二维材料中载流子掺杂诱导磁相变的机制
材料科学
2022-12-21 v1 介观与纳米尺度物理
摘要
在二维（2D）半导体中，通过静电掺杂已经实现了对长程磁序的电学调控。另一方面，观测结果高度多样化：根据具体材料的不同，这种相变可以通过电子、空穴或两者共同来实现。此外，掺杂载流子似乎总是倾向于铁磁（FM）基态。这些多样化观测背后的机制仍未被揭示。结合第一性原理模拟，我们分析了能带边缘附近相关 d/f 轨道的自旋超交换路径，并根据其投影态密度（PDOS）将二维磁性半导体分为三种类型。我们发现，每种 PDOS 类型都对应于特定的载流子驱动磁相变，并且可以通过计算超交换耦合强度来定量获得临界掺杂密度和载流子类型。模型结果与第一性原理计算和现有测量结果吻合良好。在理解该机制后，我们可以设计异质结构来实现此前未曾实现的铁磁到反铁磁相变。该模型有助于理解多样化的测量结果，并扩展了控制二维半导体中长程磁序的自由度。
引用
@article{arxiv.2212.10386,
title = {Mechanism of carrier doping induced magnetic phase transitions in two-dimensional materials},
author = {Yan Lu and Haonan Wang and Li Wang and Li Yang},
journal= {arXiv preprint arXiv:2212.10386},
year = {2022}
}
备注
20 pages and 5 figures