压力调谐磁性与能带隙调制于层状 Fe掺杂 CrCl3

我们探讨了在不同压力下对 Fe 掺杂 CrCl3 的结构、磁性、振动和光学能带隙特性的研究。通过将第一性原理计算与实验技术相结合，包括拉曼光谱、光致发光(PL)、单轴压力研究(热膨胀)和磁化测量，我们揭示了 Fe 掺杂 CrCl3 在压力诱导下的复杂变换，为其结构、电子和磁性演化提供了线索。在环境压力下，拉曼光谱确认所有预期的拉曼活性模态，随压力增大呈蓝移。PL 测量显示，在约 0.6 GPa 时光学带隙为 1.48 eV，随压力增大而逐渐增大，但在 6 GPa 以上增长减缓，这是由于发生等结构相变。受压力下的磁化结果显示， ambient 条件下存在两种竞争的磁性成分(FM 和 AFM)，其中在最低温度和应用场下，FM 成分占主导。通过对热膨胀和各单轴压力依赖性进行 Grueneisen 分析，确认了 FM 和 AFM 能量尺度的竞争存在。实验结果与基于密度泛函理论(DFT)的理论结果一致。在实验中，我们观察到压力增强的铁磁层间耦合随后导致抗铁磁有序化，因为直接的层间相互作用减弱。在 1.2 GPa 以上，实验观察到的 FM 磁性成分消失，这也与 DFT 理论结果良好一致。本文所报告的发现凸显了 CrCl3 在压力可调磁性和光电子学应用中的潜力，例如，FM 和 AFM 配置之间细腻的平衡可能用于传感器应用。