Spontaneous magnetic merons in a half-metallic Mn2I3Br3 monolayer with easy-plane anisotropy

单层 铁磁性 各向异性 磁性 自旋(空气动力学) 磁各向异性 凝聚态物理 材料科学 磁矩 范德瓦尔斯力 感应耦合 电子 联轴节(管道) 物理 磁化 纳米技术 磁场 光学 冶金 量子力学 分子 热力学
作者
Zhong Shen,Yufei Xue,Zebin Wu,Changsheng Song
出处
期刊:Physical Chemistry Chemical Physics [Royal Society of Chemistry]
卷期号:24 (45): 27612-27618 被引量:8
标识
DOI:10.1039/d2cp03534k
摘要

In recent years, great effort has been made in the study of two-dimensional (2D) van der Waals ferromagnets that can stabilize peculiar chiral spin textures, such as magnetic skyrmions and merons. Here, by first-principles calculations and micromagnetic simulations, we systematically investigate the in-plane magnetic anisotropy, Dzyaloshinskii-Moriya interaction (DMI) and magnetic merons in a Mn2I3Br3 monolayer. Mn2I3Br3 exhibits half-metallic behavior with a large band gap (∼2.7 eV) for spin-down electrons, but is gapless for spin-up ones. In addition, unlike most 2D ferromagnets with an off-plane magnetic easy axis and negligible DMI, the magnetic easy axis of Mn2I3Br3 is in-plane, with a large magnetic anisotropy energy of -13.2 meV and a strong DMI of 4.6 meV, which are mainly induced by the strong spin-orbital coupling of I atoms, microscopically. In particular, spontaneous magnetic merons, stabilized by the DMI, can exist in a wide magnetic field range (0-6 T). Our work not only provides important guidelines for the investigation of the DMI and merons in half-metallic materials, but also demonstrates the Mn2I3Br3 monolayer as an ideal platform to explore the deep physics of magnetic merons and as a promising candidate for magnetic storage devices, as well as spin filters.
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