Tuned electronic and magnetic properties in 3d transition metal doped VCl3 monolayer: a first-principles study

自旋电子学 单层 铁磁性 材料科学 凝聚态物理 兴奋剂 磁矩 磁性 过渡金属 带隙 磁性半导体 半导体 纳米技术 光电子学 物理 化学 生物化学 催化作用
作者
Chaouki Ouettar,Hakima Yahi,Kamel Zanat,Hosayn Chibani
出处
期刊:Physica Scripta [IOP Publishing]
卷期号:98 (2): 025814-025814 被引量:4
标识
DOI:10.1088/1402-4896/acb093
摘要

Abstract Transition metal trihalides (MX 3 ) are one of the two-dimensional (2D) materials families that have garnered a lot of attention, especially after the first experimental realization of an intrinsic ferromagnetic CrI 3 monolayer. The vanadium trichloride VCl 3 monolayer, which is a member of this family, has been proven to be a stable Dirac half-metal with exciting properties and intrinsic ferromagnetism. Using first-principle calculations based on the GGA+U method, we have enhanced the spintronic properties of the VCl 3 monolayer by tuning its electronic and magnetic properties via substitutional doping with 3d transition metals. We have found that Sc-, Ti-doped VCl 3 monolayer systems are ferromagnetic semiconductors with indirect band gaps, while the Cr-doped monolayer is a ferromagnetic semiconductor with a direct band gap. More interestingly, the Mn-doped and Fe-doped VCl 3 monolayers exhibited exciting spin gapless semiconducting (SGS) and bipolar ferromagnetic semiconducting (BFMS) properties that are very desirable for spintronic applications. Furthermore, the Cr-, Mn-, and Fe-doped systems have revealed large magnetic moment reaching the value of 4.75 μ B per unit cell, as well as an increased ferromagnetic stability in the Fe-doped case. By possessing these interesting properties, these TM-doped monolayers could be potential candidates for spintronics.
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