自下而上合成的 MoSi$_2$N$_4$ 材料的可调自旋极化与电子结构
介观与纳米尺度物理
2021-11-24 v2 材料科学
摘要
在环境条件下操控二维(2D)材料的自旋极化电子态，对于开发具有小物理尺寸的量子器件是必要的。在此，我们利用第一性原理建模研究了近期提出的二维合成材料 MSiZ(M = Mo 或 W，Z = N 或 As)超薄薄膜的自旋相关电子结构。研究发现，MSiZ 单层的堆叠可生成动力学稳定的双层和块体材料，其性质随厚度变化。当计算中包含自旋轨道耦合(SOC)时，MSiN 单层在布里渊区角上的 和 对称点处呈现间接带隙和大的自旋分裂态，且自旋极化率接近 100%。在 和 处，自旋沿面外方向以相反方向锁定，导致自旋-谷耦合效应。正如预期，由于反演对称性的存在，原始双层中不存在自旋极化，但可像 Mo(W)S 双层那样通过外部面外电场诱导出自旋极化。在 MSi(N, As) 单层中用 As 替换 N 可驱动从间接到直接带隙的转变。我们的研究表明，MSiZ 材料可为谷电子学和光电子学应用提供 MoS 类二维材料的可行替代方案。
引用
@article{arxiv.2105.02739,
title = {Tunable spin polarization and electronic structure of bottom-up synthesized MoSi$_2$N$_4$ materials},
author = {Rajibul Islam and Barun Ghosh and Carmine Autieri and Sugata Chowdhury and Arun Bansil and Amit Agarwal and Bahadur Singh},
journal= {arXiv preprint arXiv:2105.02739},
year = {2021}
}
备注
6 pages, 5 figures, Accepted version in PRB:Letters