c) Các nghiên cứu trên thực nghiệm
3.2.2. Kết quả tính toán chovật liệu dạng hai lớp CrCl3
Các kết quả tính toán tối ưu của vật liệu hai lớp CrCl3 (cấu trúc AA và AB) được trình bày chi tiết trong Bảng 3.5. Trong đó, năng lượng vùng cấm Eg giảm khi thay đổi cấu trúc từ đơn lớp sang hai lớp. Các thông số về góc và độ dài liên kết nhìn chung có sự tương đồng với CrI3. Tuy nhiên, đặc biệt đáng chú ý, chúng tôi nhận ra cấu trúc dạng hai lớp CrCl3 - AA lại thể hiện tính chất phản sắt từ (AFM), khác biệt với cấu trúc hai lớp CrI3 - AA có tính chất sắt từ (FM).
58
Bảng 3.5. Các thông số sau khi tối ưu của hai lớp CrCl3 (cấu trúc AA và AB) so
sánh với đơn lớp CrCl3.
Thông số
Đơn lớp CrCl3 Hai lớp CrCl3 - AA Hai lớp CrCl3 - AB
Spin FM AFM FM AFM
Độ rộng vùng cấm (eV) 2,0859 1,9608 2,042 1,9823 2,0801 Khoảng cách Cr-Cl1 (Å) 2,3587 2,385 2,3884 2,390 2,384 Khoảng cách Cr-Cl2 (Å) 2,3592 2,386 2,3885 2,388 2,383 Khoảng cách Cr-Cr (Å) 3,5392 3,5461 3,5373 3,5381 3,5153 Khoảng cách Cl-Cl (Å) 3,1744 3,191 3,2101 3,211 3,219 Góc θ1 (o) 173,269 173,2 173,67 173,3 173,9 Góc θ2 (o) 84,402 84,05 84,61 84,32 84,85 Góc θCr-Cl-Cr (o) 95,579 96,023 95,568 95,594 95,052 Hằng số mạng a (Å) 6,0485 6,143 6,126 6,131 6,090 Khoảng cách 2 lớp (Å) --- 5,782 6,398 6,426 6,241
Cấu trúc vùng năng lượng và mật độ trạng thái của vật liệu hai lớp CrCl3 tương ứng với các cấu trúc AA và AB, được thể hiện trong các Hình 3.14 và 3.15. Các tính
toán của chúng tôi chứng minh vật liệu hai lớp CrCl3 đều là các bán dẫn xiên và có sự khác nhau về trạng thái từ tính ở cấu trúc AA và AB. Trong đó, hình dạng xếp chồng AA ưu tiên tồn tại trạng thái phản sắt từ (AFM), còn hình dạng xếp chồng AB lại thể hiện tính sắt từ (FM), điều này khác hẳn so với vật liệu hai lớp CrBr3 và CrI3 (Xem Bảng 3.3). Bên cạnh đó, quan sát cấu trúc vùng năng lượng cho thấy vật liệu CrCl3 có đỉnh vùng hóa trị nằm tại điểm M, do đó có sự khác nhau về tính chất điện so với CrBr3 và CrI3. Ngoài ra, cấu trúc vùng năng lượng của vật liệu CrCl3 - AA - AFM cũng cho thấy sự nhảy bậc của các electron có giá trị spin down.
59
Hình 3.14. Cấu trúc vùng năng lượng và mật độ trạng thái riêng (PDOS) tính toán cho
vật liệu hai lớp CrCl3 - AA - AFM với các giá trị spin up và spin down.
Hình 3.15. Cấu trúc vùng năng lượng và mật độ trạng thái riêng (PDOS) tính toán cho
60