单层钒掺杂二硫化钨：一种室温稀磁半导体
材料科学
2020-05-06 v1
摘要
稀磁半导体通过将自旋极化的过渡金属替代掺杂到半导体系统中实现，能够以实验方式调控自旋动力学，这在新型磁电或磁光器件方面具有巨大潜力，特别是对于二维系统，如过渡金属二硫族化合物，它们能增强相互作用并激活谷自由度。二维磁性的实际应用可能需要室温操作、空气稳定性以及（对于磁性半导体而言）在不发生掺杂剂聚集的情况下实现最佳掺杂水平的能力。在此，我们描述了通过一种可靠的单步薄膜硫化方法，在极宽的钒浓度范围（高达 12 at%，且掺杂剂聚集极少）内制备的半导体性钒掺杂二硫化钨单层中获得的室温铁磁有序。这些单层随着钒的掺入发展出 p 型输运特性，并迅速达到双极性。铁磁性在几个原子百分比的中间钒浓度处达到峰值，并在更高浓度下降低，这与更近的钒-钒间距下轨道杂化导致的淬灭一致，并得到了透射电子显微镜、磁强计和第一性原理计算的支持。室温二维稀磁半导体为扩展范德华异质结构的功能范围提供了一种新组件，并将半导体性磁性二维异质结构带入实际应用领域。
引用
@article{arxiv.2005.01965,
title = {Monolayer Vanadium-doped Tungsten Disulfide: A Room-Temperature Dilute Magnetic Semiconductor},
author = {Fu Zhang and Boyang Zheng and Amritanand Sebastian and Hans Olson and Mingzu Liu and Kazunori Fujisawa and Yen Thi Hai Pham and Valery Ortiz Jimenez and Vijaysankar Kalappattil and Leixin Miao and Tianyi Zhang and Rahul Pendurthi and Yu Lei and Ana Laura Elías and Yuanxi Wang and Nasim Alem and Patrick E. Hopkins and Saptarshi Das and Vincent H. Crespi and Manh-Huong Phan and Mauricio Terrones},
journal= {arXiv preprint arXiv:2005.01965},
year = {2020}
}