بررسی ویژگی نیم فلزی تکالیهSiC آالیش یافته بااتمهای منگنز به منظور کاربرددرنانو اسپینترونیک

نویسندگان

1 دانشکده فیزیک، دانشگاه خوارزمی، تهران

2 پژوهشکده علوم کاربردی، دانشگاه خوارزمی، کرج

چکیده

در این پژوهش، ویژگیهای ساختاری، الکترونی و مغناطیسی تک الیه SiC آالیش یافته با اتمهای منگنز مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج مربوط به ویژگی الکتریکی نشان میدهد که تک الیه SiC خالص، بر خالف گرافین خالص، دارای گاف نواری قابل توجهی است، که باعث کابرد آن در صنعت الکترونیک میشود. پایدارترین ساختار با در نظر گرفتن اتمهای منگنز بر ر اتمهای کربن، اتم سیلیسیم و مرکز شش ضلعی با انجام واهلش کامل موقعیتهای اتمی و پارامترهای شبکه، مشخص شد. نتایج محاسبات نشان میدهد که پایدارترین حالت این ترکیب برای حالتی است که اتمهای منگنز روی اتمهای کربن قرار میگیرند. بنابراین، برای این ساختار، ویژگی الکترونی و مغناطیسی محاسبه شده است. نمودارهای چگالی حاالت جزئی و کلی بیانگر وجود ویژگی نیم-فلزی در این ترکیب است. در نتیجه از این تک الیه میتوان در ساخت قطعات نانواسپینترونیکی و شیرهای اسپینی استفاده کرد. همچنین در این مقاله تالش شده که با رسم نمودارهای ساختار نواری وابسته به اسپین و مقایسه آن با چگالی حاالت جزئی، سازوکار ایجاد خاصیت نیم-فلزی در این مواد مورد بررسی قرار گیرد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

The Investigation ofthe Half-metallic Properties of Mn-doped SiC Monolayer for Nanospintronic Applications

نویسندگان [English]

  • M. Rostami 1 2
  • M. Afkani 1
  • M. Abedi 1
  • P. Aman Torkaman 1
1 Faculty of Physics, Kharazmi University, Tehran
2
چکیده [English]

In this study, the structural, electronic and magnetic properties of silicon carbide monolayer coated with manganese have been investigated. The results of the electrical properties show that, in contrast to graphene, the pristine SiC monolayer has a sizeable band-gap which makes it suitable for application in electronics industry. The most stable structure was identified by considering manganese atoms on carbon atoms, silicon atoms, and hexagon centers with doing the complete relaxations of atomic positions and cell parameters. The results of the calculations show that the most stable state of this compound is related to the case when manganese atoms are deposited on carbon atoms. Therefore, the electronic and magnetic properties are calculated for this structure. The partial and total density of states indicate the existence of half-metallicity in this compound. As a result, this monolayer can be used to make Nano spintronic components and spin valves. Also, in this paper, we tried to study the mechanism for the formation of half-metallic by plotting spin-dependent band structure diagrams and comparing them with the partial density of states

کلیدواژه‌ها [English]

