过渡金属（族 V）掺杂诱导 MoS$_2$ 单层的自旋与谷泡极化
材料科学
2026-05-29 v1
摘要
掺杂在二维材料中已成为调制其电子性质、从而实现多功能化应用的有效手段。本文采用第一性原理方法，研究族 5 过渡金属（V、Nb、Ta）取代掺杂 MoS 单层所诱导的有效磁矩和金属性。我们的研究表明，V 掺杂可诱导半金属性，而 Nb 和 Ta 掺杂则表现出金属性。此外，V 和 Ta 掺杂的 MoS 单层分别表现出总磁矩为 0.922 和 0.624 。更重要的是，强自旋轨道耦合（SOC）、破坏反演对称性和结构不对称性的共同作用导致 V 和 Ta 掺杂 MoS 系统呈现持久的谷泡极化。具体而言，我们观察到 V 掺杂 MoS 的谷泡极化为 121 meV，而 Ta 掺杂 MoS 的谷泡极化为 21 meV。此外，我们还观察到掺杂系统相对于原始 MoS 的介电系数得到增强。值得注意的是，V 掺杂 MoS 同时具备半金属性、显著谷泡极化和增强介电特性，使其成为下一代自旋器件、谷泡器件和压电纳米器件的有前景的多功能平台。总体而言，我们的发现为在二维材料中工程化耦合自旋-谷泡-机械自由度，为先进的量子和纳米电子学应用提供了基本洞见。
关键词
引用
@article{arxiv.2605.29718,
title = {Transition metal (group V) doping induced spin and valley polarization in MoS$_2$ monolayer},
author = {Shivani Kumawat and Sunil Kumar and B. K. Mani},
journal= {arXiv preprint arXiv:2605.29718},
year = {2026}
}
备注
10 pages, 5 figures