Từ tính nửa kim loại của triazine g-C4N3 và g-C3N4 biến tính với H, Li và nguyên tố nhóm 2p

Tóm tắt

Cacbon nitơ dạng graphit (gCN) g-C₄N₃ từ khi được thực nghiệm phát hiện, nhất là như một vật liệu đơn lớp với tính chất sắt từ nửa kim loại (half - metal), đã được quan tâm nghiên cứu sâu rộng trong lĩnh vực spintronics (điện tử học spin). Trong công trình này, tác giả trình bày nghiên cứu dựa trên tính toán phiếm hàm mật độ (Density functional theory - DFT) về cấu trúc điện tử và trật tự từ của g-C₄N₃ và vật liệu gần gũi của nó là triazine g-C₃N₄ được biến tính với H, Li và nguyên tố nhóm 2p. Trước tiên, tính chất sắt từ nửa kim loại của g-C₄N₃ được làm sáng tỏ, nhấn mạnh ở mômen từ spin định xứ bởi các điện tử N-sp² pyridine. Tiếp đó, các lược đồ khác nhau được đề xuất để biến đổi cấu trúc những vật liệu này nhằm thu được từ tính linh động, hướng tới ứng dụng tiềm năng hơn nữa trong spintronics. Vấn đề then chốt nằm ở tính chất hóa học của H, Li và những nguyên tố nhóm 2p khác tại vị trí N hay C gCN và nút khuyết của mạng tinh thể. Đáng chú ý, trong một số lược đồ bao gồm 2 nguyên tử hấp phụ ở vị trí nút khuyết, tác giả đã thu được những cấu trúc vật liệu nửa kim loại mới với cả 2 cơ chế từ định xứ và linh động đồng tồn tại. Kết quả này được diễn giải thông qua một bức tranh lý - hóa về ảnh hưởng của hiệu ứng chuyển điện tích spin lên cấu trúc điện tử của những vật liệu đơn lớp tiên tiến.