Abstract

The search for fundamental physical laws which lead to stable high-temperature ferromagnetism is an urgent task. In addition to the already synthesized two-dimensional materials, there remains a wide list of possible structures, the stability of which is predicted theoretically. The article suggests the results of studying the electronic properties of MAX3 (M = Cr, Fe, A = Ge, Si, X = S, Se, Te) transition metals based compounds with nanostructured magnetism. The research was carried out using quantum mechanical simulation in specialized VASP software and calculations within the Heisenberg model. The ground magnetic states of twodimensional MAX3 and the corresponding energy band structures are determined. We found that among the systems under study, CrGeTe3 is a semiconductor nanosized ferromagnet. In addition, one is a semiconductor with a bandgap of 0.35 eV. Other materials are antiferromagnetic. The magnetic moment in MAX3 is localized on the transition metal atoms: in particular, the main one on the d-orbital of the transition metal atom (and only a small part on the p-orbital of the chalcogen). For CrGeTe3, the exchange interaction integral is calculated. The mechanisms of the formation of magnetic order was established. According to the obtained exchange interaction integrals, a strong ferromagnetic order is formed in the semiconductor plane. The distribution of the projection density of electronic states indicates hybridization between the d-orbital of the transition metal atom and the p-orbital of the chalcogen. The study revealed that the exchange interaction by the mechanism of superexchange is more probabilistic.

Highlights

  • The presented results were obtained within the framework of Assignment 2.87 of the GPSR “Physical Materials Science, Novel Materials and Technologies” and BRFFR Contract Ф20В-008

  • Основными входными данными при квантово-механическом моделировании являются структурное и геометрическое описание моделируемых систем, а также псевдопотенциалы для каждого типа ионов, составляющих изучаемые соединения

  • Baranava M.S. prepared input simulation data, analyzed and interpreted the results, and calculated basic magnetic parameters

Read more

Summary

Оригинальная статья Original paper

В статье представлены результаты изучения электронных свойств соединений на основе халькогенидов переходных металлов MAX3 (M = Cr, Fe, A = Ge, Si, X = S, Se, Te) с наноструктурированным магнетизмом. Установлено, что среди изучаемых систем наноразмерным ферромагнетиком является CrGeTe3. Данное соединение является полупроводником с шириной запрещенной зоны равной 0,35 эВ. Весь магнитный момент в MAX3 локализован на атомах переходного металла, в частности, на d-орбитали атома переходного металла (и лишь незначительная часть – на p-орбитали халькогена). Для CrGeTe3 проведены расчеты интеграла обменного взаимодействия. Распределение парциальной плотности электронных состояний указывает на гибридизацию между d-орбиталью атома переходного металла и p-орбиталью халькогена. Определено, что более вероятностным является обменное взаимодействие по механизму суперобмена. Представленные результаты получены в рамках выполнения задач по заданию 2.87 ГПНИ «Физическое материаловедение, новые материалы и технологии», а также по договору с БРФФИ Ф20В-008. Belarusian State University of Informatics and Radioelectronics (Minsk, Republic of Belarus)

Методика проведения моделирования
Результаты и их обсуждение
Magnetic order
Вклад авторов
Full Text
Published version (Free)

Talk to us

Join us for a 30 min session where you can share your feedback and ask us any queries you have

Schedule a call