دنیای نانو

دنیای نانو

بررسی اثرات دوپینگ مشترک فلزات واسطه 3d-4d بر روی خواص نانوساختارهای تک لایه دو بعدی PdS2

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسنده
هیات علمی
چکیده
در این مقاله محاسبات اصول اولیه بر پایه نظریه تابعی چگالی (DFT)پلاریزه اسپین برای مطالعه خواص مغناطیسی و الکترونیکی سیستم‌تک لایه دی نانوساختار PdS2 با دوپینگ جایگزینی همزمان فلزات واسطه 3d-4d انجام می‌شود. در حضور جفت اتم های Cr-Mo وMn-Tc ساختار خالص غیرمغناطیسی، خاصیت مغناطیسی با مقادیر مغناطش بترتیب 3.83µB و 1.60µB پیدا می کند. همچنین مقدار گاف انرژی اولیه ی 1.17eV به میزان قابل توجه ای کاهش یافته و به مقادیر گاف انرژی اسپینی بالا-پایین مختلف بترتیب (Eg=0.48eV,Eg=0.23eV) و (Eg=0.43eV,Eg=0.3eV) برای دوپینگ فلزات Cr-Mo وMn-Tc تقلیل پیدا می کند.نتایج نشان میدهد که ساختار خالص نیمه هادی غیرمغناطیسی PdS2 با دوپینگ فلزات Fe-Ru (Co-Rh) به ساختارهای مغناطیسی بترتیب با مقدار مغناطش های 3.26µB (1µB) تبدیل می شود.همچنین خاصیت نیمه فلزی با مقدار شکاف باند انرژی اسپین (Eg=0.54eV) Eg=0.25eV کسب می کند که اساس ساخت وسایل اسپینرونیک-والیترونیک محسوب می شود.بغیر از جفت فلزاتTi-Zr وCu-Ag که ویژگی فلزی به سیستم می بخشند سایر دوپینگ های جفت Sc-Y ، V-Nb ، Ni-Pd وZn-Cd نقش مغناطیسی و الکترونیکی قابل توجه ای در ساختار بازی نمی کنند.
کلیدواژه‌ها
موضوعات

عنوان مقاله English

studying the effects of 3d-4d TM co-doping on the properties of 2D monolayer PdS₂ nanostructures

نویسنده English

Mojtaba Gholami
Academic staff
چکیده English

In this paper, first-principles calculations based on density functional theory (DFT) of spin polarization are performed to study the magnetic and electronic properties of the nanostructured PdS2 monolayer system with co-doping of 3d-4d transition metal substitution.In the presence of pairs of Cr-Mo and Mn-Tc atoms, the pristine non-magnetic system get magnetic with values of 3.83µB and 1.60µB, respectively. Also, the value of the initial energy gap of 1.2eV is significantly reduced and for doping Cr-Mo and Mn-Tc impurities, the up-down spin gaps of (Eg=0.48eV, Eg=0.23eV) and (Eg=0.43eV, Eg=0.3eV) can be obtained. The findings indicate that the originally non-magnetic PdS2 semiconductor, when doped with Fe-Ru or Co-Rh transition metals, transitions to a magnetic system,exhibiting a magnetic moments 3.26µB (1y µB). It also acquires the semi-metallic property with the spin band gap (Eg=0.54eV) Eg=0.25eV, which is considered the basis for the construction of spintronic-valleytronics devices. Apart from pairs of Ti-Zr and Cu-Ag TM that give the system a metallic character, other doping Sc-Y, V-Nb, Ni-Pd and Zn-Cd play a weakly magnetic and electronic role in the structure.

