Сибирский федеральный университет

Перевод названия: QUANTUM CHEMICAL STUDY OF STRUCTURE AND PROPERTIES OF CrN MONO- AND BILAYER

Тип публикации: статья из журнала

Год издания: 2015

Ключевые слова: CrN, DFT, ab initio, thin films, monolayers, spintronics, тонкие пленки, монослои, спинтроника

Аннотация: В последнее время такие материалы, как графен, h-BN и дихалькогениды переходных металлов, получают широкое применение в различных областях (спинтроника, фотовольтаика, валлейтроника) в связи с их низкой размерностью и проявлением свойств, отличных от их объемных аналогов. В то же время на данном этапе развития науки активно исследуются другие двумерные материалы, в том числе нитриды и карбиды переходных металлов. Некоторые из них уже экспериментально получены, охарактеризованы и имеют большой потенциал применения в наноэлектронике. Схожие с графеном 2D-структуры могут быть основаны на нитриде хрома, магнитные своиства которого будут зависеть от координационного числа и, соответственно, количества неспаренных электронов. В данной работе, используя метод PAW и обобщенное градиентное приближение GGA-PBE в рамках теории функционала плотности (DFT+U) с коррекцией слабого дисперсионного взаимодействия, было предсказано существование моно- и бислоев нитрида хрома с кристаллографическими индексами поверхностей (100) и (111). Показано изменение геометрии двумерных структур относительно кристаллической фазы. Полученные 2D CrN (100) и (111) являются идеально плоскими. Для сравнения энергетической стабильности двумерного CrN была рассчитана относительная энергия образования монослоя. Проведены спин-поляризованные расчеты ферромагнитного и антиферромагнитного состояний. Анализ электронной структуры указывает на то, что данные материалы являются ферромагнетиками со 100 % спиновой поляризацией. В соответствии с классической моделью Гейзенберга был рассчитан обменный параметр J для монослоя (100). Исследована зависимость изменения свойств при переходе от моно- к бислойным структурам. Lately, such materials as graphene h-BN and transition metal dichalcogenides have been widely used in various fields and have received a lot of attention owing to its numerous device applications (spintronics, photovoltaic, valleitronics). This is due to the low dimensionality and different properties from those bulk materials. At the same time, at this stage of scientific development, other two-dimensional materials have been actively studied, including carbides and nitrides of transition metals. Some of them have been experimentally obtained, characterized and have great potential for application in nanoelectronics. Similar to the 2D graphene structures can be based on chromium nitride whose magnetic properties will depend on the coordination number and the number of uncoupled electrons correspondingly.In this work, using PAW method and the gradient corrected density functional GGA-PBE within the framework of generalized Kohn-Sham density functional theory (DFT+U) considering weak dispersion interaction, we have predicted the existence of a chromium nitride mono- and bilayers of (100) and (111) crystallographic surface. It was shown that the monolayers geometry relative to the crystalline phase was changed. The 2D CrN (100) and (111) are perfectly flat. To comparison of the energy stability of two dimensional CrN the relative energy of monolayer formation was calculated. Using spin-polarized calculations we calculate ferromagnetic and antiferromagnetic states. The analysis of electronic structure shows that these materials are ferromagnets with 100 % spin polarization. According to the classical Heisenberg model, the exchange parameter J has been calculated (for monolayer 100). The dependence of the changes in the properties during the transition from mono to bilayers structures was investigated.

Журнал: Вестник Сибирского государственного аэрокосмического университета им. академика М.Ф. Решетнева

Выпуск журнала: Т. 16, № 2

Номера страниц: 450-455

ISSN журнала: 18169724

Место издания: Красноярск

Издатель: Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М.Ф. Решетнева

• Куклин А.В. (Сибирский федеральный университет)
• Кузубов А.А. (Институт физики им. Л. В. Киренского СО РАН)
• Денисов В.М. (Сибирский федеральный университет)
• Ковалева Е.А. (Сибирский федеральный университет)
• Шостак С.А. (Сибирский федеральный университет)

• РИНЦ (eLIBRARY.RU)