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过渡金属吸附在WS2单层上的半金属性质：第一性原理研究

DOI：10.1016/j.jmmm.2019.01.063 期刊：Journal of Magnetism and Magnetic Materials 出版年份：2019 更新时间：2025-09-23 02:02:58
摘要： 鉴于半金属在自旋电子器件中的多种应用，我们通过第一性原理计算研究了过渡金属（TM）（铬、锰、铁、钴、镍和铜）吸附原子在WS?单层膜上的结构、电子和磁学性质。基于吸附能分析，所有情况下TM原子都倾向于占据钨原子正上方的TW位点。结果表明：铬、锰、铁和钴吸附于WS?单层形成的体系具有磁性，而镍和铜吸附体系则无磁学特性。TM原子与WS?层形成化学吸附。总磁矩值从铬到钴吸附分别呈现4μB至1μB的变化规律，这与斯莱特-泡林规则相符。镍和铜吸附体系的磁矩为0.00μB，表现为非磁性状态。更重要的是，铬、锰、铁和钴吸附体系在费米能级处实现了100%的高自旋极化率，这表明其具有应用于自旋电子器件的潜力。
作者： Zahra Ghasemi majd，Seyed Fardin Taghizadeh，Peiman Amiri，Behroz Vaseghi
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研究概述 实验方案 设备清单

研究目的

研究过渡金属原子吸附在WS2单层上的结构、电子和磁学性质，重点关注其半金属性质在自旋电子器件中的潜在应用。

研究成果

Cr、Mn、Fe和Co原子在WS?单层上的吸附诱导出费米能级处具有100%自旋极化的半金属铁磁性，使其在自旋电子学应用中极具前景。Ni和Cu的吸附则导致非磁性状态。所有情况下最稳定的吸附位点均为TW位点，其磁性源于钨的d轨道与过渡金属原子的d轨道以及硫原子的p轨道之间的杂化作用。

研究不足

该研究依赖于计算方法，可能存在近似处理（例如采用GGA泛函导致带隙低估，如WS2的理论值1.78电子伏特与实验值约2电子伏特相比）。虽混合泛函（如HSE）可提高精度但未被采用。本研究属理论性工作且缺乏实验验证。仅考察特定过渡金属（铬至铜），实际应用中的稳定性可能受温度、环境条件等因素影响。

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