【材料】邓俊楷、杨森西安交通大学和刘哲墨尔本大学JACS：边缘重建稳定1T’-MoS2纳米带铁磁性及其纳米带宽度上周期性振荡

　邓俊楷、杨森西安交通大学和刘哲墨尔本大学JACS：边缘重建稳定 1T’-MoS2 纳米带的铁磁性及其在纳米带宽度上的周期性振荡

　【引言】

　二维（2D）过渡金属二硫化物（TMD）是一种集原子薄晶体结构、直接带隙、强自旋轨道耦合、稳定且灵活的机械性能的物质。在柔性电子、光电子、自旋电子、催化剂、压电和能量收集的基础和应用研究中具有广泛应用。研究发现，二硫化钼（MoS 2 ）有三个晶相：2H、1T 和 1T"。其中，2H 相是具有 1.9 eV 直接带隙的半导体。1T 相是金属和亚稳态的相，经历 Mo 二聚化的周期性结构变形，可形成热稳定的 1T"相。当以纳米带（NR），纳米团簇或纳米薄片的形式制备 2H-TMD 时，暴露的边缘通常表现出与其大块形式不同的特性。与大多数研究的 2H 相相比，1T"-MoS 2 具有更复杂的晶体结构和化学键。本文采用密度泛函理论（DFT）计算来研究 1T"-MoS 2

　NRs 的 Z 字形边缘的结构重建和物理性质。

　【成果简介】

　近日，中国 西安交通大学的 邓俊楷、杨森和 澳大利亚的 墨尔本大学的 刘哲（共同通讯）作者等人，通过第一性原理计算研究，预测了 1T’-MoS 2 纳米带的带宽度的晶格单元奇偶数变化而引起的纳米带边缘铁磁性的振荡效应。该效应是 TMDs 类二维材料中 首次发现的新型效应，只与纳米带的宽度有关。研究人员将此效应命名为纳米带磁性的“magic number”，并基于此效应设计了一种调

　控纳米带宽度而形成的边缘铁磁性交替稳定存在的新型自旋电子学器件原型。由于边缘铁磁性稳定存在的最小单位可以为原子尺度的晶格，因此这一器件原型有望用于开发和设计超高密度的磁存储材料（器件），为 TMDs 二维材料的功能应用提供了新的思路。相关成果以“Ferromagnetism of 1T’-MoS 2

　Nanoribbons stabilized by edge reconstruction and its periodic variation on nanoribbons width”为题发表在 Journal of the American Chemical Society 上 上。西安交通大学为本论文的第一作者和第一通讯单位，论文第一作者 陈凯运是材料学院邓俊楷副教授和理学院杨森教授合作培养的博士生。

　【图文导读】

　 图 图 1 两种类型的之字形 1T"- - MoS 2 2 纳米带

　 （a）原始 1T"-MoS 2 单层晶体的顶视图和正视图；

　（b）S 边缘处的两种不同结构类型的 1T"之字形纳米带。

　 图 图 2 1T"- - MoS 2 2 纳米带的 o Mo 边缘处的重建图

　 （a）AS-NR 的重建 Mo 边缘（红色虚线框显示的边缘重建在偶数 N Z 处发生）；

　（b）在 BS-NR 的情况下，重构发生在奇数 N Z 处，例如:N、8、10 和 12。

　 图

　o 3 Mo 边缘重建的物理起源分析图

　 （a）在 N-Z = 8 的 AS-NR 的切割边缘处的 Mo 原子的电子投射态密度（PDOS）图；

　（b）在 N-Z=8 的 AS-NR 的重建边缘处 Mo 原子的 PDOS 图；

　（c-d）费米能级不同能量范围内，切割和弛豫 8-ASNR 的电子密度分布图。

　 图

　4 4

　边缘重建稳定 o Mo 边缘的 M FM 状态

　 （a）在 Mo 边缘处具有 FM，NM 和 AFM 状态的切割 AS-NR（N Z =8）的自旋电荷分布和相对总能量分布图;

　（b）重建后自旋电荷分布和相对总能量图。

　图 图 5 5

　对 磁性、结构和能量特性对 N N Z Z （偶数或奇数）的敏感依赖性

　（a）1T"-MoS 2

　NRs 的磁矩随 N Z 的变化周期性振荡图；

　（b）晶格常数 a x 与 N Z 的函数类似的周期振荡图（黑色虚线：原始 1T"-MoS 2 的晶格常数）；

　（c）1T"-MoS 2

　NRs 的结合能表现出由两个边界包围的周期性变化。

　 图 图 6 6

　单层 MoS 2 2

　 R NR 制成的新型自旋电子学器件原型

　 （a）单层 MoS 2

　NR 的信息存储装置的原型图，不同 N Z （高磁矩或低磁矩）的段组成（黑色箭头：自旋极化方向）；

　（b）三个单位 N Z =6（高磁矩）和两个单位 N Z =5（低磁矩）段的AS-NR 超晶胞的自旋电荷分布。

　 【小结】

　本文采用 DFT 计算，研究了 1T"-MoS 2

　NRs 的边缘重建和相关的物理性质。研究发现在某个特定宽度 N Z 处，发生新类型的边缘重建，即对于 AS-NR 和奇数 N Z

　BS-NR，甚至是 N Z 边缘重建稳定FM 状态，磁矩为 1.2 μB。该 FM 状态在室温下是稳定的。随着N Z 的增加，磁矩周期性地在 0.1 μB 和 1.2 μB 之间振荡。这种磁性对 NR 宽度的敏感依赖性可以为单层 1T"-MoS 2

　NR 中的信息存储和自旋电子应用开辟新的机会。

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　文 献 链 接 ：

　Ferromagnetism of 1T’-MoS 2

　Nanoribbons stabilized by edge reconstruction and its periodic variation on nanoribbons width （ JACS, 2018, DOI: 10.1021/jacs.8b09247）。