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Transition-Metal Dihydride Monolayers: A New Family of Two-Dimensional Ferromagnetic Materials with Intrinsic Room-Temperature Half-Metallicity
The Journal of Physical Chemistry Letters ( IF 4.8 ) Pub Date : 2018-07-13 00:00:00 , DOI: 10.1021/acs.jpclett.8b01976 Qisheng Wu 1, 2 , Yehui Zhang 1 , Qionghua Zhou 1 , Jinlan Wang 1, 3 , Xiao Cheng Zeng 2
The Journal of Physical Chemistry Letters ( IF 4.8 ) Pub Date : 2018-07-13 00:00:00 , DOI: 10.1021/acs.jpclett.8b01976 Qisheng Wu 1, 2 , Yehui Zhang 1 , Qionghua Zhou 1 , Jinlan Wang 1, 3 , Xiao Cheng Zeng 2
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Two-dimensional (2D) ferromagnetic materials with intrinsic half-metallicity are highly desirable for nanoscale spintronic applications. Here, we predict a new and stable family of 2D transition-metal dihydride (MH2; M = Sc, Ti, V, Cr, Fe, Co, Ni) monolayers with novel properties. Our density functional theory computation shows that CoH2 and ScH2 monolayers are ferromagnetic metals, while the others are antiferromagnetic semiconductors. In particular, the CoH2 monolayer is a perfect half-metal with a wide spin gap of 3.48 eV. The ScH2 monolayer can also possess half-metallicity through hole doping. Most importantly, our Monte Carlo simulations show that the CoH2 monolayer possesses an above-room-temperature Curie point (339 K), while that of the ScH2 monolayer can also reach 160 K. A synthetic approach is proposed to realize CoH2 and ScH2 monolayers in the laboratory. Notably, their half-metallicity can be well maintained on substrates. The new family of MH2 monolayers are promising functional materials for spintronic applications due to their novel magnetic properties.
中文翻译：
过渡金属二氢化物单层：具有固有室温半金属性的二维铁磁材料新家族
具有固有的半金属性的二维（2D）铁磁材料对于纳米级自旋电子学应用是非常理想的。在这里，我们预测了具有新特性的新型且稳定的二维过渡金属二氢化物家族（MH 2； M = Sc，Ti，V，Cr，Fe，Co，Ni）单层。我们的密度泛函理论计算表明，CoH 2和ScH 2单层是铁磁金属，而其他是反铁磁半导体。特别地，CoH 2单层是完美的半金属，具有3.48 eV的宽自旋间隙。ScH 2单层还可以具有通孔掺杂的半金属性。最重要的是，我们的蒙特卡洛模拟显示CoH 2单层具有高于室温的居里点（339 K），而ScH 2单层的居里点也可以达到160K 。提出了一种在实验室中实现CoH 2和ScH 2单层的合成方法。值得注意的是，它们的半金属性可以很好地保持在基板上。新型的MH 2单层膜家族因其新颖的磁性而成为自旋电子学应用中很有希望的功能材料。
更新日期：2018-07-13
中文翻译：
过渡金属二氢化物单层：具有固有室温半金属性的二维铁磁材料新家族
具有固有的半金属性的二维（2D）铁磁材料对于纳米级自旋电子学应用是非常理想的。在这里，我们预测了具有新特性的新型且稳定的二维过渡金属二氢化物家族（MH 2； M = Sc，Ti，V，Cr，Fe，Co，Ni）单层。我们的密度泛函理论计算表明，CoH 2和ScH 2单层是铁磁金属，而其他是反铁磁半导体。特别地，CoH 2单层是完美的半金属，具有3.48 eV的宽自旋间隙。ScH 2单层还可以具有通孔掺杂的半金属性。最重要的是，我们的蒙特卡洛模拟显示CoH 2单层具有高于室温的居里点（339 K），而ScH 2单层的居里点也可以达到160K 。提出了一种在实验室中实现CoH 2和ScH 2单层的合成方法。值得注意的是，它们的半金属性可以很好地保持在基板上。新型的MH 2单层膜家族因其新颖的磁性而成为自旋电子学应用中很有希望的功能材料。
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