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Mn2P2S3Se3: a two-dimensional Janus room-temperature antiferromagnetic semiconductor with a large out-of-plane piezoelectricity
Journal of Materials Chemistry C ( IF 5.7 ) Pub Date : 2023-01-13 , DOI: 10.1039/d2tc04799c
Peng Jiang 1 , Xiaohong Zheng 2 , Lili Kang 3 , Xixi Tao 4 , Hong-Mei Huang 1 , Xiaochen Dong 5 , Yan-Ling Li 1
Journal of Materials Chemistry C ( IF 5.7 ) Pub Date : 2023-01-13 , DOI: 10.1039/d2tc04799c
Peng Jiang 1 , Xiaohong Zheng 2 , Lili Kang 3 , Xixi Tao 4 , Hong-Mei Huang 1 , Xiaochen Dong 5 , Yan-Ling Li 1
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Structural symmetry breaking in two-dimensional materials plays a vital role in determining their electronic, valleytronic, and magnetic properties. Motivated by the recently synthesized 2D antiferromagnetic semiconductor MnPS3 and Janus system MoSSe, by first-principles calculations we here propose a new stable antiferromagnetic Mn2P2S3Se3 Janus monolayer semiconductor with a direct band gap of about 1.75 eV. It is found that 2D Mn2P2S3Se3 shows a high Néel temperature of up to 315 K and a sizable magnetocrystalline anisotropy with easy in-plane magnetization. Interestingly, spontaneous valley polarization is observed because of the coexistent broken space- and time-inversion symmetries. Meanwhile, Mn2P2S3Se3 exhibits a large out-of-plane piezoelectricity due to the mirror asymmetry. Moreover, the magnetic transition temperature can be significantly increased under biaxial in-plane compressive strain due to the enhanced magnetic exchange interaction. However, applying the strain does not affect the magnetic order and easy in-plane magnetocrystalline anisotropy of the predicted system. These results demonstrate that the 2D Janus Mn2P2S3Se3 monolayer is a very promising candidate for designing intriguing antiferromagnet-based valleytronic devices.
中文翻译：
Mn2P2S3Se3：具有大面外压电性的二维 Janus 室温反铁磁半导体
二维材料中的结构对称性破缺在决定其电子、谷电子和磁性方面起着至关重要的作用。受最近合成的二维反铁磁半导体 MnPS 3和 Janus 系统 MoSSe 的启发，通过第一性原理计算，我们在这里提出了一种新的稳定的反铁磁 Mn 2 P 2 S 3 Se 3 Janus 单层半导体，其直接带隙约为 1.75 eV。发现2D Mn 2 P 2 S 3 Se 3显示出高达 315 K 的高 Néel 温度和相当大的磁晶各向异性以及容易的面内磁化。有趣的是，由于同时存在破碎的空间和时间反转对称性，观察到自发谷极化。同时，Mn 2 P 2 S 3 Se 3由于镜不对称性而表现出大的面外压电性。此外，由于增强的磁交换相互作用，在双轴面内压缩应变下可以显着提高磁转变温度。然而，施加应变不会影响预测系统的磁序和容易的面内磁晶各向异性。这些结果表明 2D Janus Mn 2 P2 S 3 Se 3单层是设计有趣的基于反铁磁体的谷电子器件的非常有前途的候选者。
更新日期：2023-01-13
中文翻译：
Mn2P2S3Se3：具有大面外压电性的二维 Janus 室温反铁磁半导体
二维材料中的结构对称性破缺在决定其电子、谷电子和磁性方面起着至关重要的作用。受最近合成的二维反铁磁半导体 MnPS 3和 Janus 系统 MoSSe 的启发，通过第一性原理计算，我们在这里提出了一种新的稳定的反铁磁 Mn 2 P 2 S 3 Se 3 Janus 单层半导体，其直接带隙约为 1.75 eV。发现2D Mn 2 P 2 S 3 Se 3显示出高达 315 K 的高 Néel 温度和相当大的磁晶各向异性以及容易的面内磁化。有趣的是，由于同时存在破碎的空间和时间反转对称性，观察到自发谷极化。同时，Mn 2 P 2 S 3 Se 3由于镜不对称性而表现出大的面外压电性。此外，由于增强的磁交换相互作用，在双轴面内压缩应变下可以显着提高磁转变温度。然而，施加应变不会影响预测系统的磁序和容易的面内磁晶各向异性。这些结果表明 2D Janus Mn 2 P2 S 3 Se 3单层是设计有趣的基于反铁磁体的谷电子器件的非常有前途的候选者。
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