scholarly journals Direct probing of phonon mode specific electron–phonon scatterings in two-dimensional semiconductor transition metal dichalcogenides

2021 ◽  
Vol 12 (1) ◽  
Author(s):  
Duk Hyun Lee ◽  
Sang-Jun Choi ◽  
Hakseong Kim ◽  
Yong-Sung Kim ◽  
Suyong Jung
Keyword(s):  
Transition Metal ◽  
Quantum Interference ◽  
Density Functional ◽  
Phonon Mode ◽  
Electron Tunneling ◽  
Transition Metal Dichalcogenides ◽  
Inelastic Electron ◽  
Phonon Modes ◽  
Bilayer Films ◽  
Metal Dichalcogenides

AbstractElectron–phonon scatterings in solid-state systems are pivotal processes in determining many key physical quantities such as charge carrier mobilities and thermal conductivities. Here, we report direct probing of phonon mode specific electron–phonon scatterings in layered semiconducting transition metal dichalcogenides WSe2, MoSe2, WS2, and MoS2 through inelastic electron tunneling spectroscopy measurements, quantum transport simulations, and density functional calculation. We experimentally and theoretically characterize momentum-conserving single- and two-phonon electron–phonon scatterings involving up to as many as eight individual phonon modes in mono- and bilayer films, among which transverse, longitudinal acoustic and optical, and flexural optical phonons play significant roles in quantum charge flows. Moreover, the layer-number sensitive higher-order inelastic electron–phonon scatterings, which are confirmed to be generic in all four semiconducting layers, can be attributed to differing electronic structures, symmetry, and quantum interference effects during the scattering processes in the ultrathin semiconducting films.

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,...

scholarly journals Insights into Hydrogen Evolution Reaction on 2D Transition Metal Dichalcogenides

2021 ◽  
Author(s):  
Zhenbin Wang ◽  
Michael Tang ◽  
Ang Cao ◽  
Karen Chan ◽  
Jens Kehlet Nørskov
Keyword(s):  
Transition Metal ◽  
Hydrogen Evolution ◽  
Hydrogen Evolution Reaction ◽  
Adsorption Energy ◽  
Density Functional ◽  
Hydrogen Adsorption ◽  
Activation Barrier ◽  
Transition Metal Dichalcogenides ◽  
Adsorbed Hydrogen ◽  
Metal Dichalcogenides

<p>Understanding the hydrogen evolution reaction (HER) behaviors over 2D transition metal dichalcogenides (2D-TMDs) is critical for the development of non-precious HER electrocatalysts with better activity. In this work, by combining density functional theory calculations with microkinetic modelling, we thoroughly investigated the HER mechanism on 2D-TMDs. We find there is an important dependence of simulated cell size on the calculated hydrogen adsorption energy and the activation barrier for MoS<sub>2</sub>. Distinct from previous “H migration” mechanisms proposed for the Heyrovsky reaction − the rate-determining step for MoS<sub>2</sub>, we propose the Mo site only serves as the stabilized transition state rather than H adsorption. In comparison to transition metal electrocatalysts, we find that the activation barrier of the Heyrovsky reaction on 2D-TMDs scales with the hydrogen adsorption energy exactly as for transition metals except that all activation energies are displaced upwards by <i>ca.</i> 0.4 eV. This higher Heyrovsky activation barrier is responsible for the substantially lower activity of 2D-TMDs. We further show that this higher activation barrier stems from the more positively charged adsorbed hydrogen on the chalcogenides interacting repulsively with the incoming proton. Based on these insights, we discuss potential strategies for the design of non-precious HER catalysts with activity comparable to Pt.</p>

scholarly journals Role of Defects on Electronic Properties in Various Mono Layer Transition Metal Dichalcogenides

2021 ◽  
Author(s):  
Ravinder Pawar
Keyword(s):  
Transition Metal ◽  
Band Gap ◽  
Density Functional ◽  
Transition Metal Dichalcogenides ◽  
Impurity Band ◽  
Vital Role ◽  
Layer Transition ◽  
Vacancy Defects ◽  
Metal Dichalcogenides ◽  
Indirect Band Gap

The chalcogen vacancy defects in various transition metal dichalcogenides (TMDCs) have been studied using density functional theory (DFT) calculation. Results reveal that (i) the dissociation energy value depends on both nature of chalcogen and transition metal, (ii) the work function depends marginally on the single or double vacancies, (iii) the defect transforms direct band gap to indirect band gap materials (i.e. the pristine materials show KVKC transition whereas defective materials show ΓVKC) and (iii) the d-orbital of the transition metal plays a vital role in the formation of impurity band.

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.

scholarly journals Vibrational contributions to intrinsic friction in charged transition metal dichalcogenides

Nanoscale ◽  
2017 ◽  
Vol 9 (32) ◽  
pp. 11488-11497 ◽  
Author(s):  
Antonio Cammarata ◽  
Tomas Polcar
Keyword(s):  
Transition Metal ◽  
Transition Metal Dichalcogenides ◽  
Low Frequency ◽  
Phonon Modes ◽  
Charge Neutrality ◽  
Metal Dichalcogenides

Electron redistribution upon charge neutrality perturbation is regulated by the d3r2−z2 orbital, controlling the low frequency phonon modes influencing intrinsic friction.

Sign in / Sign up

Export Citation Format

Share Document