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.

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 Second-harmonic generation enhancement in monolayer transition-metal dichalcogenides by using an epsilon-near-zero substrate

2021 ◽  
Vol 3 (1) ◽  
pp. 272-278
Author(s):  
Pilar G. Vianna ◽  
Aline dos S. Almeida ◽  
Rodrigo M. Gerosa ◽  
Dario A. Bahamon ◽  
Christiano J. S. de Matos
Keyword(s):  
Dielectric Constant ◽  
Transition Metal ◽  
Harmonic Generation ◽  
Nonlinear Effect ◽  
Second Harmonic ◽  
2D Materials ◽  
Transition Metal Dichalcogenides ◽  
Transition Metal Dichalcogenide ◽  
Metal Dichalcogenides ◽  
Epsilon Near Zero

The scheme illustrates a monolayer transition-metal dichalcogenide on an epsilon-near-zero substrate. The substrate near-zero dielectric constant is used as the enhancement mechanism to maximize the SHG nonlinear effect on monolayer 2D materials.

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 Strain-induced effects on the electronic properties of 2D materials

2020 ◽  
Vol 10 ◽  
pp. 184798042090256 ◽  
Author(s):  
Sara Postorino ◽  
Davide Grassano ◽  
Marco D’Alessandro ◽  
Andrea Pianetti ◽  
Olivia Pulci ◽  
...  
Keyword(s):  
Electronic Properties ◽  
Density Functional ◽  
2D Materials ◽  
Transition Metal Dichalcogenides ◽  
Many Body ◽  
Functional Theory ◽  
Metal Dichalcogenides ◽  
Extreme Sensitivity ◽  
Nonuniform Strain

Thanks to the ultrahigh flexibility of 2D materials and to their extreme sensitivity to applied strain, there is currently a strong interest in studying and understanding how their electronic properties can be modulated by applying a uniform or nonuniform strain. In this work, using density functional theory (DFT) calculations, we discuss how uniform biaxial strain affects the electronic properties, such as ionization potential, electron affinity, electronic gap, and work function, of different classes of 2D materials from X-enes to nitrides and transition metal dichalcogenides. The analysis of the states in terms of atomic orbitals allows to explain the observed trends and to highlight similarities and differences among the various materials. Moreover, the role of many-body effects on the predicted electronic properties is discussed in one of the studied systems. We show that the trends with strain, calculated at the GW level of approximation, are qualitatively similar to the DFT ones solely when there is no change in the character of the valence and conduction states near the gap.

Recent advances in the field of transition metal dichalcogenides for biomedical applications

Nanoscale ◽  
2018 ◽  
Vol 10 (35) ◽  
pp. 16365-16397 ◽  
Author(s):  
Vipul Agarwal ◽  
Kaushik Chatterjee
Keyword(s):  
Transition Metal ◽  
Biomedical Applications ◽  
2D Materials ◽  
Transition Metal Dichalcogenides ◽  
Solid Lubrication ◽  
Transition Metal Dichalcogenide ◽  
Unique Combination ◽  
Energy Materials ◽  
Wide Range ◽  
Metal Dichalcogenides

Nanosheets of transition metal dichalcogenide (TMDs), the graphene-like two-dimensional (2D) materials, exhibit a unique combination of properties and have attracted enormous research interest for a wide range of applications including catalysis, functional electronics, solid lubrication, photovoltaics, energy materials and most recently in biomedical applications.

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