical Review B, 85 (3), pp 033305-1–03305-5 [53] Zangwill, A (2015) “A half century of density functional theory” Physics Today, 68 (7), pp 34–39 [54] Zeng, F., Zhang, W.-B., & Tang, B.-Y (2015) “Electronic structures and elastic properties of đơn lớp and bilayer transition metal dichalcogenides MX2 (M = Mo, W; X = O, S, Se, Te): A comparative first-principles study” Chinese Physics B, 24 (9), pp 097103 [55] Zhang, Y., Tan, Y.-W., Stormer, H L., & Kim, P (2005) “Experimental observation of the quantum Hall effect and Berry’s phase in graphene” Nature, 438 (7065), pp 201–204 [56] Zhen, Z., & Zhu, H (2018) “Graphene: Fabrication, Characterizations, Properties and Applications” Elsevier Inc., pp 1-12 45 ... Ta nói vật liệu 2D loại vật liệu “sinh sau đẻ muộn”, lẽ loại vật liệu 0D, 1D, 3D biết đến trước Vật liệu 3D, tức vật liệu khối (bulk) loại vật liệu truyền thống có từ thời kỳ đầu nhân loại, than... thẳng Vì tính chất thú vị graphene đa lớp 2D- TMDCs, nên chọn đề tài ? ?Mô khảo sát số tính chất điện từ graphene số loạt vật liệu 2DTMDCs” để nghiên cứu đặc tính bán dẫn chúng, mà trọng tâm cấu trúc... Tóm tắt vài định nghĩa 17 2.2.2 Khái niệm lý thuyết phiếm hàm mật độ 19 CHƯƠNG MÔ PHỎNG TÍNH TỐN MỘT SỐ TÍNH CHẤT CỦA MỘT SỐ LOẠI VẬT LIỆU 2D 22 3.1 Cơ sở hệ mô