GaS单层中用于二维应变电子学应用的缺陷驱动磁性与应变介导磁切换：基于DFT的第一性原理研究

《Journal of Magnetism and Magnetic Materials》：Defect-driven magnetism and strain mediated magnetic switching in GaS monolayers for 2D straintronic applications: a DFT based first-principles investigation

　　

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  第一性原理DFT+U计算系统揭示了GaS单层中缺陷诱导的磁性及其对双轴应变的响应，并证明了其热力学稳定性。
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  在18种本征缺陷中，有11种可诱导磁性，其中S_Ga反位缺陷达到最高磁矩3 μ_B。
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  缺陷构型揭示了在?5%（压缩）至+5%（拉伸）双轴应变范围内缺陷磁性的机械可调特性。
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  应变在S_Ga反位缺陷中诱发自旋跃迁，并在V_2Ga中形成由Stoner不稳定性驱动的"磁性窗口"。
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  Stoner不稳定性、晶体场分裂和轨道局域化共同主导了GaS中可应变调控的磁性，为应变电子学应用提供了理论基础。

章节摘录

I. 引言

超薄层状二维（2D）材料在先进纳米电子学和光电子学应用方面展现出巨大潜力[1], [2], [3]。石墨烯作为典型的二维材料，表现出卓越的物理性质[4], [5]。然而，由于缺乏本征带隙，其半导体应用潜力受到限制。这促使人们研究新兴的原子级薄半导体材料[6], [7], [8], [9]。除石墨烯外，典型的过渡金属...

计算细节

我们的第一性原理计算在密度泛函理论（DFT）框架下进行，采用维也纳从头算模拟程序包（VASP）中实现的平面波基组[51]。使用GGA-PBE形式近似交换关联（XC）泛函[52]。选择PBE+U方法（U_Ga = 5 eV）以提供更为准确的基线，用于研究缺陷诱导磁性及其应变效应。平面波展开采用动能截断...

结果与讨论

讨论首先聚焦于本征GaS单层的结构和电子学基本特性。随后评估各种本征点缺陷的形成能和电子结构，并分析其对体系中缺陷诱导磁性的影响。最后，我们探讨了双轴应变对本征缺陷诱发的磁态的影响，重点关注应变介导的缺陷GaS中磁性的调控与开关...

结论

总之，我们的第一性原理研究表明，本征缺陷和双轴应变可有效调控GaS单层的磁学性质，凸显了其在二维应变电子学和自旋电子学应用中的潜力。与传统体相磁性材料相比，后者磁性性质通常对适度晶格变形不太敏感，GaS的降维效应和增强的结构柔韧性使其具有显著的机械可调控性...

CRediT作者贡献声明

Srijita Chakraborty：写作 – 原稿撰写，方法论，调查研究，形式分析，数据整理，概念构思。Ramesh Mamindla：可视化，资源，调查研究，形式分析，数据整理。Manish K. Niranjan：写作 – 审阅与编辑，监督指导，软件，资源，项目管理，方法论，调查研究，概念构思。

利益冲突声明

作者声明不存在可能影响本文工作的已知竞争性经济利益或个人关系。

Srijita Chakraborty|Ramesh Mamindla|Manish K. Niranjan