Monolayer M2X2O as potential 2D altermagnets and half-metals: a first principles study

超级交换 反铁磁性 铁磁性 结晶学 自旋电子学 凝聚态物理 金属 物理 材料科学 化学 冶金
作者
Kaixin Zou,Yuxin Yang,Baojuan Xin,Wentao Wu,Yahui Cheng,Hong Dong,Hui Liu,Feng Luo,Feng Lu,Weihua Wang
出处
期刊:Journal of Physics: Condensed Matter [IOP Publishing]
卷期号:37 (5): 055804-055804 被引量:11
标识
DOI:10.1088/1361-648x/ad8e9f
摘要

Abstract Realizing novel two-dimensional (2D) magnetic states would accelerate the development of advanced spintronic devices and the understandings of 2D magnetic physics. In this paper, we have examined the magnetic and electronic properties of 20 dynamically stable and exfoliable M 2 X 2 O (M = Ti–Ni; X = S–Te; excluding Co 2 Te 2 O). It has been unveiled that [X 4 O 2 ]- D 2 h and [M 4 ]- D 4 h crystal fields govern the M-3 d orbital splittings in M 2 X 2 O. The splittings further lead to the antiferromagnetic (AFM) orderings in Ti 2 S 2 O/Fe 2 S 2 O/Fe 2 Se 2 O/M 2 X 2 O (M = V, Cr, Mn and Ni; X = S–Se) as well as the ferromagnetic orderings in Ti 2 Se 2 O/Ti 2 Te 2 O/Fe 2 Te 2 O/Co 2 S 2 O/Co 2 Se 2 O through kinetic and superexchange mechanisms. Notably, all the AFM M 2 X 2 O are 2D altermagnets, and Ti 2 Se 2 O/Ti 2 Te 2 O/Co 2 S 2 O/Co 2 Se 2 O are 2D half-metals. In particular, the anisotropic d-d/p hoppings lead to the tunable altermagnetic splitting in Ti 2 S 2 O/Cr 2 Te 2 O, while the parity of V-3 d yz orbital contributes to the symmetry-protected altermagnetic splitting within V 2 X 2 O. These altermagnetic and half-metallic monolayer M 2 X 2 O provide promising candidates applied in low-dimensional spintronic devices. In addition, the potential 2D altermagnetic Weyl semimetal of Fe 2 S 2 O/Fe 2 Se 2 O, nodal-loop half-metal of Ti 2 Se 2 O and half-semi metal of Ti 2 Te 2 O facilitate to uncover novel low-dimensional topological physics. These theoretical results would expand the platform in particular for 2D altermagnets and nontrivial systems.
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