近年来，过渡金属氧化物具有许多奇异的物理和化学性质引起人们广泛关注，其中单层二硫化钼（MoS2）表面没有悬挂键，只有0.65 nm的厚度，具有1.80 eV的直接带隙［1-3］，与硅材料有良好的兼容性［4］，是优良的二维半导体材料，在光电子器件方面将有很好的应用前景，但是在真正走向应用之前还有许多科学问题需要解决.在光电特性研究方面，人们通过对单层MoS2中掺杂元素的筛选和掺杂浓度控制实现对其光电特性的调控.张耀予［5］等人用第一性原理研究了O、Se和Te掺杂对单层MoS2光学性质的影响；雷天民［6］等人研究了La、Ce和Nd对单层MoS2电子结构影响；范梦慧［7］等人研究表明Tc-P共掺杂使单层MoS2光跃迁强度减小.吴晨［8］等人用实验方法证明Ag掺杂MoS2薄膜降低了光反射率，光吸收增强提高了光电转换效率；目前，采用第一性原理方法研究Ag掺杂MoS2的相关研究尚未见报道.因此，本文采用第一性原理方法研究分析了Ag掺杂对单层MoS2电子结构和光学性质的影响，研究结果有助于单层MoS2在光电器件方面的应用.

1 理论模型和方法

1.1 理论模型

块体MoS2具有典型的层状结构，每层MoS2由上下两层S原子层和中间Mo原子层构成，类似于三明治结构，每层厚为0.65 nm，层内原子以共价键结合，层间由范德瓦尔兹力结合［9-10］.在MoS2单胞基础上，沿a和b两个基矢方向分别扩展5个单位，Mo和S原子数分别增加到25和50，构成了MoS2（5×5×1）超晶胞模型，然后用一个Ag原子替换单层MoS2中一个Mo原子来实现替位式掺杂，模型对应的掺杂浓度为1.4%，所建超胞模型的侧视图及俯视图如图1（a）、（b）所示.

根据调查发现，第一次过街行为中行人的平均速度高于第二次过街的平均速度，这一现象与行人博弈过程的心理特性及路段中的安全岛等安全设施有联系。博弈模型表明，行人的抢行行为会提高行人的过街速度，但是同时也会降低效益，降低安全性。因此，行人在进行两次穿越期间需要合理控制过街速度。

1.2 计算方法

本文所有计算在CASTEP（MS 8.0）软件包中完成，用广义梯度近似（GGA）的PBE的方法处理电子-电子相互作用的交换和相关势［11］，选取Mo、S、Ag价电子组态分别为：Mo 4s24p64d55s1；S 3s23p4；Ag 4d105s1. 平面波的截断能为300 eV，迭代过程中的收敛精度为2×10-5eV，用BFGS方法优化晶体几何结构，作用在每个原子上的力不大于5 eV/nm，内应力不大于0.1 GPa，在单层MoS2两侧设置了1.5 nm的真空层减少层相互作用.

  

图1 模型图Fig.1 Model view

2 结果与讨论

2.1 能带结构与电子态密度

图2为本征和Ag掺杂单层MoS2的能带结构图，图2（a）显示本征单层MoS2的导带底和价带顶都位于高对称M点，属直接带隙半导体材料，其禁带宽度为1.63 eV，低于实验值1.74 eV［12］，这是由于广义梯度近似下的密度泛函理论计算方法会低估能隙的大小［13-14］. 图2（b）为Ag掺杂单层MoS2的能带结构，从图中可以看出能级曲线明显增多变密，价带顶处的能级曲线变得平缓，说明Ag掺杂后使电子有效质量增加.导带处的能级曲线明显下移，在费米能级附近有两条价带曲线越过费米能级，一条导带曲线离费米能级很近，此时在导带会有少量电子存在，材料会表现出半金属特性.

