GaAs 支撑石墨烯上的单分子磁体 Mn$_{12}$：基于第一性原理的栅极场效应

我们通过第一性原理计算研究了栅极场对 Mn$_{12}$O$_{12}$(COOH)$_{16}$(H$_2$O)$_4$ | 石墨烯 | GaAs 异质结的效应。我们发现，在中等掺杂水平下，电子可添加到单分子磁体 Mn$_{12}$O$_{12}$(COOH)$_{16}$(H$_2$O)$_4$（Mn$_{12}$）中，但无法从中取出。Mn$_{12}$ 的磁各向异性能（MAE）随电子掺杂水平增加而减小，这是由于电子从石墨烯转移到 Mn$_{12}$ 以及 Mn$_{12}$ 与石墨烯之间能带对齐的改变。在电子掺杂水平为 $-5.00 \times 10^{13}\, \textrm{cm}^{-2}$ 时，MAE 相比零掺杂降低约 18%。石墨烯与 GaAs 之间的能带对齐对电子掺杂比空穴掺杂更敏感，因为 GaAs 的价带接近费米能级。GaAs 衬底在零栅极场下于支撑石墨烯中诱导出小带隙以及近乎无应变构型。最后，我们提出了一种垂直隧穿结，用于通过电子输运测量探测 MAE 的栅极依赖性。