一、文章概述

通過DFT計(jì)算，作者研究了不同氧濃度下的Cr2N MXene的結(jié)構(gòu)、電子和磁性。作者的計(jì)算表明原始Cr2N具有反鐵磁(AFM)行為;此外，根據(jù)態(tài)密度，MXene是金屬的，與以前的報(bào)道一致。作者研究了功能化Cr2NOx（1<x≤2）MXene的磁性和電子性質(zhì)的變化；在所有情況下，O占據(jù)H3位置；在0.25<x≤0.75范圍內(nèi)，系統(tǒng)通過鐵磁對(duì)齊獲得半金屬性質(zhì)。在1<x≤1.75范圍內(nèi)，MXene返回為金屬狀態(tài)；此外，F(xiàn)iM特性仍然存在。最后，對(duì)于全氧覆蓋，功能化的MXene轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂邪虢饘傩再|(zhì)的鐵磁態(tài)，這與Wang和Kumar等人之前報(bào)道的結(jié)果相一致。原始CrN在AFM和FM之間的能量差為～1.5eV，且隨著氧濃度的增加而開始減小。對(duì)于cr2NOMXene，差異為～0.75eV，而對(duì)于完全氧化的MXene，最穩(wěn)定的構(gòu)型為FM。作者的研究結(jié)果表明，從AFM到FM的轉(zhuǎn)變是一個(gè)漸進(jìn)的過程，其中氧濃度在MXene的磁性能中起著重要的作用。作者的計(jì)算表明，不同氧覆蓋下的Cr2NOx MXene適合于自旋電子應(yīng)用，因?yàn)橥ㄟ^改變氧覆蓋，我們可以在費(fèi)米能級(jí)附近調(diào)節(jié)自旋極化。

二、圖文導(dǎo)讀

圖1所示。(a)不同磁構(gòu)型的Cr2GaN MAX相;(b)最穩(wěn)定構(gòu)型對(duì)應(yīng)的DOS和pDOS。

圖2。Cr2N單分子層的頂部和側(cè)視圖;描述了在這項(xiàng)工作中使用的不同的磁性結(jié)構(gòu)。

圖3。(a) Cr2NO0.25 MXene在不同高對(duì)稱位點(diǎn)和覆蓋度處的氧吸附相對(duì)能;(b) Cr2NO0.25 MXene表面氧擴(kuò)散的最小能量路徑。(c)不同氧濃度下FM配置的相對(duì)能量;在所有情況下，參考是最穩(wěn)定的磁結(jié)構(gòu)。

圖4。(a) Cr2NO0.25，?(b) Cr2NO0.5，?(c) Cr2NO0.75，和(d) Cr2NO MXenes的原子模型。

圖5。(a) Cr2NO1.25，?(b) Cr2NO1.5，?(c) Cr2NO1.75和(d)Cr2NO MXenes的原子模型。

圖6。(a) Cr2N，?(b) Cr2NO和(c) Cr2NO2 MXenes的電荷密度差等表面(Δρ)。在所有情況下，青色和黃色的等表面分別是電荷的積累和消耗MXenes的原子模型。

三、全文總結(jié)

通過自旋極化第原理總能計(jì)算，研究了Cr2NOx (x = 0、0.25、0.5、0.75、1、1.25、1.5、1.75和2)MXenes的結(jié)構(gòu)、電子和磁性能。計(jì)算結(jié)果表明，原始Cr2N MXene具有金屬特性的AFM行為，這與Wang和Kumar等人的觀點(diǎn)一致。隨著氧濃度的增加，磁性和電子性質(zhì)發(fā)生變化。Cr2NO0.25 MXene成為半導(dǎo)體;此外，磁性結(jié)構(gòu)也發(fā)生了變化:FM Cr3O島與MXene呈反鐵磁耦合。當(dāng)氧氣覆蓋范圍從0.5到0.75時(shí)，系統(tǒng)變成半金屬;被氧化的表面表現(xiàn)出向上的自旋，而未被氧化的表面表現(xiàn)出向下的自旋。當(dāng)氧濃度為1.25<x≤1.75時(shí)，系統(tǒng)返回為金屬狀態(tài)。作者注意到，隨著O濃度的增加，F(xiàn)M開始建立，原始MXene的AFM和FM的能量差為～為1.5eV，Cr2NO的能量差為～為0.75eV。最后，對(duì)于全氧覆蓋(Cr2NO2)， MXene變成FM;多數(shù)自旋表現(xiàn)出金屬行為，而少數(shù)自旋表現(xiàn)出大于3ev的能隙，與以往的報(bào)道一致。作者的聲子計(jì)算只顯示了正頻率，從而證明了結(jié)構(gòu)的動(dòng)力穩(wěn)定性，因此，它們可以通過實(shí)驗(yàn)方法得到。作者的計(jì)算證明了一種方法，可以調(diào)節(jié)Cr2NOx MXene的磁性和電子性質(zhì)，使其成為氧濃度的函數(shù)，以便應(yīng)用于不同的自旋電子器件。最后，作者得出結(jié)論，在部分覆蓋處材料的FiM特性和半金屬特性是由MXene兩側(cè)的不對(duì)稱造成的。

文章鏈接：

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsaelm.1c00774.

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