Квантово-химическое исследование структуры и свойств моно- и бислоев CrN

Квантово-химическое исследование структуры и свойств моно- и бислоев CrN

Автор: Куклин А.В., Кузубов А.А., Денисов В.М., Ковалева Е.А., Шостак С.А.

Журнал: Сибирский аэрокосмический журнал @vestnik-sibsau

Рубрика: Технологические процессы и материалы

Статья в выпуске: 2 т.16, 2015 года.

Бесплатный доступ

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.

Еще

Тонкие пленки, монослои, спинтроника

Короткий адрес: https://sciup.org/148177439

IDR: 148177439

Список литературы Квантово-химическое исследование структуры и свойств моно- и бислоев CrN

  • Zhou X.,Chen H., Shu D., He C., Nan J. Study on the electrochemical behavior of vanadium nitride as a promising supercapacitor material. J.Phys. Chem. Solids., 2009, Vol. 70, P. 495-500.
  • Siegel D. J., Hector L. G., Adams J. B. First-principles study of metal-carbide/nitride adhesion: Al/VC vs. Al/VN. Acta Mater., 2002, Vol. 50, P. 619-631.
  • Toth L. E., Transition Metal Carbides and Nitrides. New York, Academic, 1971, 279 p.
  • Bhobe P. A., Chainani A., Taguchi M., Takeuchi T., Eguchi R., Matsunami M., Ishizaka K., Takata Y., Oura M., Senba Y., Ohashi H., Nishino Y., Yabashi M., Tamasaku K., Ishikawa T., Takenaka K., Takagi H., Shin S. Evidence for a Correlated Insulator to Antiferromagnetic Metal Transition in CrN. Phys. Rev. Lett., 2010, Vol. 104, P. 236404.
  • Corliss L. M., Elliott N., Hastings J. M. Antiferromagnetic Structure of CrN. Phys. Rev., 1960, Vol. 117, P. 929-935.
  • Miao M. S., Lambrecht W. R. L. Structure and magnetic properties of MnN, CrN, and VN under volume expansion. Phys. Rev. B, 2005, Vol. 71, P. 214405.
  • Browne J. D., Liddell P. R., Street R., Mills T. An investigation of the antiferromagnetic transition of CrN. Phys. Status Solidi A, 1970, Vol. 1, P. 715-723.
  • Ibberson R. M. and Cywinski R. The magnetic and structural transitions in CrN and (CrMo)N. Physica B, 1992, Vol. 180-181, P. 329-332.
  • Eddine M. N., Sayetat F., Felix E., Hebd C. R. Seances Acad. Sci., Ser. B, 1969, 269, P. 574-577.
  • Herle P. S., Hedge M. S., Vasathacharya N. Y., Philip S.,. Rao M. V. R, Sripathi T. Synthesis of TiN, VN, and CrN from Ammonolysis of TiS2, VS2, and Cr2S3. J. Solid State Chem., 1997, Vol. 134, P. 120-127.
  • Constantin C., Haider M. B., Ingram D., Smith A. R. Metal/semiconductor Phase Transition in Chromium Nitride (001) Grown by rf-Plasma-assisted Molecular Beam Epitaxy. Appl. Phys. Lett., 2004, Vol. 85, P. 6371-6373.
  • Glaser A., Surnev S., Ramsey M.G., Lazar P., Redinger J., Podloucky R., Netzer F.P. The growth of epitaxial VN(111) nanolayer surfaces. Surf. Sci., 2007, Vol. 601, P. 4817-4823.
  • Lazar P., Rashkova B., Redinger J., Podloucky R., Mitterer C., Scheu C., Dehm G. Interface structure of epitaxial (111) VN films on (111) MgO. Thin Solid Films, 2008, Vol. 517, P. 1177-1181.
  • Inumaru K., Koyama K., Imooka N., Yamanaka S. Controlling the structural transition at the Néel point of CrN epitaxial thin films using epitaxial growth. Phys. Rev. B, 2007, Vol. 75, P. 054416.
