稳定二维单层三卤化铬中的稳健本征铁磁性与半半导体性
材料科学
2016-02-26 v2 计算物理
摘要
二维（2D）本征铁磁（FM）半导体对于开发低维自旋电子器件至关重要。利用密度泛函理论，我们证明了单层三卤化铬（SLCTs）（CrX，X=F、Cl、Br和I）构成了一系列稳定的2D本征FM半导体。由于较低的解理能和较高的面内刚度，独立支撑的SLCT可以很容易地从块体晶体中剥离。使用HSE06泛函的电子结构计算表明，块体和单层CrX都是具有间接带隙的半半导体，且它们的价带和导带在同一自旋方向上完全自旋极化。研究发现，CrBr和CrI的带隙和吸收边位于可见光频率范围内，这意味着可能的光电子应用。此外，发现SLCTs每个化学式单元具有的大磁矩和可观的磁各向异性能。随后利用Heisenberg自旋Hamiltonian提取了SLCTs的磁交换常数，并分析了各种交换相互作用的微观起源。近90的FM超交换与直接反铁磁（AFM）交换之间的竞争导致了FM最近邻交换相互作用。第二和第三近邻交换相互作用被发现分别为FM和AFM，这可以通过依赖于角度的扩展Cr-X-X-Cr超交换相互作用来理解。此外，还利用Monte Carlo模拟预测了SLCTs的Curie温度，并且通过施加双轴拉伸应变可以进一步提高该值。稳健本征铁磁性、半半导体性和大磁各向异性能的独特组合使SLCTs成为下一代半导体自旋电子应用的有希望的候选者。
引用
@article{arxiv.1507.07275,
title = {Robust Intrinsic Ferromagnetism and Half Semiconductivity in Stable Two-Dimensional Single-Layer Chromium Trihalides},
author = {Wei-Bing Zhang and Qian Qu and Peng Zhu and Chi-Hang Lam},
journal= {arXiv preprint arXiv:1507.07275},
year = {2016}
}
备注
12 pages, 14 figures. published in J. Mater. Chem. C