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(純計(jì)算)中南大學(xué)王輝團(tuán)隊(duì)Phys. Rev. B: 單層MX2中的大谷極化和垂直磁晶各向異性能

時(shí)間：2024-04-08 來源： 瀏覽：

(純計(jì)算)中南大學(xué)王輝團(tuán)隊(duì)Phys. Rev. B: 單層MX2中的大谷極化和垂直磁晶各向異性能

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2024年1月8日，Phys. Rev. B在線發(fā)表了中南大學(xué)王輝教授 課題組的研究論文，題目為《 Giant valley polarization and perpendicular magnetocrystalline anisotropy energy in monolayer MX 2 (M = Ru, Os; X = Cl, Br) 》。

室溫鐵谷材料中的大谷極化和垂直磁晶各向異性能（PMAE） 一直受到人們的關(guān)注 ，因?yàn)?/span> PMAE不僅能 穩(wěn)定 長程 鐵磁 序，而且能 保證 自發(fā) 谷極化。 由于缺乏空間反演和時(shí)間反演對稱性，在許多類似于過渡金屬硫族化合物（TMDs）的二維 鐵 磁 材料中可以發(fā)現(xiàn)鐵谷性質(zhì)。

在此研究中，基于第一性原理計(jì)算、Wannier函數(shù)和蒙特卡羅模擬，作者研究 了 單層MX 2 （M = R u，Os；X = Cl，Br） 的谷極化和MAE。研究發(fā)現(xiàn) OsBr 2 具有327.158 meV的大谷極化和10.354 meV的PMAE ，這歸因于其具有強(qiáng)自旋-軌道耦合（SOC）?；谖_理論定性和定量地分析了谷極化和PMAE的物理機(jī)制，表明谷極化導(dǎo)致MAE在K和K’符號(hào)相反谷點(diǎn)處的分布， 并且 d z2 與d yz 、d xz 與d xy 、d x2-y2 與d yz 通過軌道角動(dòng)量算符L x 在相反自旋通道中的耦合對總MAE的貢獻(xiàn)占主導(dǎo)地位 。

此外， 少量空穴的摻雜和雙軸壓縮應(yīng)變都顯著提高了OsBr 2 的PMAE 。同時(shí)， 壓縮應(yīng)變可以增強(qiáng)OsBr 2 的FM交換耦合，使居里溫度T c 遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過室溫 。此外， 少量電子 的摻雜可以顯著提高室溫鐵谷OsCl 2 的PMAE，達(dá)到~40 meV 。這項(xiàng)研究闡明了谷極化和MAE的物理機(jī)制，并表明單層OsCl 2 和OsBr 2 在室溫條件下有望應(yīng)用于 谷電子和磁存儲(chǔ)器件 。

圖1  單層MX 2 的幾何結(jié)構(gòu)和聲子譜

圖2  單層RuCl 2 和RuBr 2 的電子結(jié)構(gòu)和磁晶各向異性能(MAE)

圖3 單層OsCl 2 和OsBr 2 的電子結(jié)構(gòu)和磁晶各向異性能(MAE)

圖4  鐵谷材料中谷極化的起源示意圖

圖5  單層OsBr 2 的反常谷霍爾效應(yīng)

圖6  單層MX 2 中垂直磁晶各向異性能(PMAE)的起源

【 論文鏈接 】
Xie, W., Zhang, L., Yue, Y . et al. Giant valley polarization and perpendicular magnetocrystalline anisotropy energy in monolayer MX 2 (M = Ru, Os; X = Cl, Br) . Phys. Rev. B , 2024 , 109, 024406 . https://doi.org/ 10.1103/PhysRevB.109.024406

【其他相關(guān)文獻(xiàn)】

[1]  Zhao, P., Ma, Y., Lei, C. et al. Singlelayer LaBr 2 : Two-dimensional valleytronic semiconductor with spontaneous spin and valley polarizations. Appl. Phys. Lett ., 2019 , 115, 261605 . https://doi.org/ 10.1063/1.5129311
[2]  Guo, S.D., Zhu, J.X., Mu, W.Q. et al. Possible way to achieve anomalous valley Hall effect by piezoelectric effect in a GdCl 2 monolayer. Phys. Rev. B , 2021 , 104, 224428 . https://doi.org/ 10.1103/PhysRevB.104.224428
[3]  Sheng, K., Zhang, B., Yuan, H.K. et al. Strain-engineered topological phase transitions in ferrovalley 2H-RuCl 2 monolayer. Phys. Rev. B , 2022 , 105, 195312 . https://doi.org/ 10.1103/PhysRevB.105.195312
(純計(jì)算)江蘇師范大學(xué)齊景山/陳曉芳團(tuán)隊(duì)Phys. Rev. B: 二維多鐵半導(dǎo)體雙層中的自旋-谷-層極化反常霍爾效應(yīng)
(純計(jì)算)東北大學(xué)張憲民團(tuán)隊(duì)Nano Lett.: 雙層堆垛磁半導(dǎo)體中鐵電和鐵谷極化的共存
山東大學(xué)魏巍/戴瑛團(tuán)隊(duì)Nano Lett.:非磁性LaOMX2單層中對稱性破缺引起的自發(fā)谷極化
山東大學(xué)牛成旺和戴瑛團(tuán)隊(duì)Nano Lett.:二維蜂窩狀鐵磁體中具有巨谷極化的二階拓?fù)浣^緣體
倫斯勒理工學(xué)院Nat. Phys.: WS2/WSe2莫爾超晶格中谷極化的激子莫特絕緣體
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