VX2 (X = S, Se, Te) monolayers: Intrinsic quantum anomalous Hall insulator with high Curie temperature and large gap

凝聚态物理 居里温度 单层 霍尔效应 量子霍尔效应 材料科学 绝缘体(电) 量子反常霍尔效应 铁磁性 物理 电阻率和电导率 磁场 光电子学 量子力学 纳米技术
作者
Yuqing Mao,Jie Li,Xiaokang Xu,Dong-Hao Guan,Xinghao Chang,Xueke Yu,Yongjun Liu,Lu Qi,Ai‐Lei He,Xiuyun Zhang
出处
期刊:Applied Physics Letters [American Institute of Physics]
卷期号:126 (26) 被引量:2
标识
DOI:10.1063/5.0260412
摘要

Two-dimensional (2D) magnetic materials have flourished to date, with ferromagnetic (FM) materials providing a broad platform for exploring the novel quantum anomalous Hall (QAH) effect. However, the extremely low working temperature in most QAH candidates significantly limits the experimental realization. Herein, we designed a series of transition metal chalcogenide VX2 (X = S, Se, Te) monolayers using first-principles calculations and investigated their electronic and topological properties. The results indicate that all these materials are dynamically stable FM 2D materials. Notably, VTe2 is identified as an intrinsic room-temperature QAH insulator with the Chern number of C = 1 and a sizable bandgap of 0.14 eV. This large bandgap arises from the band inversion between the spin-up bands contributed by the px and py orbitals of Te atoms. Additionally, VTe2 exhibits a Curie temperature of 444 K, exceeding the room temperature. VS2 and VSe2 monolayers are FM semiconductors whose electronic properties can be turned by applying external strains. Among them, the VSe2 monolayer becomes a QAH insulator with C = 1 under suitable biaxial compressive strains. This study introduces a category of QAH candidates that show significant promise for implementation in spintronic devices.
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