Ferromagnetism and Curie temperature of Vanadium-doped Nitrides
利用KKR-LSDA-CPA研究了钒掺杂氮化物（AlN、GAN和InN）的电子结构、磁性离子间的交换作用机制和居里温度。结果表明，在低浓度时，铁磁超交换作用机制占主导地位，但在足够高的浓度（x > 0.10）时，反铁磁超交换作用出现，降低了铁磁性的稳定性，特别是对于掺钒AlN和掺钒GAN.平均场近似下的居里温度的估计表明，钒掺杂的氮化物的居里温度超过室温与钒的几个成分。
2005-04-14 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Room-temperature ferromagnetism at an oxide/nitride interface
异质界面由于其强纠缠的电子自由度而导致了新的电子和磁态的发现。单相铬化合物总是表现出反铁磁性，符合古登努-金盛规则的预测。到目前为止，铬离子之间通过杂阴离子的交换耦合还没有被探索，相关的量子态是未知的。本文报道了氧化铬（Cr2 O3）-氮化铬（CrN）超晶格的成功外延合成和表征。室温铁磁自旋有序实现在这两个反铁磁体之间的界面，和效果的大小随层厚度的增加而衰减。第一性原理计算表明，通过跨界面的阴离子杂化，Cr 3+离子之间的强铁磁自旋相互作用产生最低的总能量。这项工作打开了大门，从根本上理解氧化物-氮化物界面的意外和特殊性质，并提供了在低维量子异质结构的隐藏相。
2021-11-26 cond-mat.mtrl-sci
Defect Engineered Room-Temperature Ferromagnetism in Quasi-Two-Dimensional Nitrided CoTa2O6
准二维CoTa 2 O 6的热氨解反应得到了O2-/N3-和阴离子空位有序的Co2+ Ta 5 + 2 O 6-xN 2x/3 $\Box$ x/3（x $\leq$ 0.15），其表现出从反铁磁性到室温铁磁性以上的缺陷设计的转变，这一点通过衍射、光谱和磁性表征得到了证实。第一性原理计算揭示了铁磁性的起源是一种特殊的CoON组态，N位于Wyckoff位置8 j，打破了ab平面的镜像对称性。压力诱导的电子相变也被预测在24.5 GPa左右，伴随着绝缘体到金属的转变和磁矩消失。
2021-04-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Itinerant ferromagnetism and intrinsic anomalous Hall effect in amorphous iron-germanium
非晶铁-锗系统（$a$ Ge $_{1-x}$）缺乏长程结构有序性，因此缺乏有意义的布里渊区。\aFeGe的磁化强度由Stoner模型很好地解释，其中Fe浓度$x$高于$x=0.4$周围磁序的起始，表明非晶结构的局部序保留了$3d$态的自旋分裂态密度，足以使电子结构稳定，尽管$\mathbf{k}$是一个坏的量子数。测量揭示了增强的异常霍尔电阻率$ρ_{xy}^{\mathrm{AH}}$相对于结晶FeGe，这$ρ_{xy}^{\mathrm{AH}}$相比，密度泛函理论计算的异常霍尔电导率，以解决其潜在的机制。本征机制，通常理解为Berry曲率集成在占用$\mathbf{k}$ -状态，但在这里被证明是等效的曲率密度集成在非周期性材料中的占用能量，占主导地位的反常霍尔电导率的$a$ -Fe $_x$ Ge $_{1-x}$（$0.38 \leq x \leq 0.61$）。曲率密度是局部轨道态的自旋-轨道相关的总和，因此可以在不参考$\mathbf{k}$ -空间的情况下计算。这一结果和随之而来的Stoner-like模型的固有异常霍尔电导率建立了一个统一的理解的基础物理的异常霍尔效应在晶体和无序系统。
2020-01-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Parallel Core-Shell Metal-Dielectric-Semiconductor Germanium Nanowires for High Current Surround Gate Field Effect Transistors
