Magnetic field modulated photoelectric devices in ferromagnetic semiconductor CrXh (X = S/Se, h = Cl/Br/I) van der Waals heterojunctions

异质结 自旋电子学 凝聚态物理 铁磁性 磁性半导体 磁矩 材料科学 单层 范德瓦尔斯力 半导体 磁场 磁性 光电子学 化学 物理 纳米技术 有机化学 量子力学 分子
作者
Yinlu Gao,Qinxi Liu,Yan Zhu,Xue Jiang,Jijun Zhao
出处
期刊:Applied Physics Letters [American Institute of Physics]
卷期号:119 (3) 被引量:14
标识
DOI:10.1063/5.0055764
摘要

The interactive control between electron charge and spin is essential to spintronics. Two-dimensional (2D) ferromagnetic semiconductors (FMSs) are a kind of unique candidate materials that could lead to flexible magnetoelectric and magneto-optic applications. In this Letter, we construct a series of van der Waals heterostructures by 2D magnetic CrXh (X = S/Se, h = Cl/Br/I) monolayers. Based on first-principles calculations, both monolayers and heterostructures have been demonstrated as intrinsic FMSs with large magnetic moments, suitable bandgaps, good carrier mobility, and high Curie temperatures. Taking advantage of the heterojunction effect, one can precisely control the charge transport behavior by forming three types of band alignments. Under an external alternating magnetic field, CrSeBr/CrSeCl and CrSBr/CrSI heterostructures can reversibly reconfigure between type-II and type-I band alignments upon switching of the spin direction. Combining the robust magnetic ordering and distinctive spin-polarized band alignment, our designed CrXh based magnetic heterostructures are ideal candidates for innovative magnetic-field-modulated photoelectric devices for realizing ultrarapid and reversible “write-read” processes.
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