전이 금속(TM) 원소 V, Cr, Mn으로 가장자리 기능화된 암체어 블랙 포스포렌 나노리본(APNR)의 구조적, 전기적 및 자기적 특성은 비평형 그린의 기능과 결합된 밀도 기능 이론에 의해 연구되었습니다. 스핀 편극 에지 상태는 TM-APNR의 전자 구조에 다양한 종류를 도입합니다. Mn-stitched edge가 있는 APNR의 경우 밴드 구조는 강자성 상태에서 반-반도체의 전기적 특성을 나타냅니다. 가로 전기장은 Stark 효과를 통해 가장자리 상태의 전도 대역을 이동하여 Mn-APNR을 금속성으로 만들 수 있습니다. Mn/Cr-APNR 이종접합은 스핀 p-n을 제작하는 데 사용될 수 있습니다. 강한 정류가 한 번의 스핀에만 작용하는 다이오드.
그래핀[1, 2]의 발견은 2차원(2D) 결정 재료[3,4,5,6]에 대한 연구의 급증을 촉발했습니다. 지난 10년 동안 육방정계 질화붕소, 전이금속 디칼코게나이드, 흑색 포스포렌 등이 준비되거나 예측되었습니다[7,8,9]. 이러한 2D 재료는 2D 한계 아래에서 새로운 물리적 현상과 성능을 탐구하는 데 중요할 뿐만 아니라 전자, 스핀트로닉스 및 광전자 장치의 많은 새로운 응용 분야에 중요한 광범위한 분야에서 구현될 수 있습니다[10,11,12,13 ,14,15,16,17,18,19,20,21]. 또한, 2차원 재료의 일부 특성은 1차원(1D) 나노리본으로 맞춤화되거나 기능화된 후에 개선될 수 있습니다[22, 23]. 상향식 합성 그래핀 나노리본의 전계 효과 트랜지스터에서 우수한 성능이 관찰되었습니다[24]. O 또는 OH 그룹으로 기능화된 금속 탄화물 또는 질화물을 통한 2D 반도체와의 쇼트키 장벽 없는 접촉이 예측되었습니다[25]. 에지 변형된 포스포렌 나노플레이크는 고효율 태양전지를 위해 제안되었다[26]. 원자 결함과 불순물은 자기 및 촉매의 잠재적인 응용을 위한 전자 특성을 국부적으로 조절하는 데 사용할 수 있습니다[27,28,29]. 외부 전기장 및 이종 구조의 적용은 전자 특성을 상당히 조작할 수 있습니다[30,31,32].
알려진 2D 재료 중에서 블랙 포스포렌은 장치 응용 분야에서 우수한 기계적, 전기적 및 광학적 특성을 가진 몇 안 되는 재료 중 하나입니다. 이를 기반으로 전계 효과 트랜지스터를 제작한 이후[9], 블랙 포스포렌은 점점 더 많은 관심을 끌고 있습니다. 적당한 밴드 갭(≈ 2 eV)과 높은 정공 이동도(≈ 1000 cm 2 )를 가진 직접 반도체입니다. /(Vs)) [33,34,35], 전자, 광전자공학, 센서, 촉매 및 배터리 분야에서 엄청난 응용 가능성을 보여줍니다[36,37,38,39]. 그래핀과 유사하게 블랙 포스포렌은 두 가지 일반적인 방향을 따라 지그재그 포스포렌 나노리본(ZPNR) 또는 안락의자 포스포렌 나노리본(APNR)으로 절단될 수 있습니다[40,41,42]. 첫 번째 원리 시뮬레이션은 전이 금속의 치환 도핑이 스핀트로닉 응용을 위해 포스포렌에 자성을 쉽게 도입할 수 있음을 보여주었습니다[43]. 결함에 의해 고정된 전이 금속의 흡수는 반금속 및 금속 복합 포스포렌 시스템을 유발할 수 있습니다[44]. 전이금속의 에지 변형은 지그재그 포스포렌 나노리본의 전자적 특성을 크게 조절할 수 있다고 예측되었다[45]. 그러나 우리가 아는 한 TM 패시베이션이 APNR에 미치는 영향은 아직 잘 연구되지 않았습니다.
