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2D rare-earth metal carbides (MXenes) Mo2NdC2T2 electronic structure and magnetic properties: A DFT + U study

磁性 MXenes公司 磁矩 铁磁性 碳化物 电子结构 密度泛函理论 赫巴德模型 凝聚态物理 结晶学 材料科学 金属 化学 纳米技术 物理 计算化学 复合材料 冶金 超导电性
作者
Shukai Yao,Babak Anasori,Alejandro Strachan
出处
期刊:Journal of Applied Physics [American Institute of Physics]
卷期号:132 (20) 被引量:5
标识
DOI:10.1063/5.0124167
摘要

2D rare-earth metal carbides (MXenes) are attractive due to their novel electronic and magnetic properties and their potential as scalable 2D magnets. In this study, we used density functional theory with the Hubbard U correction to characterize the structure, termination, and magnetism in an out-of-plane ordered rare-earth containing M3C2Tx MXene, Mo2NdC2T2 (T = O or OH). We investigated the effect of the U parameter on the stability and magnetism of two possible termination sites: the hollow sites aligned with the inner Nd atoms (Nd-hollow sites) and those aligned with the closest C atoms (C-hollow sites). We found that increasing UMo stabilized the Nd hollow sites, which minimized electrostatic repulsion between C and O atoms. Using UMo = 3.0 eV and UNd = 5.6 eV, obtained via the linear response method, we found that the energetically preferred termination site was C-hollow in Mo2NdC2O2 and Nd-hollow in Mo2NdC2(OH)2. Regardless of termination and the Hubbard U value, we found Mo2NdC2O2 and Mo2NdC2(OH)2 to be magnetic. The C-hollow termination resulted in ferromagnetic states for all Hubbard U tested with no magnetic moment in Mo. In the case of Nd-hollow, Mo became magnetic for UMo ≥ 4 eV. The difference of Mo magnetism in Nd-hollow and C-hollow was explained by crystal field splitting of the Mo d orbital caused by a distorted ligand.
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