采用化学气相沉积（CVD）法制备了以单晶Ge为核、氮化硅和硅钝化层为同心壳层、原子层沉积（ALD）法制备了Al 2 O3栅介质层、各向同性磁控溅射法制备了Al金属环栅（SG）壳层的核壳型锗纳米线（GeNW）。然后，使用一种新的自对准制造方法构建环绕栅极纳米线场效应晶体管（FET）。个别SG GeNW FET由于改进的静电而显示出优于具有平面栅极堆叠的GeNW FET的改进的切换。还构造了由并联的多个准对准SG GeNW组成的FET器件。总的来说，几十个SG GeNW在低源漏偏置电压下提供超过0.1mA的导通电流。自对准环绕栅极方案可以推广到各种半导体纳米线材料。
2006-11-03 cond-mat.mtrl-sci
Prediction of single-atom-thick transition metal nitride CrN$_4$ with a square-planar network and high-temperature ferromagnetism
单原子厚的二维材料如石墨烯通常具有六边形晶格，而正方形平面晶格在二维材料家族中并不常见。在这里，我们证明了单原子厚的过渡金属氮化物CrN $_4$单层是一个稳定的独立层与正方形平面网络。四方平面构型的稳定性主要是由N=N双键、Cr-N配位键和$π$ -d共轭作用共同作用的结果，其中双$π$ -d共轭作用在以往的研究中很少报道。这种机制是完全不同的，从报告的二维材料，导致较低的形成能量和更强大的稳定性相比，合成的g-C $_3$ N $_4$单层。另一方面，CrN $_4$层具有铁磁基态，其中两个Cr原子之间的铁磁耦合由来自$π$ -d共轭的半填充大$π$轨道的电子介导。采用Monte Carlo方法求解Heisenberg模型，证实了CrN $_4$单层膜的高温铁磁性。
2022-09-22 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph physics.comp-ph
Europium nitride: A novel diluted magnetic semiconductor
氮化铕是半导体的并且含有非磁性的Eu 3+，但是亚化学计量的EuN具有处于2+和3+电荷状态的混合的Eu。结果表明，在15- 20%EuN ~（2+）浓度附近，EuN是铁磁性的，居里温度高达120 K。3 + ~的极化遵循2+的极化，证实了EuN的铁磁性是固有的，因此EuN是一种新型的稀磁半导体。运输测量揭示了可能的交换机制。
2013-06-30 cond-mat.mtrl-sci
Induced Ferromagnetism in bilayer Hexagonal Boron Nitride (h-BN) on vacancy defects at B and N sites
采用密度泛函理论研究了六方氮化硼（h-BN）中双层AB堆叠结构的硼和氮空位的电子和光学性质。态密度（DOS）和电子能带结构表明，双层h-BN中的硼空位导致了磁性和导电的基态。带隙能量的范围从原始BN双层的4.56 eV到双层中单个氮空位的0.12 eV。考虑到1，3，4-硼空位的存在，观察到半金属特征。然而，2-硼空位构型导致金属特征。具有1，2，3，4-氮空位的双层膜的带隙分别为0.39，0.33，0.28和0.12eV，这明显小于原始的带隙。此外，B和N空位诱导h-BN双层的铁磁性。在4-硼空位组态的情况下，硼空位系统的最大总磁矩为6.583 μ B。在氮空位系统的情况下，对于4-氮空位构型，它是3.926uB。系统的光学响应的吸收系数，折射率和介电常数的原始以及有缺陷的配置。硼空位体系在0.9- 1.4eV能量范围内和氮空位体系在0.5- 0.8eV能量范围内的介电常数为负值，这为它用于负折射率光学材料提供了机会。目前的研究表明，双层h-BN中的B和N空位在基于纳米结构的电子学、光电子学和自旋电子学器件中具有潜在的应用。
2020-03-21 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci
Kinetic exchange vs. room temperature ferromagnetism in diluted magnetic semiconductors
在内部参考规则和III-V族和II-VI族稀磁半导体中已知的能带偏移的指导下，我们讨论了获得载流子感生铁磁性所需的p型导电性的可行性，以及浅杂质掺杂可能导致双交换驱动的铁磁性的情况。我们考虑了动力学交换对p-d杂化、磁性离子的电子构型以及主体材料的价带与磁性离子之间的电荷转移能量的依赖性。在Mn基II-VI族化合物中，空穴诱导铁磁性需要受主掺杂。然而，对于一些Mn-、Fe-或Co-基III-V磁性半导体，后者是可能的而没有任何掺杂。在Fe或Co的氮化物中，当存在受主掺杂时，可望产生T_C> 300 K的载流子诱导铁磁性。
