The penta-hexa silicene: A promising candidate for intrinsic room temperature magnetic semiconductor

硅烯 凝聚态物理 自旋电子学 材料科学 铁磁性 反铁磁性 半导体 磁性 单层 磁性半导体 纳米技术 光电子学 物理
作者
Kun Tao,Rongrong Chen,Jiyong Kang,Desheng Xue,V. S. Stepanyuk,Chenglong Jia
出处
期刊:Applied Physics Letters [American Institute of Physics]
卷期号:122 (21) 被引量:4
标识
DOI:10.1063/5.0151113
摘要

Performing ab initio calculations, we investigate electronic and magnetic properties of a silicon allotrope (PH-silicene) composed entirely by six silicon pentagons and two silicon hexagons. The dynamically and mechanically stable PH-silicene hosts two-dimensional honeycomb spin structures, which can be antiferromagnetic, ferromagnetic, or ferrimagnetic depending on the applied tensile strain and/or number of stacked layers. In particular, the transition temperature of an in-plane antiferromagnetic ground state and a strain-induced ferromagnetic state of monolayer PH-silicene is found to be around 533 and 80 K, respectively. This unusual metal-free magnetism can be explained by the d0 charge transfer mechanism. On the other hand, we show that the PH-silicene is an indirect semiconductor with the bandgap of 0.585 eV. When stacking up to 4-layers, they vary from the semiconductor, the semimetal to the normal metal. Our findings suggest PH-silicene as a promising candidate for the room temperature magnetic semiconductor and will pave a way for silicon based spintronic devices.
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