Điều chỉnh tính chất điện tử và quang học của các đơn lớp dichalcogen kim loại chuyển tiếp bằng lớp phủ polymer và thay đổi áp suất

SỞ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ TP HỒ CHÍ MINH VIỆN KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ TÍNH TỐN BÁO CÁO TỔNG KẾT Điều chỉnh tính chất điện tử quang học đơn lớp dichalcogen kim loại chuyển tiếp lớp phủ polymer thay đổi áp suất Đơn vị thực hiện: PTN Khoa học Phân tử Chủ nhiệm nhiệm vụ: TS Phạm Hồ Mỹ Phương TP HỒ CHÍ MINH, THÁNG 10/2020 SỞ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ TP HỒ CHÍ MINH VIỆN KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ TÍNH TỐN BÁO CÁO TỔNG KẾT Điều chỉnh tính chất điện tử quang học đơn lớp dichalcogen kim loại chuyển tiếp lớp phủ polymer thay đổi áp suất Viện trưởng: Đơn vị thực hiện: PTN Khoa học Phân tử Chủ nhiệm nhiệm vụ: TS Phạm Hồ Mỹ Phương Nguyễn Kỳ Phùng Phạm Hồ Mỹ Phương TP HỒ CHÍ MINH, THÁNG 10/2020 Điều chỉnh tính chất điện tử quang học đơn lớp dichalcogen kim loại chuyển tiếp lớp phủ polymer thay đổi áp suất MỤC LỤC Trang MỞ ĐẦU ĐƠN VỊ THỰC HIỆN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU I Báo cáo khoa học II Tài liệu khoa học xuất 31 III Chương trình giáo dục đào tạo 32 IV Hội nghị, hội thảo 33 V File liệu 34 TÀI LIỆU THAM KHẢO 35 CÁC PHỤ LỤC 39 PHỤ LỤC 1: Electronic and optical properties of monolayer MoS2 under the influence of polyethyleneimine adsorption and pressure, RSC Adv., 2020, 10, 4201 PHỤ LỤC 2: Monolayer Transition Metal Dichalcogenides with Polyethyleneimine Adsorption, Journal of Computational Electronics, 2020, được chấp nhận đăng Viện Khoa học Công nghệ Tính tốn TP Hồ Chí Minh Page Điều chỉnh tính chất điện tử quang học đơn lớp dichalcogen kim loại chuyển tiếp lớp phủ polymer thay đổi áp suất MỞ ĐẦU Sử dụng vật liệu bán dẫn thực hai chiều thiết kế chế tạo cho phép nâng cấp đáng kể hiệu hoạt động transistor diode phát quang Vật liệu hai chiều được quan tâm graphene khơng tồn vùng cấm lượng mà dichalcogen kim loại chuyển tiếp Vật liệu có cấu trúc lớp dễ dàng bị bóc tách tương tác lớp lực tương tác yếu van der Waals có độ rộng vùng cấm phù hợp để thiết kế transitor diode phát quang Hiện nay, đơn lớp dichalcogen đặc biệt được ý nghiên cứu phát triển ứng dụng Tuy nhiên, người ta phát rằng, để vật liệu tiếp xúc trực tiếp với môi trường không khí làm giảm chất lượng transistor diode phát quang thời gian ngắn bị biến đổi cấu trúc điện tử quang học trình tiếp xúc với khí tồn mơi trường Do để giữ được chất lượng transistor diode người ta phải phủ lớp polymer bề mặt vật liệu dichalcogen Hơn transitor diode được đưa vào bo mạch tích hợp thường chịu tác động áp suất giãn nén định Thông thường, nghiên cứu trước quan tâm đến hiệu ứng cách riêng rẽ mà chưa có nghiên cứu được thực đồng thời cho hai hiệu ứng Chính vậy, dự án này, chúng tơi tập trung làm sáng tỏ qui luật biến đổi tính chất điện tử tính chất phát quang hệ dichalcogen đơn lớp tác động lớp phủ polymer ảnh hưởng áp suất Chúng sử dụng phương pháp lý thuyết phiếm hàm mật độ để thực dự án Các kết thu được hữu ích cho việc thiết kế transitor diode phát quang nhằm nâng cao hiệu hoạt động cho hệ thiết bị khác với công nghệ truyền thống Viện Khoa học Công nghệ Tính tốn TP Hồ Chí Minh Page Điều chỉnh tính chất điện tử quang học đơn lớp dichalcogen kim loại chuyển tiếp lớp phủ polymer thay đổi áp suất Lời cảm ơn đến ICST Nghiên cứu được tài trợ Sở Khoa học Cơng nghệ Thành phố Hồ Chí Minh theo hợp đồng số 310/QĐ-KHCNTT (2018) Viện Khoa học Cơng nghệ Tính tốn TP Hồ Chí Minh Page