压缩石墨烯/CrI$_{3}$范德华异质结中的强磁化与陈绝缘体

基于石墨烯的异质结是设计拓扑非平庸陈绝缘器件的极具前景的材料体系。最近，二维(2D)单层铁磁绝缘体CrI$_{3}$已在实验中成功合成[Huang et al., Nature 546, 270 (2017)]。本文提出将这两种有趣的材料构建为异质结(Gr/CrI$_{3}$)。我们的第一性原理计算表明，该体系形成范德华异质结，在实验中相对容易制备。若通过施加外部压力将范德华间隙压缩至一定程度，Gr/CrI$_{3}$异质结中将出现陈绝缘态。令人惊奇的是，尽管石墨烯与衬底CrI$_{3}$之间存在范德华相互作用，石墨烯中仍发现了由CrI$_{3}$诱导的非常强的磁化（约150 meV）。本文采用低能有效模型来理解其机制，并研究了Gr/CrI$_{3}$异质结体系的功函数、接触类型以及能带对齐。我们的工作表明，Gr/CrI$_{3}$异质结是一个极具前景的体系，可用于在实验中观察高温（高达45 K）下的量子反常霍尔效应。