电场诱导的二维铁磁Janus VSSe 双层材料的半金属性
材料科学
2025-08-29 v1
摘要
具有内在铁磁性的二维(2D)半金属在自旋电子器件领域具有巨大的潜力。本研究旨在通过考察Janus VSSe 双层材料（一种铁磁半导体）来拓展已知的此类2D铁磁(FM)半金属空间。我们采用DFT+方法结合PBE泛函，对其结构、电子和磁性进行了考察。采用初步分子动力学模拟检验了在最高400 K的有限温度下的材料稳定性。还考察了该系统的弹性常数，我们发现VSSe 双层材料的磁化易平面类似于其单层对应物。在DFT+水平，所考察的VSSe 双层材料趋向于半金属性，占优势自旋载流子小型能隙为0.11 eV，劣势自旋载流子为0.66 eV。为实现从半导体向半金属的转化，对双层材料施加垂直于平面的外部电场。由于双层材料缺乏水平镜像对称性，允许电场在“向上”和“向下”方向上进行双向带隙调谐，两种方向上的场强取值不同。两种自旋通道的带隙随向上电场增大而增大，而随向下电场增大而减小，当场强为0.16 V/Å时，占优势载流子带隙闭合，使材料成为自旋无带隙半导体。进一步增加电场使材料在0.18 V/Å时实现半金属性。鉴于这些外部电场值在实验中可实现，表明FM Janus VSSe 双层材料是自旋电子器件的有前景的候选材料。
引用
@article{arxiv.2508.20679,
title = {Electric-field induced half-metallicity in a two-dimensional ferromagnetic Janus VSSe bilayer},
author = {Khushboo Dange and Shivprasad S. Shastri and Alok Shukla},
journal= {arXiv preprint arXiv:2508.20679},
year = {2025}
}
备注
41 pages, 13 figures in the Manuscript and 8 figures in the Supplemental Material