Graphdiyne doped with transition metal as ferromagnetic semiconductor

铁磁性 兴奋剂 半导体 材料科学 凝聚态物理 过渡金属 光电子学 物理 化学 生物化学 催化作用
作者
Ru Li,Huijuan Sun,Chao Zhang,Mingjia Zhang,Xiaodong Li,Ze Yang,Xiaodi Ma,Changshui Huang
出处
期刊:Carbon [Elsevier BV]
卷期号:188: 25-33 被引量:28
标识
DOI:10.1016/j.carbon.2021.11.057
摘要

Long-range ferromagnetic ordering in semiconductors has become an attractive research hotspot due to its promising potential in spintronics and information technology. Especially the appearance of carbon-based semiconductors represented by graphdiyne (GDY) makes it easy to realize ferromagnetic semiconductors. Herein, a convenient and effective route has been developed to prepare GDY-based magnetic semiconductors using the modification with transition metal elements including Fe, Co, and Ni, respectively. Among them, lightly doped GDY with Co (Co-GDY) exhibits the most outstanding ferromagnetism with a typical Curie's temperature above room temperature. Meanwhile, the coercive field H c = 78 Oe at T = 300 K of Co-GDY is the smallest, demonstrating characteristics of easy magnetization. Subsequent spin-polarized DFT calculation results reveal that the robust ferromagnetism of Co-GDY arises from the most significant local magnetic moment. Significantly, a noticeable band gap can still be maintained due to the very light doping level. These results reveal an optimization strategy for selecting doping elements, promoting carbon-based semiconductors application in spin-related fields.
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