Electronic and magnetic properties in nitrogen-doped 2D titanium carbides (MXenes): Insight from first-principles calculations

MXenes公司 材料科学 兴奋剂 铁磁性 反铁磁性 碳化物 单层 化学物理 纳米技术 凝聚态物理 化学 光电子学 物理 复合材料
作者
Susu Liao,Wenjing Qin,Baozhen Sun,Musheng Wu,Bo Xu
出处
期刊:Solid State Communications [Elsevier]
卷期号:340: 114549-114549 被引量:8
标识
DOI:10.1016/j.ssc.2021.114549
摘要

First-principles computations were performed to investigate the electronic and magnetic properties of pristine and nitrogen (N)-doped Ti2C and Ti3C2 MXenes. The effects of the concentrations and the distributions of nitrogen were considered. Our results show that N doping can enhance the conductivity of Ti2C and Ti3C2 MXenes, which both present metallic character under different N concentration. The metallicity of N-doped Ti2C and Ti3C2 MXenes indicates potential in metal-ion batteries. Also, N doping leads to an antiferromagnetic (AFM)-ferromagnetic (FM) transition for Ti3C2. The critical concentration from AFM to FM configurations is between 25% and 50%. Importantly, the magnetic state of the N-doped Ti3C2 monolayers is related with the N distribution. However, Ti2C systems maintain an AFM state regardless of N concentrations or N distributions. Thus, based on the basic understanding of the N-doped Ti2C and Ti3C2 monolayer, we believe that our findings would provide theoretical support for the multifaceted application of the C-based MXenes.

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