Ultra-High-Temperature Ferromagnetism in Intrinsic Tetrahedral Semiconductors

化学 超级交换 居里温度 自旋电子学 铁磁性 反铁磁性 四面体 磁性 半导体 磁性半导体 凝聚态物理 纳米技术 化学物理 材料科学 物理 光电子学
作者
Chengxi Huang,Junsheng Feng,Jian Zhou,Hongjun Xiang,Kaiming Deng,Erjun Kan
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:141 (31): 12413-12418 被引量:40
标识
DOI:10.1021/jacs.9b06452
摘要

Ferromagnetic semiconductors exhibit novel spin-dependent optical, electrical, and transport properties, which are promising for next-generation highly functional spintronic devices. However, the possibility of practical applications is hindered by their low Curie temperature. Currently, whether semiconducting ferromagnetism can exist at room temperature is still unclear because of the absence of a solid physical mechanism. Here, on the basis of tight-binding model analysis and first-principles calculations, we report that ferromagnetism in a tetrahedral semiconductor originating from superexchange interactions can be strong enough to survive at room temperature because of the weakening of antiferromagnetic direct-exchange interactions. On the basis of the explored mechanism, a zinc-blende binary transition metal compound, chromium carbide, is predicted to be an intrinsic ferromagnetic tetrahedral semiconductor with a Curie temperature that is as high as ∼1900 K. These findings not only expand the understandings of magnetism in semiconductors but also are of great interest for room-temperature spintronic applications.
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