通过系统过渡金属掺杂调控单层TiS2的电子和磁性质

原始形式具有磁有序的层状材料非常罕见。已有几种标准方法，如原子吸附、点缺陷引入和边缘工程，用于在二维材料中诱导磁性。本文通过第一性原理计算，研究了在八面体1T和三棱柱1H两种结构中掺杂3d过渡金属原子的单层TiS2的电子和磁性质。原始TiS2是非磁性半导体。费米能级附近的能带主要呈现d轨道特征，由于存在理想的八面体和三棱柱排列，它们与其他p特征能带分离良好。在两种结构中取代3d-TM原子后，出现了多种电子和磁相，包括磁性半导体、磁性半金属、非磁性金属和磁性金属。铬在1T和1H结构中均表现出最大的磁矩。1T结构的磁矩略高，为3.419 μB，而1H结构为3.138 μB，这归因于1T结构的扭曲八面体结构。与原始TiS2不同，杂质存在时相邻S原子饱和度的不足导致d和p态能级接近，从而产生意外的大磁矩。另一个有趣的例子是钴，在1H结构中产生约0.805 μB的磁矩，而Co在1H结构中呈现非磁性状态。这些材料表现出高度的可调性，可针对各种磁性应用进行优化。