Magnetic doping in two-dimensional transition-metal dichalcogenide zirconium diselenide

过渡金属 磁矩 磁性 兴奋剂 掺杂剂 原子轨道 凝聚态物理 二硒醚 材料科学 电子结构 磁性半导体 结晶学 化学 电子 物理 冶金 催化作用 量子力学 生物化学
作者
Xu Zhao,Tianxing Wang,Congxin Xia,Xianqi Dai,Shuyi Wei,Lin Yang
出处
期刊:Journal of Alloys and Compounds [Elsevier BV]
卷期号:698: 611-616 被引量:27
标识
DOI:10.1016/j.jallcom.2016.12.260
摘要

Zirconium diselenide (ZrSe2) is one of many members of the layer-structured transition-metal dichalcogenide family. We report a systematic study of the magnetic properties of 1T-ZrSe2 doped with 3d transition metals (TM) using the first-principles calculation. The calculations show that the pristine 1T-ZrSe2 is semiconductors with indirect gaps of 0.439eV. The magnetism can be obtained for V, Cr, Mn, and Fe doping. The reduced total magnetic moment is 1.027μB, 1.841μB, 3.062μB, 0.249μB, respectively, and mainly comes from the transition metal 3d orbitals. The strong p–d hybridization was found between the 3d orbital of TM and 4p orbital of Se. We further performed DFT + U calculations with U on the TM impurities 6eV to describe the strong electron-electron correlation, we found that the magnetic moment of dopants were been increased to 2.791μB, 3.152μB, 4.348μB, 4.600μB, respectively, which indicates a transition from the low to high spin state. The electronic structure analysis reveals that the V, Cr, Mn, and Fedoped systems turn into magnetic metal. These results can provide useful guidance to engineer the magnetic properties of 1T-ZrSe2 in future experiments.

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