Điều chỉnh tính chất điện tử quang học đơn lớp dichalcogen kim loại chuyển tiếp lớp phủ polymer thay đổi áp suất ĐƠN VỊ THỰC HIỆN Phịng thí nghiệm: Khoa học phân tử Chủ nhiệm nhiệm vụ: TS Phạm Hồ Mỹ Phương Thành viên nhiệm vụ: PGS TS Đỗ Ngọc Sơn ThS Võ Khương Điền NCS Ông Kim Lẹ NCV Dương Văn Long NCV Nguyễn Minh Tâm Cơ quan phối hợp: Viện Khoa học Cơng nghệ Tính tốn TP Hồ Chí Minh Page Điều chỉnh tính chất điện tử quang học đơn lớp dichalcogen kim loại chuyển tiếp lớp phủ polymer thay đổi áp suất KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU I BÁO CÁO KHOA HỌC Dự án thu được kết đăng ký thuyết minh đề cương bao gồm: (1) Tính chất điện tử quang học hệ dichalcogen MoS2 WS2 đơn lớp ảnh hưởng hấp phụ phân tử polymer, (2) tính chất điện tử quang học hệ dichalcogen MoS WS2 đơn lớp có hấp phụ polymer tác động áp suất Ngoài chúng tơi cịn thực thêm nội dụng khơng có thuyết minh đề cương đối tượng MoSe2, MoTe2, WSe2, WTe2 với kết thu được là: (3) tính chất điện tử MX2 (M=Mo, W X=S, Se, Te) có hấp phụ PEI, (4) tính chất quang học MX2 ảnh hưởng hấp phụ PEI Các kết được đăng 02 báo khoa học tạp chí quốc tế thuộc SCI SCIE Trong trình thực hiện, chúng tơi nhận thấy tính chất WS2 khơng có khác biệt đáng kể so với MoS2, chúng tơi trình bày kết cho WS2 hấp phụ số chất khác chuyên đề đính kèm 1) Tính chất điện tử tính chất quang học hệ dichalcogen MoS WS2 đơn lớp ảnh hưởng hấp phụ phân tử polymer 1.1 Tính chất cấu trúc ● Chúng tơi thực tối ưu hóa cấu trúc đơn lớp MoS2 trước nghiên cứu hấp phụ phân tử polymer PEI Hằng số mạng MoS2 đơn lớp được tối ưu hóa theo phương pháp GGAPBE a = b = 3.18 Å Chiều dài trung bình Mo-S = 2.42 Å Các góc S-Mo-S Mo-S-Mo 82.30o Độ dày đơn lớp MoS2 3.13 Å Các kết phù hợp tốt so với thực nghiệm nghiên cứu lý thuyết khác [1-3] Ô đơn vị MoS2 đơn lớp được biểu diễn Hình 1a Một phân đoạn polymer PEI được thiết kế, tối ưu hóa cấu trúc, biểu diễn Hình 1b Viện Khoa học Cơng nghệ Tính tốn TP Hồ Chí Minh Page Điều chỉnh tính chất điện tử quang học đơn lớp dichalcogen kim loại chuyển tiếp lớp phủ polymer thay đổi áp suất a) b) Hình Cấu trúc ô đơn vị MoS2 đơn lớp (a) đoạn cắt phân tử PEI Màu xanh nước biển, vàng, xám, xanh dương, trắng lần lượt biểu diễn nguyên tử Mo, S, C, N, H Ký hiệu NY nguyên tử N có nhóm alkyl ● Hệ MoS2/PEI được tối ưu hóa với vị trí ban đầu khác PEI bề mặt MoS Các vị trí hấp phụ được biểu diễn Hình 2a – d Chúng tơi thu được cấu hình PEI bền MoS2 có ngun tử NY PEI nằm đỉnh nguyên tử S Hình 2c a) c) b) d) Hình Vị trí hấp phụ thuận lợi PEI MoS2 đơn lớp nguyên tử Ni tơ Ny nằm vị trí hollow (a), nằm Mo (b), nằm S (c), cầu nối nguyên tử S ● Đề tài thu được kết tương tự tính chất cấu trúc WS 2/PEI hệ MoS2 WS2 có đối xứng cấu trúc bề mặt đơn lớp 1.2 Tính chất điện tử ● Các tính chất điện tử cấu trúc vùng lượng mật độ trạng thái được xem xét làm sáng tỏ Hình cho thấy hấp phụ PEI tạo trạng thái lượng vùng cấm MoS2 làm giảm độ rộng vùng cấm Tuy nhiên, MoS2 giữ nguyên được chất vùng cấm trực tiếp vật liệu Trạng thái được xác định đóng góp quĩ đạo p nguyên tử N phân tử PEI Hình cấu trúc vùng lượng WS2 giống với MoS2 Sự khác biệt được tìm thấy độ rộng vùng cấm WS2 Viện Khoa học Cơng nghệ Tính tốn TP Hồ Chí Minh Page Điều chỉnh tính chất điện tử quang học đơn lớp dichalcogen kim loại chuyển tiếp lớp phủ polymer thay đổi áp suất rộng khoảng 0.1 eV so với MoS2 Do vậy, ảnh hưởng hấp phụ PEI lên WS2 giống với MoS2 Hình Cấu trúc vùng lượng mật độ trạng thái MoS2 (bên trái) MoS2/PEI (bên phải) Hình Cấu trúc vùng lượng mật độ trạng thái WS2 (bên trái) WS2/PEI (bên