二维金属铁磁体 Fe$_3$GeTe$_2$ 中的大磁光效应与磁各向异性能
材料科学
2022-02-01 v2
摘要
少层 FeGeTe 是目前唯一的原子级薄铁磁金属，因此在二维（2D）磁性领域引起了巨大关注。在本文中，我们对单层（ML）、双层（BL）、三层（TL）以及块体 FeGeTe 的电子结构、磁各向异性能（MAE）和磁光（MO）效应进行了系统的第一性原理研究。所考虑的所有 FeGeTe 结构均被预测具有约 3.0 meV/f.u. 量级的大 MAE，大于已报道的二维铁磁半导体 CrGeTe 和 CrI，并且可与在过渡金属合金中 MAE 最大的 FePt 相媲美。这一大的 MAE 从而稳定了直至原子级薄层的长程铁磁有序，也暗示了二维 FeGeTe 在高密度数据存储中的潜在应用。此外，计算得到的磁光光谱显示出大的磁圆二色性，从而产生大的 MO 克尔旋转和法拉第旋转角。在可见光频率范围内，发现 TL FeGeTe 的克尔旋转角可达 1.0。该数值大于著名的 MO 过渡金属合金 MnBi。同时，对所有考虑的 FeGeTe 结构均预测出大的法拉第旋转角。特别地，ML FeGeTe 具有 -156/ 的法拉第旋转角，是著名 MO 氧化物 BiFeO 的三倍。这些重要发现通过计算的轨道分辨态密度和由群论导出的偶极选择定则进行了分析。我们的发现表明，少层和块体 FeGeTe 是有前景的 MO 材料，并可在未来广泛应用于纳米 MO 器件。
引用
@article{arxiv.2012.04285,
title = {Large magneto-optical effect and magnetic anisotropy energy in two-dimensional metallic ferromagnet Fe$_3$GeTe$_2$},
author = {Ming-Chun Jiang and Guang-Yu Guo},
journal= {arXiv preprint arXiv:2012.04285},
year = {2022}
}