이 논문에서 우리는 다른 것들보다 더 큰 자기 모멘트를 도입하기 때문에 일반적인 전이 금속 요소 V, Cr 및 Mn에 의해 기능화된 APNR의 전자적 특성 변조에 중점을 둡니다. 밀도 기능 이론에 기반한 시뮬레이션은 반-반도체 동작이 나타날 수 있고 가로 전기장에 의해 제어될 수 있음을 보여줍니다. 또한 고성능 스핀 p-n 접합부는 스핀트로닉 애플리케이션용으로 설계될 수 있습니다[46].
흑린은 원자층이 약한 층간 반데르발스 힘에 의해 함께 쌓이는 반면 각 층의 원자는 강한 공유 결합으로 묶인 적층 물질입니다. 그것은 쉽게 단층 포스포렌으로 벗겨질 수 있습니다. 포스포렌의 평면도는 기하학적 매개변수를 표시하기 위해 오른쪽에 확대 부분이 있는 그림 1a에 구성되어 있습니다. 그 외에 안락의자와 지그재그 방향을 따라 2개의 측면도가 제공됩니다. 각 인 원자는 3개의 인접한 인 원자(격자 상수 3.31 및 4.38 Å, 결합 길이 2.2 Å, 결합 각 96.34°, 2면각 102.1°)에 결합되어 주름진 벌집 구조를 형성합니다[47]. 그래핀 및 이황화몰리브덴과 같은 육각형 벌집 격자의 다른 2차원 재료와 마찬가지로 포스포렌은 두 가지 전형적인 모서리 형태인 안락의자와 지그재그 블랙 포스포렌 나노리본을 가진 나노리본에 맞춰질 수 있습니다[40, 41, 48, 49].
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아 오른쪽에 확대 보기가 있는 2D 포스포린의 평면도와 측면도. 안락의자와 지그재그 모서리의 단면도는 각각 아래 및 왼쪽에 표시됩니다. ㄴ 중공 부위(A)와 가장자리의 상단 부위(B)에 TM adatom이 있는 APNR. 점선 프레임은 기본 셀의 크기를 나타내며 숫자 n 나노리본의 너비를 나타냅니다. ㄷ APNR의 4가지 자기 구성. d 횡전계가 존재할 때의 개략도
여기에서는 반도체 n을 고려합니다. - 홀수 너비의 APNR n 거울 대칭 단면. n개의 경우에도 유사한 결과가 따라야 합니다. 나노리본의 두 가장자리는 다음에서 설명하는 것처럼 거의 독립적이기 때문입니다. 세 가지 일반적인 전이 금속(TM) 요소 V, Cr 및 Mn에 의한 모서리 수정의 효과가 체계적으로 분석됩니다. 도 1b에 도시된 바와 같이, TM 원자는 중공 위치(케이스 A) 또는 상부 위치(케이스 B)의 APNR 가장자리에 흡착될 수 있다. 케이스 A가 훨씬 더 큰 결합 에너지를 가지므로 각 속이 빈 위치의 중심 근처에 TM 원자가 흡착되고 그 외에 두 개의 인 가장자리 원자에 결합하는 경우를 채택합니다. APNR 가장자리에 있는 TM 원자의 결합 기하학을 쉽게 설명하기 위해 그림 1b와 같이 사이트 1, 2, 3, 4의 인 원자를 P1로 표시합니다. , P2 , P3 , 및 P4 , 각각. 우리는 또한 몇 가지 기하학 매개변수를 정의합니다:결합 길이 \( {d}_1^{P-P} \) (P2 사이 및 P3 ), \( {d}_2^{P-P} \) (P1 사이 , P2 또는 P3 , P4 ) 및 d 피 − TM 결합각 θ 1 (\( {d}_1^{P-P} \) 및\( {d}_2^{P-P} \)) 및 θ 사이 2 (\( {d}_2^{P-P} \)와 d 사이 피 − TM ). TM 원자의 자기 때문에 그림 1c와 같이 FM, AFM1, AFM2 및 AFM3의 네 가지 가능한 자기 구성이 있습니다. 자기장이 없을 때 시뮬레이션은 그림 1c의 AFM2 단위 셀의 에너지가 FM 단위 셀의 에너지보다 약 0.2 eV 낮다는 것을 보여줍니다. 두 모서리는 거의 독립적이며 AFM1 및 AFM3 구성에서 두 모서리 사이의 반대 스핀 분극은 에너지를 0.002 eV 미만으로 줄일 수 있습니다. 이 논문에서 우리는 FM 구성에서 나노리본의 전자적 특성을 연구합니다. 인가된 자기장이 나노리본을 그렇게 유지할 수 있기 때문입니다. 우리는 또한 FM APNR의 전자 구조와 특성에 대한 그림 1d와 같이 적용된 횡전계의 영향을 연구합니다. 마지막으로 재료의 가능한 장치 응용을 제안합니다.
