二维狄拉克异质结中界面效应的第一性原理研究

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项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    11804301
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    27.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    A2004.凝聚态物质电子结构
  • 结题年份:
    2021
  • 批准年份:
    2018
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2019-01-01 至2021-12-31

项目摘要

Two dimensional (2D) Van der Waals heterojunction materials, consisting of graphene and transition metal dichalcogenides(MX2),due to the rich and unique interlayer electronic properties, have a broad application prospect in the field of photoelectric and quantum spin devices. Graphene is a semimetal material with Dirac cone. Meanwhile, the newest 1T'- MX2 material is also a Dirac cone topological phase with intrinsic lattice anisotropy. The 2D graphene/1T^'-MX2 Dirac heterojunctions stacked with graphene and 1T^'-MX2 present many novel quantum phenomena associated with the existence of the hetero-interface effect. At present, there are few researches focused on the graphene/MX2 heterojunctions, either experimentally or theoretically. In this project, we explore the interface effect in graphene/1T^'-MX2 Dirac heterojunctions by means of the first principle calculation. Detailed research contents include: (1) analyzing the band structure engineering of graphene/1T^'-MX2 heterojunctions under the control of heterogeneous interaction. (2) studying the behaviors of interfacial electronic states under the external field impacts on in graphene/1T^'-MX2 heterojunctions. (3) revealing the interface interaction regulation and inner mechanism of proximity effect with different stacking angles in graphene/1T^'-MX2 heterojunctions. The smooth implementation of this project will provide an important theoretical value for understanding the behaviors of interface electrons, and open up new ideas and directions for designing novel functional switchable materials.
石墨烯和过渡金属硫化物(MX2)构成的二维范德华异质结因特殊的电子结构,在光电子与量子自旋器件领域有着广阔的应用前景。石墨烯是带有狄拉克锥的半金属材料,而最新发现的1T^'相的MX2也是带有狄拉克锥,且具有本征晶格各项异性的拓扑绝缘体。二者堆垛构成的石墨烯/1T^'-MX2狄拉克异质结,由于界面效应将引发许多新奇的量子现象,目前相关实验及理论研究也尚处于探索阶段。为此,本项目通过第一性原理计算,开展二维石墨烯/1T^'-MX2狄拉克异质结界面效应的调控及机理研究,具体包括:(1)分析异质结层间相互作用对石墨烯/1T^'-MX2异质结界面能带的影响;(2)探究应变和电场调控下石墨烯/1T^'-MX2异质结的界面耦合行为;(3)揭示不同堆垛角与异质结界面邻近效应的内在关系及微观机制。本项目的开展将为二维异质结的界面电子态行为提供重要理论依据,为设计新型功能化的开关材料提供新的思路和方向。

结项摘要

以石墨烯和过渡金属硫化物(TMDs)为代表的二维(2D)层状材料因其独特的能带结构,对它们的光学、电学和磁学性能方面的探究能极大地推动超高速纳米光电子和高性能新型量子自旋器件方面的发展。本项目基于石墨烯与1T^'-MX2独特的狄拉克锥能带,对具有本征晶格各向异性的石墨烯/1T^'-MX2范德华异质结材料,通过第一性原理计算结合自旋模型,系统地研究了不同1T^'-MX2 基底对石墨烯狄拉克锥界面能带的影响,探讨了各向异性对称性破缺,应变场对异质结界面电子态的调制规律和内在机制。研究表明:通过对石墨烯/1T^'-MX2异质结界面能带的分析,发现基底材料1T^'- MX2的本征晶格各向异性对石墨烯带隙的打开起着关键作用;由于MX2组成元素的不同,石墨烯和1T^'-MX2的层间距不同,导致层间电荷转移量,而电荷交换直接关系着石墨烯带隙打开程度以及费米能级位置。另一方面,发现大角度的堆积角(>27°)对石墨烯/1T^'- MX2异质结(72个原子)的能带劈裂和界面电子态行为作用不明显。实验结果表明只有界面堆积角(接近5°)在某一个临界值附近,由于强的层间耦合,费米能级附件的扁平带在半填充时表现出绝缘状态,产生新的Mott绝缘体态,理论计算模拟较难实现。. 另外,将石墨烯、过渡金属硫族化合物体系拓展到二维铁磁及其异质结材料上,发现H和碱金属离子通过表面吸附和体系表面Ge空位对二维Cr2Ge2Te6铁磁材料的半导体性和金属性起到调控作用,并对其磁各向异性能有较明显的提高;在MnBi2Te4/CrI3异质结中通过应变可诱导出界面处的拓扑相变,并可进一步提升其居里温度和磁各向异性能。为铁磁异质结材料界面拓扑、磁各向异性能和高居里温度的提升进行了深入系统的探究,并初步对其界面和磁斯格明子行为的机理进行了阐述。. 通过本项目的相关研究对二维层间异质结构的界面电子态行为提供重要的理论依据,且有助于遴选出具有快速开关功能,高载流子迁移率的范德华异质结材料,为石墨烯基异质结和二维铁磁体新奇界面行为提供了理论支撑,为光电子、量子自旋器件的实际应用奠定研究基础。

