突破二维范德瓦耳斯磁体中的梅尔明-瓦格纳极限
材料科学
2022-11-30 v1 介观与纳米尺度物理
统计力学
强关联电子
超导电性
摘要
梅尔明-瓦格纳定理指出，具有短程相互作用的一维或二维（2D）各向同性磁体中不存在长程磁序。该定理是磁学中的里程碑，并一直推动着从基础到潜在应用的近期发现的2D范德瓦耳斯（vdW）磁性材料的研究。在此类系统中，磁序的存在通常归因于显著的磁各向异性，已知其会引入自旋波能隙并规避该定理的核心假设。本文我们表明，在实验室装置中典型的有限尺寸2D vdW磁体（例如毫米尺度内），短程相互作用可足够大，从而在实际实现中无需任何磁各向异性即可在有限温度下稳定磁序。我们证明，由于自旋交换相互作用的固有性质及二维中的有限尺寸效应，2D材料薄片中的磁序可独立于晶格对称性产生。令人惊讶地，我们发现内禀磁化从超顺磁转变为完全无序顺磁态的跨接温度对系统长度弱依赖，需要巨大尺寸（例如可观测宇宙量级 ~10 m）才能在低温下观察到如梅尔明-瓦格纳定理预期的磁序消失。我们的发现指出交换相互作用是2D磁性中短程有序稳定的主要驱动力，并拓宽了在原子薄层级探索低各向异性化合物的可能性边界。
引用
@article{arxiv.2210.04830,
title = {Breaking through the Mermin-Wagner limit in 2D van der Waals magnets},
author = {Sarah Jenkins and Levente Rozsa and Unai Atxitia and Richard F. L. Evans and Kostya S. Novoselov and Elton J. G. Santos},
journal= {arXiv preprint arXiv:2210.04830},
year = {2022}
}