2002-01-02 cond-mat.mtrl-sci
Tunable Correlated Chern Insulator and Ferromagnetism in Trilayer Graphene/Boron Nitride Moiré Superlattice
对强磁场中二维电子系统的研究首次揭示了量子霍尔（QH）效应，这是一种具有有限陈数（C）和手征边缘态的物质拓扑状态。后来，Halfman提出理论，即使在零磁场下，具有整数QH效应的Chern绝缘体也可以出现在具有复杂跳跃参数的晶格模型中。ABC-三层石墨烯/六方氮化硼（TLG/hBN）莫尔超晶格提供了一个有吸引力的平台，以探索陈氏绝缘体，因为它具有几乎平坦的莫尔能带与谷依赖的电可调陈氏数。在这里，我们报告的相关陈绝缘体的TLG/hBN云纹超晶格的实验观察。我们发现，扭转所施加的垂直电场的方向开关TLG/hBN的莫尔波的微带之间的零和有限的陈数，揭示了在磁输运行为的巨大变化。对于调谐为具有有限陈氏数的拓扑孔迷你带，我们专注于1/4填充，对应于每个莫尔晶胞一个孔。当|B| > 0.4 T时，霍尔电阻在h/2 e ~ 2（即C = 2）处被很好地量化。相关的陈氏绝缘体是铁磁性的，表现出显着的磁滞和一个大的异常霍尔信号在零磁场。我们在零磁场下发现C = 2的陈氏绝缘体，这将为在近乎平坦且拓扑非平凡的莫尔迷你带中发现新的相关拓扑态（可能具有新的拓扑激发）提供令人兴奋的机会。
2019-05-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
The Effect of Element Composition on the Structural and Electronic Properties of Carbon, Silicon, Silicon Carbide, and Boron Nitride Gyroid Schwarzites
黑云母是呈现负高斯曲率的多孔结构。虽然最初提出的碳，原则上，其他元素的施瓦茨是可能的。在这项工作中，我们已经进行了详细的调查的元素组成（C，Ge，Si，SiC和BN）的结构，电子和光学性质的螺旋状施瓦济结构，所谓的G688的效果。DFT模拟使用著名的SIESTA代码进行。结果表明，这些同素异形体结构的形成能值与其它同素异形体结构的形成能值在相似的范围内，并且在1000~K范围内是热稳定的。从电子分析，我们的结果表明，所有的结构，除了碳的，目前的半导体特性。从光学性质来看，除了红外区只有硅和锗表现出一定的吸收外，其他结构都只在可见光和紫外区表现出光学活性，并且都具有较大的折射率值。对于反射率，除了Si和Ge的施瓦济体反射近40%的光外，其它施瓦济体都表现出较低的反射率。这些特性使它们成为光电应用的良好候选者，例如红外/紫外线吸收剂和紫外线阻断剂。
2022-08-19 cond-mat.mtrl-sci
Nitrides as spintronic materials
一份关于第三族氮化物自旋电子学相关工作进展的报告，强调了关于这些材料基本特性的相互矛盾的观点。磁性杂质在GAN晶格中的实际位置以及磁性沉淀物的可能作用进行了讨论。的问题是否由Mn杂质引入的空穴是本地化紧密的Mn d-水平上，而是在杂化的p-d键合状态的解决。自旋-自旋相互作用和磁相的性质，所提供的理论和实验研究结果，概述，并提出了可能的起源观察到的高温铁磁性（Ga，Mn）N。实验研究旨在评估GAN中的自旋相干和退相的特征时间。
2003-06-18 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Thin-Film Stabilization and Magnetism of η-Carbide Type Iron Nitrides
National Laboratory of the Rockies（落基山国家实验室）；University of Michigan（密歇根大学）；Stanford University（斯坦福大学）
本研究通过薄膜合成探索了η-氮化物的相稳定性与磁性，发现Fe-Mo-N体系在更宽的组成和热力学范围内稳定，并揭示了磁性行为对化学计量比的敏感性。
2026-03-04 cond-mat.mtrl-sci
Hole-doping induced ferromagnetism in 2D materials
