Structural, electronic and magnetic properties of group III monochalcogenide nanoribbons

İki boyutlu (2B) grup III–VI malzemeler (MX'ler) olağanüstü optoelektronik ve termoelektrik özellikler göstermektedirler, bu nedenle bu malzemelerin nanoşeritleri (NŞ'ler) son yıllarda kuasi tek boyutlu (kuasi-1B) nanoyapılar olarak yoğun ilgi görmüştür. En kararlı 2B monolayer polimorfın 1H fazı olması sebebiyle, literatürdeki çalışmalar ağırlıklı olarak 1H fazlı MX NŞ'lerine odaklanmıştır; ancak 1T fazlı NŞ'ler neredeyse hiç incelenmemiştir. Bu eksikliği gidermek amacıyla, yoğunluk fonksiyonel teorisine dayalı ab initio simülasyonlar ile hidrojen pasivasyonlu ve pasivasyonsuz 1T ile 1H fazlı GaS, GaSe ve InSe zigzag (ZNŞ) ve koltuk (KNŞ) kenarlı NŞ'lerinin termodinamik kararlılıkları sistematik olarak karşılaştırılmıştır. Elde edilen sonuçlar, 34 nm'e kadar olan genişliklerde, çağdaş deneysel üretim teknikleriyle gerçekleştirilmesi mümkün bir aralıkta, apolar 1T fazlı MX ZNŞ'lerinin, polar 1H fazlı MX ZNŞ'lerine kıyasla termodinamik olarak daha kararlı olduğunu göstermektedir. Buna karşılık, hem 1H hem de 1T fazlı ANR'ler apolar olduğundan, 1T sadece pasivasyonsuz durumlarda, InSe ANR'lerde en fazla 3,3 nm'ye kadar olan çok dar genişliklerde daha kararlıdır. Ayrıca, metalik davranış sergileyen 1H ZNŞ'lerin aksine, 1T fazlı ZNŞ'ler yarıiletken karakterini koruyarak üst valans bandında Meksika şapkası biçimli (MSB) bant yapısını muhafaza etmektedir. Buna ek olarak, 1T InSe NŞ'lerin hidrojenasyon enerjileri pozitif olup, kenar-yerelleşmiş durumlar nedeniyle pasivasyonsuz 1T ZNŞ'ler neredeyse düz üst valans bantlarına sahiptir. Söz konusu elektronik özellikler, 1T fazlı MX NŞ'lerinin spintronik uygulamalarda kullanımı için önemli fırsatlar sunmaktadır. Çalışmamızda, deşik katkılanması sonucunda bu MX NŞ'lerinin geniş bir taşıyıcı yoğunluğu aralığında gezici manyetizasyon geliştirdiğini ve yalnızca bir spin kanalının Fermi seviyesini kestiği yarı-metal davranışı sergilediğini gösteriyoruz. Ayrıca, söz konusu NŞ'lerin spin polarizasyon enerjileri (SPE), 2B karşıtlarına kıyasla önemli ölçüde arttığını ve ferromanyetik durumun daha güçlü bir şekilde kararlı hale geldiğini ortaya koymaktayız. NŞ'lerde SPE'nin, taşıyıcıların genişlik boyunca kenarlarda lokalize olma derecesine güçlü şekilde bağımlı olduğunu ve bunun da kenar pasifleştirmesi, genişlik ve kenar şekli gibi faktörlere bağlı olduğunu açıklıyoruz. Genel olarak, bu çalışma, belirli kritik genişliklerin altında yeni 1T MX NŞ'lerin termodinamik kararlılığı ile elektronik ve manyetik özellikleri arasındaki kritik etkileşimi vurgulayarak, söz konusu yapıların spintronik ve nanoelektronik uygulamalardaki potansiyelini ortaya koymaktadır.