In this Letter, we explore the lattice, dynamical stability, and electronic and magnetic properties of FeTe bulk and FeX (X = S, Se, Te) monolayers using the density functional calculations. The phonon dispersion relation, elastic stability criteria, and cohesive energy results show the stability of studied FeX monolayers. The mechanical properties reveal that all FeX monolayers have a brittle nature. Furthermore, these structures are stable as we move down the 6A group in the periodic table, i.e., from S, Se, and Te. The stability and work function decrease as the electronegativity decreases. The spin-polarized electronic structures demonstrate that the FeTe monolayer has a total magnetization of 3.8 μB, which is smaller than the magnetization of FeTe bulk (4.7 μB). However, FeSe and FeS are nonmagnetic monolayers. The FeTe monolayer can be a good candidate material for spin filter applications due to its electronic and magnetic properties. This study highlights the bright prospect for the application of FeX monolayers in electronic structures.
References
1.
S.
Chen
, H.
Liu
, F.
Chen
, K.
Zhou
, and Y.
Xue
, ACS Nano
14
, 11473
–11481
(2020
).2.
M.
Gibertini
, M.
Koperski
, A. F.
Morpurgo
, and K. S.
Novoselov
, Nat. Nanotechnol.
14
, 408
–419
(2019
).3.
N. D.
Mermin
and H.
Wagner
, Phys. Rev. Lett.
17
, 1133
(1966
).4.
A. S.
Botana
and M. R.
Norman
, Phys. Rev. Mater.
3
, 044001
(2019
).5.
H.
Li
, S.
Ruan
, and Y.
Zeng
, Adv. Mater.
31
, 1900065
(2019
).6.
Q. H. A.
Wang
, K.
Kalantar-Zadeh
, A.
Kis
, J. N.
Coleman
, and M. S.
Strano
, Nat. Nanotechnol.
7
, 699
–712
(2012
).7.
S.
Manzeli
, D.
Ovchinnikov
, D.
Pasquier
, O. V.
Yazyev
, and A.
Kis
, Nat. Rev. Mater.
2
, 17033
(2017
).8.
K.
Deguchi
, Y.
Takano
, and Y.
Mizuguchi
, Sci. Technol. Adv. Mater.
13
, 54303
–54314
(2012
).9.
L.
Kang
, C.
Ye
, X.
Zhao
, X.
Zhou
, J.
Hu
, Q.
Li
, D.
Liu
, C. M.
Das
, J.
Yang
, D.
Hu
et al., Nat. Commun.
11
, 3729
(2020
).10.
C.
Gong
and X.
Zhang
, Science
363
, 706
(2019
).11.
B.
Huang
, G.
Clark
, E.
Navarro-Moratalla
, D. R.
Klein
, R.
Cheng
, K. L.
Seyler
, D.
Zhong
, E.
Schmidgall
, M. A.
McGuire
, D. H.
Cobden
et al., Nature
546
, 270
–273
(2017
).12.
J. F.
Ge
, Z. L.
Liu
, C.
Liu
, C. L.
Gao
, D.
Qian
, Q. K.
Xue
, Y.
Liu
, and J. F.
Jia
, Nat. Mater.
14
, 285
–289
(2015
).13.
Y.
Deng
, Y.
Yu
, Y.
Song
, J.
Zhang
, N. Z.
Wang
, Z.
Sun
, Y.
Yi
, Y. Z.
Wu
, S.
Wu
, J.
Zhu
, J.
Wang
, X. H.
Chen
, and Y.
Zhang
, Nature
563
, 94
–99
(2018
).14.
C.
Gong
, L.
Li
, Z.
Li
, H.
Ji
, A.
Stern
, Y.
Xia
, T.
Cao
, W.
Bao
, C.
Wang
, Y.
Wang
, Z. Q.
Qiu
, R. J.
Cava
, S. G.
Louie
, J.
Xia
, and X.
Zhang
, Nature
546
, 265
–269
(2017
).15.
F.
Ma
, W.
Ji
, J.
Hu
, Z. Y.
Lu
, and T.