나노리본 접합의 수송 특성은 2-프로브 장치 구조를 설정하여 계산됩니다. 접합은 세 부분으로 분할됩니다. 접합 인터페이스가 있는 산란 영역은 왼쪽(L) 전극과 오른쪽(R) 전극 사이에 끼워져 있습니다. 전압 바이어스 V일 때 b 두 전극 사이에 가해지면 전극 L과 R의 페르미 에너지를 μ로 설정합니다. L =− e |V b |/2 및 μ R =이 |V b |/2. 스핀 σ의 전자 전류 양자 장치를 통해 Landauer-Büttiker 공식[50]에 의해 평가됩니다.
$$ {I}_{\sigma }=\frac{e}{h}\underset{-\infty }{\overset{\infty }{\int }}{T}_{\sigma }(E)\ 왼쪽[f\left(E-{\mu}_{\mathrm{R}}\right)-f\left(E-{\mu}_{\mathrm{L}}\right)\right] dE $ $ (1)여기, T σ (이 )는 스핀 σ의 전달입니다. 그리고 f 페르미-디락 분포 함수.
시뮬레이션은 NEGF(non-equilibrium Green's function) 방법과 결합된 초기 밀도 기능 이론(DFT)을 기반으로 하는 Atomistix 툴킷(ATK) 패키지에 의해 수행됩니다[51, 52]. 전자 구조 및 전송 시뮬레이션 전에 각 원자에 작용하는 힘이 0.02 eV/Å 미만일 때까지 구조가 최적화됩니다. 교환 상관 함수에 대해 Perdew-Burke-Emzerhof 매개변수화(SGGA-PBE)와 함께 스핀 종속 일반화 기울기 근사를 사용합니다. 우리는 SGGA+U 시뮬레이션이 다음과 같은 결과를 낳는 것을 확인했습니다[43]. 이중 제타 편광(dzp ) 원자 궤도는 정확한 결과를 얻기 위해 계산에 사용됩니다. 20Å 두께의 진공 층이 인접 나노리본 사이에 삽입되어 리본 간 결합을 방지합니다. 파동 함수의 기본 벡터 확장에 대한 절단 에너지는 k가 있는 150 Hartree 또는 4082 eV로 설정됩니다. -1 × 1 × 101의 공간 메쉬 그리드 시뮬레이션을 용이하게 하기 위해 NEGF 방식의 실제 축 적분 기술에 300 K의 전자 온도가 채택되었습니다. 4가지 자기 구성은 최적화 전에 TM adatoms의 해당 스핀 분극을 초기에 설정하여 얻습니다. 횡전계 ε 거리 l만큼 떨어져 있는 두 개의 평행한 가상 금속판에 의해 생성됩니다. , 전위차 V 그 그래서 ε =V 그 /l .
깨끗한 APNR에서 가장자리 P 원자는 속이 빈 위치로 이동하여 그림 2a, b에 표시된 것처럼 각 가장자리 "안락의자"가 2D 대응물에 비해 좁아집니다. APNR이 Ref. [48, 53], 가장자리 P 원자는 그림 2c와 같이 2D 위치로 복구됩니다. TM 원자가 각각의 중공 위치에 흡착되면 그 외에 두 개의 가장자리 P 원자가 부동태화됩니다. 그러면 안락의자가 부분적으로 회복되고 TM 아톰의 스핀 분극으로 인해 가장자리가 자화됩니다. FM 구성에서는 가장자리에서 재구성이 관찰되지 않으며 그림 2d–f에 표시된 대로 기본 셀의 길이가 변경되지 않은 상태로 유지됩니다.
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FM 9-APNR의 기하학 a 2D 포스포렌에서 잘라낸 b 기하학적으로 최적화된(원래), c 수소화 및 흡착 후 d V, 이 Cr 및 f 가장자리에 Mn 원자. 원자의 스핀 분극 밀도는 0.004 e/Å 3 값에서 녹색 등가면으로 표시됩니다.
