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The high electron mobility for spin-down channel of two-dimensional spin-polarized half-metallic ferromagnetic EuSi2N4 monolayer
Journal of Computational Chemistry ( IF 3.4 ) Pub Date : 2024-08-12 , DOI: 10.1002/jcc.27474 Bo Zhang 1 , Huai-Qian Wang 1, 2 , Hui-Fang Li 2 , Hao Zheng 1 , Yong-Hang Zhang 1 , Xun-Jie Mei 2 , Jia-Ming Zhang 1 , Kai-Le Jiang 1 , Qing-Wei Jiang 3
Journal of Computational Chemistry ( IF 3.4 ) Pub Date : 2024-08-12 , DOI: 10.1002/jcc.27474 Bo Zhang 1 , Huai-Qian Wang 1, 2 , Hui-Fang Li 2 , Hao Zheng 1 , Yong-Hang Zhang 1 , Xun-Jie Mei 2 , Jia-Ming Zhang 1 , Kai-Le Jiang 1 , Qing-Wei Jiang 3
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The two-dimensional (2D) monolayer material MoSi2N4 was successfully synthesized in 2020[Hong et al., Science 369, 670, (2020)], exhibiting a plethora of new phenomena and unusual properties, with good stability at room temperature. However, MA2Z4 family monolayer materials involve primarily transition metal substitutions for M atoms. In order to address the research gap on lanthanide and actinide MA2Z4 materials, this work conducts electronic structure calculations on novel 2D MSi2N4 (M = La, Eu) monolayer materials by employing first-principles methods and CASTEP. High carrier mobility is discovered in the indirect bandgap semiconductor 2D LaSi2N4 monolayer (~5400 cm2 V−1 s−1) and in the spin (spin-down channel) carrier mobility of the half-metallic ferromagnetic EuSi2N4 monolayer (~2800 cm2 V−1 s−1). EuSi2N4 monolayer supplements research on spin carrier mobility in half-metallic ferromagnetic monolayer materials at room temperature and possesses a magnetic moment of 5 μB, which should not be underestimated. Furthermore, due to the unique electronic band structure of EuSi2N4 monolayer (with the spin-up channel exhibiting metallic properties and the spin-down channel exhibiting semiconductor properties), it demonstrates a 100% spin polarization rate, presenting significant potential applications in fields such as magnetic storage, magnetic sensing, and spintronics.
中文翻译：
二维自旋极化半金属铁磁 EuSi2N4 单层自旋下滑通道的高电子迁移率
二维 （2D） 单层材料 MoSi2N4 于 2020 年成功合成[Hong et al.， Science 369， 670， （2020）]，表现出大量的新现象和不寻常的性质，在室温下具有良好的稳定性。然而，MA2Z4 系列单层材料主要涉及 M 原子的过渡金属取代。为了解决镧系元素和锕系元素 MA2Z4 材料的研究空白，本研究采用第一性原理方法和 CASTEP 对新型 2D MSi2N4 （M = La， Eu） 单层材料进行了电子结构计算。在间接带隙半导体 2D LaSi2N4 单层 （~5400 cm2 V-1 s-1） 和半金属铁磁 EuSi2N4 单层 （~2800 cm2 V-1 s-1） 的自旋（自旋向下通道）载流子迁移率中发现了高载流子迁移率。EuSi2N4 单层补充了室温下半金属铁磁单层材料中自旋载流子迁移率的研究，并具有 5 μB 的磁矩，这一点不容小觑。此外，由于 EuSi2N4 单层具有独特的电子能带结构（自旋向上通道表现出金属特性，自旋下降通道表现出半导体特性），它表现出 100% 的自旋极化率，在磁存储、磁传感和自旋电子学等领域具有重要的潜在应用。
更新日期：2024-08-12
中文翻译：
二维自旋极化半金属铁磁 EuSi2N4 单层自旋下滑通道的高电子迁移率
二维 （2D） 单层材料 MoSi2N4 于 2020 年成功合成[Hong et al.， Science 369， 670， （2020）]，表现出大量的新现象和不寻常的性质，在室温下具有良好的稳定性。然而，MA2Z4 系列单层材料主要涉及 M 原子的过渡金属取代。为了解决镧系元素和锕系元素 MA2Z4 材料的研究空白，本研究采用第一性原理方法和 CASTEP 对新型 2D MSi2N4 （M = La， Eu） 单层材料进行了电子结构计算。在间接带隙半导体 2D LaSi2N4 单层 （~5400 cm2 V-1 s-1） 和半金属铁磁 EuSi2N4 单层 （~2800 cm2 V-1 s-1） 的自旋（自旋向下通道）载流子迁移率中发现了高载流子迁移率。EuSi2N4 单层补充了室温下半金属铁磁单层材料中自旋载流子迁移率的研究，并具有 5 μB 的磁矩，这一点不容小觑。此外，由于 EuSi2N4 单层具有独特的电子能带结构（自旋向上通道表现出金属特性，自旋下降通道表现出半导体特性），它表现出 100% 的自旋极化率，在磁存储、磁传感和自旋电子学等领域具有重要的潜在应用。
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