İlerleme | İçsel iki boyutlu manyetik malzemeleri taramak için ilk prensip hesaplamaları
İki boyutlu katmanlı malzemelerde manyetizmanın gerçekleştirilmesi araştırmacılar için önemli bir hedeftir, çünkü iki boyutlu manyetik malzemeler sadece spintronik cihazların yapımının temeli değil, aynı zamanda yeni fiziksel fenomenleri incelemek için bir platformdur. Genel olarak, insanlar manyetik atomları doping yaparak veya arayüz yakınlık etkisini kullanarak manyetik olmayan malzemelere manyetizma katarlar, ancak bu dışsal manyetizma, taşıyıcı konsantrasyonu, safsızlık türleri ve arayüz atomik yapısı gibi faktörlerden kolayca etkilenir. Bu nedenle, insanlar içsel manyetizmaya sahip iki boyutlu katmanlı bir malzeme gerçekleştirmeyi umuyorlar. Daha önce, Mermin-Wagner teoremine göre, izotropik monoatomik tabakalara sahip iki boyutlu malzemeler, uzun menzilli termal dalgalanmalar nedeniyle makroskopik manyetizma sergileyemiyorlardı ve içsel iki boyutlu manyetik malzemelerin var olamayacağı düşünülüyordu. Son deneysel çalışmalar, van der Waals kombine katmanlı malzemeler CrI3 ve Cr2Ge2Te6'nın düşük boyutlu uzun menzilli manyetik düzene sahip olduğunu bulmuştur.Bu çalışmalar, içsel iki boyutlu manyetik malzemeler çalışmasında yeni bir çağ açmıştır. Şu anda bilinen birkaç iki boyutlu içsel manyetik malzeme vardır ve bunların daha düşük Curie sıcaklıkları ( < 50 K) Elektronik cihazların pratik gereksinimlerini karşılamak zordur. Örneğin, kuantum anormal Hall etkisi yalnızca karmaşık manyetik sistemlerde aşırı düşük sıcaklıklarda gerçekleştirilebilir.Bu tür topolojik durumu gerçek sistemlere uygulamanın bir yolu, yeni iki boyutlu manyetik malzemeler bulmaktır. Dahası, yeni malzeme sistemlerinin keşfi yeni topolojik elektronik durumları ortaya çıkarabilir.
Son yıllarda, ilk ilkelere dayalı yüksek verimli tarama yöntemleri, yavaş yavaş yeni malzemeleri keşfetmenin bir yolu haline geldi, içsel iki boyutlu manyetik malzemeleri bulmak ve yeni elektronik özellikleri incelemek için yeni araçlar sağladı. Yakın zamanda, Çin Bilimler Akademisi / Yoğun Madde Fiziği Ulusal Araştırma Merkezi, Fizik Enstitüsü, Fizik Enstitüsü Devlet Anahtar Laboratuvarı SF10 grubunda doktora öğrencisi olan Liu Xing, yardımcı araştırmacı Sun Jiatao ve araştırmacı Meng Sheng'in rehberliğinde, iki boyutlu manyetik malzemelerin yüksek verimli bir taramasını gerçekleştirdi. İlk prensip hesaplama süreci ve ilgili veri tabanları, malzeme veri tabanından düzinelerce yeni katmanlı manyetik malzeme keşfetti. Yüksek Curie sıcaklığına sahip bazı ferromanyetik malzemeler de yeni topolojik elektronik durumlar sergiler.
Malzeme Projesi veri tabanına göre elde edilen 627 adet iki boyutlu malzemeyi tarama için başlangıç noktası olarak kullandılar, önce manyetik özelliklerini incelediler ve 33 antiferromanyetik iki boyutlu malzeme ve 56 ferromanyetik iki boyutlu malzeme buldular (Şekil 1). 24 ferromanyetik malzemenin Curie sıcaklığının deneysel olarak doğrulanmış ferromanyetik CrI3'ten daha yüksek olması önemlidir (Şekil 2). Bu malzemelerin topolojik özellikleri hesaplandıktan sonra, (1) Tek katmanlı VCl3 ve RuCl3'ün içsel kuantum anormal Hall durumları sergilediği ve aynı zamanda zaman ters simetrisinin kırılmasının neden olduğu K ve K'energy vadisi polarizasyonlarına sahip olduğu, Bu bir arada bulunma durumuna "vadi-polarize kuantum anormal Hall durumu" adı verilir (Şekil 3); (2) Tek katmanlı ScCl, "ikinci tip Weyl düğümü halka fermiyonu" olarak adlandırılan yeni bir fermiyon türüne sahiptir ( Şekil 4). Bu, yalnızca yüksek sıcaklık ve düşük boyutlu mıknatısların gerçekleştirilmesi ve spintronik cihazların yapımı için malzeme temeli oluşturmakla kalmaz, aynı zamanda maddenin yeni topolojik durumlarının incelenmesi için bir platform sağlar. Bu çalışmanın yazarları arasında yardımcı araştırmacı Liu Miao da bulunmaktadır. Ana sonuçlar Journal of Physical Chemistry Letters'da 7 Kasım 2018'de yayınlandı .
Şekil 1. Manyetik iki boyutlu malzemeler için yüksek verimli tarama işlemi.
Şekil 2. 89 manyetik tek tabakalı malzemeler ve bunların Curie sıcaklıkları.
Şekil 3. Ferromanyetik tek tabakalı RuCl3, içsel bir vadi polarizasyonu kuantum anormal Hall durumuna sahiptir.
Şekil 4. İkinci tip Weyl düğüm halkasının fermiyonları ferromanyetik tek katmanlı ScCl'de bulunur.
Bu araştırma çalışması, Bilim ve Teknoloji Bakanlığı (proje onay numaraları 2016YFA0202300, 2016YFA0300902, 2015CB921001 ve 2013CBA01600), Çin Ulusal Doğa Bilimleri Vakfı (proje onay numaraları 11774396 ve 61306114) ve Çin Bilimler Akademisi (proje onay numaraları XDB30000000 ve XDB07030100) tarafından finanse edildi.
Makale indirme bağlantısı:
Editör: Tomic
En Yeni 10 Popüler Makale
Görüntülemek için başlığa tıklayın
