Magnetic ground state in FeTe2,VS2 , and NiTe2 monolayers: Antiparallel magnetic moments at chalcogen atoms

磁矩 基态 凝聚态物理 单层 自旋电子学 材料科学 物理 结晶学 铁磁性 原子物理学 化学 纳米技术
作者
Mehmet Aras,Çetin Kılıç,S. Çiraci
出处
期刊:Physical review [American Physical Society]
卷期号:101 (5) 被引量:42
标识
DOI:10.1103/physrevb.101.054429
摘要

Our analysis based on the results of hybrid and semilocal density-functional calculations with and without Hubbard $U$ correction for on-site Coulomb interactions reveals the true magnetic ground states of three transition-metal dichalcogenide monolayers, viz., ${\mathrm{FeTe}}_{2},{\mathrm{VS}}_{2}$, and ${\mathrm{NiTe}}_{2}$, which comprise inhomogeneous magnetic moment configurations. In contrast to earlier studies considering only the magnetic moments of transition-metal atoms, the chalcogen atoms by themselves have significant, antiparallel magnetic moments owing to the spin polarization through $p\text{\ensuremath{-}}d$ hybridization. The latter is found to be true for both $H$ and $T$ phases of ${\mathrm{FeTe}}_{2},{\mathrm{VS}}_{2}$, and ${\mathrm{NiTe}}_{2}$ monolayers. Our predictions show that the ${\mathrm{FeTe}}_{2}$ monolayer in its lowest-energy structure is a half metal, which prevails under both compressive and tensile strains. Half metallicity occurs also in the ${\mathrm{FeTe}}_{2}$ bilayer but disappears in thicker multilayers. The ${\mathrm{VS}}_{2}$ monolayer is a magnetic semiconductor; it has two different band gaps of different character and widths for different spin polarization. The ${\mathrm{NiTe}}_{2}$ monolayer, which used to be known as a nonmagnetic metal, is indeed a magnetic metal with a small magnetic moment. These monolayers with intriguing electronic and magnetic properties can attain new functionalities for spintronic applications.

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