进展|新型二维磁性材料VTe?中的奇异磁性和多铁性

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责任编辑:李志喜
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低维磁性体系以其新奇的晶体结构和量子特性,在自旋电子学等方面具有广阔的应用前景。磁性多层薄膜CrI3的成功制备,使二维磁性材料的发现和探索成为凝聚态物理科学研究的重要前沿。目前,低维磁性半导体的研究主要集中在两方面:通过外延生长发现新的磁性材料,和调控磁性以探究独特的磁作用机制。多种二维磁性材料,如Cr2Ge2Te6, Fe3GeTe2, CrSe2, CrTe2等,均已有实验报道;而层间铁磁耦合等磁性调控,也在二维半导体CrBr3和CrI3中成功实现。钒硫族化合物(如VTe2等)具有可调的能隙大小,在自旋电子学和谷电子学等方面具有潜在的应用。然而,人们发现1T-VTe2表现出电荷密度波相,却并未发现该材料存在明显铁磁性。因此,该类材料是否拥有本征磁性仍然具有争议。

黄铁矿结构的降维使该结构对称操作变少,相应地为PP-VTe2的铁弹性实现提供了可能,如图4所示。为减少晶格形变对铁弹计算的影响,他们首先将晶格形变为正方形;之后考虑从初态经由中间态抵达末态后元胞内的原子位移,并利用NEB方法估算铁弹相变中的能量势垒。估算出PP-VTe2的铁弹相变势垒接近经典二维铁弹材料黑磷。不仅如此,铁弹相变发生后,PP-VTe2的易磁化轴也会随之发生90度的旋转,这意味着二维铁弹性和铁磁性的直接多铁耦合,这种多铁性耦合在二维材料中十分罕见。这些结果说明单层PP-VTe2是一种研究二维磁性和铁弹性的理想材料。

该工作得到国家自然科学基金委、科技部重点研发计划、中科院B类先导专项以及松山湖材料实验室的支持。

图2. PP-VTe2的声子谱、总能计算、能带结构,以及带隙随VTe2Slab的亚层数增加而变化的趋势。

图3. PP-VTe2的磁各向异性计算及其居里温度估算。

图4. PP-VTe2的铁弹性和多铁耦合预测。

编辑:tzy

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