过渡金属原子掺杂对二维CrBr3电磁学性能的调控

作者：陈旭凡; 杨强; 胡小会^*

来源：Acta Physica Sinica, 2021, 70(24): 274-281.

• 二维材料
• 过渡金属掺杂
• 电学性能
• 磁学性能

近年来,二维铁磁材料由于其在自旋电子学领域中十分广阔的应用前景受到广泛关注.单层CrBr3是具有本征铁磁性的半导体,是自旋电子器件的潜在候选材料.然而,单层CrBr3的居里温度较低,限制了其在自旋电子器件领域的应用.本文基于密度泛函理论,研究了3d过渡金属(TM)原子(Sc, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co,Ni, Cu和Zn)掺杂单层CrBr3的磁学和电学性能.计算结果表明, TM原子掺杂后,体系总磁矩呈现先增加再减小的趋势.并且TM原子掺杂能够显著提高单层CrBr3的居里温度(TC),实现了铁磁稳定性的增强.其中,Sc掺杂CrBr3体系的TC与本征CrBr3相比提高了159%.铁磁稳定性的增强归因于掺杂体系(TM-CrBr3)中直接交换和超交换相互作用之间的竞争.此外,依赖于不同的TM原子掺杂, TM-CrBr3体系表现出半金属性和自旋零带隙半导体性质.本文的研究结果为单层CrBr3在纳米电子和自旋电子器件中的应用开辟了新的前景.

• 单位
  南京工业大学