Computational design of double transition metal MXenes with intrinsic magnetic properties

MXenes公司 反铁磁性 自旋电子学 凝聚态物理 铁磁性 材料科学 磁性 居里温度 过渡金属 密度泛函理论 化学 纳米技术 物理 计算化学 生物化学 催化作用
作者
Yinggan Zhang,Zhou Cui,Baisheng Sa,Naihua Miao,Jian Zhou,Zhimei Sun
出处
期刊:Nanoscale horizons [Royal Society of Chemistry]
卷期号:7 (3): 276-287 被引量:43
标识
DOI:10.1039/d1nh00621e
摘要

Two-dimensional transition metal carbides (MXenes) have great potential to achieve intrinsic magnetism due to their available chemical and structural diversity. In this work, by spin-polarized density functional theory calculations, we designed and comprehensively investigated 50 double transition metal (DTM) MXenes MCr2CTx (T = H, O, F, OH, or bare) based on the chemical formula of M2C (M = Sc, Y, Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Mo, W). We highlight that ferromagnetic half-metallicity, antiferromagnetic semiconduction, as well as antiferromagnetic half-metallicity have been achieved in the DTM MXenes. Herein, ferromagnetic half-metallic ScCr2C2, ScCr2C2H2, ScCr2C2F2, and YCr2C2H2 are characterized with wide band gaps and high Curie temperatures. Very interestingly, the ScCr2C2-based magnetic tunnel junction presents a tunnel magnetoresistance ratio as high as 176 000%. In addition, the antiferromagnetic semiconducting TiCr2C2, ZrCr2C2, and ZrCr2C2(OH)2, possessing moderate band gaps and high Néel temperatures, have been predicted. Especially, the Néel temperature of ZrCr2C2(OH)2 can reach 425 K. Moreover, the Dirac cone-like band structure feature is highlighted in antiferromagnetic half-metallic ZrCr2C2H2. Our study provides a new potential strategy for designing MXenes in spintronics.
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