通过电荷缺陷工程调控3d过渡金属掺杂蓝磷的磁性与电子特性：面向自旋电子学应用

本综述系统探讨了通过3d过渡金属（TM）掺杂及电荷态调控实现蓝磷（BP）磁性诱导与电子结构修饰的策略。研究结合第一性原理计算（DFT），揭示了掺杂体系在带电状态下的稳定性、磁各向异性（MAE）及载流子调控机制，为二维材料在自旋电子学（Spintronics）和纳米电子器件中的缺陷工程设计提供了理论依据。

　　

Highlight

通过带电缺陷工程实现可调磁性与电子特性：本研究系统分析了3d过渡金属（TM）掺杂蓝磷（BP）在不同电荷态下的性质，揭示了其磁矩调控、能带修饰及载流子行为的关键机制。

Computation details and methodology

所有密度泛函理论（DFT）计算均采用维也纳从头算模拟软件包（VASP）及投影缀加波（PAW）赝势完成。交换关联泛函使用Perdew-Burke-Ernzerhof（PBE）广义梯度近似，平面波截断能设置为450 eV。布里渊区采样使用3×3×1的Monkhorst-Pack k点网格，高斯展宽参数σ=0.05 eV。

Thermodynamic stability

为建立带电缺陷研究基准，我们首先优化了原始单层BP结构。所得晶格常数（3.28 ?）、P–P键长（2.26 ?）、翘曲高度（1.24 ?）和电子带隙（1.94 eV）均与先前计算研究高度吻合。优化结构显示净磁矩为零。随后，我们在优化后的4×4×1超胞中用一个3d TM原子（从Sc到Zn）替代P原子，构建了3d TM掺杂BP体系。

Conclusions

总之，我们通过系统的DFT计算，全面研究了不同电荷状态下3d TM替代掺杂BP单层的结构、稳定性、电子特性与磁性行为。结果表明，除Co_P¹⁺外，所有缺陷在1+或1-电荷态下的电离能（IE₀）均落在原始BP带隙内，表明这些带电态在实验条件下可能稳定存在。