On the origin of magnetic anisotropy in two dimensional CrI3

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作者
J L Lado,J Fernández-Rossier
出处
期刊:2D materials [IOP Publishing]
卷期号:4 (3): 035002-035002 被引量:683
标识
DOI:10.1088/2053-1583/aa75ed
摘要

The observation of ferromagnetic order in a monolayer of CrI 3 has been recently reported, with a Curie temperature of 45 Kelvin and off-plane easy axis. Here we study the origin of magnetic anisotropy, a necessary ingredient to have magnetic order in two dimensions, combining two levels of modeling, density functional calculations and spin model Hamiltonians. We find two different contributions to the magnetic anisotropy of the material, favoring off-plane magnetization and opening a gap in the spin wave spectrum. First, ferromagnetic super-exchange across the 90 degree Cr-I-Cr bonds, are anisotropic, due to the spin orbit interaction of the ligand I atoms. Second, a much smaller contribution that comes from the single ion anisotropy of the S = 3/2 Cr atom. Our results permit to establish the XXZ Hamiltonian, with a very small single ion easy axis anisotropy, as the adequate spin model for this system. Using spin wave theory we estimate the Curie temperature and we highlight the essential role played by the gap that magnetic anisotropy induces on the magnon spectrum.
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