Prediction of manganese trihalides as two-dimensional Dirac half-metals

自旋电子学 凝聚态物理 铁磁性 Dirac(视频压缩格式) 自旋(空气动力学) 居里温度 物理 石墨烯 范德瓦尔斯力 带隙 材料科学 量子力学 分子 中微子 热力学
作者
Qilong Sun,Nicholas Kioussis
出处
期刊:Physical review [American Physical Society]
卷期号:97 (9) 被引量:131
标识
DOI:10.1103/physrevb.97.094408
摘要

The recent discovery of intrinsic ferromagnetism in two-dimensional (2D) van der Waals crystals down to the monolayer limit has sparked intense interest due to their potential applications in spintronics. Here, using first-principles calculations we predict that the 2D pristine ${\mathrm{MnX}}_{3}$ (X = F, Cl, Br, I) is a family of intrinsic Dirac half-metals characterized by a band structure with an unusually large gap in one spin channel and a Dirac cone in the other with carrier mobilities comparable to those in graphene. We demonstrate that the ${\mathrm{MnX}}_{3}$ are dynamically and thermodynamically stable up to high temperatures, and exhibit large magnetic moments of about $4\phantom{\rule{4pt}{0ex}}{\ensuremath{\mu}}_{B}$ per ${\mathrm{Mn}}^{3+}$ ion, high Curie temperatures, and large in-plane magnetic anisotropy energy. In addition, the gap opening induced by the spin-orbit coupling drives the lighter systems into the quantum anomalous Hall state. The combination of these unique properties renders this class of 2D ferromagnets a promising platform for high efficiency spintronic applications.
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