First-principles calculations to investigate the effects of strain, electric field, and atom impurity on the electronic and magnetic properties of RuX2 (X = S, Se) nanosheets

文献情報

出版日 2021-07-06
DOI 10.1039/D1CP01968F
インパクトファクター 3.676
著者

Yusuf Zuntu Abdullahi, Sohail Ahmad


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要旨

An experimental group (Angew. Chem., Int. Ed., 2021, 60, 7013–7017) has recently demonstrated the synthesis of two-dimensional (2D) RuSe2, which was shown to hold promise for hydrogen evolution due to enhanced HER performance. Herein, we studied the effects of external factors (strain, electric field, and atom adsorption) on the electronic and magnetic properties of T′-RuX2 (X = S, Se) sheets using DFT+U calculations. The estimated carrier effective mass results show that electrons are heavier than holes for T′-RuX2 sheets. The band-gap increases when the bi-axial strain increases from −5% to −1% (−5% to 1%) for T′-RuS2(RuSe2) and then decreases beyond these strain points. We found that the T′-RuX2 sheets exhibit a semiconductor to metal transition under a maximum electric field strength of 10 V nm−1. It is revealed that the magnetic moment can be achieved in T′-RuX2via adsorption of Li, Na, and K atoms. The findings show that the AFM state is the preferred magnetic ground state for T′-RuS2 with adsorbed Li and Na, whereas FM is the magnetic ground state for the remaining atm-RuX2 systems. Interestingly, an indirect to direct transition of the band-gap for T′-RuS2 with adsorbed K was found whereas the remaining T′-RuX2 with adsorbed Li, Na and K atoms showed either half-metallic or metallic electronic properties. Our results can extend the application of T′-RuX2 sheets in actuating, optoelectronic and spintronic fields.

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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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