Electronic properties, skyrmions and bimerons in Janus CrXY (X, Y = S, Se, Te, Cl, Br, I, and X ≠ Y) monolayers

杰纳斯 空中骑兵 单层 铁磁性 各向异性 居里温度 磁各向异性 材料科学 物理 凝聚态物理 磁化 磁场 纳米技术 光学 量子力学
作者
Zhihao Guan,Zhong Shen,Yufei Xue,Tingting Zhong,Xiaoping Wu,Changsheng Song
出处
期刊:Physical Chemistry Chemical Physics [Royal Society of Chemistry]
卷期号:25 (36): 24968-24975 被引量:16
标识
DOI:10.1039/d3cp02470a
摘要

Using first-principles calculations, we systematically investigate the electronic properties, chiral skyrmions and bimerons in two-dimensional (2D) Janus CrXY (X, Y = S, Se, Te, Cl, Br, I, and X ≠ Y) monolayers. We found that the categories of nonmagnetic atoms (X and Y in CrXY) determine whether CrXY is a ferromagnetic metal or a semiconductor. Unexpectedly, the CrBrS monolayer of these CrXY materials is a room temperature ferromagnetic semiconductor with a Curie temperature of 303 K, and it possesses an off-plane magnetic anisotropy energy of 0.06 meV. Besides, a strong Dzyaloshinskii-Moriya interaction (DMI) of 3.10 meV is found in CrTeI and is mainly induced by the strong spin-orbit coupling of the nonmagnetic atoms Te(I) rather than that of the magnetic Cr atoms. Furthermore, using micromagnetic simulations, skyrmions can be stabilized in CrSeBr without external magnetic fields. More importantly, the bimerons in CrSeCl with in-plane magnetic anisotropy can be transformed into skyrmions or a ferromagnetic state by controlling the direction of external magnetic fields. Our work investigates fourteen kinds of Janus monolayers, serving as guidelines for materials research on DMI, skyrmions and bimerons.
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