Tunable magnetic order in transition metal doped, layered, and anisotropic Bi2O2Se : Competition between exchange interaction mechanisms

超级交换 订单(交换) 物理 居里温度 凝聚态物理 铁磁性 类型(生物学) 联轴节(管道) 结晶学 能量(信号处理) 反铁磁性 材料科学 化学 量子力学 生物 生态学 经济 财务 冶金
作者
Xiaopeng Liu,Dominik Legut,Ruifeng Zhang,Tianshuai Wang,Yanchen Fan,Qianfan Zhang
出处
期刊:Physical review 卷期号:100 (5) 被引量:11
标识
DOI:10.1103/physrevb.100.054438
摘要

$\mathrm{B}{\mathrm{i}}_{2}{\mathrm{O}}_{2}\mathrm{Se}$ is a novel layer-structured material with high electron mobility, while its efficiency could be greatly improved by doping different elements to introduce a magnetic spin order. We investigated the electronic and magnetic properties of various transition metal (TM) ($\mathrm{TM}=\mathrm{Mn}$, Cr, Fe, Co, and Ni) doped $\mathrm{B}{\mathrm{i}}_{2}{\mathrm{O}}_{2}\mathrm{Se}$ within a framework of density functional theory (DFT), and discovered that $\mathrm{B}{\mathrm{i}}_{2\ensuremath{-}n}{\mathrm{X}}_{n}{\mathrm{O}}_{2}\mathrm{Se}$ exhibits long-range magnetic ordered structure via competition among double-exchange, p-d exchange, and superexchange interaction. The magnetic order of the bulk phase in which the magnetic atoms form interlayer coupling would vary with the type and concentration of doped atoms, but all the layered phases in which the magnetic atoms are in-plane coupled show ferromagnetic order. By combing DFT calculations with the Monte Carlo scheme, we solve the exchange interaction constants for the Heisenberg model and further evaluate the Curie temperatures of $\mathrm{B}{\mathrm{i}}_{2\ensuremath{-}n}{\mathrm{X}}_{n}{\mathrm{O}}_{2}\mathrm{Se}$. Ferromagnetic order for most doped systems exhibit to be robust with high Curie temperature, some of which overcomes room temperature (for 12.5% Co-doped layer $\mathrm{B}{\mathrm{i}}_{2}{\mathrm{O}}_{2}\mathrm{Se}$). It is also worth mentioning that the appearance of impurity energy levels narrows the band gap and enhances the spin-orbit coupling of $d$ orbitals and therefore increase large magnetic anisotropy energy. Our study demonstrates a potential pathway to design new dilute magnetic semiconductors through doping of $\mathrm{B}{\mathrm{i}}_{2\ensuremath{-}n}{\mathrm{X}}_{n}{\mathrm{O}}_{2}\mathrm{Se}$ by magnetic transitional elements.
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
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
wu发布了新的文献求助10
1秒前
乐乐应助一二采纳,获得10
1秒前
2秒前
2秒前
科研通AI5应助cm采纳,获得30
2秒前
cleva完成签到,获得积分10
2秒前
2秒前
4秒前
小七发布了新的文献求助10
4秒前
kkqq关注了科研通微信公众号
5秒前
衍乔发布了新的文献求助30
5秒前
杨树发布了新的文献求助10
5秒前
无花果应助淡定香萱采纳,获得10
6秒前
所所应助苹果丝采纳,获得10
6秒前
老水完成签到,获得积分10
7秒前
8秒前
8秒前
心灵美的花卷完成签到,获得积分10
8秒前
9秒前
我是老大应助lalalal采纳,获得10
9秒前
cappuccino完成签到 ,获得积分10
10秒前
10秒前
Akim应助wu采纳,获得10
10秒前
hilknk完成签到,获得积分10
10秒前
hangzhen发布了新的文献求助30
10秒前
tanhaili完成签到,获得积分10
12秒前
zsy111完成签到,获得积分10
12秒前
共享精神应助感性的沉鱼采纳,获得10
13秒前
科研通AI5应助Ophelia采纳,获得30
14秒前
zhengzehong发布了新的文献求助10
14秒前
闪击的云发布了新的文献求助10
14秒前
大模型应助冷酷豌豆采纳,获得10
14秒前
15秒前
852应助研友_戳爷yeah采纳,获得10
15秒前
阿然要努力完成签到,获得积分10
16秒前
16秒前
16秒前
16秒前
17秒前
白云朵儿发布了新的文献求助10
17秒前
高分求助中
Continuum Thermodynamics and Material Modelling 4000
Production Logging: Theoretical and Interpretive Elements 2700
Les Mantodea de Guyane Insecta, Polyneoptera 1000
Unseen Mendieta: The Unpublished Works of Ana Mendieta 1000
El viaje de una vida: Memorias de María Lecea 800
Novel synthetic routes for multiple bond formation between Si, Ge, and Sn and the d- and p-block elements 700
Neuromuscular and Electrodiagnostic Medicine Board Review 700
热门求助领域 (近24小时)
化学 材料科学 生物 医学 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 基因 遗传学 物理化学 催化作用 量子力学 光电子学 冶金
热门帖子
关注 科研通微信公众号,转发送积分 3514919
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 3097284
关于积分的说明 9234961
捐赠科研通 2792241
什么是DOI,文献DOI怎么找? 1532370
邀请新用户注册赠送积分活动 712002
科研通“疑难数据库(出版商)”最低求助积分说明 707071