Le groupe MEM du CEMES, en collaboration avec l’équipe Optoélectronique Quantique du LPCNO, a étudié les propriétés électroniques et magnétiques de l’interface Co/MoS2 par des méthodes ab initio. Une parfaite connaissance de la structure atomique et des propriétés physiques de ce type d’interfaces est indispensable pour établir un contact électrique de qualité entre un feuillet unique de MoS2 et une électrode ferromagnétique. Un tel contact devrait permettre d’injecter un courant de spin dans ce semiconducteur bidimensionnel, ce qui ouvrirait la voie de l’élaboration de composants pour la spintronique à base de MoS2.
- (a) : Structure atomique de la supercellule utilisée pour étudier l’interface Co/MoS2 (b) : Structure de bandes pour les électrons de spin majoritaire (les cercles rouges indiquent les bandes auxquelles contribue le feuillet de MoS2 ; la flèche bleue indique le bas de la bande de conduction de MoS2). (c) : Transferts de charge induits par la formation de liaisons covalentes aux interfaces Co/MoS2 (les lobes rouges et verts correspondent respectivement à un gain et à une perte d’électrons de spin majoritaire).
Nos calculs ont permis de déterminer la structure atomique de l’interface entre un feuillet de MoS2 (supercellule 4x4) et la surface (0001) du cobalt hexagonal compact (supercellule 5x5). La structure d’interface de plus basse énergie fait intervenir des atomes de soufre qui forment des liaisons covalentes avec 1, 2 ou 3 atomes de cobalt. Nous avons calculé la structure de bandes de cette interface. On peut y reconnaître les bandes de conduction et de valences d’un feuillet de MoS2 isolé, de part et d’autres du niveau de Fermi, ainsi que des bandes d’interface, localisées dans la bande interdite de MoS2 et qui sont une conséquence des liaisons covalentes entre les atomes de cobalt et de soufre. Ces nouvelles bandes croisent le niveau de Fermi et donnent au feuillet de MoS2 un caractère conducteur, avec une polarisation en spin non-nulle au niveau de Fermi. Nous avons évalué à 0.32 eV la hauteur de la barrière de Schottky qui se formerait à la frontière entre la phase métallique de MoS2 reliée à l’électrode de cobalt et le canal semiconducteur formé par le même feuillet de MoS2 loin du contact métallique.
Référence de l’article
Electronic structure of the Co(0001)/MoS2 interface and its possible use for electrical spin injection in a single MoS2 layer
T. Garandel, R. Arras, X. Marie, P. Renucci, and L. Calmels
PHYSICAL REVIEW B 95, 075402 (2017)
https://journals.aps.org/prb/abstract/10.1103/PhysRevB.95.075402
Contact
Lionel Calmels – Professeur Université Paul Sabatier – CEMES-CNRS