phải) 1.3 Tính chất quang Hình Phần ảo hàm điện mơi theo bước sóng xạ Viện Khoa học Cơng nghệ Tính tốn TP Hồ Chí Minh Page Điều chỉnh tính chất điện tử quang học đơn lớp dichalcogen kim loại chuyển tiếp lớp phủ polymer thay đổi áp suất ● Phổ quang học cho thấy hấp phụ phân tử PEI làm thay đổi cường độ đỉnh hàm điện mơi bước sóng ngắn 300 nm, xem Hình ● Từ phân tích thấy, tính chất điện tử MoS2 WS2 giống Do phần tập trung mô tả chi tiết cho MoS2 2) Tính chất điện tử tính chất quang học hệ dichalcogen MoS2 WS2 đơn lớp có hấp phụ polymer tác động áp suất II.1 Tính chất cấu trúc ● Để nghiên cứu ảnh hưởng áp suất, thay đổi số mạng với ràng buộc a = b MoS2 MoS2/PEI khám phá khác biệt hai hệ trước sau thay đổi số mạng Các giá trị số mạng được xem xét bao gồm: 2.84, 3.00, 3.18, 3.32, 3.48, 3.64 Å Hai giá trị ứng với áp suất nén, ba giá trị sau tương ứng với áp suất giãn Chúng tơi tối ưu hóa tím thấy cấu hình hấp phụ bền PEI MoS2 Năng lượng hấp phụ khoảng cách gần từ PEI đến bề mặt được liệt kê Bảng 1, cho thấy có tăng nhẹ khoảng cách tăng số mạng Bảng Năng lượng hấp phụ Ea, khoảng cách dN-S, dC-S, dH-S (Å) từ nguyên tử lân cận gần PEI tới MoS2 đơn lớp thay đổi số mạng a a (Å) Ea (eV) dN-S(Å) dC-S (Å) dH-S (Å) 2.84 0.139 3.53 3.63 2.26 3.00 0.063 3.57 3.72 2.30 3.18 -0.007 3.63 3.76 2.37 3.32 -0.085 3.68 3.81 2.42 3.48 -0.315 3.73 3.88 2.46 3.64 -0.479 3.83 3.93 2.51 ● Thông tin cấu trúc MoS2 đơn lớp MoS2/PEI thay đổi số mạng được liệt kê Bảng Bảng Có thể thấy rằng, chiều dài liên kết S1-S2, Mo-Mo, Mo-S, góc Mo1-S1-Mo2, S1-Mo2-S2 tăng lên, độ dày đơn lớp MoS2 được thể thông qua S1-S3 góc S1-Mo1-S3 giảm tăng số mạng Mặc dù tham số cấu trúc MoS2 Viện Khoa học Cơng nghệ Tính tốn TP Hồ Chí Minh Page Figure The projected density of states of the monolayer MX2 This figure presents the p orbitals for the S, Se, Te atoms and the d orbitals for the Mo and W atoms Each pair of the states (px, py), (dxy, dx2-y2), and (dyz, dzx) are identical 3.2 Polyethyleneimine Adsorption on MX2 To understand the influences of the PEI adsorption, it is necessary to compare the electronic structure and optical properties of the substrates with and without the PEI adsorption The PEI is a polymer with an infinite length Therefore, we have to terminate the long chain to create its fragment to allow the study of the PEI adsorption on the unit cell of MX2 In the previous work, we already created such a fragment with five nitrogen atoms and eight alkyl groups [27] The truncated branched PEI molecule, see Figure 4a, was constructed based on the following criteria: (1) the total charge of the truncated molecule is neutral, (2) the structure of the truncated molecule contains nitrogen atoms in connection with one, two, and three alkyl groups The PEI fragment was initially placed parallel to the basal plane of MX2 with a vertical distance of about 3.5 Å, see Fig 4b and c We then optimized the structure of the MX2/PEI systems The fragment is complicated; therefore, to track down the fragment’s position on the MX2, we selected the nitrogen atom marked by the Y symbol as the benchmark point, see Fig 4a We found several stable adsorption configurations of the fragment when the Y nitrogen atom locates on the center of hexagon (O), the top of the chalcogen atoms (X), the top of the transition metal atom (M), and the bridge of M and X atoms (B) as presented in Figure 4d Table shows that the most favorable adsorption site of the PEI fragment was found for the nitrogen atom Y on the chalcogen atom due to its most negative