双层 1T'-WTe2/CrI3 的第一性原理研究：一种拓扑自旋滤波器候选材料
介观与纳米尺度物理
2023-11-09 v2 材料科学
强关联电子
化学物理
摘要
在二维材料中操控电子自旋通道对于实现下一代自旋电子学至关重要。自旋滤波器是利用外场或磁性等材料特性使自旋极化的自旋电子学元件。近年来，来自背散射的拓扑保护已成为一种诱人特性，可借此增强二维自旋滤波器的鲁棒性。本工作中，我们提出并表征了首批二维拓扑自旋滤波器之一：双层 CrI3/1T'-WTe2（BLCW）。为此，我们结合使用 DFT、最大局域化 Wannier 函数与量子输运模拟，证明 BLCW 满足作为拓扑自旋滤波器的首要判据；即它是无带隙的，表现出从 WTe2 到 CrI3 的自旋极化电荷转移（SPCT）从而使 BLCW 呈金属性，并且具有保留单层（ML）1T'-WTe2 边缘电导的拓扑边界。我们由 DFT 观察到，双层中 Cr 上的原子磁矩约为 3.2 mB/Cr，而在自由站立 ML CrI3 中 W 原子上诱导出 2.9 mB/Cr 的小负铁磁（FM）磁矩。将组成 ML 的电荷/自旋密度从 BLCW 中扣除，进一步揭示了从 WTe2 到 CrI3 的 SOC 增强的 SPCT。我们通过证明其陈数为零，发现 BLCW 是拓扑平庸的。最后，我们表明阶梯材料边界处的界面散射不会消除 WTe2 的边缘电导。该证据表明 BLCW 是无带隙、磁性且拓扑平庸的，意味着仅有一部分 WTe2 ML 被 CrI3 覆盖的阶梯状 WTe2/CrI3 双层异质结构是一种有前景的二维拓扑自旋滤波器候选。我们的结果进一步表明，通过将 CrI3 等 FM 单层堆叠在 1T'-WTe2 等二维非磁性 Weyl 半金属上，可实现一维手性边缘态。
引用
@article{arxiv.2308.06415,
title = {A first-principles study of bilayer 1T'-WTe2/CrI3: A candidate topological spin filter},
author = {Daniel Staros and Brenda Rubenstein and Panchapakesan Ganesh},
journal= {arXiv preprint arXiv:2308.06415},
year = {2023}
}