Strong current polarization and perfect negative differential resistance in few-FeN4-embedded zigzag graphene nanoribbons

文献情報

出版日 2016-12-21
DOI 10.1039/C6CP08357A
インパクトファクター 3.676
著者

Xiao-Fei Li, Lingling Liu, Qing Yan, Qin-Kun Li, Yunxiang Wang, Mingsen Deng, Qi Qiu


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要旨

Ferromagnetic devices have special significance in spintronics. Here, we investigate the electronic structures and transport properties of the experimentally achievable FeN4-embedded armchair and zigzag graphene nanoribbons (FeN4-AGNR and FeN4-ZGNR). The first principles results show that FeN4 induces room-temperature stable ferromagnetic ground states in both AGNRs and ZGNRs, but only significant changes in the band structure of the latter, inducing strong current polarization (nearly 100%) and spin-dependent negative differential resistance (NDR) in the FeN4-ZGNR based devices. We find that the performance of the NDR can be easily enhanced by embedding more FeN4 structures. Its peak-to-valley current ratio (PVCR) rises rapidly and reaches 104 when only 4 FeN4 structures are used. It is revealed that the localized f electrons of the Fe atom and the p electrons of the C atoms at the ribbon edges have the same spin orientation, resulting in a ferromagnetic ground state with a larger magnetic moment, FeN4 induces conductive states around the Fermi level, which are responsible for the observed NDR, and the quite different conductivity of the frontier orbitals in the spin-down and spin-down systems contributes to the strong current polarization. Such intrinsic properties suggest prospective device applications of the FeN4-ZGNRs in spintronics.

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掲載誌

Physical Chemistry Chemical Physics

Physical Chemistry Chemical Physics
CiteScore: 5.5
自己引用率: 10.3%
年間論文数: 3036

Physical Chemistry Chemical Physics (PCCP) is an international journal co-owned by 19 physical chemistry and physics societies from around the world. This journal publishes original, cutting-edge research in physical chemistry, chemical physics and biophysical chemistry. To be suitable for publication in PCCP, articles must include significant innovation and/or insight into physical chemistry; this is the most important criterion that reviewers and Editors will judge against when evaluating submissions. The journal has a broad scope and welcomes contributions spanning experiment, theory, computation and data science. Topical coverage includes spectroscopy, dynamics, kinetics, statistical mechanics, thermodynamics, electrochemistry, catalysis, surface science, quantum mechanics, quantum computing and machine learning. Interdisciplinary research areas such as polymers and soft matter, materials, nanoscience, energy, surfaces/interfaces, and biophysical chemistry are welcomed if they demonstrate significant innovation and/or insight into physical chemistry. Joined experimental/theoretical studies are particularly appreciated when complementary and based on up-to-date approaches.

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