Xiang
, Phys. Rev. Lett.
102
, 177003
(2009
).16.
A.
Liu
, X.
Chen
, Z.
Zhang
, Y.
Jiang
, and C.
Shi
, Solid State Commun.
138
, 538
–541
(2006
).17.
Z.
Wang
, P.
Zhang
, G.
Xu
, L. K.
Zeng
, H.
Miao
, X.
Xu
, T.
Qian
, H.
Weng
, P.
Richard
, A. V.
Fedorov
, H.
Ding
, X.
Dai
, and Z.
Fang
, Phys. Rev. B
92
, 115119
(2015
).18.
A. V.
Powell
, P.
Vaqueiro
, K. S.
Knight
, L. C.
Chapon
, and R. D.
Sanchez
, Phys. Rev. B
70
, 014415
(2004
).19.
C.
Koz
, S.
RoBler
, A. A.
Tsirlin
, S.
Wirth
, and U.
Schwarz
, Phys. Rev. B
88
, 094509
(2013
).20.
X.
Chen
, P.
Dai
, D.
Feng
, T.
Xiang
, and F. C.
Zhang
, Natl. Sci. Rev.
1
, 371
–395
(2014
).21.
D. S.
Parker
, Sci. Rep.
7
, 3388
(2017
).22.
A.
Subedi
, L.
Zhang
, D. J.
Singh
, and M. H.
Du
, Phys. Rev. B
78
, 134514
(2008
).23.
F.
Liao
, J.
Swiatowska
, V.
Maurice
, A.
Seyeux
, L. H.
Klein
, S.
Zanna
, and P.
Marcus
, Appl. Surf. Sci.
283
, 888
–899
(2013
).24.
S.
Guenon
, J. G.
Ramírez
, A. C.
Basaran
, J.
Wampler
, M.
Thiemens
, and I. K.
Schuller
, J. Supercond. Novel Magn
30
, 297
–304
(2017
).25.
X.
Rui
, H.
Tan
, and Q.
Yan
, Nanoscale
6
, 9889
–9924
(2014
).26.
M.
Gong
, A.
Kirkeminde
, N.
Kumar
, H.
Zhao
, and S.
Ren
, Chem. Commun.
49
, 9260
–9262
(2013
).27.
X. J.
Wu
, Z. Z.
Zhang
, J. Y.
Zhang
, B. H.
Li
, Z. G.
Ju
, Y. M.
Lu
, B. S.
Li
, and D. Z.
Shen
, J. Appl. Phys.
103
, 113501
(2008
).28.
X. J.
Wu
, Z. Z.
Zhang
, J. Y.
Zhang
, Z. G.
Ju
, B. H.
Li
, B. S.
Li
, C. X.
Shan
, D. X.
Zhao
, B.
Yao
, and D. Z.
Shen
, Thin Solid Films
516
, 6116
–6119
(2008
).29.
R.
Peng
, X. P.
Shen
, X.
Xie
, H. C.
Xu
, S. Y.
Tan
, M.
Xia
, T.
Zhang
, H. Y.
Cao
, X. G.
Gong
, J. P.
Hu
, B. P.
Xie
, and D. L.
Feng
, Phys. Rev. Lett.
112
, 107001
(2014
).30.
F. C.
Hsu
, J. Y.
Luo
, K. W.
Yeh
, T. K.
Chen
, T. W.
Huang
, P. M.
Wu
, Y. C.
Lee
, Y. L.
Huang
, Y. Y.
Chu
, D. C.
Yan
, and M. K.
Wu
, Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A.
105
, 14262
–14264
(2008
).31.
D.
Liu
, W.
Zhang
, D.
Mou
, J.
He
, Y. B.
Ou
, Q. Y.
Wang
, Z.
Li
, L.
Wang
, L.
Zhao
, S.
He
et al., Nat. Commun
3
, 931
(2012
).32.
I. A.
Nekrasov
, N. S.
Pavlov
, M. V.
Sadovskii
, and A. A.
Slobodchikov
, Low Temp. Phys.
42
, 891
–899
(2016
).33.