  • Nano spintronic
  • Atomic monolayers
  • Half-metallic ferromagnets
  • Band structure
[1] G. Torosyan, S. Keller, L. Scheuer, R. Beigang,
E.T. Papaioannou, “Optimized Spintronic
Terahertz Emitters Based on Epitaxial Grown Fe/Pt
Layer Structures”, Scientific Reports, 8, 1311-
1318, 2018.
[2] H. Cheng, J. Zhou, M. Yang, L. Shen, J.
Linghu, Q. Wu, P. Qian, Y.P. Feng, “Robust twodimensional bipolar magnetic semiconductors by
defect engineering”, J. Mater. Chem. C, 6, 8435–
8443, 2018.
[3] X. Li, J. Yang, ”First-principles design of
spintronics materials”, Natl. Sci. Rev., 3, 365–381,
2016.
[4] R. Jansen, “Silicon spintronics”, Nat. Mater.,
11, 400-415, 2012.
[5] M. Rostami, “Half-metallic property of the bulk
and (001) surfaces of MNaCs (M=P, As) halfHeusler alloys: A density functional theory
approach”, Surface Science, 674, 103-114, 2018.
[6] K.S. Novoselov, A.K. Geim, S.V. Morozov, D.
Jiang, Y. Zhang, S.V. Dubonos, I.V. Grigorieva,
A.A. Firsov, “Electric feld eff ect in atomically thin
carbon flms”, Science, 306, 666–669, 2004.
[7] X. Du, I. Skachko, A. Barker, E.Y. Andrei,
“Approaching ballistic transport in suspended
graphene”, Nat. Nanotechnol., 3, 491, 2008.
[8] S. Cahangirov, M. Topsakal, E. Aktürk, H.
Şahin, S. Ciraci,”Two-and one-dimensional
115 زمستان1398 |شماره چهارم | سال ششم
honeycomb structures of silicon and germanium”,
Phys. Rev. Lett., 102, 236804, 2009.
[9] Y. Shi, H. Li, L.-J. Li, “Recent advances in
controlled synthesis of two-dimensional transition
metal dichalcogenides via vapour deposition
techniques”, Chem. Soc. Rev., 44, 2744–2756,
2015.
[10] Z. Yu, Z.Y. Ong, S. Li, J.-B. Xu, G. Zhang,
Y.W. Zhang, Y. Shi, X. Wang, “Analyzing
the carrier mobility in transition-metal
dichalcogenide MoS2 field-eff ect transistors”, Adv.
Funct. Mater, 27, 1604093-1604099, 2017.
[11] X. Wei, Y. Wang, Y. Shen, G. Xie, H. Xiao, J.
Zhong, G. Zhang, “Phonon thermal conductivity of
monolayer MoS2: a comparison with single layer
graphene”, Appl. Phys. Lett., 105, 103902, 2014 .
[12] Y. Cai, H. Zhou, G. Zhang, Y.-W. Zhang,
“Modulating carrier density and transport
properties of MoS2 by organic molecular doping
and defect engineering”, Chem. Mater., 28, 8611–
8621, 2016.
[13] X. Liu, G. Zhang, Y.-W. Zhang, “Thermal
conduction across the one-dimensional interface
between a MoS2 monolayer and metal electrode”,
Nano Res., 9, 2372–2383, 2016.
[14] Q.H. Wang, K. Kalantar-Zadeh, A. Kis, J.N.
Coleman, M.S. Strano, “Electronics and
optoelectronics of two-dimensional transition metal
dichalcogenides”, Nat. Nanotechnol., 7, 699, 2012.
[15] H.-P. Komsa, J. Kotakoski, S. Kurasch, O.
Lehtinen, U. Kaiser, A.V. Krasheninnikov,
“Two-dimensional transition metal dichalcogenides
under electron irradiation: defect production and
doping”, Phys. Rev. Lett., 109, 035503-035512,
2012.
[16] D.L. Duong, S.J. Yun, Y.H. Lee; “van der
Waals Layered Materials: Opportunities and
Challenges”, ACS Nano, 11, 11803-11830, 2017.
[17]M.Zeng,Y.Xiao,J.Liu,K.Yang,L.Fu,
“Exploring two-dimensional materials toward the
next-generation circuits: from monomer design to
assembly control”, Chem. Rev., 118, 6236–6296,
2018.
[18] K. Kalantar-zadeh, J.Z. Ou, T. Daeneke, A.
Mitchell, T. Sasaki, M.S. Fuhrer, “Two
dimensional and layered transition metal oxides”,
Appl. Mater. Today, 5, 73–89, 2016.
[19] H. Tao, Y. Gao, N. Talreja, F. Guo, J. Texter,
C. Yan, Z. Sun, “Two-dimensional nanosheets for
electrocatalysis in energy generation and
conversion”, J. Mater. Chem. A, 5, 7257–7284,
2017.
[20] B. Xu, H. Xiang, J. Yin, Y. Xia, Z. Liu, “A
two-dimensional tetragonal yttrium nitride
monolayer: a ferroelastic semiconductor with
switchable anisotropic properties”, Nanoscale, 10,
215–221, 2018.
[21] Z. Xu, Y. Li, Z. Liu, S. Liu, “Electronic and
magnetic behaviors of B, N, and 3d transition
metal substitutions in germanium carbide
monolayer”, Journal of Magnetism and Magnetic
Materials, 541, 799-807, 2018.
[22] P. Giannozzi, et al., “QUANTUM
ESPRESSO: a modular and open-source software
project for quantum simulations of materials”,
Journal of Physics: Condensed Matter, 21, 395502-
395512, 2009.
[23] Z. Xu, Y. Li, Z. Liu, C. Li, “Dependence of
electronic and optical properties of multilayer
SiC and GeC on stacking sequence and external
electric field”, Phys. E Low dimensional Syst.
Nanostruct., 79, 198–205, 2016.
[24] W. Choi, N. Choudhary, G.H. Han, J. Park, D.
Akinwande, Y.H. Lee, “Recent development of
two-dimensional transition metal dichalcogenides
and their applications”, Mater. Today, 20, 116–
130, 2017.