adsorption energy compared to that of the other sites 12 Figure The fragment of polyethyleneimine (a); the side view (b) and the top view (c) of the MX2/PEI system The Y symbol denotes the nitrogen atom, which was selected as the benchmark point for the structure description The possible adsorption sites are labeled as O, X, and M for the hexagon, chalcogen, and transition metal atoms, respectively In contrast, the bridge site always gives positive adsorption energy implying that the adsorption process is endothermic for all substrates Therefore, the PEI molecule is not favorable for the adsorption on this site of MX2 and may mobile on the surface to a more favorable site The bond distances from the X atom to the Y nitrogen atom (dX-N) and the nearest carbon atom (dX-C) of the PEI fragment were also shown in Table 3, which are approximately 4.0 and 3.5 Å, respectively The insignificant charge exchange between the monolayer MX2 and the PEI molecule together with the small adsorption energy indicated that the interaction of the PEI molecule with the MX2 substrates is physical adsorption Therefore, the adsorption of the PEI molecule does not 13 induce structural deformation and chemical impurities This result supports the experiment that the carrier mobility of devices such as the MoS2 transistor is not deteriorated after the PEI doping [26] Table The adsorption energy of the PEI fragment at different sites; the bond distances dX-N and dX-C from the X chalcogen atom to the Y nitrogen atom and the nearest carbon atom, respectively; the charge transfer (CT) is based on Bader charge analysis Adsorption Energy (eV) dX–N (Å) dX–C (Å) 0.01 4.07 3.51 0.073 - 0.49 0.20 3.94 3.38 0.007 - 0.58 - 0.66 0.08 4.27 3.71 0.026 - 0.53 - 0.57 - 0.62 0.02 4.04 3.48 0.027 WSe2 - 0.29 - 0.28 - 0.30 0.21 3.92 3.35 0.018 WTe2 + 0.13 + 0.14 - 0.11 0.60 3.86 3.30 0.078 System O M X B MoS2 + 0.04 + 0.04 - 0.01 MoSe2 - 0.37 - 0.40 MoTe2 - 0.58 WS2 14 CT(|e|) Figure The band structure and the electronic density of states of the monolayer MX2/PEI systems The gray-shaded area is the total electronic density of states The green and blue curves present the p orbital of the chalcogen atoms and the d orbital of the transition metal atoms, respectively The formation of the MX2/PEI system leads to the redistribution of electron density and hence modifying the electronic structure properties of the MX2 To gain insights into the effects of the PEI adsorption on the electronic properties, band structures after the PEI doping on the host materials were calculated and shown in Figure It should be noted that the band structure of the 15 isolated MoS2 (Fig 2a) and the MoS2/PEI system (Fig 5a) is not a new finding [27, 36]; however, it is necessary to include in the present work to support a systematic understanding of the considering problem The adsorption of this polymer molecule gives rise to the new energy levels in the bandgap region resulting in a decrease of the bandgap of the MX2 The new energy states are attributed to the contribution of N-2p orbital of the PEI fragment The bandgap values of the MX2 before and after the PEI doping are summarized in Table and visualized in Figure We can see that the bandgap is modified by the PEI doping differently for each MX2 The smallest reduction in the bandgap was found for MoTe2 and WTe2, while the largest reduction was found for MoS2 and WS2 upon the PEI adsorption The reduction of the bandgap is in the order: S > Se > Te for each metal element, Mo and W Quantitatively, the