Stable antiferromagnetic property and tunable electronic structure of two-dimensional MnPX3 (X = S and Se) from pristine structure to Janus phase

杰纳斯 凝聚态物理 自旋电子学 反铁磁性 磁性 带隙 点反射 电子结构 物理 材料科学 铁磁性 纳米技术
作者
Juntao Yang,Chang-Ju Xu,Hongji Wang,Min Qing,Shi‐Jun Luo,Yong‐Chen Xiong,Wei Ren,Chao Jing
出处
期刊:Journal of Physics: Condensed Matter [IOP Publishing]
卷期号:35 (39): 395501-395501
标识
DOI:10.1088/1361-648x/ace0ad
摘要

Transition-metal phosphorus trichalcogenides have been considered as very promising two-dimensional (2D) magnetic candidates up-to-date. We performed a systematical first-principles study on the electronic structures and magnetic properties of pristine MnPX3(X = S and Se) and Janus Mn2P2S3Se3monolayers. All monolayers behave as a direct-band-gap semiconductor in antiferromagnetic ground state which is caused by strong direct and indirect exchange interactions. It is found that the electronic structures and magnetic properties can be manipulated by Janus phase. The calculated band gap is 2.44 eV, 1.80 eV and 1.86 eV for MnPS3, MnPSe3and Mn2P2S3Se3with a valley polarization with consideration of spin-orbital coupling (SOC), respectively. In particular, significant energy-splittings emerge in the SOC-band structures of Janus Mn2P2S3Se3due to its broken-inversion-symmetry. Estimated by Monte Carlo simulations, the Néel temperature is 96 K, 71 K and 79 K based on Ising model while halved down to 41 K, 33 K and 36 K on the basis ofXYmodel for MnPS3, MnPSe3and Mn2P2S3Se3, respectively, indicating theXYmodel should be more reliable to describe the spin dynamics. Our research offers an insight into the magnetic mechanism and paves a feasible path to modulate the magnetism for 2D magnets in realistic applications on spintronics.
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