P. K.
Maheshwari
, R.
Jha
, B.
Gahtori
, and V. P. S.
Awana
, J. Supercond, Novel Magn.
28
, 2893
–2897
(2015
).34.
G. F.
Chen
, Z. G.
Chen
, J.
Dong
, W. Z.
Hu
, G.
Li
, X. D.
Zhang
, P.
Zheng
, J. L.
Luo
, and N. L.
Wang
, Phys. Rev. B
79
, 140509
(2009
).35.
Y.
Han
, W. Y.
Li
, L. X.
Cao
, X. Y.
Wang
, B.
Xu
, B. R.
Zhao
, Y. Q.
Guo
, and J. L.
Yang
, Phys. Rev. Lett.
104
, 017003
(2010
).36.
K. D.
Oyler
, X.
Ke
, I. T.
Sines
, P.
Schiffer
, and R. E.
Schaak
, Chem. Mater.
21
, 3655
–3661
(2009
).37.
P. D.
Matthews
, M.
Akhtar
, M. A.
Malik
, N.
Revaprasadu
, and P. O.
Brien
, Dalton Trans.
45
, 18803
–18812
(2016
).38.
K.
Shigekawa
, K.
Nakayama
, M.
Kuno
, G. N.
Phan
, K.
Owada
, K.
Sugawara
, T.
Takahashi
, and T.
Sato
, Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A.
116
, 24470
–24474
(2019
).39.
S.
He
, J.
He
, W.
Zhang
, L.
Zhao
, D.
Liu
, X.
Liu
, D.
Mou
, Y. B.
Ou
, Q. Y.
Wang
, Z.
Li
et al., Nat. Mater.
12
, 605
–610
(2013
).40.
X.
Lai
, H.
Zhang
, Y.
Wang
, X.
Wang
, X.
Zhang
, J.
Lin
, and F.
Huang
, J. Am. Chem. Soc.
137
, 10148
–10151
(2015
).41.
J.
Paglione
and R. L.
Greene
, Nat. Phys.
6
, 645
–658
(2010
).42.
J. P.
Perdew
, K.
Burke
, and M.
Ernzerhof
, Phys. Rev. Lett.
77
, 3865
(1996
).43.
J. P.
Perdew
, K.
Burke
, and M.
Ernzerhof
, Phys. Rev. Lett.
78
, 1396
(1997
).44.
G.
Kresse
and J.
Hafner
, Phys. Rev. B
47
, 558
(1993
).45.
G.
Kresse
and J.
Hafner
, Phys. Rev. B
49
, 14251
(1994
).46.
H. J.
Monkhorst
and J. D.
Pack
, Phys. Rev. B
13
, 5188
(1976
).47.
G.
Henkelman
, A.
Arnaldsson
, and H.
Jonsson
, Comput. Mater. Sci.
36
, 354
(2006
).48.
S. J.
Grimme
, Comput. Chem.
27
, 1787
(2006
).49.
D.
Alfe
, Comput. Phys. Commun.
180
, 2622
(2009
).50.
H.
Rojas-Chavez
, H.
Cruz-Martinez
, E.
Flores-Rojas
, J. M.
Juarez-Garcia
, J. L.
Gonzalez-Dominguez
, N.
Daneu
, and J.
Santoyo-Salazar
, Phys. Chem. Chem. Phys.
20
, 27082
(2018
).51.
R.
Hill
, “The elastic behaviour of a crystalline aggregate
,” Proc. Phys. Soc., London, Sect. A
65
, 349
(1952
).52.
S. F.
Pugh
, “XCII
,” Philos. Mag.
45
, 823
(1954
).53.
W. C.
Hu
, Y.
Liu
, D. J.
Li
, X. Q.
Zeng
, and C. S.
Xu
, Comput. Mater. Sci.
83
, 27
(2014
).54.
M. M.
Fadlallah
, A. A.
Maarouf
, U.
Schwingenschlogl
, and U.
Eckern
, J. Phys.: Condens. Matter
29
, 055301
(2017
).© 2021 Author(s).
2021
Author(s)
You do not currently have access to this content.
