MX2 单层中单受主与双受主掺杂剂结构和电子性质的 DFT 研究
材料科学
2024-01-03 v1 介观与纳米尺度物理
摘要
利用密度泛函理论计算，系统研究了 M = Cr, Mo, W 且 X = S, Se, Te 的 MX 过渡金属二硫族化合物单层在稀极限下于 M 位点掺杂单受主（V, Nb, Ta）和双受主（Ti, Zr, Hf）且具有局域 对称性时的结构和电子性质。发现了源于谷间散射的三个杂质能级，它们位于价带顶（VBM）之上：一个轨道二重简并的 能级束缚于 VBM，以及一个单重简并的 能级束缚于 点 VBM。用 Se 或 Te 替换 S 会显著降低相对于 VBM 的 点 VBM，从而使 能级随之下降。因此，通过用 Se 或 Te 替换 S，可以调节决定 型掺杂 MX 单层中杂质不同结构和电子性质的杂质能级相对位置。单受主在所有 MX 单层中引入 1 的磁矩。发现了高达 10 meV/掺杂原子的面外磁各向异性能，从而满足了二维长程铁磁有序的基本条件。对于 MS 单层中的双受主，两个空穴占据具有高自旋相反的 能级，因此没有磁矩；而在 MSe 和 MTe 单层中，空穴占据 能级，Jahn-Teller (JT) 畸变在与交换分裂的竞争中胜出，导致磁矩猝灭。即使不允许 JT 畸变，磁性双受主也具有较大的面内磁各向异性能，这与二维长程磁有序不相容。....
引用
@article{arxiv.2401.01251,
title = {A DFT study of the structural and electronic properties of single and double acceptor dopants in MX2 monolayers},
author = {Yuqiang Gao and Paul J. Kelly},
journal= {arXiv preprint arXiv:2401.01251},
year = {2024}
}
备注
27 pages, 15 figures