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

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作者
Xiang Qi,Zongyu Huang,Chaobo Luo,Gencai Guo,Xiangyang Peng,Xiang Qi,Jianxin Zhong
出处
期刊:Journal of Physics D [Institute of Physics]
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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