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Tuning the electronic and magnetic properties of MoS2 nanotubes with vacancy defects
RSC Advances ( IF 3.9 ) Pub Date : 2019-06-03 00:00:00 , DOI: 10.1039/c8ra08981g Yanmei Yang 1 , Yang Liu 2 , Baoyuan Man 3 , Mingwen Zhao 2 , Weifeng Li 2
RSC Advances ( IF 3.9 ) Pub Date : 2019-06-03 00:00:00 , DOI: 10.1039/c8ra08981g Yanmei Yang 1 , Yang Liu 2 , Baoyuan Man 3 , Mingwen Zhao 2 , Weifeng Li 2
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By using density functional theory calculations, we evaluated the effects of vacancy defects on the electronic and magnetic properties of MoS2 nanotubes. While both zigzag and armchair MoS2 tubes are intrinsically semiconducting, armchair (6, 6) tubes with simple disulfur and mono-molybdenum vacancies, as well as a large vacancy cluster consisting of both Mo and S vacancies (VMoS3), and zigzag (10, 0) tubes with a mono-molybdenum defect are metallic. In particular, the (6, 6) tube with disulfur and VMoS3 defects is half-metallic, which is promising for applications in spintronic devices. In addition, the (6, 6) tube exhibits an easily tunable magnetic property by introducing vacancies. We found that disulfur, mono-molybdenum, VMoS3, and VMoS6 vacancies are able to cause spin polarization to induce net magnetic moment. This is mainly because the spin states prefer to couple through Mo atoms that are arranged along the zigzag direction (the axial direction of the armchair tube). In contrast, the zigzag (10, 0) tube is relatively hard to tune and is always nonmagnetic, except for the case of VMoS3. More importantly, atomic- and orbital-projected electron density of states analyses reveal that the net spins are mainly contributed by bare Mo atoms at or near the vacancy edge. For defect-laden MoS2 tubes that are still semiconducting, the energy gap and effective masses of the charge carriers are highly dependent on tube chirality and defect species. Our present findings highlight the worthwhile semiconducting, metallic, and half-metallic properties of MoS2 tubes, particularly armchair species, which can be obtained via defect engineering; this can find broad applications for the fabrication of nanoelectronic and spintronic devices.
中文翻译：
调整具有空位缺陷的 MoS2 纳米管的电子和磁性
通过使用密度泛函理论计算，我们评估了空位缺陷对MoS 2纳米管的电子和磁性的影响。虽然锯齿形和扶手椅式 MoS 2管本质上都是半导体，但扶手椅式 (6, 6) 管具有简单的二硫和单钼空位，以及由 Mo 和 S 空位 (V MoS 3 ) 组成的大空位簇，以及锯齿形(10, 0) 具有单钼缺陷的管子是金属的。特别是，(6, 6) 管与二硫和 V MoS 3缺陷是半金属的，这在自旋电子器件中的应用很有前景。此外，(6, 6) 管通过引入空位表现出易于调节的磁性。我们发现二硫、单钼、V MoS 3和V MoS 6空位能够引起自旋极化以产生净磁矩。这主要是因为自旋态更倾向于通过沿锯齿形方向（扶手椅管的轴向）排列的 Mo 原子耦合。相比之下，之字形 (10, 0) 管相对难以调谐并且始终是非磁性的，除了 V MoS 3的情况. 更重要的是，原子和轨道投影的电子态密度分析表明，净自旋主要由空位边缘处或附近的裸钼原子贡献。对于仍然是半导体的充满缺陷的 MoS 2管，电荷载流子的能隙和有效质量高度依赖于管的手性和缺陷种类。我们目前的研究结果突出了 MoS 2管的有价值的半导体、金属和半金属特性，特别是扶手椅物种，这可以通过缺陷工程获得；这可以在纳米电子和自旋电子器件的制造中找到广泛的应用。
更新日期：2019-06-03
中文翻译：
调整具有空位缺陷的 MoS2 纳米管的电子和磁性
通过使用密度泛函理论计算，我们评估了空位缺陷对MoS 2纳米管的电子和磁性的影响。虽然锯齿形和扶手椅式 MoS 2管本质上都是半导体，但扶手椅式 (6, 6) 管具有简单的二硫和单钼空位，以及由 Mo 和 S 空位 (V MoS 3 ) 组成的大空位簇，以及锯齿形(10, 0) 具有单钼缺陷的管子是金属的。特别是，(6, 6) 管与二硫和 V MoS 3缺陷是半金属的，这在自旋电子器件中的应用很有前景。此外，(6, 6) 管通过引入空位表现出易于调节的磁性。我们发现二硫、单钼、V MoS 3和V MoS 6空位能够引起自旋极化以产生净磁矩。这主要是因为自旋态更倾向于通过沿锯齿形方向（扶手椅管的轴向）排列的 Mo 原子耦合。相比之下，之字形 (10, 0) 管相对难以调谐并且始终是非磁性的，除了 V MoS 3的情况. 更重要的是，原子和轨道投影的电子态密度分析表明，净自旋主要由空位边缘处或附近的裸钼原子贡献。对于仍然是半导体的充满缺陷的 MoS 2管，电荷载流子的能隙和有效质量高度依赖于管的手性和缺陷种类。我们目前的研究结果突出了 MoS 2管的有价值的半导体、金属和半金属特性，特别是扶手椅物种，这可以通过缺陷工程获得；这可以在纳米电子和自旋电子器件的制造中找到广泛的应用。
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