Exploration of hole-doping-induced ferromagnetism in two-dimensional materials

Promovendus/a: Ruishen Meng

Promotor(en): Prof. dr. Michel Houssa

Sinds de ontdekking van grafeen in 2004 hebben tweedimensionale (2D) materialen veel belangstelling gewekt, zowel wetenschappelijk als technologisch. Hun veelzijdige elektronische eigenschappen maken ze tot interessante kandidaatmaterialen om te worden geïntegreerd in toekomstige nano-elektronische apparaten. Magnetische 2D-materialen hebben de afgelopen jaren ook steeds meer onderzoeksaandacht gekregen anwege hun mogelijke gebruik in spintronische apparaten. De hoeveelheid huidige bestaande 2D ferromagnetische materialen is echter relatief zeldzaam en hun Curie-temperaturen zijn relatief laag, het is absoluut noodzakelijk om meer 2D ferromagnetische materialen met hoge Curie-temperaturen te vinden.

Dit proefschrift heeft tot doel te zoeken naar de 2D niet-magnetische materialen die een niet-magnetische naar ferromagnetische overgang zullen vertonen nadat ze in gaten zijn gedoteerd, met behulp van dichtheidsfunctionaaltheorieberekeningen.Meer dan honderd kandidaat-2D-materiaalzool met hoge stabiliteit en gematigde temperatuur gedoteerd Cu zijn geïdentificeerd , waarin bijna de helft 2D-metaalhalogeniden zijn, naast chalcogeniden, oxiden en nitriden.Het mogelijke magnetische uitwisselingskoppelingsmechanisme wordt besproken en we ontdekten dat de hybridisatie tussen de metalen d-orbitalen en de anion-p-orbitalen in deze verbindingen een rol speelt belangrijke rol bij het bevorderen van de Curie-temperaturen. In aanvulling, de effecten van intrinsieke en extrinsieke puntdefecten op de elektronische en magnetische eigenschappen van enkele geselecteerde 2DHDFM-kandidaten worden ook bestudeerd. De resultaten geven aan dat doping van het type p van 2D-nitriden (AlN, GaN, InN), sulfiden (ZnS, SnS2) en oxiden (Ga2O3) zeer onwaarschijnlijk is, aangezien de meeste defecten van het acceptortype diepe toestanden in hun energiebandkloof, die zich eerder gedragen als vangcentra voor ladingsdragers. Anderzijds worden meer veelbelovende resultaten verkregen voor de beschouwde 2D metaalhalogeniden, namelijk PbBr2 en HgBr2. In feite hebben zowel metaalvacatures als dopingonzuiverheden, zoals S, Se en Li, relatief kleine formatie-energieën en produceren ze ondiepe acceptorniveaus, typisch minder dan 0.2 eV boven de rand van de alentieband.