Spin-induced valley polarization in heterobilayer Janus transition-metal dichalcogenides

Valleytronics公司 杰纳斯 凝聚态物理 自旋电子学 铁磁性 过渡金属 点反射 电子能带结构 自旋极化 材料科学 磁矩 化学 物理 纳米技术 电子 生物化学 催化作用 量子力学
作者
Xiang Qi,Zongyu Huang,Chaobo Luo,Gencai Guo,Xiangyang Peng,Xiang Qi,Jianxin Zhong
出处
期刊:Journal of Physics D [IOP Publishing]
卷期号:56 (32): 325302-325302
标识
DOI:10.1088/1361-6463/accd03
摘要

Abstract Inspired by potential application prospects of spintronics and valleytronics, a novel heterobilayer Janus structure is designed by replacing the chalcogenide atomic layers in the original bilayer MoS 2 . Based on first-principles calculations, it is found that the SMoS/SeMoS structure exhibits a direct band-gap semiconductor and a typical type-II band alignment with longer carrier lifetime. The transition metal (TM) atom represented by V/Cr/Mn can be stably adsorbed on the heterobilayer Janus SMoS/SeMoS sheet and effectively introduce magnetic moments ( m ). The calculation results demonstrate that the most stable adsorption site of the TM atom is CX(A), and the TM (V/Cr/Mn) adatom modified SMoS/SeMoS system is converted into metal (V-) or half-metal (Cr/Mn-), respectively. Under the coupling of different indirect exchange interactions, the structure exhibits stable intrinsic anti-ferromagnetic interactions for V-SMoS/SeMoS and ferromagnetic ground state for Cr/Mn-SMoS/SeMoS, respectively, and the magnetic transition temperature ( T c ) reaches a high temperature or even room temperature. Moreover, the robust out-of-plane magnetocrystalline anisotropy energy ensures stable long-range magnetic order. Specifically, the combination of spin injection and strong spin–orbit coupling interaction effectively breaks the time-reversal symmetry, which leads to valley polarization of the system. Based on this, the biaxial strain can effectively regulate the electronic structure, magnetic properties and valley polarization of TM-SMoS/SeMoS nanosheets with double breaking of spatial-inversion and time-reversal symmetry.
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