Exploring electronic and valley properties of single-layer SMSiN2 (M = Mo, W): a first-principles study on two-dimensional Janus materials

杰纳斯 凝聚态物理 图层(电子) 工程物理 物理 材料科学 结晶学 纳米技术 化学
作者
Lijie Geng,Kun Chen,Hong‐Yan Lu,Shizhuo Wang,Yang Yang
出处
期刊:Physical Chemistry Chemical Physics [Royal Society of Chemistry]
卷期号:25 (46): 32021-32028 被引量:6
标识
DOI:10.1039/d3cp04283a
摘要

In this study, we employ first-principles calculations to explore the electronic and valleytronic properties of single-layer (SL) SMSiN2 (M = Mo, W), which are two-dimensional Janus materials with strong spin-orbit coupling. Our findings indicate that SL SMoSiN2/SWSiN2 possess a direct/indirect band gap, where the valence band maximum is situated at the K/K' point, giving rise to the formation of degenerate valleys. When considering spin-orbit coupling, SMoSiN2 and SWSiN2 demonstrate intriguing valley spin splitting in their valleys, with a maximum splitting of up to 0.14/0.39 eV in the valence bands. By implementing magnetic doping with V and Cr, we provide a demonstration that valley polarization could be realized in SL SMSiN2. Moreover, the findings reveal high carrier mobility in SL SMSiN2, notably in SWSiN2, where hole carriers can achieve a remarkable mobility of up to 7.98 × 103 cm2 V-1 s-1 along the zigzag direction. Furthermore, our observations suggest that strain can be effectively utilized to manipulate the character and magnitude of the band gap, as well as the valley spin splitting in these materials.
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