石墨烯置于过渡金属三硫磷化物单层 MPX$_3$ 上的邻近效应

我们通过第一性原理计算研究了石墨烯置于一系列二维磁性过渡金属三硫磷化物单层 MPX$_3$（M={Mn,Fe,Ni,Co}，X={S,Se}）上的电子能带结构。采用基于对称性的模型哈密顿量，从邻近化石墨烯的低能狄拉克能带中提取轨道参数以及子格分辨的邻近诱导交换耦合（$\lambda_{\textrm{ex}}^\textrm{A}$ 和 $\lambda_{\textrm{ex}}^\textrm{B}$）。根据 MPX$_3$ 层的磁相（铁磁及三种反铁磁），可实现完全不同的狄拉克色散，其交换劈裂范围从 0 到 10~meV。令人惊讶的是，不仅交换耦合的大小依赖于磁相，其全局符号与类型也依赖于磁相。重要的是，可以在石墨烯中实现均匀（$\lambda_{\textrm{ex}}^\textrm{A} \approx \lambda_{\textrm{ex}}^\textrm{B}$）与交错（$\lambda_{\textrm{ex}}^\textrm{A} \approx -\lambda_{\textrm{ex}}^\textrm{B}$）的交换耦合。从选取的案例中，我们发现层间距以及横向电场是调控狄拉克能带交换劈裂的有效手段。更具体地，层间距仅减小约 10%，即发现邻近交换增强达 5 倍之巨，而施加几 V/nm 的电场，可提供百分之数十的邻近交换可调性。我们还研究了其对 Hubbard $U$ 参数的依赖，发现依赖较弱。此外，我们发现相较于交换耦合，自旋轨道耦合（SOC）对邻近化狄拉克色散的影响可忽略不计。