Ferromagnetism with in-plane magnetization, Dirac spin-gapless semiconducting properties, and tunable topological states in two-dimensional rare-earth metal dinitrides

凝聚态物理 Weyl半金属 磁化 物理 拓扑绝缘体 自旋电子学 半金属 铁磁性 半金属 费米能级 基态 带隙 量子力学 磁场 电子
作者
Yawei Yu,Xin Chen,Xiaobiao Liu,Jia Li,Biplab Sanyal,Xiangru Kong,F. M. Peeters,Linyang Li
出处
期刊:Physical review [American Physical Society]
卷期号:105 (2) 被引量:30
标识
DOI:10.1103/physrevb.105.024407
摘要

Since the successful synthesis of bulk single crystals ${\mathrm{MoN}}_{2}$ and ${\mathrm{ReN}}_{2}$, which have a layered structure, transition-metal dinitrides have attracted considerable attention in recent years. Here, we focus on rare-earth metal (Rem) elements, and propose seven stable Rem dinitride monolayers with a 1T structure, namely, $1\mathrm{T}\text{\ensuremath{-}}{\mathrm{RemN}}_{2}$. We use first-principles calculations, and find that these monolayers have a ferromagnetic ground state with in-plane magnetization. Without spin-orbit coupling (SOC), the band structures are spin-polarized with Dirac points at the Fermi level. Remarkably, the $1\mathrm{T}\text{\ensuremath{-}}{\mathrm{LuN}}_{2}$ monolayer exhibits an isotropic magnetocrystalline anisotropy energy in the $xy$ plane with in-plane magnetization, indicating easy tunability of the magnetization direction. When rotating the magnetization vector in the $xy$ plane, we propose a model that accurately describes the variation of the SOC band gap and the two possible topological states (Weyl-like semimetal and Chern insulator states) whose properties are tunable. The Weyl-like semimetal state is a critical point between the two Chern insulator states with opposite sign of the Chern numbers (\ifmmode\pm\else\textpm\fi{}1). The nontrivial band gap (up to 60.3 meV) and the Weyl-like semimetal state are promising for applications in spintronic devices.
最长约 10秒,即可获得该文献文件

科研通智能强力驱动
Strongly Powered by AbleSci AI
科研通是完全免费的文献互助平台,具备全网最快的应助速度,最高的求助完成率。 对每一个文献求助,科研通都将尽心尽力,给求助人一个满意的交代。
实时播报
蜗牛完成签到 ,获得积分10
1秒前
111发布了新的文献求助10
1秒前
田様应助qifeng采纳,获得10
1秒前
高高手发布了新的文献求助10
2秒前
2秒前
3秒前
3秒前
orixero应助xiaoxiao采纳,获得10
3秒前
3秒前
4秒前
Ruby发布了新的文献求助30
4秒前
李爱国应助Aria采纳,获得10
5秒前
5秒前
小马甲应助cloudup233采纳,获得10
6秒前
三水发布了新的文献求助10
6秒前
7秒前
7秒前
yxt发布了新的文献求助10
8秒前
9秒前
风吹过完成签到,获得积分10
9秒前
hajimi发布了新的文献求助10
10秒前
10秒前
微笑猎豹发布了新的文献求助10
10秒前
星辰完成签到 ,获得积分10
11秒前
yyyy完成签到 ,获得积分10
11秒前
11秒前
12秒前
12秒前
13秒前
14秒前
15秒前
M_vil发布了新的文献求助30
15秒前
高兴吐司发布了新的文献求助10
15秒前
快乐顽童发布了新的文献求助10
16秒前
Au_应助53715采纳,获得10
17秒前
17秒前
饭先生发布了新的文献求助10
18秒前
mumu应助求索至真采纳,获得10
18秒前
xiaolizi发布了新的文献求助10
18秒前
19秒前
高分求助中
Cronologia da história de Macau 5000
Erwählung und Berufung bei Paulus: Bedeutung, Entwicklung und Funktion einer Vorstellung in ihrem frühjüdischen und griechisch-römischen Kontext 850
Matrix Methods in Data Mining and Pattern Recognition 510
Interactions of Vowel Quality and Prosody in East Slavic 500
用于植入式医疗器械的馈通设计与实现 400
Animalia: Animal and Human Interaction in the Early Medieval English World (Exeter Studies in Medieval Europe) 400
Synfacts Issue 07 · Volume 22 400
热门求助领域 (近24小时)
化学 材料科学 医学 生物 纳米技术 工程类 有机化学 化学工程 生物化学 计算机科学 内科学 物理 复合材料 催化作用 细胞生物学 无机化学 光电子学 物理化学 电极 基因
热门帖子
关注 科研通微信公众号,转发送积分 7135838
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 8784964
关于积分的说明 18571905
捐赠科研通 6721538
什么是DOI,文献DOI怎么找? 3153807
关于科研通互助平台的介绍 2279743
邀请新用户注册赠送积分活动 2128234