Designed two dimensional transition metal borides (TM2B12): Robust ferromagnetic half metal and antiferromagnetic semiconductor

单层 材料科学 自旋电子学 反铁磁性 过渡金属 铁磁性 凝聚态物理 半导体 硼化物 带隙 应变工程 纳米技术 复合材料 冶金 光电子学 化学 物理 催化作用 生物化学
作者
Xiaojing Yao,Lizhen Wang,Yi Sun,Jinlian Lu,Xiuyun Zhang
出处
期刊:Applied Physics Letters [American Institute of Physics]
卷期号:122 (19) 被引量:9
标识
DOI:10.1063/5.0149235
摘要

Two dimensional transition metal borides have been attracting broad interest due to its rich electronic and magnetic properties. Here, using first-principles calculations, we predict two transition metal boride monolayers, Cr2B12 and Mn2B12, composed of B12 icosahedra and transition metal atoms. It is found that both structures are thermodynamically stable with large cohesive energies and small formation energies. The Cr2B12 monolayer is a ferromagnetic (FM) quasi-half metal, and the Mn2B12 monolayer is an antiferromagnetic (AFM) semiconductor with a bandgap of 0.41 eV. The critical temperature is found to be 145 and 135 K for the Cr2B12 monolayer and the Mn2B12 monolayer, respectively. Moreover, the electronic and magnetic properties of both systems can be tuned by applying external strains. Upon applying biaxial tensile/compressive strain, the (half metallic) bandgap of both systems increases/decreases, and a quasi-half metal to half metal transition is found for the Cr2B12 monolayer under 5% tensile and 4% compressive strain. Furthermore, the critical temperatures of both systems are found to increase with compressive strain and decrease with tensile strain, which reaches 165 and 510 K for the Cr2B12 monolayer and the Mn2B12 monolayer under 5% compressive strain, respectively. The results provide a strategy for designing 2D transition metal borides with potential applications in electronic and spintronic devices.
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