范德瓦尔斯晶体中层依赖的铁磁性降至单层极限
介观与纳米尺度物理
2017-07-05 v2
摘要
自石墨烯这一著名发现以来，二维（2D）材料家族已发展到涵盖广泛的电子性质。近期新增成员包括自旋-谷耦合半导体、可调谐至量子金属的伊辛超导体、具有可调电荷密度波的可能莫特绝缘体，以及具有边缘输运的拓扑半金属。尽管取得了这些进展，仍缺乏具有本征磁性的二维晶体，而这对传感、信息和数据存储等许多技术都很有用。理论上，在各向同性海森堡模型中，有限温度下的二维磁序被Mermin-Wagner定理所禁止。然而，磁各向异性移除了这一限制，并使得例如二维伊辛铁磁性的出现成为可能。在此，我们利用磁光克尔效应（MOKE）显微镜，证明了单层三碘化铬（CrI3）是一种具有面外自旋取向的伊辛铁磁体。其居里温度为45 K，仅略低于块体晶体的61 K，这与弱的层间耦合一致。此外，我们的研究揭示了层依赖的磁相变，展示了范德瓦尔斯晶体典型的厚度依赖物理性质这一标志性特征。值得注意的是，双层CrI3显示出受抑制的磁化强度并伴有变磁效应，而在三层中，块体晶体中观测到的层间铁磁性得以恢复。我们的工作为利用原子级薄材料的独特特性（如用于实现磁电子学的电控，以及用于新型界面现象的范德瓦尔斯工程）来研究磁性创造了机会。
引用
@article{arxiv.1703.05892,
title = {Layer-dependent Ferromagnetism in a van der Waals Crystal down to the Monolayer Limit},
author = {Bevin Huang and Genevieve Clark and Efren Navarro-Moratalla and Dahlia R. Klein and Ran Cheng and Kyle L. Seyler and Ding Zhong and Emma Schmidgall and Michael A. McGuire and David H. Cobden and Wang Yao and Di Xiao and Pablo Jarillo-Herrero and Xiaodong Xu},
journal= {arXiv preprint arXiv:1703.05892},
year = {2017}
}
备注
To appear in Nature