堆叠控制的磁交换与磁电耦合：双层 CrI$_2$ 的研究
材料科学
2025-12-23 v2
摘要
我们采用第一性原理计算方法揭示了铬二碘 (CrI) 双层材料的电子性质与磁性，并在稳定的堆叠构型之间建立了磁相互作用的层级结构。单层材料表现为 x 条纹亚铝磁基底态，而在双层结构中，BA 堆叠为全局最小能量构型，呈现垂直向反磁亚铝磁排列。双层结构通过 6%~10% 的增强平面内交换相互作用，而层间交换取决于堆叠构型。每种堆叠构型的对称性允许出现各向异性相互作用。在无中心对称性的结构中出现的 Dzyaloshinskii-Moriya 项，亦可产生最高可达约 C/cm 的面内极化电荷密度，从而在非中心对称单层中不存在的磁电耦合。因此，堆叠既是交换各向异性的选择器，也是磁电性质的驱动因素。我们的计算结果表明，双层 CrI 可通过层间滑动进行机械重构，堆叠次序之间的能量差 (25~50 meV/单元) 适用于实验驱动。可调磁性和寄存器相关的极化电荷密度，为新型自旋电子器件提供了广阔的应用前景，结构转变可同时影响磁性状态与电偶极子。
引用
@article{arxiv.2509.22827,
title = {Stacking-Controlled Magnetic Exchange and Magnetoelectric Coupling in Bilayer CrI$_2$},
author = {B. Valdés-Toro and I. Ferreira-Araya and R. A. Gallardo and J. W. González},
journal= {arXiv preprint arXiv:2509.22827},
year = {2025}
}
备注
11 pages, 4 figures