bandgap variation, 𝑬𝒈 𝑴𝑿𝟐 − 𝑬𝒈 𝑴𝑿𝟐 𝑷𝑬𝑰 𝑬𝒈 𝑴𝑿𝟐 ∆𝑬𝒈 % = , was 60, 35, and 10.5 % for MoS2, MoSe2, and MoTe2; 48, 23, and 6.7 % for WS2, WSe2, and WTe2, respectively The magnitude of the bandgap reduction due to the adsorption of the PEI is attributed to the change of the attractive potential energy which caused by the electronegativity of the X atoms toward the amine groups of the PEI molecule: based on the Pauling scale, the magnitude of electronegativity decreases in the order S > Se > Te, which is of 2.5, 2.4 and 2.1 eV, respectively [42] Although the bandgap decreases after the PEI doping, the monolayer MX2 still remains the direct bandgap nature 16 Figure The bandgap of the monolayer MX2 before and after the PEI adsorption For further elucidation of the physical insights of the bandgap reduction, we considered the partial DOS that was presented in Figure This figure shows that the density of states near the CBM of the MX2/PEI system is similar to that of the MX2 However, the VBM was formed by the contribution of the N-pz orbital The hybridization of the PEI and MX2 orbitals was found in the region well below the VBM The new energy levels appear in the region of the valence band implying that the monolayer MX2 becomes an n-type semiconductor upon the PEI adsorption 17 Figure The partial electronic density of states of the monolayer MX2/PEI system Besides, the charge transfer between the PEI molecule and the MX2 in the real space was described via the charge density difference (CDD) of the most favorable adsorption configurations 18 by using the formula ∆𝜌GHI JKL = 𝜌GHI JKL − 𝜌GHI − 𝜌JKL , where 𝜌GHI JKL , 𝜌GHI , and 𝜌JKL are the charge density of the optimized MX2/PEI system, the monolayer MX2, and the PEI molecule, respectively The structure of the monolayer MX2, in this case, was obtained from the optimized MX2/PEI system by removing the PEI molecule, while the configuration of the PEI molecule was also created in the same manner Figure The side view of the charge density difference ∆ρ(r) at the isosurface value of 2×10-4 eÅ-3 The green and red denote the depletion and the accumulation of charge, respectively Figure shows that the charge depletion mainly distributes around the PEI molecule, while the accumulation mostly disperses on the surface of the monolayer MX2 The heterogeneous CDD 19 reveals that the PEI molecule interacts with the MX2 system via the charge redistribution Furthermore, we also see that the charge depletion of the N-pz orbital at the Y benchmark point and the other N sites is a major contributor to generate the new states in the bandgap region of the MX2 Also, from the side view of the adsorbed PEI show in Figure 8, it is clear that the redistribution of the charge density is considerably polarized To depict exact the charge redistribution between the PEI molecule and the monolayer, the plane-averaged charge density difference along the vertical direction ∆𝜌 𝑧 was extracted from the CDD and shown in Figure The plane-averaged CDD for all systems with the PEI adsorption exhibits a significant oscillatory character in the interface region Two opposite natures were found around the contact region, which is positive for the MX2 region and negative for the PEI region This result implies the donation nature of the PEI molecule and confirms again the n-type doping character of the PEI molecule, which is in good agreement with the previous reports [26], [27] Figure Plane-averaged charge density difference for the MoS2/PEI system The behavior is similar for