표 1에서 기하학 매개변수와 결합 에너지 E를 나열합니다. b 해당되는 경우 FM 구성의 깨끗한 수소화 및 TM 흡착 9- 및 17-APNR의 경우. 여기, E b =(나 X + E APNR − E X − APNR )/m E X , E APNR , 및 E X − APNR 외부 원자의 총 에너지, 원시 APNR의 원시 셀 및 m에 의해 부동태화된 APNR의 원시 셀 외부 원자, 각각 m =H 및 m의 경우 4 =TM 요소의 경우 2. APNR을 만들기 위해 2D 포스포렌을 자르면 가장자리의 현수 결합이 크게 감소합니다. θ 1 102에서 87°까지. 외부 원자에 의한 정지 결합의 패시베이션이 회복됨 θ 1 그리고 \( {d}_{P-P}^1 \) 및 \( {d}_{P-P}^2 \)로 표시된 반발 반응을 도입합니다. TM의 경우 V 원자의 흡착이 가장 큰 θ로 가장 강한 반발 반응을 나타냅니다. 1 . H와 유사하게 TM 원소의 흡착은 4 eV 정도의 결합 에너지로 에너지적으로 안정하다. APNR의 두 에지는 서로 거의 독립적이므로 기하 매개변수와 E b APNR의 너비에 둔감합니다. 결합 기하학과 에너지는 TM-n에 대해 서로 다른 자기 구성에서도 유지됩니다. -APNR.
그림 3에서 우리는 에지 수정이 있거나 없는 9-APNR에서 전자의 밴드 구조와 일반적인 파동 함수를 제시합니다. 깨끗한 APNR은 밴드 갭이 E인 비자성 간접 반도체입니다. g ≈ 0.5 eV, 여기서 원자가(전도) 밴드 상단(하단)의 전자 상태는 벌크(가장자리) 상태입니다. 가장자리 P 원자가 H 원자에 의해 부동태화되면 깨끗한 APNR의 가장자리 현수 결합으로 인한 전도대가 밴드 갭에서 멀어지고 수소화된 ANPR은 E의 더 넓은 밴드 갭을 갖는 직접 반도체가 됩니다. g ≈ 1.0 eV. 전도대 하단과 가전자대 상단의 상태는 모두 벌크 상태입니다. 너비가 n에서 증가함에 따라 =9에서 17, 밴드 갭은 Han et al.에 의해 예측된 것과 일치하여 1.01에서 0.89 eV로 약간 감소합니다. [49].
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깨끗한 9-APNR의 페르미 에너지 근처의 밴드 구조 및 일반적인 파동 함수는 a에 의해 edge-modified 하, b V, c Cr 및 d Mn 원자
TM 원자가 APNR의 가장자리에 흡착되면 스핀 극성이 유지됩니다. FM 구성에서 V-n -APNR은 스핀 종속 밴드 갭을 갖는 자기 반도체입니다. n에 대해 도 3b에 도시된 바와 같이, =9에서, 스핀업 전자는 \( {E}_g^{\mathrm{up}}\대략 0.03 \) eV의 간접 갭을 갖는 반면 스핀다운 전자는 \( {E}_g ^{\mathrm{down}}\약 0.5 \) eV. 페르미 에너지 주변의 스핀업 밴드의 전자 상태는 d로 구성됩니다. V 원자의 궤도는 가장자리에 국한됩니다. 이러한 스핀업 가장자리 밴드는 유사한 분산을 가지며 부분적으로 점유됩니다. k에서 분리된 해당 가전자대 상단 및 전도대 하단 공간이지만 에너지면에서 서로 가깝습니다. 스핀업 전자의 경우 좁은 간접 밴드 갭이 나타납니다. 대조적으로, 모든 스핀다운 가장자리 밴드는 페르미 에너지보다 훨씬 높습니다. 스핀다운 가전자대(spin-down valence band)는 벌크 상태에서 유래하고 에지 상태에서 오는 스핀다운 전도대의 반대 분산을 갖는다. 그 결과 스핀다운 전자에 대한 직접적인 밴드 갭이 발생합니다. V 에지 밴드는 왼쪽과 오른쪽 에지 V 원자 사이의 약한 결합으로 인해 쌍으로 나타납니다. 5개 쌍 중 3개가 점유되어 각 원시 세포는 6 μ의 자기 모멘트를 갖습니다. 나 .
