二维掺杂二硒化铂可调导电性与磁性研究

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材料维度在确定该材料特性方面起着至关重要的作用,在石墨烯被大量研究后,科研人员一直致力于发现其它有新奇性质的二维(2D)材料。例如单分子层过渡金属二硫化物(TMDCs)引起了人们极大兴趣,它们具有特殊的性质,在一些领域内有很大的潜力,例如集成电路,透明导电电极,光致发光和谷电子学。大多数已知的原始二维材料展现出非磁性,这方面人们关注的点之一就是TMDCs能不能体现出理想的磁性。最新的研究表明二维TMDCs在受到应力、化学修饰、掺杂过渡金属、加上外部电场时,物理性质会发生奇特的变化。此外,在体系费米能级附近很大的态密度(DOS)将导致体系不稳定性并且引发相变转化为其它的相,例如铁磁、半金属、超导性等等。因此可以预期进行掺杂或者结构拉伸的单层1T-PtSe2的磁学性质会与原始的材料有明显的差异。基于第一性原理计算,我们研究了空穴掺杂和双轴拉伸应变对单层二硒化铂(PtSe2)的电磁性质的影响。由于价带附近很大的态密度,在很小的空穴掺杂下这种非磁性单层半导体转变成铁磁半金属。随着空穴密度增加,每个载流子平均磁矩增加达到特定范围内的最大值,同时在磁矩突然下降之前系统保持半金属状态的载流子密度。我们还预测了单层掺杂的1T-PtSe2在双轴拉伸应变下存在临界值(5%),在这个临界值之后,最佳载流子密度恒定不变,磁矩和载流子逐渐增加。应变的增加使系统的铁磁性逐渐变得稳定。化学掺杂的二硒化铂(PtSe2)单层展现出一些新奇的电子和磁性特性,这些特性源自掺杂原子与局部近邻原子的杂化。由于掺杂位点的独立性,人们所期望的电磁性质已经在B-、P-、Li-和Ca-掺杂体系中观测到了。在结构弛豫,自旋晶格耦合和晶体场分裂等相互作用下,掺杂原子的磁性质非常复杂。更重要的是,在B掺杂和N掺杂情况下获得的铁磁半金属特征有广泛的应用前景,因为大的半金属能带隙非常有用。在Pt位掺杂B-、F-、N-、P-和Li-所展现的长程铁磁行为意味着体系有非常高的磁相变温度。由于不寻常的自旋劈裂效应,我们预测PtSe2单层的半氮化作用可以实现强烈的反铁磁半金属性,这种表面功能化可以引起每晶胞4μB的高磁矩。值得注意的是,该材料奈尔温度估计高达724K,同时具有0.4eV的半金属带隙,这表明即使在高温下也可以实现这种稳定的反铁磁半金属性。除此之外,形成能的计算和动力学分析证实了这些实验的可行性,这个工作为设计二维纳米材料的磁学特性提供了可行的途径。
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