the different MX2 To clarify the effects of the PEI adsorption on the optical properties of the monolayer MX2, the imaginary part of the dielectric function 𝜀% for the MX2 materials with and without the PEI 20 molecule were computed and shown in Figure 10 The main peaks for all isolated MX2 lie in the visible range The light absorption and emission occur for the electron transition between the valence and conduction bands There is only one main peak at around 450 nm for MoS2 and WS2; 500 nm for MoSe2 and WSe2 However, two main peaks were found in the dielectric function of MoTe2 and WTe2 those are at around 400 nm and 700 nm The dielectric function shows similar characteristics for the MX2 of the same chalcogen atom For the same metal, the spectrum width is broadening and shifted to the longer wavelength for the chalcogen substitution from S to Se to Te These results are in good agreement with those for the monolayer MX2 found in the previous works [22],[43],[44] After the PEI adsorption, the photoluminescence spectra of the MX2/PEI system are similar to that of the isolated MX2 We found a little modification for the ultraviolet region below 300 nm The doping of the PEI molecule was found to reduce the bandgap; however, it does not significantly influence the optical properties of the MX2 system Therefore, the coating of PEI on MX2 not only protects the materials for unexpected contaminants but also maintains the optical properties making the MX2/PEI become a promising candidate for the photo-electronic and optical applications 21 Figure 10 The imaginary part of dielectric function (ε2) of the monolayer MX2 (red) and the MX2/PEI system (blue) versus the wavelength 22 Conclusion We investigated the electronic and optical properties of the monolayer transition metal dichalcogenides with and without the PEI adsorption by using the density functional theory calculations For each metal element Mo and W, the energy bandgap of the monolayer MX2 decreases for chalcogen atom changing from S to Se to Te The photoluminescence peaks of the MX2 systems lie in the visible light range, where the spectrum shows one main peak for X = S, Se; and two main peaks for X = Te The PEI fragment was found to physically adsorb on the basal surface of the monolayer MX2 The adsorption of the PEI molecule creates the new flat energy levels in the bandgap region of the MX2 leading to a significant reduction of their bandgap The partial density of states and the charge density difference confirmed that the PEI molecule acts as an electron donor with the main factor from the N-𝑝Y orbital Moreover, the PEI fragment tuned the monolayer MX2 into an n-type semiconductor with the reduction of the bandgap decreases in the order S > Se > Te for each transition metal, Mo and W We also showed that the PEI doping does not significantly affect the optical properties of the monolayer MX2 Therefore, the MX2/PEI can be an alternative material for the optical devices Acknowledgements This research was funded by the Ho Chi Minh City Department of Science and Technology under contract number 310/QĐ-KHCNTT (2018) We acknowledge the usage of the computer time and software granted by the Institute of Physical Chemistry of Romanian Academy, Bucharest (HPC infrastructure developed under the projects Capacities 84 Cp/I of 15.09.2007 and INFRANANOCHEM 19/01.03.2009) 23 Conflict of Interest The authors declare that they have no conflict of interest References Q Wang, K Kalantar-Zadeh, K Andras, J Coleman, and M Strano, Nat