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锕系原子修饰的gh-C3N4单层优良5f电子磁体
Physical Chemistry Chemical Physics ( IF 2.9 ) Pub Date : 2023-09-30 , DOI: 10.1039/d3cp02954a
Tao Xiong 1 , Yaqing Chen 1 , Ruizhi Qiu 2 , Hongkuan Yuan 1, 3
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二维(2D)材料的原子功能,通常具有可控的掺杂途径,可提供规则的原子排列以及优异的磁性,对于基础研究和自旋电子学应用都至关重要。在这里,探索了5f 电子锕系元素 (An = Ac-Am) 在多孔石墨烯类碳氮化物 (gh-C 3 N 4 ) 层上的吸附,以确定其结构稳定性、电子性质和磁性。密度泛函理论 (DFT) 计算、从头算分子动力学 (AIMD)、蒙特卡罗 (MC) 模拟和化学键分析的结合。我们的研究表明,每个 An 原子可以单独吸附在 gh-C 3 N 4片的空位位点上,具有高能量、热和动力学稳定性,这源于离子 An-N 键合的主要相互作用以及次要相互作用。 An-5f6d 态与 N-2s2p 态共价键的相互作用。极少数 5f 电子的离域取决于它们是否占据与形成 5f-2s2p 共价键的配体轨道匹配并有助于杂交的亚轨道。我们提出,Ruderman-Kittel-Kasuya-Yosida (RKKY) 机制对于通过6d 电子作为传导电子的原子间 5f-5f 磁交换起着决定性作用。来自局域 5f 电子的大磁矩和磁各向异性能量 (MAE),加上离域 6d 电子带来的金属特性,使这些 An 基 2D 材料成为优异的金属磁体,特别是对于 U@gh-C 3 N 4该系统具有 0.6 μB的适度磁矩、53 meV 的大 MAE 和538 K 的高居里温度 ( T C )。



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更新日期:2023-09-30
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