Design of two-dimensional half-metals with large spin gaps

过渡金属 原子轨道 铁磁性 块(置换群论) 自旋(空气动力学) 带隙 主组元素 金属 材料科学 单层 电子组态 分子轨道 结晶学 凝聚态物理 化学 物理 离子 纳米技术 几何学 分子 电子 热力学 量子力学 冶金 生物化学 数学 有机化学 催化作用
作者
Rui-Zi Zhang,Yuyang Zhang,Shixuan Du
出处
期刊:Physical review [American Physical Society]
卷期号:110 (8)
标识
DOI:10.1103/physrevb.110.085130
摘要

Two-dimensional (2D) half-metals exhibit promising potential in magnetic nanodevices. However, the discovery of 2D half-metals is still based on a case-by-case evaluation. Here, we propose a general rule to design two-dimensional transition-metal-based half-metals with large spin gaps, namely to find the materials that have a Hund's-rule splitting of the $d$ orbitals and a deep anion $p$-orbital energy level that minimizes the d-p interactions. On the basis of DFT calculations for 54 transition-metal compounds $M{X}_{2}$ ($M=3d$ block transition metal; X = VIA-VIIA elements) with a distorted tetrahedral crystal field, we found that all the ferromagnetic compounds exhibit half-metallicity. We attribute the half-metallicity to Hund's rule splitting of partially filled $d$ orbitals of M cations with a weak d-p orbital hybridization. The chlorides exhibit a spin gap larger than 4 eV, because of the deep Cl $p$-orbital energy level (\ensuremath{-}8.4 eV). We validate this rule in transition-metal trichlorides ${M\mathrm{Cl}}_{3}$ ($M=3d$ block transition metal). Using this rule, we predict that ferromagnetic monolayer MCl and ${M}_{3}{\mathrm{Cl}}_{8}$ ($M=3d$ block transition metal) are half-metals with large band gaps. This work enriches the variety of 2D half-metals and could lead to novel magnetic nanodevices.
最长约 10秒,即可获得该文献文件

科研通智能强力驱动
Strongly Powered by AbleSci AI
更新
PDF的下载单位、IP信息已删除 (2025-6-4)

科研通是完全免费的文献互助平台,具备全网最快的应助速度,最高的求助完成率。 对每一个文献求助,科研通都将尽心尽力,给求助人一个满意的交代。
实时播报
刚刚
我劝告了风完成签到,获得积分10
3秒前
www完成签到,获得积分10
4秒前
呆萌芙蓉发布了新的文献求助200
4秒前
小马甲应助Fortune采纳,获得10
4秒前
安详的傥发布了新的文献求助10
4秒前
万能图书馆应助Heria采纳,获得10
5秒前
留香发布了新的文献求助10
5秒前
情怀应助懒洋洋采纳,获得10
7秒前
7秒前
7秒前
顾矜应助zwc采纳,获得10
7秒前
lv给lv的求助进行了留言
7秒前
要努力写文章的小白完成签到,获得积分10
8秒前
Antonio完成签到 ,获得积分0
9秒前
llflame完成签到,获得积分10
9秒前
智圆行方发布了新的文献求助30
9秒前
浮游应助天阳采纳,获得10
10秒前
152完成签到 ,获得积分10
10秒前
dddkcjm完成签到,获得积分10
10秒前
思源应助罗山柳采纳,获得10
11秒前
Lily发布了新的文献求助10
11秒前
朱一诺完成签到,获得积分20
12秒前
123发布了新的文献求助10
14秒前
14秒前
14秒前
15秒前
15秒前
15秒前
田様应助科研通管家采纳,获得10
17秒前
dew应助科研通管家采纳,获得10
17秒前
今后应助科研通管家采纳,获得10
17秒前
Hilda007应助科研通管家采纳,获得10
17秒前
浮游应助科研通管家采纳,获得10
17秒前
星辰大海应助科研通管家采纳,获得10
17秒前
浮游应助科研通管家采纳,获得10
17秒前
小夏饭桶应助科研通管家采纳,获得30
17秒前
zlong009应助科研通管家采纳,获得10
17秒前
dew应助科研通管家采纳,获得10
17秒前
dew应助科研通管家采纳,获得20
17秒前
高分求助中
(应助此贴封号)【重要!!请各用户(尤其是新用户)详细阅读】【科研通的精品贴汇总】 10000
HIGH DYNAMIC RANGE CMOS IMAGE SENSORS FOR LOW LIGHT APPLICATIONS 1500
Constitutional and Administrative Law 1000
The Social Work Ethics Casebook: Cases and Commentary (revised 2nd ed.). Frederic G. Reamer 800
Holistic Discourse Analysis 600
Vertébrés continentaux du Crétacé supérieur de Provence (Sud-Est de la France) 600
Vertebrate Palaeontology, 5th Edition 530
热门求助领域 (近24小时)
化学 材料科学 医学 生物 工程类 有机化学 生物化学 物理 纳米技术 计算机科学 内科学 化学工程 复合材料 物理化学 基因 遗传学 催化作用 冶金 量子力学 光电子学
热门帖子
关注 科研通微信公众号,转发送积分 5353148
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 4485753
关于积分的说明 13964410
捐赠科研通 4385954
什么是DOI,文献DOI怎么找? 2409683
邀请新用户注册赠送积分活动 1401959
关于科研通互助平台的介绍 1375704