二维（2D）铁磁材料被认为是未来几代自旋电子器件的有希望的候选者。然而，具有内在铁磁性的2D材料是稀缺的。高通量的第一原理模拟进行，以筛选2D材料，提出了一个非磁性的铁磁过渡后，空穴掺杂。随后进行全局进化搜索，以识别合格候选物的替代可能的原子结构，并且识别出122种表现出空穴掺杂诱导的铁磁性的材料。系统地研究了它们的能量稳定性、动力学稳定性以及空穴掺杂下的磁性。这些2D材料中有一半是金属卤化物，其次是硫族化物，氧化物和氮化物，其中一些具有超过300 K的预测居里温度。在这些二维材料的铁磁顺序负责的交换相互作用进行了讨论。这项工作不仅提供了理论上的见解空穴掺杂的2D铁磁材料，但也丰富了家庭的2D磁性材料的可能的自旋电子应用。
2022-04-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Two-dimensional binary transition metal nitride $M$N$_4$ ($M$ = V, Cr, Mn, Fe, Co) with a graphene-like structure and strong magnetic properties
本文基于第一性原理计算设计菱形和方形两种平面 $M$N$_4$ 单层，揭示其稳定机制及 3$d$ 轨道分裂诱导的可调强磁性，并预测方形 CoN$_4$ 具有 321 K 室温铁磁性。
2022-10-03 cond-mat.mtrl-sci
Emergent magnetic states and tunable exchange bias at all 3d nitride heterointerfaces
界面磁性刺激了巨磁电阻和跨异质界面的自旋轨道耦合的发现，促进了自旋输运和复杂磁性结构之间的密切联系。几十年来，由于难以合成高质量和正确成分的氮化物薄膜，由氮化物组成的功能异质界面很少被探索。在这里，我们报告的单晶铁磁Fe 3 N薄膜的精确控制厚度的制造。随着薄膜厚度的减小，磁化强度急剧下降，电子态由金属态向绝缘态转变。最引人注目的是，高温铁磁性保持在厚度为2 μ m的Fe 3 N层中。C.（~ 8分）。当Fe 3 N层厚度超过5 μ时，磁电阻表现出较强的面内各向异性，同时反常霍尔电阻保留了其特征。C.此外，我们观察到一个相当大的交换偏置铁磁Fe 3 N和反铁磁CrN之间的界面。利用圆柱直径工程（CDE）技术，研究了晶格的弯曲曲率对交换偏置场和饱和磁矩的影响，揭示了晶格形变下的可调磁态.这一工作为探索功能氮化物薄膜及其界面现象在实际应用中的创新前景提供了指导。
2022-09-12 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Intrinsic ferromagnetism and restrictive thermodynamic stability in MA$_2$N$_4$ and Janus VSiGeN$_4$ monolayers
非常稳定的MoSi $_2$ N $_4$单层的开创性实验发现已经导致了在MA $_2$ Z $_4$家族（M =过渡金属，A = Si，Ge，并且Z = N，P，As）中的少数预测的磁性二维（2D）材料。这些磁性单分子膜被预测为动态稳定的，但它们中没有一个被合成。在这封研究信中，从第一原理热力学稳定性分析，我们证明，只有氮化物是热稳定的，这发生在富氮条件下。基于这一发现，我们提出了两个铁磁，半导体Janus单层的家庭：VSiGeN $_4$和VSiSnN $_4$。它们都是动态和热稳定的，但只有前者是热稳定的。有趣的是，与VSi $_2$ N $_4$单层相比，Janus VSiGeN $_4$和VSiSnN $_4$单层显示出弱的面内各向异性。这两种新兴的Janus磁性半导体为研究自旋电子学应用的二维磁性和自旋控制提供了机会。
2022-06-28 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Tunable ferromagnetism at non-integer filling of a moiré superlattice
魔角扭曲双层石墨烯（MATBG）和ABC-三层石墨烯与六方氮化硼（ABC-TLG/hBN）排列的莫尔超晶格产生的平带已被证明会引起有趣的相关电子现象，如相关绝缘体和超导性。最近，在这类以n 0的整数倍为中心的层状结构中发现了与相关陈氏绝缘体相关的轨道磁性，n 0的密度对应于每个莫尔超晶格晶胞中的一个电子。本文报道了ABC-TLG/hBN莫尔超晶格中平坦Chern带分数填充时的铁磁性实验观察。铁磁状态具有突出的铁磁磁滞行为与大的异常霍尔电阻率在一个广泛的区域的密度，集中在价迷你带在n = -2.3 n 0。这种铁磁性非常敏感地依赖于莫尔系统中的控制参数：不仅可以通过调整载流子密度和位移场来调制异常霍尔信号的幅度，还可以调制滞后铁磁响应的符号。我们在非整数填充的莫尔陈氏带中发现了电可调铁磁性，这突出了在莫尔异质结构中探索新的相关铁磁态的机会。
