Two-Dimensional Cr2X3S3 (X = Br, I) Janus Semiconductor with Intrinsic Room-Temperature Magnetism

杰纳斯 磁性半导体 单层 材料科学 磁性 凝聚态物理 带隙 铁磁性 铁磁性 自旋电子学 半导体 纳米技术 磁化 光电子学 物理 磁场 量子力学
作者
Daoxiong Wu,Zhiwen Zhuo,Haifeng Lv,Xiaojun Wu
出处
期刊:Journal of Physical Chemistry Letters [American Chemical Society]
卷期号:12 (11): 2905-2911 被引量:39
标识
DOI:10.1021/acs.jpclett.1c00454
摘要

The exploration of two-dimensional (2D) semiconductors with intrinsic room-temperature magnetism for use in nanoscale spintronic devices is of particular interest. Recently, the ferromagnetic CrX3 monolayer (X = Br, I) has received growing attention, but low critical temperature hinders its practical applications in spintronics. Here, using first-principles calculations, we report 2D Cr2X3S3 (X = Br, I) Janus semiconductors with room-temperature magnetism by replacing one layer of halogon atoms with sulfur atoms in CrX3 monolayer. Our results demonstrate that Cr2Br3S3 and Cr2I3S3 Janus crystals are ferrimagnetic semiconductors, that maintain their magnetic order, with a direct bandgap of 1.19 and 0.61 eV and high critical temperature of 387 and 447 K, respectively. The residual unpaired p electrons on the S anions lead to a strong direct-exchange interaction between the Cr and S atoms. Moreover, their room-temperature magnetism is robust under biaxial strain, while the bandgap can be remarkably modulated with strain. The novel magnetic properties in 2D Cr2X3S3 Janus magnetic semiconductors give them promising applications in spintronics.
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