热无序驱动的范德瓦耳斯磁体 CrI3 中的磁相
介观与纳米尺度物理
2020-10-12 v1 材料科学
强关联电子
摘要
磁相变常在特定的临界温度自发发生。在若干化合物中已观察到存在多个临界温度（Tc），其中竞争磁序的共存凸显了由压力、温度和化学组成等不同因素驱动的相分离的重要性。然而，尚不清楚近期发现的二维（2D）范德瓦耳斯（vdW）磁性材料是否展现此类引人关注的现象，从而可形成具有待探索新颖磁特征的丰富相图。在此，我们展示了通过 μSR（μ子自旋弛豫-旋转）、超导量子干涉器件磁强计以及包含高阶交换相互作用的大规模原子模拟这一互补手段组合所揭示的 2D vdW 磁体 CrI3 中不同 Tc 下的三个磁相变。我们发现，传统上认定的块体 CrI3 居里温度 61 K 并不对应于晶体全体积（VM）中的长程有序，而仅是部分转变，其中少于 25% 的 VM 具有磁自旋有序。该转变由高度无序的畴组成，其磁化强度的易轴分量 Sz 并未完全自旋极化，而是被整个层内的面内分量（Sx, Sy）所无序化。随着系统冷却，在 50 K 和 25 K 的另外两个相变分别将系统驱动至 80% 和近乎 100% 的磁有序体积，其中铁磁基态具有显著的 Sz 特征，但也表现出 Sx 和 Sy 对总磁化的有限贡献。我们的结果表明，体积层面的竞争电子相在 CrI3 的磁性中起重要作用，这为磁器件平台利用设定了比最初认为低得多的阈值温度。
引用
@article{arxiv.2010.04544,
title = {Thermal disorder driven magnetic phases in van der Waals magnet CrI3},
author = {Jaume Meseguer-Sanchez and Dina Abdul Wahab and Hubertus Luetkens and Grigol Taniashvili and Efren Navarro-Moratalla and Zurab Guguchia and Elton J. G. Santos},
journal= {arXiv preprint arXiv:2010.04544},
year = {2020}
}