Hole-Doping-Induced Perpendicular Magnetic Anisotropy and High Curie Temperature in a CrSX (X = Cl, Br, I) Semiconductor Monolayer

自旋电子学 凝聚态物理 居里温度 材料科学 铁磁性 单层 兴奋剂 磁性半导体 磁化 磁各向异性 费米能级 磁矩 纳米技术 物理 磁场 电子 量子力学
作者
Ruilin Han,Xiaomin Xue,Yu Yan
出处
期刊:Nanomaterials [Multidisciplinary Digital Publishing Institute]
卷期号:13 (24): 3105-3105 被引量:3
标识
DOI:10.3390/nano13243105
摘要

A large perpendicular magnetic anisotropy and a high Curie temperature (TC) are crucial for the application of two-dimensional (2D) intrinsic ferromagnets to spintronic devices. Here, we investigated the electronic and magnetic properties of carrier-doped Van der Waals layered CrSX (X = Cl, Br, I) ferromagnets using first-principles calculations. It was found that hole doping can increase the magnitude of the magnetic anisotropy energy (MAE) and change the orientation of the easy magnetization axis at small doping amounts of 2.37 × 1013, 3.98 × 1012, and 3.33 × 1012/cm2 for CrSCl, CrSBr, and CrSI monolayers, respectively. The maximum values of the MAE reach 57, 133, and 1597 μeV/u.c. for the critical hole-doped CrSCl, CrSBr, and CrSI with spin orientation along the (001) direction, respectively. Furthermore, the Fermi energy level of lightly hole-doped CrSX (X = Cl, Br, I) moves into the spin-up valence band, leading to the CrSX (X = Cl, Br, I) magnetic semiconductor monolayer becoming first a half-metal and then a metal. In addition, the TC can also be increased up to 305, 317, and 345 K for CrSCl, CrSBr, and CrSI monolayers at doping amounts of 5.94 × 1014, 5.78 × 1014, and 5.55 × 1014/cm2, respectively. These properties suggest that the hole-doping process can render 2D CrSX (X = Cl, Br, I) monolayers remarkable materials for application to electrically controlled spintronic devices.
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