摘要
近些年来，二维过渡金属双卤化合物WX2由于其独特的电学和光学性能，引起了众多科学家的广泛关注。当WX2从多层转变成单层时，其能带结构也发生了变化，由间接带隙转变成直接带隙，这种转变大大提高了光子发射效率，还展现出了非常高的电荷迁移率，这些特性使WX2材料成为电子和光电领域的理想选择。这些奇特的电学和光学特性推动了光电器件在信息传递、计算机和健康监测等领域的应用。单层WX2具有优良的物理学性能，可以通过简单的应变改变材料的结构和性质。应变主要有线应变和角应变两种形式，本文主要采用了线应变的方式。而热传输性质对于二维材料在电子器件中的有效实施，具有重要作用。因为器件发展的一个重要问题是处理二维材料的散热问题。 在本研究中，我们运用第一性原理，它是在密度泛函理论（DFT）基础上的计算方法，主要研究了单层WS2、WSe2和WTe2的结构、电子性质。研究了三种单层结构在双轴拉伸和压缩应变作用下的稳定性，以及在发生应变时拉曼光谱的变化和拉曼峰的移动。并且我们还研究了WX2的晶格振动模式和晶体的热传输性质，以及能够影响热导率的因素。具体研究结果如下： （1）本文首先建立了单层WX2结构，计算了三种单层结构的能带，均为直接带隙半导体。在产生应变时，不仅带隙会变，带隙性质也会在直接带隙与间接带隙之间变化。在自旋轨道耦合的影响之后，WX2的能带都发生劈裂。随着应变程度的增大，键长和键角也会随之改变，并且二者有着相反的变化趋势。 （2）我们还研究了WX2在不同程度应变下的声子色散关系，我们发现在拉伸应变（1%-10%）时，三种结构都表现出良好的热力学稳定性，而压缩应变为2%时，WS2和WSe2的一个声学支格波在Γ点附近出现虚频，说明结构开始变得不稳定。并且随着拉伸应变和压缩应变拉曼峰会发生相应的蓝移和红移。 （3）声子色散是计算声子热学性质的关键。我们三种单层结构的声子谱相似，从WS2、WSe2到WTe2的所有声子模的频率呈下降的趋势。并且研究了WS2的几种晶格振动模式。而且声子色散曲线的斜率则表示声子群速度，通过研究发现三种物质的声子群速度的大小关系为WS2gt;WSe2gt;WTe2。 （4）能够影响热导率的除了声子群速度之外，还有一个关键因素是声子弛豫时间，我们同时也研究了三种物质的弛豫时间之间的关系。并且通过计算我们发现三种材料中单层WTe2具有最低的热导率，在温度为300K时，热导率为40.63Wm-1K-1。而单层WS2则具有最高的热导率，同样在温度为300K时，热导率为195.33Wm-1K-1。三种物质的热导率之间的大小关系刚好与群速度的大小关系吻合。
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