한 쌍의 스핀업 및 모든 스핀다운 d 궤도 에지 밴드는 그림 3c와 같이 Cr-9-APNR에서 페르미 준위 위에 위치합니다. 각 Cr 원자의 궤도 전자. 스핀다운 가전자대 상단 근처에서 가장 높은 두 쌍의 스핀업 가장자리 밴드가 약간 겹치기 때문에 스핀다운 가전자대 상단 바로 위에 페르미 준위가 있는 하프 메탈이 됩니다. Mn-9-APNR에서 다섯 쌍의 스핀업 d 스핀다운 d 동안 궤도 밴드가 점유됨 궤도 밴드는 그림 3d와 같이 비어 있습니다. 스핀업의 경우 \( {E}_g^{\mathrm{up}}\approx 1 \) eV, \( {E}_g^{\ Mathrm{down}}\약 0.3 \) eV(스핀다운). 두 스핀 모두 벌크 상태인 동일한 원자가 밴드 상단을 갖습니다. 그러나 스핀다운의 전도대 바닥은 비어 있는 스핀다운 가장자리 상태로 인해 스핀업보다 훨씬 낮습니다.
TM-n의 전자 구조 -APNR은 동일한 패턴을 유지하고 n만큼 많이 변경되지 않습니다. 그림 4와 같이 증가합니다. 그럼에도 불구하고 에너지 갭이 n으로 열릴 수 있기 때문에 Cr 부동태화 샘플에서 물리적 특성이 크게 다를 수 있습니다. 증가합니다. 좁은 Cr-n -APNR은 하프 메탈이지만 넓은 Cr-n -APNR은 n에 대한 그림 4의 삽입과 같이 반도체가 될 수 있습니다. =11 및 n =각각 17.
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깨끗한 n의 밴드 구조 -APNR 및 다양한 n에 대해 V, Cr 및 Mn 원자에 의해 가장자리 수정된 것들 . Cr-n 확대 보기 -페르미 레벨 근처의 APNR은 n에 대한 삽입에 표시됩니다. =11 및 17
FM TM-9-APNR의 자기 모멘트 분포 프로파일은 그림 2에 나와 있으며, 여기서 스핀 밀도의 등가면 ∆ρ =ρ 위로 − ρ 아래로 =0.004 e/Å 3 플롯됩니다. 여기, ρ 위로 및 ρ 아래로 는 각각 스핀업 및 스핀다운 전자의 밀도입니다. 자기 모멘트는 주로 TM 원자 주위에 집중되어 있으며 P 원자의 기여도가 너무 작아 명확하게 표시되지 않습니다. 표 2에서 총 자기 모멘트 M T 원시 세포에서 10개의 모서리 원자 M의 모멘트 합 E =2 M (TM) + 4 M (P1 ) + 4 M (P2 ), 단일 에지 원자 TM의 모멘트, P1 /P4 , 또는 P2 /P3 .
총 자기 모멘트는 주로 가장자리 원자(M T ≈ M 이 ) 및 μ 단위 나 원시 세포 당은 전이 금속 원자의 원자가 전자 수에서 4를 뺀 값에 가깝습니다. V-n -APNR, 에지 P 원자(P1 및 P4 ) 두 번째 가장자리 P 원자(P2 및 P3 )은 평행하게 편광됩니다. 따라서 P 원자의 자기 모멘트는 서로 거의 상쇄됩니다. 각 V 원자는 약 3 μ의 자기 모멘트를 가집니다. 나 3d 궤도. 4s 궤도는 단일 V 원자와 유사하게 완전히 채워져 있습니다. 대조적으로 Cr-n의 가장자리 P 원자는 -APNR은 M의 훨씬 더 큰 자기 모멘트를 가집니다. (P1) ≈ − 0.27μ 나 . 공교롭게도 그들은 가장 긴 d 피 − TM 3개의 TM-APNR 중에서 P 원자가 2D 포스포렌에서 가장 큰 기하학적 편차를 나타냄을 나타냅니다. 또한, 각 Cr 원자는 약 5 μ의 자기 모멘트를 가지고 있습니다. 나 , 4 μ 대신 나 . 이것은 4s 3d의 원자가 전자 배열을 갖는 고립된 Cr 원자의 경우와 유사하게 궤도가 완전히 차지되지 않고 스핀 분극에 기여합니다. 5 4s 1 . 스핀 극성 Cr-APNR에서 Cr 원자의 궤도는 p에서 역평행 스핀 분극을 유도했을 수 있습니다. 운동 교환 메커니즘을 통해 이웃 P 원자의 궤도. Mn-n -APNR, d Mn 원자의 궤도는 약 5 μ의 자기 모멘트로 절반을 차지합니다. 