项目成果

期刊论文数量(28)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Bi-metallic nitroxide nanodot-decorated tri-metallic sulphide nanosheets by on-electrode plasma-hydrothermal sprouting for overall water splitting
双金属硝基氧纳米点装饰的三金属硫化物纳米片通过电极上等离子体水热萌发实现整体水分解
  • DOI:
    10.1016/j.apcatb.2019.118254
  • 发表时间:
    2020-02
  • 期刊:
    Applied Catalysis B: Environmental
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Qing Zhang;Wei Chen;Guangliang Chen;Jun Huang;Changsheng Song;Sijun Chu;Rui Zhang;Guoxu Wang;Chaorong Li;Kostya Ken Ostrikov
  • 通讯作者:
    Kostya Ken Ostrikov
Photocatalytic hydrogen production enhancement of Z-Scheme CdS quantum dots/Ni2P/Black Ti3+-TiO2 nanotubes with dual-functional Ni2P nanosheets
具有双功能 Ni2P 纳米片的 Z 型 CdS 量子点/Ni2P/Black Ti3 -TiO2 纳米管的光催化产氢增强
  • DOI:
    10.1016/j.ijhydene.2020.09.084
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    International Journal of Hydrogen Energy
  • 影响因子:
    7.2
  • 作者:
    Pan Jiaqi;Ou Wei;Li Shi;Chen Yipu;Li Hongli;Liu Yanyan;Wang Jingjing;Song Changsheng;Zheng Yingying;Li Chaorong
  • 通讯作者:
    Li Chaorong
The flexible-transparent p-n junction film device of N-doped Cu2O/SnO2 orderly nanowire arrays towards highly photovoltaic conversion and stability
N掺杂Cu2O/SnO2有序纳米线阵列柔性透明p-n结薄膜器件实现高光伏转换和稳定性
  • DOI:
    10.1016/j.cej.2019.122813
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    Chemical Engineering Journal
  • 影响因子:
    15.1
  • 作者:
    Pan Jiaqi;Li Shi;Liu Yanyan;Ou Wei;Li Hongli;Zhao Weijie;Wang Jingjing;Song Changsheng;Zheng Yingying;Li Chaorong
  • 通讯作者:
    Li Chaorong
Tunable band gap and transition between antiferromagnetism and ferromagnetism by surface adsorption in single-layer FePS3
单层 FePS3 表面吸附可调节带隙以及反铁磁性和铁磁性之间的转变
  • DOI:
    10.1007/s10854-021-07386-0
  • 发表时间:
    2021-11
  • 期刊:
    Journal of Materials Science: Materials in Electronics
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Wu Xiaoping;Shen Zhong;Xiao Wen;Yang Jiaquan;Song Changsheng
  • 通讯作者:
    Song Changsheng
Tunable band gap and enhanced ferromagnetism by surface adsorption in monolayer Cr2Ge2Te6
单层 Cr2Ge2Te6 表面吸附可调节带隙和增强铁磁性
  • DOI:
    10.1103/physrevb.99.214435
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    PHYSICAL REVIEW B
  • 影响因子:
    3.7
  • 作者:
    Song Changsheng;Xiao Wen;Li Lei;Lu Yi;Jiang Peiheng;Li Chaorong;Chen Aixi;Zhong Zhicheng
  • 通讯作者:
    Zhong Zhicheng

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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