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Ferromagnetism triggered by nitrogen defects in graphitic carbon nitride

材料科学 铁磁性 石墨氮化碳 氮化铁 氮化物 氮气 碳纤维 凝聚态物理 化学 纳米技术 物理 复合材料 图层(电子) 复合数 有机化学 催化作用 光催化 生物化学
作者
Zhenren Gao,Huaping Xiao,Chunxiao Zhang,Chaoyu He,Jianxin Zhong
出处
期刊:Journal of Physics D [Institute of Physics]
卷期号:53 (49): 495002-495002 被引量:6
标识
DOI:10.1088/1361-6463/abacf0
摘要

Abstract It remains a challenge to induce robust long-range ferromagnetism in graphene. Doping nitrogen in high concentration is considered as a potential approach. In this paper, three new graphitic carbon nitride structures with energetic stability in chemical formulae of C 10 N 6 , C 9 N 7 and C 7 N 9 are proposed and investigated by first-principles calculation. Both C 10 N 6 and C 9 N 7 are half-metals, and C 7 N 9 is a spin-polarized metal. The itinerant p electrons occupy the spin-polarized narrow bands near the Fermi level, which induces Stoner ferromagnetism in the C 10 N 6 and C 9 N 7 . The direct exchange between the delocalized magnetic moment of the itinerant π electrons is responsible for the ferromagnetism in the C 7 N 9 . The magnetic moment is determined by both spin-polarized electronic structures and long-range magnetic interaction. Intriguingly, besides the magnetic interactions between the itinerant π electrons, we also find direct magnetic interaction between localized in-plane unpaired electrons. Our results will assist in understanding ferromagnetism and motivate new experiments to produce robust magnetism in graphene-like materials following the proposed synthesis strategy.
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