나 이웃한 P 원자는 모두 평행하게 매우 약하게 분극되어 있습니다. 그림 5에서 d의 부분 밀도 상태(PDOS)(파란색)를 플로팅합니다. 9-APNR의 총 상태 밀도(DOS)(검정색)와 함께 TM 원자의 궤도. 여기서 d의 스핀 분할과 에너지 확산은 궤도가 명확하게 표시됩니다. 깨끗하고 수소화된 APNR에서 스핀업 및 스핀다운 DOS 스펙트럼은 스핀 분극이 없음을 나타내는 서로 겹칩니다. TM-APNR에서 스핀업 및 스핀다운 d 궤도 PDOS 스펙트럼은 주로 2~4 eV의 에너지 범위로 분포합니다. V-, Cr- 및 Mn-APNR에서 각각 약 3, 9 및 4 eV의 분리로 에너지가 잘 분리됩니다. d 제외 궤도, p P 원자의 궤도는 원자가 밴드의 DOS에 대한 기여를 지배합니다. s Cr 원자의 궤도도 Cr-APNR에 크게 기여합니다. Co 및 Ni 원자의 에지 패시베이션은 또한 APNR에 자성을 도입할 수 있지만 Sc, Ti, Fe, Cu 및 Zn과 같은 다른 TM 요소에 의해 도입되는 자성은 상당히 제한적일 수 있습니다.
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FM 상태에서 원시 및 수정된 9-APNR의 DOS(검은색 곡선)는 업 스핀(오른쪽) 및 다운 스핀(왼쪽)에 대해 표시됩니다. d TM 원자의 궤도 PDOS(파란색 곡선)도 비교를 위해 표시됩니다. 페르미 에너지 근처의 V-9-APNR의 DOS는 밴드 갭을 표시하기 위해 삽입된 부분에서 확대됩니다.
횡전계는 반도체의 캐리어 농도와 밴드 구조를 제어하기 위해 전자 장치에 널리 사용되었습니다[54, 55]. 그림 1d에 표시된 대로 TM-n의 전자 구조를 시뮬레이션합니다. - 두 평행 막대 사이에 나노리본을 끼움으로써 나노리본 평면에 평행한 가로 전기장 하에서 FM 구성의 APNR. 자, V 그 두 막대 사이의 전압 차이와 l 그들 사이의 분리입니다. 스타크 효과로 인해 실제 공간에서 전기장을 따라 거리 Δ만큼 분리된 두 축퇴 상태는 \( \delta E=e{\mathcal{E}}^{\ast}\Delta \)만큼 분할되어야 합니다. , 여기서 유효 전기장 \( {\mathcal{E}}^{\ast } \)은 일반적으로 스크리닝 효과의 결과로 외부 전기장 \( \mathcal{E} \)보다 작습니다. TM-n에서 -APNRs, 각 상태가 한 가장자리에만 국한된 경우 가장자리 밴드 쌍의 상태 중심 사이의 거리 Δ는 나노리본 너비만큼 많을 수 있지만 Δ는 더 짧거나 혼합 가장자리 상태에서 사라져야 합니다. 그림 3의 파동 함수에서 알 수 있듯이 에지 상태는 일반적으로 혼합되어 있습니다.
그림 6에서 다양한 \( \mathcal{E} \)에 대한 V-, Cr-, Mn-13-APNR의 밴드 구조를 제시한다. 나노리본 너비는 약 \( w=0.5\left(n-1\right)\times 3.31\ {\AA}+{d}^{P-\mathrm{TM}}\cos \left({135}^ {{}^{\circ}}-{\theta}_2\right)\approx 21\kern0.20em {\AA}. \)스타크 분할은 \( e\mathcal{E}w \)보다 훨씬 작습니다. 강한 스크리닝 효과 또는 에지 상태의 강한 혼합을 나타냅니다. V-13-APNR은 스핀업 밴드 갭이 매우 좁기 때문에 약 \( \mathcal{E}=3 \) V/nm에서 반 금속이 됩니다. 전도 가장자리 대역의 스탁 분할은 \( \mathcal{E}=5 \) V/nm에서 0.1 eV에 도달할 수 있습니다. Cr-13-APNR은 비슷한 강도의 Stark 쪼개기를 보여주며 가로장 아래에서 절반의 금속성을 유지합니다.
