Strain-controlled electronic and magnetic properties of tVS2/hVS2 van der Waals heterostructures

文献情報

出版日 2021-01-29
DOI 10.1039/D0CP05395C
インパクトファクター 3.676
著者

Dan Jin, Meimei Shi, Pan Li, Huiyan Zhao, Man Shen, Fengxian Ma, Zhixue Tian, Ying Liu


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要旨

The structural, electronic and magnetic properties of the T-phase and H-phase of the VS2 monolayer and their heterobilayers are studied by means of first-principles calculations. We find that the two phases of the VS2 monolayer are both ferromagnetic (FM) semiconductors and that these two monolayers form a typical van der Waals (vdW) heterostructure with a weak interlayer interaction. By comparing the energy of different magnetic configurations, the FM state of the tVS2/hVS2 heterostructure is found to be in the ground state under normal conditions or biaxial strains. Under compressive strains, the anti-FM (AFM) and FM states degenerate. Based on the band structure obtained and the work function, it is found that the T-phase and H-phase are capable of forming an efficient p–n heterostructure. Due to spontaneous charge transfer at the interface, a gapless semiconductor is formed in our HSE06 calculations. We also find that the twist angle between the monolayers has a negligible impact on the band structure of the heterostructure in its spin-down channel. Moreover, the tVS2/hVS2 heterostructure is found to switch from a gapless semiconductor to a metal or a half-metal under some given biaxial or uniaxial strains. Therefore, the heterostructure could be a half-metallic property with strains, realizing 100% polarization at the Fermi level. Our study provides the possibility of realizing 100% spin-polarization at the Fermi level in these FM vdW heterostructures, which is significant for further spin transport exploration.

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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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