CrX$_3$（X=Cl, Br, I）单层中的相对论交换相互作用
材料科学
2020-10-07 v2 强关联电子
摘要
理论上预测且实验间接证实，单层 CrX（X=Cl, Br, I）可能是拓扑磁绝缘体（TMI）的原型。本工作中，我们通过结合第一性原理计算与原子自旋动力学，给出了 CrX 中磁相互作用与磁激发的完整图像。此处聚焦于实现 TMI 的两个最重要方面，即相对论磁相互作用与有限尺寸（边缘）效应。我们计算了完整的相互作用张量，其中包含被认为是最可能稳定拓扑磁子的 Kitaev 与 Dzyaloshinskii-Moriya 项。首先，我们探究块体 CrI 的性质，并将模拟的磁子谱与实验数据 [Phys. Rev. X 8, 041028 (2018)] 比较。我们的结果表明，实验中观测到的大拓扑能隙（≈ 4 meV）无法仅由成对自旋相互作用解释。我们指出了若干可能导致此分歧的原因，并认为该类材料中应存在显著的磁弹性耦合。我们也研究了 CrX 单层中的磁相互作用。各向异性相互作用的强度随卤素原子在周期表中位置变化，元素越重各向异性越大。比较块体与单层 CrI 的磁子，我们发现后者拓扑能隙更小。最后，我们研究单层中的有限尺寸效应，并证明边缘附近 Cr 原子间的各向异性耦合远强于理想周期结构中的耦合。这应会影响该类材料中磁子边缘模式的动力学。
引用
@article{arxiv.2007.07611,
title = {Relativistic exchange interactions in CrX$_3$ (X=Cl, Br, I) monolayers},
author = {Y. O. Kvashnin and A. Bergman and A. I. Lichtenstein and M. I. Katsnelson},
journal= {arXiv preprint arXiv:2007.07611},
year = {2020}
}
备注
11 pages, 9 figures