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a의 스핀업(실선) 및 스핀다운(점선) 밴드 구조 V-, b Cr- 및 c 강도 \( \mathcal{E}=0,1,\dots, 5 \) V/nm의 가로 전기장에서 Mn-13-APNR. d Mn-n의 밴드 갭 -업 스핀(\( {E}_g^{\mathrm{up}} \), 실선) 및 다운 스핀(\( {E}_g^{\mathrm)에 대한 APNR 대 \( \mathcal{E} \) {down}} \), 점선), n =9, 11 및 13. e 갭 차이 \( \Delta E={E}_g^{\mathrm{up}}-{E}_g^{\mathrm{down}} \) 대 \( \mathcal{E} \)
훨씬 더 강한 Stark 효과는 그림 6c와 같이 반반도체 Mn-13-APNR에서 관찰됩니다. 에지 상태의 스핀다운 전도대 쌍은 k의 Γ 지점에서 약 0.55 eV의 분할을 얻습니다. \( \mathcal{E}=5 \) V/nm 아래의 공간. 스핀다운 전도대는 스핀업 가전자대와 겹치고 Mn-13-APNR은 확대된 삽입도로 표시된 것처럼 절반 반도체에서 금속으로 이동합니다. 그림 6d에서 스핀업 및 스핀다운 에너지 갭 대 전계 강도를 표시합니다. 전자파 기능은 장에 따라 변하고 에너지 갭은 장에 따라 선형적으로 변하지 않는다. Mn-13-APNR의 밴드갭은 스핀다운 전자의 경우 \( \mathcal{E}=5 \) V/nm에서 거의 사라지지만 스핀업 전자의 경우 0.75 eV 이상으로 유지됩니다. 에너지 갭 차이 ∆E 반대 회전 사이는 n에 대한 그림 6e의 \( \mathcal{E} \)에 대해 표시됩니다. =9, 11 및 13. ∆E n에 대해 훨씬 느린 단계로 증가합니다. =n보다 9 =로우 필드에서 11 및 13, 그러나 하이 필드에서 방식이 반대입니다.
우리는 TM 원자가 다양한 방식으로 APNR의 밴드 구조를 조절할 수 있음을 보았습니다. 이것은 새로운 장치 설계의 기회를 제공합니다. 예를 들어, Cr-APNR과 Mn-APNR을 결합하여 스핀 종속 p-n을 형성할 수 있습니다. 접합. 실험적으로 포스포렌에 금속 이온 도핑[56]이 가능합니다. 2D 재료의 부드러운 스티칭[57]과 나노리본의 원자 가장자리 수정도 실현될 수 있습니다[58]. 이러한 기술은 p-n 접합. 그림 7a에서 전류-전압(I-V ) 상단 삽입에 표시된 2-프로브 시스템의 시뮬레이션에서 얻은 특성. 스핀 p-n 접합은 스핀-업 전자에 대해 매우 강한 정류 효과를 나타내지만 스핀-다운 전자에 대해서는 약한 효과를 나타냅니다. 이 스핀 의존성은 아래 삽입 그림과 같이 왼쪽 및 오른쪽 전극의 구별되는 밴드 구조에서 비롯됩니다. 음의 바이어스에서 왼쪽 Mn-APNR 전극은 페르미 에너지 μ를 갖습니다. 엘 =이 |V b |/2 및 오른쪽 Cr-APNR μ R =− e |V b |/2. 에너지 범위 [μ의 수송 창 내부 엘 ,μ R ], Cr-APNR 전극에서 스핀다운 에너지 밴드의 매우 작은 부분만 존재하므로 스핀다운 전류가 낮게 유지됩니다. 대조적으로, 스핀업 에너지 밴드의 넓은 중첩은 Mn- 및 Cr-APNR 전극 모두에 존재하며 스핀업 전류는 바이어스에 따라 빠르게 증가합니다. 운송 창 내부 [μ R ,μ 엘 ] 그러나 양의 바이어스에서 Mn-APNR이 p이기 때문에 왼쪽 전극에 스핀업 에너지 밴드가 없고 해당 전류가 거의 0으로 유지됩니다. -업 스핀용 와이드 갭 반도체. 스핀다운 전류는 V에서 증가하기 시작합니다. b =오른쪽 페르미 에너지가 왼쪽 스핀다운 전도대에 정렬될 때 =0.2 V. 그림 7b에서 정류비 α를 플로팅합니다. σ =[나 σ (−|V b |) − 나 σ (|V b |)]/나 σ (|V b |) 스핀 σ 바이어스 크기의 함수로 |V b |. |V에서 b | =0.5 V, APNR 스핀 p-n 접합에는 업 스핀의 경우 2400, 다운 스핀의 경우 2만 수정됩니다.
