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Synthesis of Group VIII Magnetic Transition-Metal-Doped Monolayer MoSe2
ACS Nano ( IF 15.8 ) Pub Date : 2022-06-23 , DOI: 10.1021/acsnano.2c02214 Dingyi Shen 1 , Bei Zhao 1, 2 , Zucheng Zhang 1 , Hongmei Zhang 1 , Xiangdong Yang 1 , Ziwei Huang 1 , Bailing Li 1 , Rong Song 1 , Yejun Jin 1 , Ruixia Wu 1 , Bo Li 3 , Jia Li 1 , Xidong Duan 1
ACS Nano ( IF 15.8 ) Pub Date : 2022-06-23 , DOI: 10.1021/acsnano.2c02214 Dingyi Shen 1 , Bei Zhao 1, 2 , Zucheng Zhang 1 , Hongmei Zhang 1 , Xiangdong Yang 1 , Ziwei Huang 1 , Bailing Li 1 , Rong Song 1 , Yejun Jin 1 , Ruixia Wu 1 , Bo Li 3 , Jia Li 1 , Xidong Duan 1
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The limitation on the spintronic applications of van der Waals layered transition-metal dichalcogenide semiconductors is ascribed to the intrinsic nonmagnetic feature. Recent studies have proved that substitutional doping is an effective route to alter the magnetic properties of two-dimensional transition-metal dichalcogenides (TMDs). However, highly valid and repeatable substitutional doping of TMDs remains to be developed. Herein, we report group VIII magnetic transition metal-doped molybdenum diselenide (MoSe2) single crystals via a one-pot mixed-salt-intermediated chemical vapor deposition method with high controllability and reproducibility. The high-angle annular dark-field scanning transmission electron microscopy studies further confirm that the sites of Fe are indeed substitutionally incorporated into the MoSe2 monolayer. The Fe-doped MoSe2 monolayer with a concentration from 0.93% to 6.10% could be obtained by controlling the ratios of FeCl3/Na2MoO4. Moreover, this strategy can be extended to create Co(Ni)-doped MoSe2 monolayers. The magnetic hysteresis (M–H) measurements demonstrate that group VIII magnetic transition-metal-doped MoSe2 samples exhibit room-temperature ferromagnetism. Additionally, the Fe-doped MoSe2 field effect transistor shows n-type semiconductor characteristics, indicating the obtainment of a room-temperature dilute magnetic semiconductor. Our approach is universal in magnetic transition-metal substitutional doping of TMDs, and it inspires further research interest in the study of related spintronic and magnetoelectric applications.
中文翻译：
VIII族磁性过渡金属掺杂单层MoSe2的合成
范德华层状过渡金属二硫化物半导体自旋电子学应用的局限性归因于固有的非磁性特征。最近的研究证明，置换掺杂是改变二维过渡金属二硫化物 (TMD) 磁性的有效途径。然而，TMDs 的高度有效和可重复的替代掺杂仍有待开发。在此，我们报道了 VIII 族磁性过渡金属掺杂二硒化钼 (MoSe 2 )单晶一种具有高可控性和重现性的单锅混合盐介导化学气相沉积方法。高角度环形暗场扫描透射电子显微镜研究进一步证实，Fe 位点确实替代性地结合到 MoSe 2单层中。通过控制FeCl 3 /Na 2 MoO 4的比例可以获得浓度为0.93%~6.10%的Fe掺杂MoSe 2单分子层。此外，可以扩展该策略以创建掺杂 Co(Ni) 的 MoSe 2单层。磁滞 ( M–H ) 测量表明第 VIII 族磁性过渡金属掺杂的 MoSe 2样品表现出室温铁磁性。此外，Fe掺杂的MoSe 2场效应晶体管表现出n型半导体特性，表明获得了室温稀磁半导体。我们的方法在 TMD 的磁性过渡金属替代掺杂中具有普遍性，它激发了对相关自旋电子学和磁电应用研究的进一步研究兴趣。
更新日期：2022-06-23
中文翻译：
VIII族磁性过渡金属掺杂单层MoSe2的合成
范德华层状过渡金属二硫化物半导体自旋电子学应用的局限性归因于固有的非磁性特征。最近的研究证明，置换掺杂是改变二维过渡金属二硫化物 (TMD) 磁性的有效途径。然而，TMDs 的高度有效和可重复的替代掺杂仍有待开发。在此，我们报道了 VIII 族磁性过渡金属掺杂二硒化钼 (MoSe 2 )单晶一种具有高可控性和重现性的单锅混合盐介导化学气相沉积方法。高角度环形暗场扫描透射电子显微镜研究进一步证实，Fe 位点确实替代性地结合到 MoSe 2单层中。通过控制FeCl 3 /Na 2 MoO 4的比例可以获得浓度为0.93%~6.10%的Fe掺杂MoSe 2单分子层。此外，可以扩展该策略以创建掺杂 Co(Ni) 的 MoSe 2单层。磁滞 ( M–H ) 测量表明第 VIII 族磁性过渡金属掺杂的 MoSe 2样品表现出室温铁磁性。此外，Fe掺杂的MoSe 2场效应晶体管表现出n型半导体特性，表明获得了室温稀磁半导体。我们的方法在 TMD 的磁性过渡金属替代掺杂中具有普遍性，它激发了对相关自旋电子学和磁电应用研究的进一步研究兴趣。
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