伊曼纽尔生物化学物理研究所--通过DFT计算与卤素掺杂的MoS2和MoSe2单分子层相互作用诱导石墨烯自旋极化

磁性卤素掺杂的MoX₂(X = S，Se)单层，通过邻近效应可影响石墨烯的电子结构。借助最新的计算可以观察到此过程。发现卤素 (F, Cl, Br, I)取代一个硫原子会导致MoX₂的n型掺杂。来自掺杂剂的附加电子位于具有最接近Mo原子的结合轨道上，并导致在二卤化硅层中形成磁性。对卤素掺杂的MoX₂/石墨烯异质结构的详细分析表明，在费米能量附近，石墨烯中存在自旋极化。在MoSe₂/石墨烯异质结构的石墨烯层中，碘掺杂了MoSe₂，在费米能量附近观察到明显的自旋极化和n型掺杂。同时，氟掺杂的MoSe₂不会在石墨烯中引起n掺杂，而自旋极化仍会发生。通过STM测量，证明了即使在顶部沉积石墨烯层，也可以检测MoX₂基面上卤素杂质的排列的可能性，这无疑有助于异质结构的电子方案和元件的制造提供有用的信息，以便进一步应用于纳米电子学和自旋电子学。

Figure 1. (a)以MoS₂*单层为例的典型MoX₂*层原子结构。(b)从掺杂原子到最近的卤素平面的距离Δd。

Figure 2. (a)原始MoX₂和(b)MoX₂*层的电子构型。

Figure 3.在(a) MoS₂*/石墨烯和(b) MoSe₂*/石墨烯异质结构中的石墨烯整体自旋密度分布。

Figure 4. (a) MoS₂*/石墨烯和(b) MoSe₂*/石墨烯异质结构的自旋分辨部分态密度。

Figure 5. MoX₂*/石墨烯异质结构中在石墨烯处感应的自旋极化对石墨烯掺杂水平的依赖性。

Figure 6. MoX₂*/石墨烯异质结构的模拟STM图像：(a,b) MoS₂*, (c,d) MoSe₂*。

相关研究成果于2020年由RAS伊曼纽尔生物化学物理研究所Zakhar I. Popovb课题组，发表在Nanoscale (DOI: 10.1039/D0NR06287A)上。原文：Induced Spin Polarization in Graphene via Interaction with Halogen Doped MoS₂ and MoSe₂ Monolayers by DFT Calculations。