Substitutional transition metal doping in MoSi2N4 monolayer: structural, electronic and magnetic properties

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作者
Mohamed A. Abdelati,Ahmed A. Maarouf,Mohamed M. Fadlallah
出处
期刊:Physical Chemistry Chemical Physics [The Royal Society of Chemistry]
卷期号:24 (5): 3035-3042 被引量:9
标识
DOI:10.1039/d1cp04191f
摘要

Monolayer MoSi2N4 (MoSiN) was successfully synthesized last year [Hong et al., Science369, 670 (2020)]. The MoSiN monolayer exhibited semiconducting characteristics and exceptional ambient stability, calling for more studies of its properties. Here, we conduct first-principle calculations to examine the structural, magnetic, and electronic properties of substitutional doping of MoSiN monolayers with transition metals (TM) at the Mo site (TM-MoSiN). We find that the Sc-, Y-, Ti-, and Zr-MoSiN are metallic systems, while Mn-, Tc-, and Ru-MoSiN are n-type conducting. The Fe-MoSiN is a dilute magnetic semiconductor, and the Ni-MoSiN is a metal (or half-metal). The inclusion of spin-orbit coupling turns them into a half-metal and a semimetal, respectively. We also find that the work function of TM-MoSiN and the bond lengths between the TM and neighbor atoms increase as the atomic radius and electronegativity of the TM atom increase, respectively. The Fe-, Co-, and Ni-MoSiN may be used in spintronic devices, while Mn-, Rh- and Pd-MoSiN could be utilized for spin filter applications.
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