Janus-functionalization induced magnetism and improved optoelectronic properties in two-dimension silicene and germanene: insights from first-principles calculations

日耳曼 硅烯 杰纳斯 材料科学 磁性 自旋电子学 单层 表面改性 带隙 密度泛函理论 凝聚态物理 化学物理 纳米技术 光电子学 铁磁性 石墨烯 计算化学 化学 物理 物理化学
作者
Gang Guo,Yajuan Xu,Gencai Guo
出处
期刊:Journal of Physics: Condensed Matter [IOP Publishing]
卷期号:35 (33): 335501-335501 被引量:14
标识
DOI:10.1088/1361-648x/acd50d
摘要

Abstract In this paper, the structural stability, optoelectronic and magnetic properties of silicene and germanene monolayers Janus-functionalized simultaneously with hydrogen and alkali metal atoms (Li and Na) are investigated systematically by using first-principles calculations. The calculated results of the ab initio molecular dynamics simulations and cohesive energies indicate that all functionalized cases have good stability. Meanwhile, the calculated band structures show that all functionalized cases retain the Dirac cone. Particularly, the cases of HSiLi and HGeLi show metallic nature but retain semiconducting characteristics. Besides, the above two cases can present obvious magnetic behavior and their magnetic moments are mainly originated by the p states of Li atom. The metallic property and weak magnetic character can also be found in the case of HGeNa. While the case of HSiNa exhibits the nonmagnetic semiconducting property with a indirect band gap of 0.42 eV calculated by the HSE06 hybrid functional. It is also found that the optical absorption in the visible region of silicene and germanene can be effectively improved by Janus-functionalization. Specifically, a high optical absorption of visible light in an order of 4.5 × 10 5 cm −1 can be observed in the case of HSiNa. Furthermore, in the visible region, the reflection coefficients of all functionalized cases can also be enhanced. These results demonstrate the feasibility of the Janus-functionalization method to modulate the optoelectronic and magnetic properties of silicene and germanene, expanding their potential applications in the fields of spintronics and optoelectronics.
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