块体与少层 CrI$_3$ 的磁性及磁光效应：一项 GGA+U 理论研
介观与纳米尺度物理
2019-05-09 v1
摘要
近期在原子级薄半导体 CrGeTe 与 CrI 薄膜中发现铁磁性，为二维（2D）极限下磁学基础物理及基于二维磁性材料的技术应用开辟了众多机遇。本文基于广义梯度近似加在位库仑排斥方案（GGA+U）的密度泛函理论，对多层[单层（ML）、双层与三层]及块体 CrI 的磁性、电子、光学与磁光（MO）性质进行了全面理论研究。有趣的是，所有结构均为单自旋铁磁（FM）半导体。它们均具有约 0.5 meV/Cr 的大面外磁各向异性能（MAE）。这些大 MAE 抑制了横向自旋涨落，从而在有限温度下直至 ML 极限都稳定了长程磁有序。它们还表现出强 MO 效应，其克尔与法拉第旋转角可与最知名的块体 MO 材料相媲美。光学与 MO 谱中主要特征的形貌与位置几乎与厚度无关，尽管克尔旋转角大小随膜厚单调增加。基于计算的交换耦合参数、光学电导率、MO 克尔与法拉第旋转角估算的磁转变温度与现有实验数据吻合良好。所计算的 MAE 以及光学与 MO 性质通过轨道分解态密度、能带态对称性与偶极选择定则加以分析。我们在这些单自旋 FM 半导体 CrI 超薄膜中发现的大面外 MAE 与强 MO 效应表明，它们将在半导体 MO 与自旋电子学纳米器件中获得重要应用。
引用
@article{arxiv.1902.03944,
title = {Magnetism and Magneto-optical Effects in Bulk and Few-layer CrI$_3$: A Theoretical GGA + U Study},
author = {Vijay Kumar Gudelli and Guang-Yu Guo},
journal= {arXiv preprint arXiv:1902.03944},
year = {2019}
}