Ab initio studies of magnetic and electronic properties of 2D XGeTe3 alloys, where X=Cr, Mn, Fe.

Abstract

Este estudio presenta una investigación exhaustiva de las propiedades magnéticas y electrónicas de los monocapas XGeTe3 (X = Cr, Mn, Fe) y sus aleaciones aleatorias, utilizando la teoría del funcional de la densidad (DFT) con los funcionales PBE y PBESol, complementados con correcciones de Hubbard U. CrGeTe3 exhibe un robusto orden ferromagnético (FM) con una brecha de banda calculada que concuerda bien con los datos experimentales, destacando su potencial para aplicaciones prácticas. La monocapa MnGeTe3 muestra un comportamiento de semi-metal (HM), lo que lo hace particularmente prometedor para aplicaciones espintrónicas. En contraste, FeGeTe3 revela un estado fundamental antiferromagnético (AFM) y posibles inestabilidades dinámicas, lo que requiere una mayor exploración para optimizar sus propiedades electrónicas. En las aleaciones aleatorias, se observaron modificaciones significativas en los momentos magnéticos y las estructuras electrónicas. Específicamente, en Cr(1-x)GeMn(x)Te3, el desorden en el momento magnético sugiere estados magnéticos fundamentales complejos, beneficiosos para la espintrónica. Mientras tanto, Cr(1-x)GeFe(x)Te3 demuestra efectos de fuerte hibridación, indicando su idoneidad para sensores magnéticos y aplicaciones termoeléctricas. El sistema Fe(1-x)GeMn(x)Te3 revela desafíos estructurales a mayores concentraciones de Mn, pero su estabilidad termodinámica respalda su potencial uso en uniones túnel magnéticas. En general, esta investigación resalta las considerables perspectivas tecnológicas de los monocapas XGeTe3 y sus aleaciones aleatorias, abogando por un control preciso de las propiedades magnéticas y electrónicas para avanzar en sus aplicaciones en espintrónica, memorias magnéticas y dispositivos termoeléctricos.