Structural stability and evolution of half-metallicity in Ba2CaMoO6: interplay of hole- and electron-doping

文献情報

出版日 2021-08-10
DOI 10.1039/D1CP03247J
インパクトファクター 3.676
著者

S. Faiza-Rubab, Shahnila Naseem, M. Zulfiqar, Y. Zhao, S. Nazir


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要旨

Half-metallic ferromagnetic materials have attracted a lot of attention due to their probable technological applications in spintronics. In this respect, doping plays a crucial role in tailoring or controlling the physical properties of the system. Herein, the impact of both hole and electron doping on the structural, electronic and magnetic properties of the recent high pressure synthesized non-magnetic insulator Ba2CaMoO6 double perovskite oxide are investigated by replacing one of the Mo ions with Nb and Tc. The structural and mechanical stability of the undoped/doped materials are analyzed by calculating the formation energies and stiffness tensors, respectively, which confirm the system's stability. Interestingly, our results revealed that Nb- and Tc-doped systems display an electronic transition from insulating to p- and n-type half-metallic ferromagnetic states, respectively. The most striking feature of the present study is that oxygen ions become spin-polarized, with a magnetic moment of ∼0.12 μB per atom, and are mainly responsible for conductivity in the Nb-doped system. However, the admixture of Tc 4d non-degenerate orbitals are primarily contributing to the metallicity in the Tc-doped structure, with a moment of ∼0.59 μB. It is also found that Nb and Tc ions remain in the 5+ and 7+ states with electronic configurations of t22g↑t22g↓e0g↑e0g↓ and t32g↑t22g↓e0g↑e0g↓, with spin states of S = 0 and S = 1/2 in the individual doped systems, respectively. Hence, the present work proposes that a doping strategy with a suitable candidate could be beneficial to tune the physical properties of the materials for their potential utilization in advanced spin-based devices.

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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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