Zweidimensionales Haeckelit-NbS₂ – ein diamagnetischer Halbleiter mit Nb⁴⁺-Ionen und hoher Ladungsträgermobilität

In allen bekannten Dichalkogenid-Monolagen (ML) von Übergangsmetallen der Gruppe 5 haben die Metallzentren einen Spin, und ihre Grundzustandsphasen sind entweder metallisch oder halbleitend mit indirekter Bandlücke. Auf Grundlage von Berechnungen aus ersten Prinzipien berichten wir hier über die Haeckelit-Polytypen 1S-NbX₂ (X=S, Se, Te). Diese sind diamagnetische Halbleiter mit direkter Bandlücke, obwohl die Nb-Atome im Oxidationszustand 4+ vorliegen. Dagegen sind 1S-VX₂-ML antiferromagnetische Halbleiter mit indirekter Bandlücke. Die 1S-Phasen sind thermodynamisch und dynamisch stabil, jedoch haben sie eine etwas höhere Energie als ihre 1H- und 1T-ML-Polytopen. 1S-NbX₂-ML könnten sich aufgrund ihrer kleinen Bandlücken (zwischen 0.5 und 1 eV) hervorragend für optoelektronische Anwendungen eignen. Weiterhin ist die Lochbeweglichkeit in 1S-NbS₂-ML mit 2.68×10³ cm² V⁻¹ s⁻¹ besonders hoch, höher als z. B. in MoS₂ und vergleichbar mit WSe₂.