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아 스핀 의존 I-V Mn/Cr-9-APNR 이종접합의 특성. 2-프로브 시스템의 기하학은 상단 삽입에 표시됩니다. 아래쪽 삽입은 음극 및 양극 바이어스에 대한 전극 에너지 밴드의 정렬 방식입니다. ㄴ 해당 정류비 α 편향 크기에 대해 플롯됩니다.
DFT-NEGF 시뮬레이션은 TM 원자의 에지 기능화가 비자성 반도체 APNR의 전기적 및 자기적 특성을 크게 조작하여 금속 또는 반반도체로 만들 수 있음을 시사합니다. TM-APNR의 TM 원자는 V 및 Mn 원자의 자성이 주로 d에서 오는 고립된 상태에서 전자 구성을 유지합니다. d에서 Cr의 오비탈 그리고 s 궤도. Mn-APNR에서 d 오비탈은 반으로 채워져 있습니다. 모든 스핀업 d Mn 원자의 궤도가 점유되고 스핀다운 d 궤도는 페르미 준위보다 높다. d의 좁은 밴드 갭으로 인해 궤도에서 Mn-APNR은 스핀다운 에너지 밴드가 스핀업 에너지 밴드보다 페르미 준위에서 훨씬 좁은 간격을 갖는 반반도체가 됩니다. 물질은 적절한 조건에서 한 스핀에는 반도체이고 다른 스핀에는 절연체가 될 수 있기 때문에 이 독특한 속성은 스핀트로닉 장치 설계에 사용될 수 있습니다. 가장자리 상태에 대한 Stark 효과의 도움으로 에너지 갭은 적용된 가로 전기장에 의해 추가로 변조될 수 있습니다. 예를 들어, 5 V/nm의 필드는 스핀다운 전자의 밴드갭을 닫고 스핀업 전자의 경우 0.75 eV의 갭을 유지할 수 있습니다. Mn-APNR과 Cr-APNR 사이의 에너지 밴드의 급격한 차이를 이용하여 스핀 p-n을 설계할 수 있습니다. 한 번의 스핀에만 강한 정류가 일어나는 Mn/Cr-APNR 접합의 다이오드.
1차원
2차원
반강자성
안락의자 블랙 포스포렌 나노 리본
Atomistix 툴킷
밀도 함수 이론
상태 밀도
강자성
비평형 그린의 기능
전이 금속
나노물질
초록 큰 작업 기능으로 인해 MoOX 박막과 결정질 실리콘 태양전지 모두에서 정공선택적 접촉에 널리 사용되어 왔다. 이 작업에서 열증발 MoOX 필름은 p의 뒷면에 사용됩니다. -유형 결정질 실리콘(p -Si) 태양 전지, 여기서 MoOX의 광학 및 전자 특성 필름 및 해당 장치 성능은 어닐링 후 처리의 기능으로 조사됩니다. MoOX 100°C에서 열처리된 필름은 가장 높은 일함수를 나타내며 에너지 밴드 시뮬레이션 및 접촉 저항 측정 결과를 기반으로 최고의 홀 선택성을 입증합니다. 전체 후면 p -Si/MoOX /Ag 접촉 태양전
초록 본 연구에서는 다양한 wt. 비스무트(Bi)의 비율(2.5, 5, 7.5 및 10)은 열수 기술을 사용하여 도펀트로 통합되었습니다. 우리의 발견은 광학 조사가 근자외선 영역에서 흡수 스펙트럼을 보여주었다는 것을 보여줍니다. 밀도 기능 이론 계산은 Bi 도핑이 페르미 준위 주변에 새로운 국부적 갭 상태를 유도함으로써 BN 나노시트의 전자 구조에 다양한 수정을 가져왔다는 것을 나타냅니다. Bi 도펀트 농도가 증가함에 따라 밴드갭 에너지가 감소함을 알 수 있었다. 따라서 계산된 흡수 스펙트럼 분석에서 흡수 가장자리에서 적색 편이가
