Modulation of magnetism in transition-metal-doped two-dimensional GeS

磁性 过渡金属 凝聚态物理 兴奋剂 调制(音乐) 材料科学 金属 化学 物理 冶金 声学 生物化学 催化作用
作者
Chunxiao Zhang,Yang Baoyong,Chao Tang,Chaoyu He,Jin Li,Tao Ouyang,Jianxin Zhong
出处
期刊:Journal of Physics D [Institute of Physics]
卷期号:51 (22): 225001-225001 被引量:6
标识
DOI:10.1088/1361-6463/aabd96
摘要

Two-dimensional (2D) germanium monosulfide (GeS) is a promising nanoelectronic material with a desirable band gap, high carrier mobility, and anisotropic structures. In this work, we present a density functional theory study on the magnetism of 3d TM (TM = Fe, Co and Ni)-doped 2D GeS. We find that the TM atoms strongly bond to the GeS sheet with quite sizable binding energies due to the sp 3-like hybridization of 2D GeS. The Fe- and Co-doped GeS show nonzero magnetic ground states. Hubbard parameter U hardly affects the magnetic moment when U is no more than 6 eV. In particular, substitutional Fe (Fe@GeS) and substitutional Co (Co@GeS) present high-spin states with 4 μ B and 3 μ B. The magnetism of TM-doped 2D GeS mainly arises from the crystal field splitting and spin exchange splitting of TM-3d orbitals. The magnetic and electronic properties of the Fe@GeS and Co@GeS systems can be easily controlled in a small vertical external electric field (E ext). The underlying mechanism of spin crossover is that E ext affects the crystal field splitting and then shifts the relative positions of 3d orbitals, which tunes the spin configurations. These results render monolayer GeS a promising 2D material for applications in future spintronics.

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