  

图2 能带结构Fig.2 Band structure

  

图3 态密度Fig.3 State density

图4（a）为介电函数实部.当频率为零时，本征单层MoS2的静态介电常数为4.8，Ag掺杂后使静态介电常数为7.6.本证态有一个负值区域在（4.62～8.45 eV），Ag掺杂后对应的负值区域为（3.50～7.82 eV），在这两个负值区域内材料会呈现出金属性质.图4（b）是计算得到的介电函数虚部，在本征态中，随着光子能量增加，介电函数虚部迅速增高，在3.04 eV处达到极大值，峰值由S 3p态和Mo 4d态之间的光学跃迁导致，Ag掺杂后对应介电函数虚部峰值明显减小，并向低能方向发生偏移.

2.2 光学性质

半导体光学性质中，微观电子结构与宏观光学常数紧密相连.半导体电子结构直观反映了电子在能级间的跃迁，通过电子在能级间的跃迁分析其光学性质［15］.用复介电函数ε（ω）=ε1（ω）+iε2（ω）来描述线性响应范围内的光学性质［16］，其中：

 

其中：e为自然常数，下标C、V分别表示导带和价带，m为电子质量，ћ=h/2π为约化普朗克常数，ω为角频率，BZ为第一布里渊区，K为电子波矢分别为导带和价带的本征能级，α单位方向矢量，ε0为真空中的介电常数，MV,C为跃迁矩阵元.

采用SPSS 18.0进行统计分析，负性情绪、生活质量及疾病不确定感得分均采用均数±标准差表示，组间比较采用t检验，以P<0.05为差异有统计学意义。

 

式中：k为消光系数；n为折射率.复介电函数实部和虚部可以根据Krames-Kronig色散关系和电子跃迁规律推导出［17］，相关计算的主要公式［18-19］：

图3分别给出了本征和Ag掺杂的单层MoS2的总体态密度和分波态密度.从图3（a）中可知本征单层MoS2的价带由两部分组成，上价带（-7～0 eV）和下价带（-15～-7 eV），上价带由S 3p态电子和Mo 4d态电子共同构成，下价带主要由S 3s态电子构成.Ag掺杂单层MoS2的态密度如图3（b）所示，与本征单层MoS2态密度相比，Ag掺杂后最明显的变化是在0 eV处出现了态密度，这与图2（b）中在费米能级处出现能级曲线相对应，分析认为产生这一现象的主要原因是S 3p，Mo 4d，Ag 4d发生轨道杂化，杂化能级引起了0 eV处的态密度.

国家药品审评中心于2003年提出了 “仿产品不是仿标准”的指导思想[8]。本研究结果亦表明，质量标准对于不同来源产品的区分力是很弱的，难以揭示产品的内涵。出于产品放行和生命周期的考虑，质量标准的限度往往比较宽松，一个符合质量标准的产品是否一定是安全、有效的，还有待商榷。因此，一致性评价绝不能仅从质量标准一致着手。

  

图4 介电函数Fig.4 Dielectric functions

为了进一步分析Ag掺杂对单层MoS2的光学性质的影响，图5给出了Ag掺杂单层MoS2前后的吸收谱、反射谱和损失函数.在图5（a）中，本证单层MoS2的吸收边在1.06 eV，对应光的波长为117 nm，当光子能量增大时，吸收率迅速增加，在6.49 eV处形成一个吸收峰，Ag掺杂后吸收边向低能方向扩展，吸收峰降低并向低能方向偏移.由图5（b）可知，在8.81 eV处，本证单层MoS2的反射率达到了45%，Ag掺杂后反射峰值偏移至7.88 eV处，反射率降为37%.损失函数［20］描述电子通过均匀的点介质时电子能量损失的情况，由图5（c）可知，本征单层MoS2在8.96 eV处能量损失达到最大为10.01，Ag掺杂时，在7.21 eV处能量损失最大为6.02.

3 结论

采用第一性原理的赝势平面波方法，对比研究了本征单层MoS2和Ag掺杂的单层MoS2的电子结构和光学性质.系统分析了体系的能带结构和态密度，在此基础上，研究了其光学性质中的复介电函数、吸收谱、反射谱和能量损失.计算结果显示Ag掺杂改变了单层MoS2的半导体性质，表现为半金属性质，对其光学性质产生显著影响.

  

图5 光学性质Fig.5 Optical properties

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