The metal atomic substitution induced half-metallic properties, metallic properties and semiconducting properties in X–N4 nanoribbons

文献情報

出版日 2023-10-07
DOI 10.1039/D3CP03983H
インパクトファクター 3.676
著者

Dong Fan, Zhihao Wang, Maoye Yin, Hengshuai Li, Haiquan Hu, Feng Guo, Zhenbao Feng, Jun Li, Dong Zhang, Zhi Li, Minghui Zhu


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要旨

Armchair X–N4 nanoribbons (X–AN4NRs) and zigzag X–N4 nanoribbons (X–ZN4NRs) were calculated using first-principles calculations. Ferromagnets (FM) were found to be the most stable among the initial magnetic structures. Furthermore, nanoribbons were found to be thermodynamically stable through molecular dynamics simulations. It can be found that when the temperature and total energy of X–AN4NRs and X–ZN4NRs change with time, they have a small oscillation range, which confirms the dynamic stability of X–AN4NRs and X–ZN4NRs under realistic experimental conditions. Subsequently, the magnetic moment analysis of the X–AN4NRs and X–ZN4NRs revealed that the magnetic moment of the X–AN4NRs is significantly smaller than that of X–ZN4NRs. The band structure and density of states (DOS) of the X–AN4NRs and X–ZN4NRs were also computed, which indicate different properties for different transition metal nanoribbons. The results suggest that different edge structures and transition metals can influence the electronic structure of the nanoribbons. Moreover, based on the band structure and DOS, it was found that Mn–AN4NRs and Fe–ZN4NRs exhibit half-metallic properties. They can generate 100% polarized currents at the Fermi level, providing valuable information for developing spintronic devices. Our study has a positive value for regulating the properties of the nanoribbons by metal atom substitution.

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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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