Berry Curvature Properties of Janus Transition Metal Dichalcogenide

Abstract

Transition Metal Dichalcogenide monolayer는 차세대 전자 디바이스의 후보로써 연구되어 왔다. TMDC의 벨리(Valley) 특성은 새로운 디바이스 개발의 가능성을 열어주었다. Valley 특성은 Band structure의 극소점에서 electron들의 모임으로써 일어나는 특성들을 의미한다. Y. Kim et. al의 연구는 TMDC monolayer에 압력을 주고 layer와 평행하게 전기장을 가해 주었을 때, VME와 VHE가 서로 경쟁하여, real space에서 불균등 valley dipole이 생길 수 있음을 밝혔다. 이를 Valley Magnetic Domain이라 한다. 이 특성은 새로운 디바이스 개발의 가능성을 열었다. 그러나 TMDC monolayer는 Berry Curvature가 전자 디바이스 개발에 활용하기에는 다소 출력이 낮았다. 이에 우리는 높은 Berry Curvature를 가질 것으로 예상되는 Janus TMDC monolayer의 가능성을 확인해보았다. 우리는 Augmented plane wave method가 탑재된 제일원리 계산 툴, ELK 코드를 사용하여 MoS2, MoSe2, MoSSe,WS2,WSe2,WSSe의 전자구조와 Berry curvature를 계산하였다. Janus TMDC monolayers는 K valley와 Q valley 사이의 영역에서 보통의 TMDC 보다 높은 Berry curvature 값을 가졌다. 이로 인해 Janus TMDC monolayer가 디바이스 개발의 측면에서 더 유리할 것으로 생각된다.

Monolayer Transition metal dichalcogenide (TMDC) have been studied as a potential next generation electronic device. Valley electronic phenomenon which is originated from electronic nesting at local minimum of the band structure makes the novel electronic device possible. Research of Y. Kim et. al reported the mechanism of Valley Magnetic Effect (VME) of which strain monolayer TMDC with external electric field of in-plane direction shows homogeneous valley polarization in real space. They reported the possibility to make new properties Valley Magnetic Domain that VME competing with Valley Hall Effect (VHE) made an inhomogeneous valley polarization in real space. However, the magnitude of berry curvature in the ordinary TMDC seem weak to make electronic devices. We propose to use Janus TMDC monolayer instead of ordinary TMDC. Janus TMDC materials are expected to show high berry curvature compared to the ordinary TMDC materials. We used ab. Initio. Calculation with the wave function chosen using augmented plane wave method implanted in the ELK code. We first calculated berry curvature of MoS2, MoSe2, MoSSe, WS2,WSe2,WSSe monolayer and compared them. We noticed that Berry curvature in the region outer the K valley and inside the boundary of Q valley is comparatively strong in Janus TMDCs than ordinary TMDCs and using Janus TMDC monolayers could be a better way to develop electronic device based on VMD properties.