کلیدواژه‌ها English

PdS2 monolayer nanostructure
transition metal doping
magnetic properties
spintronics
[1] Novoselov KS, Geim AK, Morozov SV, Jiang DE, Zhang Y, Dubonos SV, Grigorieva IV, Firsov AA. Electric field effect in atomically thin carbon films. Science. 2004 Oct 22;306(5696):666-9. doi:10.1126/science.1102896
[2] Splendiani A, Sun L, Zhang Y, Li T, Kim J, Chim CY, Galli G, Wang F. Emerging photoluminescence in monolayer MoS2. Nano Letters. 2010 Apr 14;10(4):1271-5. doi:10.1021/nl903868w
[3] Radisavljevic B, Whitwick MB, Kis A. Integrated circuits and logic operations based on single-layer MoS2. ACS Nano. 2011 Dec 27;5(12):9934-8. doi:10.1021/nn203715c
[4] Liu Q, Ouyang F, Yang Z, Peng S, Zhou W, Zou H, Long M, Pan J. Electronic properties and transistors of the NbS2-MoS2-NbS2 NR heterostructure. Nanotechnology. 2017 Jan 11;28(7):075702. doi:10.1088/1361-6528/aa5275
[5] Yu S, Eshun K, Zhualcogenides. Scientific Reports. 2015-electric generators and sensors based on transition metal dichalcogenides. Scientific Reports. 2015 Aug 4;5(1):12854. doi:10.1038/srep12854
[6] Zeng Q, Pan J, Yang Z, Peng S, Zou H, Ouyang F. The transport properties of the Phosphorus and Chlorine doped single layer MoS2 p–n junctions: A first-principles study. Solid State Communications. 2016 Nov 1;246:82-7. doi:10.1016/j.ssc.2016.09.008
[7] Radisavljevic B, Radenovic A, Brivio J, Giacometti V, Kis A. Single-layer MoS2 transistors. Nature Nanotechnology. 2011 Mar;6(3):147-50. doi:10.1038/nnano.2010.279
[8] Han MY, Brant JC, Kim P. Electron transport in disordered graphene nanoribbons. Physical Review Letters. 2010 Feb 1;104(5):056801. doi:10.1103/PhysRevLett.104.056801
[9] Schwierz F. Graphene transistors. Nature Nanotechnology. 2010 Jul;5(7):487-96. doi:10.1038/nnano.2010.89
[10] Novoselov KS, Geim AK, Morozov SV, Jiang DE, Katsnelson MI, Grigorieva IV, Dubonos S, Firsov AA. Two-dimensional gas of massless Dirac fermions in graphene. Nature. 2005 Nov 10;438(7065):197-200. doi:10.1038/nature04233
[11] Adisavljevic BR, Radenovic A, Brivio J, Giacometti V, Kis A. Single-layer MoS transistors. Nature Nanotechnology. 2011;6:147-50. doi:10.1038/nnano.2010.279
[12] Li X, Yang J. First-principles design of spintronics materials. National Science Review. 2016 Sep 1;3(3):365-81. doi:10.1093/nsr/nww030
[13] Latzke DW, Zhang W, Suslu A, Chang TR, Lin H, Jeng HT, Tongay S, Wu J, Bansil A, Lanzara A. Electronic structure, spin-orbit coupling, and interlayer interaction in bulk MoS2 and WS2. Physical Review B. 2015 Jun 11;91(23):235202. doi:10.1103/PhysRevB.91.235202
[14] Ahmad S, Schreckenbach G. Ab initio study of strain and electric field dependent variation in electronic and thermoelectric properties of PdS2. Materials Today Communications. 2020 Sep 1;24:100976. doi:10.1016/j.mtcomm.2020.100976
[15] Gholami M, Golsanamlou Z, Rahimpour Soleimani H. Effects of 3d transition metal impurities and vacancy defects on electronic and magnetic properties of pentagonal Pd2S4: competition between exchange splitting and crystal fields. Scientific Reports. 2022 Jun 27;12(1):10838. doi:10.1038/s41598-022-15113-7
[16] Gholami M, Rahimpour Soleimani H. Magnetic and electronic properties of Pd2S4 monolayer dichalcogenide under doping of atoms adjacent to sulfur atom. Biquarterly Journal of Optoelectronic. 2022 Feb 20;4(1):105-11. doi:10.1016/j.mtcomm.2020.100976
[17] Choi WI, Jhi SH, Kim K, Kim YH. Divacancy-nitrogen-assisted transition metal dispersion and hydrogen adsorption in defective graphene: A first-principles study. Physical Review B. 2010 Feb 25;81(8):085441. doi:10.1103/PhysRevB.81.085441
[18] Perdew JP, Burke K, Ernzerhof M. Generalized gradient approximation made simple. Physical Review Letters. 1996 Oct 28;77(18):3865. doi:10.1103/PhysRevLett.77.3865
[19] Blöchl PE. Projector augmented-wave method. Physical Review B. 1994 Dec 15;50(24):17953. doi:10.1103/PhysRevB.50.17953
[20] Soler JM, Artacho E, Gale JD, García A, Junquera J, Ordejón P, Sánchez-Portal D. The SIESTA method for ab initio order-N materials simulation. Journal of Physics: Condensed Matter. 2002 Mar 8;14(11):2745. doi:10.1088/0953-8984/14/11/302
[21] Lei C, Xu X, Zhang T, Huang B, Dai Y, Ma Y. Nonvolatile controlling valleytronics by ferroelectricity in 2H-VSe2/Sc2CO2 van der Waals heterostructure. The Journal of Physical Chemistry C. 2021 Jan 25;125(4):2802-9. doi:10.1021/acs.jpcc.0c09758
[22] Rasmita A, Gao WB. Opto-valleytronics in the 2D van der Waals heterostructure. Nano Research. 2021 Jun;14:1901-11. doi:10.1007/s12274-021-3387-9
[23] Chu J, Wang Y, Wang X, Hu K, Rao G, Gong C, Wu C, Hong H, Wang X, Liu K, Gao C. 2D polarized materials: Ferromagnetic, ferrovalley, ferroelectric materials, and related heterostructures. Advanced Materials. 2021 Feb;33(5):2004469. doi:10.1002/adma.202004469
[24] Wagner J, Kuhn H, Bernhardt R, Zhu J, Van Loosdrecht PH. Trap induced long exciton intervalley scattering and population lifetime in monolayer WSe2. 2D Materials. 2021 Apr 26;8(3):035018. doi:10.1088/2053-1583/abf7db
دوره 20، شماره 75
تابستان 1403
صفحه 60-69

  • تاریخ دریافت 14 خرداد 1403
  • تاریخ بازنگری 07 تیر 1403
  • تاریخ پذیرش 26 مرداد 1403