Atomic-Scale Origins and Shielding-Corrected Dipole Predictions of Surface Electrostatic Potential Difference in Metal–TMDC Contacts

电磁屏蔽 电位差 偶极子 原子单位 屏蔽效应 材料科学 金属 比例(比率) 纳米技术 化学物理 凝聚态物理 化学 物理 复合材料 冶金 物理化学 量子力学 电极
作者
Xiao Tang,Yahui Zheng,Haidi Wang,Weiduo Zhu,Zhao Chen,Qiong Tang,Hongyan Lv,Xiaofeng Liu,Wei Hu,Zhongjun Li,Jinlong Yang
出处
期刊:Journal of Physical Chemistry Letters [American Chemical Society]
卷期号:16 (22): 5458-5465
标识
DOI:10.1021/acs.jpclett.5c00927
摘要

The atomic-scale origins and quantitative description of the surface electrostatic potential difference (ΔV) in metal–semiconductor contacts remain elusive, limiting rational interface barrier design. Through first-principles calculations on Au/Ag/Pt/Pd-transition-metal dichalcogenide (TMDC) contacts, we establish a robust linear correlation between ΔV and shielding-corrected dipole terms parametrized by atomic number (Z), valence electron count, and atomic radii. Three critical insights are identified. First, the dipole terms from metal–TMDC and TMDC–TMDC interfaces as well as TMDC layers dominate linearity with a contribution of about 90%–92%. Second, the interfaces and TMDC layers in closer proximity to the metal layer show reduced contributions due to suppression by the metallic free-electron region. Third, incorporating high-Z atomic shielding corrections collectively enhances linearity by 8%–10%, with a maximal correction from metal–TMDC interfaces. Using this correlation, interface barriers are predicted, matching those from band structures. This work clarifies the atomic origins of ΔV and establishes a predictive framework for designing metal–TMDC contact barriers.
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