Nanotechnol 7, 699 (2012) K N Andre Geim and K S Novoselov, Nat Mater 6, 183 (2007) B Radisavljevic, A Radenovic, J Brivio, V Giacometti, and A Kis, Nat Nanotechnol 6, 147 (2011) A Splendiani L Sun, Y Zang, T li, J Kim, Chi-Yung Chim, G Giulia, F Wang, Nano Lett 10, 1271 (2010) A Kumar and P Ahluwalia, Eur Phys J B 85, 18 (2012) F K Perkins, A L Friedman, E Cobas, P M Campbell, G G Jernigan, and B T Jonker, Nano Lett 13, 668 (2013) D Tang D Kvashnin, S Najmaei, Y.Bando, K Kimoto, P Koskinen, P Ajayan, B Yakobson, P Sorokin, J Lou, D Golberg, Nat Commun 5, 3631 (2014) J Coleman, M Lotya, A O'Neill, et al, Science 331, 568 (2011) N Liu, P Kim, J Kim, J Ye, S Kim, and C Lee, ACS Nano 8, 6902 (2014) 10 J Rhyee, J Kwon, P Dak, J Kim, S Kim, J Park, Y Hong, W Song, I Omkaram, M Alam, S Kim, Adv Mater 28, 2316 (2016) 11 H Liu, L Jiao, L Xie, F Yang, J Chen, W Ho, C Gao, J Jia X Cui, M Xie, 2D Mater 2, 34004 (2015) 12 B Amin, T P Kaloni, and U Schwingenschlogl, RSC Adv 4, 34561(2014) 24 13 W Zhou, X Zou, S Najmaei, Z Liu, Y Shi, J Kong, J Lou, P M Ajayan, B I Yakobson, J K Idrobo, Nano Lett 13, 2615 (2013) 14 Q Liu, L Li, Y Li, Z Gao, Z Chen, and J Lu, J Phys Chem C 116, 21556 (2012) 15 K Dolui, I Rungger, C Das Pemmaraju, and S Sanvito, Phys Rev B 88, 75420, (2013) 16 H Liu, K K A Antwi, S Chua, and D Chi, Nanoscale 6, 624 (2014) 17 H Li, Q Zhang, X Duan, X Wu, X Fan, X Zhu, X Zhuang, W Hu, H Zhou, A Pan, X Duan, J Am Chem Soc 137, 5284 (2015) 18 S Mouri, Y Miyauchi, and K Matsuda, Nano Lett 13, 5944 (2013) 19 Y Shi, J K Huang, L Jin, Yu-Te Hsu, S F Yu, L Jong Li, H Y Yang, Sci Rep 3, 1839 (2013) 20 S Andleeb, A Kumar Singh, and J Eom, Sci Technol Adv Mater 16, 35009 (2015) 21 D Kiriya, M Tosun, P Zhao, J S Kang, and A Javey, J Am Chem Soc 136, 7853 (2014) 22 Y Jing, X Tan, Z Zhou, and P Shen, J Mater Chem A 2, 16892 (2014) 23 C J Zhou, W H Yang, Y P Wu, W Lin, and H L Zhu, J Phys D Appl Phys 48, 285303 (2015) 24 T Yasunishi, S Kishimoto, and Y Ohno, Jpn J Appl Phys 53, 2(2014) 25 H Movva et al., M Ramón, C M Corbet, S Sonde, S F Chowdhury, G Carpenter, E Tutuc, S K Banerjee, Appl Phys Lett 101, (2012) 26 Y Du, H Liu, A T Neal, M Si, and P D Ye, IEEE Electron Device Lett 34, 1328 (2013) 27 S Hong, G Yoo, D H Kim, W G Song, O K Le, Y K Hong, K Takahashi, I Omkaram, D N Son, S Kim, Phys status solidi c 14, 1600262 (2017) 28 G Kresse and J Hafner, Phys Rev B 47, 558 (1993) 29 J P Perdew, K Burke, and M Ernzerhof, Phys Rev Lett 77, 3865 (1996) 25 30 Y Li, Y L Li, C M Araujo, W Luo, and R Ahuja, Catal Sci Technol 3, 2214 (2013) 31 G Kresse and D Joubert, Phys Rev B 59, 1758 (1999) 32 J Neugebauer, M Scheffler, Phys Rev B 46, 16067 (1992) 33 L Bengtsson, Phys Rev B 59, 12301 (1999) 34 M Methfessel, A T Paxton, Phys Rev B 40, 3616 (1989) 35 M Gajdo, K Hummer, G Kresse, J Furthmüller, and F Bechstedt, Phys Rev B 73, 45112, (2006) 36 O K Le, V Chihaia, M.-P Pham Ho, D N Son, RSC Adv 10, 4201 (2020) 37 D Yang, S Jiménez Sandoval, W M R Divigalpitiya, J C Irwin, R F Frindt, Phys Rev B 43, 12053 (1991) 38 T Li, Phys Rev B 85, 235407 (2012) 39 K F Mak, C Lee, J Hone, J Shan, and T F Heinz, Phys Rev Lett 105, 136805, (2010) 40 S Tongay, J Zhou, C Ataca, K Lo, S L Tyler, G Jingbo, C W Jeffrey, Junqiao, Nano Lett 12, 5576 (2012) 41 H.-L Liu, C.C Shen, S.H Su, C.L Hsu, M.Y Li, and L Li, Appl Phys Lett 105, 201905 (2014) 42 H Pritchard and H Skinner, Chem Rev 4, 55(1995) 43 A Kumar and P K Ahluwalia, Phys B: Condens Matter 407, 4627(2012) 44 Q Peng, Z Wang, B Sa, B Wu, Z Sun, Sci Rep 6, 31994 (2016) 26