2020-12-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Ferromagnetic Superconductivity in Two-dimensional Niobium Diselenide
本研究发现插层稀钴原子的二维NbSe₂在超导转变温度以下存在超导介导的铁磁性，提出基于自旋三重态序参量的RKKY耦合机制，经实验验证其自旋三重态本质，为铁磁超导体设计提供新方向。
2023-06-11 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
Spin Polarization and Electonic Structure of Room-Curie Ferromagnetic Mn5Ge3 Epilayers
锗基合金由于其与传统硅基电子器件集成的潜力，在未来的自旋电子学应用中具有很大的前景。Mn_5Ge_3在居里温度Tc~ 295 K范围内表现出强的铁磁性。我们用点接触Andreev反射（PCAR）谱测量了Ge（111）衬底上固相外延生长的Mn_5Ge_3外延层的自旋极化。此外，我们还用密度泛函理论计算了体相Mn_5Ge_3在扩散和弹道机制下的自旋极化。测量的自旋极化，Pc=43+/-5%相比，我们的理论估计，PDFT=10+/-5%和35+/-5%的弹道和扩散极限分别。
2004-06-30 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Exploring 2D Materials by High Pressure Synthesis: hBN, Mg-hBN, b-P, b-AsP, and GeAs
本文展示了高压高温（HPHT）技术在合成二维材料中的优势，成功制备了hBN、Mg-hBN、b-P、b-AsP和GeAs等块体单晶，这些材料具有层状结构，易于剥离成2D薄片，为电学性质调控和器件创新提供了可能。
2024-02-15 cond-mat.mtrl-sci
2D-Double transition metal MXenes for spintronics applications: surface functionalization induced ferromagnetic half-metallic complexes
MXenes是一种快速发展的二维（2D）材料，具有厚度，组成和功能化相关的出色性能，在不同领域具有应用。为了公开基于2D-双过渡金属（DTM）碳化物和氮化物的原始和表面官能化的MXene（M '2 M“X2 Tx，M'和M”= Cr，Mo，W; X = C/N; T = -F/-OH/=O）的纳米自旋电子学应用，已经使用自旋极化的第一性原理计算对结构稳定性、磁性和电子结构进行了系统的研究。从144种探索的基于DTM的MXene中筛选出36种稳定的官能化MXene。所探索的材料表现出惊人的性能，具有广泛的磁性基态，从非磁性到铁磁性，然后到反铁磁性，伴随着金属到半金属或无间隙半金属性质，这取决于过渡金属和终止基团。发现Mo和W基MXene是磁性的和金属的，而Cr-Mo和Cr-W基MXene是磁性的，具有不同的金属行为。W_2CrN_2O_2和Mo_2CrN_2O_2系统是铁磁半金属二维材料，在少数自旋通道中的直接带隙分别为1.35 eV和0.77 eV。对DTM MXene的全面研究提供了固有的半金属特性以及强大的铁磁性，开辟了一类具有可调磁性和电子特性的有前途的新型2D材料，用于纳米自旋电子学和电子学中的潜在器件应用。
2022-11-02 cond-mat.mtrl-sci
Semiconductive and Ferromagnetic Lanthanide MXenes Derived from Carbon Intercalated Two-dimensional Halides
本文提出由碳插层二维卤化物自下而上制备镧系 MXenes 的通用方法，获得带隙 0.32–1.22 eV、居里温度 36–60 K 的本征铁磁半导体。
2024-10-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
