Distinct spin–lattice and spin–phonon interactions in monolayer magnetic CrI3

凝聚态物理 磁性 拉曼光谱 单层 铁磁性 声子 磁性半导体 抗磁性 材料科学 自旋极化 化学 磁场 纳米技术 物理 光学 电子 量子力学
作者
Lucas Webster,Liangbo Liang,Jia-An Yan
出处
期刊:Physical Chemistry Chemical Physics [Royal Society of Chemistry]
卷期号:20 (36): 23546-23555 被引量:103
标识
DOI:10.1039/c8cp03599g
摘要

We apply the density-functional theory to study various phases (including non-magnetic (NM), anti-ferromagnetic (AFM), and ferromagnetic (FM)) in monolayer magnetic chromium triiodide (CrI3), a recently fabricated 2D magnetic material. It is found that: (1) the introduction of magnetism in monolayer CrI3 gives rise to metal-to-semiconductor transition; (2) the electronic band topologies as well as the nature of direct and indirect band gaps in either AFM or FM phases exhibit delicate dependence on the magnetic ordering and spin-orbit coupling; and (3) the phonon modes involving Cr atoms are particularly sensitive to the magnetic ordering, highlighting distinct spin-lattice and spin-phonon coupling in this magnet. First-principles simulations of the Raman spectra demonstrate that both frequencies and intensities of the Raman peaks strongly depend on the magnetic ordering. The polarization dependent A1g modes at 77 cm-1 and 130 cm-1 along with the Eg mode at about 50 cm-1 in the FM phase may offer a useful fingerprint to characterize this material. Our results not only provide a detailed guiding map for experimental characterization of CrI3, but also reveal how the evolution of magnetism can be tracked by its lattice dynamics and Raman response.
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