调控范德瓦尔斯 Fe$_3$GeTe$_2$ 异质结中的磁相互作用：第一性原理方法的比较研究
材料科学
2023-03-30 v2
摘要
我们研究了机械应变、堆叠顺序和外部电场对二维 (2D) 范德瓦尔斯 (vdW) 异质结磁相互作用的影响，该异质结由二维铁磁金属 FeGeTe 单层沉积在锗烯上构成。使用了三种基于第一性原理方法的不同计算方法，并进行了仔细比较：(i) 格林函数法，(ii) 广义布洛赫定理，以及 (iii) 超胞法。首先，计算了独立 FeGeTe 单层晶胞内三个 Fe 原子的壳层分辨交换常数。我们发现方法 (i) 和 (ii) 的结果在定性上具有良好的一致性，并且与先前报道的值相符。垂直于 FeGeTe/锗烯异质结施加 ~V/{\AA} 的电场会导致交换常数发生显著变化。我们表明，FeGeTe/锗烯中的 Dzyaloshinskii-Moriya 相互作用 (DMI) 主要由最近邻主导，使得方法 (i) 和 (ii) 之间在定量上具有良好的一致性。此外，我们证明 DMI 可通过应变、堆叠和电场进行高度调控，从而产生可与铁磁/重金属 (FM/HM) 界面相比拟的大 DMI。几何变化和杂化效应解释了界面处 DMI 高度可调性的起源。通过方法 (iii) 获得的电场驱动 DMI 与方法 (ii) 中使用的更精确的第一性原理方法在定性上一致。然而，方法 (iii) 对 DMI 的场效应高估了约 50%。在 FeGeTe/锗烯异质结中，施加压缩或拉伸应变也能显著改变磁晶各向异性能。
引用
@article{arxiv.2210.15351,
title = {Tuning the magnetic interactions in van der Waals Fe$_3$GeTe$_2$ heterostructures: A comparative study of \textit{ab initio} methods},
author = {Dongzhe Li and Soumyajyoti Haldar and Tim Drevelow and Stefan Heinze},
journal= {arXiv preprint arXiv:2210.15351},
year = {2023}
}
备注
15 pages, 12 figures