  • Zhang Z., Liu X., Yakobson B. I., Guo W. Two-dimensional tetragonal TiC monolayer sheet and nanoribbons. J. Am. Chem. Soc., 2012. Vol. 134, P. 19326 (9).
  • Zhang R.-Q., Kim C.-E., Delley B., Stampfl C., Soon A. A first-principles study of ultrathin nanofilms of MgO-supported TiN. Phys. Chem. Chem. Phys., 2012, Vol. 14, P. 2462-2467.
  • Bai Y., Deng K., Kan E. Electronic and magnetic properties of an AlN monolayer doped with first-row elements: a first-principles study. RSC Adv., 2015, Vol. 5, P. 18352-18358.
  • Naguib M., Mashtalir O., Carle J., Presser V., Lu J., Hultman L., Gogotsi Y., Barsoum M. W. Two-Dimensional Transition Metal Carbides. ACS Nano, 2012, Vol. 6 (2), P 1322-1331.
  • Kuklin A. V., Kuzubov A. A., Eliseeva N. S., Tomilin F. N., Fedorov A. S., Krasnov P. O. Theoretical Investigation of the Structure and Properties of the VN(111) Monolayer on the MgO(111) Surface. Physics of the Solid State, 2014, Vol. 56, No. 2, P. 229-234.
  • Kresse G., Furthmuller J. Efficient iterative schemes for ab initio total-energy calculations using a plane-wave basis. Phys. Rev. B, 1996, Vol. 54., P. 11169-11186.
  • Hohenberg P., Kohn W. Inhomogeneous Electron Gas. Phys. Rev. B, 1964, Vol. 136, P. 864-871.
  • Kohn W., Sham L. J. Self-Consistent Equations Including Exchange and Correlation Effects. Phys. Rev. A, 1965, Vol. 140, P. 1177-1181.
  • Perdew P., Burke K., Ernzerhof M. Generalized Gradient Approximation Made Simple. Phys. Rev. Lett., 1996, Vol. 77, P. 3865-3868.
  • Anisimov V. I., Zaanen J., Andersen O. K. Band theory and Mott insulators: Hubbard U instead of Stoner I. Phys. Rev. B., 1991, Vol. 44, P. 943-954.
  • Dudarev S. L., Botton G. A., Savrasov S. Y., Humphreys C. J., Sutton A. P. Electron-energy-loss spectra and the structural stability of nickel oxide: An LSDA+U study. Phys. Rev. B., 1998, Vol. 57, P. 1505-1509.
  • Herwadkar A., Lambrecht W. R. L. Electronic structure of CrN: A borderline Mott insulator. Phys. Rev. B., 2009, Vol. 79, P. 035125 (10).
  • Grimme S., Antony J., Ehrlich S., Krieg H. A. A consistent and accurate ab initio parametrization of density functional dispersion correction (DFT-D) for the 94 elements H-Pu. J. Chem. Phys. 2010, Vol. 132, P. 154104 (19).
  • Blochl P. E. Projector augmented-wave method. Phys. Rev. B., 1994, Vol. 50, p. 17953-17979.
  • Kresse G., Joubert D. From ultrasoft pseudopotentials to the projector augmented-wave method. Phys. Rev. B., 1999, Vol. 59, P. 1758-1775.
  • Monkhorst H. J., Pack H. J. Special points for Brillouin-zone integrations. Phys. Rev. B., 1976, Vol. 13, P. 5188-5192.
  • Wyckoff R. W. G. Crystal Structures. New York, Academic, 1963, 237 p.
  • Kan, M., Zhou, J., Sun, Q., Kawazoe, Y. and Jena P. The Intrinsic Ferromagnetism in a MnO2 Monolayer. J. Phys. Chem. Lett., 2013, 4, P. 3382-3386.
Еще
Статья научная
QR-код для установки приложения SciUp Наведите камеру и скачайте бесплатное приложение SciUp