Electronic structure and magnetic properties of CrI3 monolayer doped by rare earth metal atoms

自旋电子学 单层 居里温度 凝聚态物理 铁磁性 材料科学 磁性半导体 兴奋剂 磁性 磁矩 密度泛函理论 半导体 电子结构 纳米技术 化学 计算化学 光电子学 物理
作者
Guoxiang Chen,Binbin Li,Xiaofang Li,Li Wang,Shuai Liu,Jian‐Min Zhang
出处
期刊:Journal of Physics and Chemistry of Solids [Elsevier BV]
卷期号:187: 111838-111838 被引量:2
标识
DOI:10.1016/j.jpcs.2023.111838
摘要

CrI3 monolayer is a two-dimensional (2D) ferromagnetic (FM) semiconductor materials with broad application prospects in the field of spintronics due to its magnetic semiconductor feature and unique 2D structure. In this work, we employ first-principles calculations based on density functional theory to investigate the electronic structure and magnetic properties of CrI3 monolayer doped with rare earth (RE) metal atoms (RE = Sc, Y, La, Ce, Pr, Nd, Pm, Eu, Gd, Tm, and Lu). The results demonstrate that doping with RE atoms enables the control of total magnetic moments and a significantly enhancement of the Curie temperature of CrI3 monolayer. Especially, the Curie temperature of CrGdI6 monolayer reaches 347.58 K, which could be a promising candidate for realizing room temperature ferromagnetism. Furthermore, by applying strain and electric field, the CrREI6 monolayers exhibit metal, half-metal and spin gapless semiconductor properties. These findings not only provide valuable insights into the manipulation of electronic structure and magnetic properties in CrI3 monolayer but also establish RE doped CrI3 monolayer as a promising material for spintronic devices.
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