Modulating the electronic structure and interface contact of WSe2/CrSe2 van der Waals heterostructures by strain engineering: Insights from first-principles calculations

材料科学 异质结 欧姆接触 凝聚态物理 反铁磁性 范德瓦尔斯力 肖特基势垒 类型(生物学) 结晶学 物理 纳米技术 分子 图层(电子) 光电子学 化学 生态学 量子力学 二极管 生物
作者
Fangqi Yu,Weihua Yang,Rao Huang,Lei Li,Yang Zhang,Yu‐Hua Wen
出处
期刊:Physical Review Materials [American Physical Society]
卷期号:8 (1) 被引量:8
标识
DOI:10.1103/physrevmaterials.8.014003
摘要

As a recent member of the two-dimensional (2D) van der Waals (vdW) heterostructures, the $\mathrm{W}{\mathrm{Se}}_{2}/\mathrm{Cr}{\mathrm{Se}}_{2}$ heterostructure has received considerable attention due to its fascinating characteristics compared with the constituent 2D materials. In this paper, we performed first-principles calculations to investigate its structural, electronic, and magnetic properties and explored the effects of interlayer and in-plane strains on these properties. Our results reveal that the antiferromagnetic (AFM) ground state in the $\mathrm{Cr}{\mathrm{Se}}_{2}$ layer of the heterostructure is maintained owing to weak vdW interactions between the $\mathrm{Cr}{\mathrm{Se}}_{2}$ and $\mathrm{W}{\mathrm{Se}}_{2}$ layers. However, the AFM state can be transformed into the ferromagnetic state at interlayer compressive strain of \ensuremath{-}19% or in-plane tensile strain of 2.5%. Moreover, the $\mathrm{W}{\mathrm{Se}}_{2}/\mathrm{Cr}{\mathrm{Se}}_{2}$ heterointerface belongs to the metal-semiconductor interface and exhibits $p$-type ohmic contact and low contact resistance. The transition from $p$-type ohmic contact to $p$-type Schottky contact or $n$-type Schottky contact can be achieved by interlayer or in-plane strain engineering, which is associated with the strain-induced energy shifts of the valence band maximum and conduction band minimum of $\mathrm{W}{\mathrm{Se}}_{2}$. Additionally, the tunneling probability of the heterostructure rises dramatically (up to 100%) with interlayer coupling, which is favorable for carrier transport at the heterointerface. Our findings demonstrate that strain engineering is an effective way of modulating metal-semiconductor interfaces and provide theoretical guidance for designing electronic and magnetic devices based on the $\mathrm{W}{\mathrm{Se}}_{2}/\mathrm{Cr}{\mathrm{Se}}_{2}$ vdW heterostructure as well as broadening its applications in future functional devices.
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