探究双层 CrI$_3$ 中的各向异性层间交换
材料科学
2024-06-19 v1 计算物理
摘要
双层 CrI 因层间堆垛改变时层状铁磁与反铁磁序之间的特殊切换而备受关注。该发现指出了看似微小的层间交换的重要性，然而现有文献仅探讨其各向同性部分。为填补此空白，我们结合密度泛函理论与哈密顿量建模，考察双层 CrI 中的各向异性层间交换——Dzyaloshinskii-Moriya（DMI）与 Kitaev 相互作用（KI）。我们开发并应用了一种新颖的计算流程，以 eV 精度给出非对角交换矩阵元。考察两类双层堆垛后，我们发现单斜双层子晶格间存在微弱层间 KI 与强得多的 DMI，而在菱方双层中二者完全缺失。我们展示了这些各向异性相互作用如何依赖于层间距、堆垛顺序与自旋轨道耦合强度，并指出了起主导作用的超交换过程。此外，我们证明单离子各向异性在很大程度上依赖于堆垛，从单斜到菱方结构增加了 50%。值得注意的是，我们的发现证明碘因其空间延展的 5p 轨道具有强自旋轨道耦合，在二维磁性异质结构中极其高效地介导跨越范德瓦耳斯间隙的 DMI。鉴于类似发现此前仅在金属多层膜中示出且 DMI 作用范围更长，我们的研究预示着在配体具强自旋轨道耦合的二维半导体磁性双层中可实现自旋织构的手性调控。
引用
@article{arxiv.2305.16142,
title = {Delving into the anisotropic interlayer exchange in bilayer CrI$_3$},
author = {Srdjan Stavrić and Paolo Barone and Silvia Picozzi},
journal= {arXiv preprint arXiv:2305.16142},
year = {2024}
}
备注
17 one-column pages, 3 figures, submitted for publication