具有五角结构单层反铁磁半导体 CoS2
材料科学
2018-12-05 v1
摘要
构效关系一直是发现新材料的重要指导原则。本文中我们探索这些关系以发现新型二维（2D）材料，目标是识别用于自旋电子学应用的二维磁性半导体。特别地，我们报道了采用密度泛函理论 + 方法对具有五角结构（形成所谓 Cairo 镶嵌）的单层反铁磁（AFM）半导体 CoS 的研究。我们发现该单层磁体呈现 1.06 eV 的间接带隙，电子和空穴有效质量分别轻至 0.03 和 0.10 ，这可能带来高载流子迁移率。杂化密度泛函理论计算将带隙修正为 2.24 eV。我们还计算了磁晶各向异性能量（MAE），表明 AFM 序的易轴面外，且每个 Co 离子具有 153 eV 的可观 MAE。我们进一步在不同自旋螺旋矢量下计算了磁子频率，并基于此采用平均场和随机相位近似分别估算出 Nel 温度为 20.4 和 13.3 K。随后我们施加双轴应变以调控单层五角 CoS 的带隙。我们发现铁磁与 AFM 结构间的能量差强烈依赖于双轴应变，但基态仍保持 AFM 序。尽管低临界温度阻碍了单层五角 CoS 在室温下的磁学应用，其优异的电学性质可能使这一新型单层半导体在光电子纳米器件中找到应用。
引用
@article{arxiv.1809.05055,
title = {Single-layer antiferromagnetic semiconductor CoS2 with the pentagonal structure},
author = {Lei Liu and Immanuella Kankam and Houlong L. Zhuang},
journal= {arXiv preprint arXiv:1809.05055},
year = {2018}
}