Abstract The structural, electronic and magnetic properties of the 3d transition metal (TM) atoms (from Sc to Zn) adsorbed Zr2CO2 Mxenes were investigated systematically by using first-principles calculations. The adsorption energies demonstrate that all the TM atoms are chemically adsorbed above the C atom (TC) sites of the Zr2CO2 Mxenes except for the Zn atom. Furthermore, the analyses of bond length, charge transfer and vDW interaction ratio demonstrate that the interaction between adatoms (from Sc to Cu) and under-coordinated atoms is mainly covalent bonding features. Cu adsorbed Zr2CO2 Mxene exhibits nonmagnetic metal, and Ni and Zn adsorbed systems show nonmagnetic semiconductor. While Sc, V, Cr, Mn and Co adsorbed Zr2CO2 Mxenes exhibit magnetic metal. Interestingly, the Fe adsorbed system shows bipolar magnetic semiconductor character. Especially, the Ti adsorbed system exhibits half-metallic character. Our results demonstrate that the 3d TM atom adsorbed Zr2CO2 Mxene could provide various potential application in nanoelectronics and spintronics.

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3d 过渡金属原子吸附 Zr2CO2 Mxene 的电子和磁特性：第一性原理研究

摘要 利用第一性原理计算，系统地研究了吸附在 Zr2CO2 Mxenes 上的 3d 过渡金属 (TM) 原子（从 Sc 到 Zn）的结构、电子和磁性。吸附能表明，除 Zn 原子外，所有 TM 原子​​都化学吸附在 Zr2CO2 Mxenes 的 C 原子 (TC) 位点上方。此外，键长、电荷转移和 vDW 相互作用比的分析表明，吸附原子（从 Sc 到 Cu）与配位不足的原子之间的相互作用主要是共价键合特征。Cu 吸附 Zr2CO2 Mxene 显示非磁性金属，Ni 和 Zn 吸附系统显示非磁性半导体。而 Sc、V、Cr、Mn 和 Co 吸附的 Zr2CO2 Mxenes 表现出磁性金属。有趣的是，Fe 吸附系统显示出双极磁性半导体特性。特别是，Ti 吸附系统表现出半金属特性。我们的结果表明，吸附了 Zr2CO2 Mxene 的 3d TM 原子​​可以在纳米电子学和自旋电子学中提供各种潜在的应用。