Effects of interlayer coupling and electric fields on the electronic structures of graphene and MoS2heterobilayers

材料科学 石墨烯 联轴节(管道) 电场 凝聚态物理 光电子学 工程物理 纳米技术 复合材料 量子力学 物理 工程类
作者
Wei Hu,Tian Wang,Ruiqi Zhang,Jinlong Yang
出处
期刊:Journal of Materials Chemistry C [The Royal Society of Chemistry]
卷期号:4 (9): 1776-1781 被引量:131
标识
DOI:10.1039/c6tc00207b
摘要

Combining the electronic properties of graphene and molybdenum disulphide (MoS$_2$) monolayers in two-dimensional (2D) ultrathin hybrid nanocomposites have been synthesized experimentally to create excellent electronic, electrochemical, photovoltaic, photoresponsive and memory devices. Here, first-principles calculations are performed to investigate the electronic, electrical and optical properties in hybrid G/MoS$_2$ and G/MoS$_2$/G nanocomposites. It turns out that weak van der Waals interactions dominate between graphene and MoS$_2$ with their intrinsic electronic properties preserved. Interestingly, tunable p-type doping of graphene is very easy to achieve by applying electric fields perpendicular to hybrid G/MoS$_2$ and G/MoS$_2$/G nanocomposites, because electrons can easily transfer from the Dirac point of graphene to the conduction band of MoS$_2$ due to the work function of graphene close to the electronic affinity of MoS$_2$. Vertical electric fields can generate strong p-type but weak n-type doping of graphene, inducing electron-hole pairs in hybrid G/MoS$_2$/G sandwiched nanocomposites. Moreover, improved optical properties in hybrid G/MoS$_2$ and G/MoS$_2$/G nanocomposites are also expected with potential photovoltaic and photoresponsive applications.

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