Proximity effects in graphene and ferromagnetic CrBr 3 van der Waals heterostructures

石墨烯 范德瓦尔斯力 凝聚态物理 示意图 异质结 材料科学 铁磁性 单层 纳米技术 物理 量子力学 电气工程 工程类 分子
作者
Sushant Kumar Behera,Mayuri Bora,Sapta Sindhu Paul Chowdhury,Pritam Deb
出处
期刊:Physical Chemistry Chemical Physics [Royal Society of Chemistry]
卷期号:21 (46): 25788-25796 被引量:49
标识
DOI:10.1039/c9cp05252f
摘要

Herein, we report first-principles calculations for the magnetic proximity effect in a van der Waals heterostructure formed by a graphene monolayer, induced by its interaction with a two-dimensional (2D) ferromagnet (chromium tribromide, CrBr3). We observed that the magnetic proximity effect arising from the spin-dependent interlayer coupling depends on the interlayer electronic configuration. The proximity effect results in the spin polarization of the graphene orbital by up to 63.6%, together with a miniband splitting of about 73.4 meV, and 8% enhancement in the magnetic moment (3.47 μB per cell) in the heterostructure. The position of the Fermi level in the Dirac cone is shown to depend strongly on the graphene-CrBr3 interlayer separation of 3.77 Å. Consequently, we also show that a perpendicular electric field can be used to control the miniband spin splitting and transmission spectrum. Also, the interfacial polarization effect due to the existence of two different constituents reinforces the conductivity via electrostatic screening in the heterolayer. These findings point towards the application potential of this unique system in nanoscale devices, where the electric field-driven magnetic proximity effect can lead to spin controllability and possible engineering of spin gating.
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