Strong anisotropy and magnetostriction in the two-dimensional Stoner ferromagnetFe3GeTe2

磁晶各向异性 凝聚态物理 材料科学 能量(信号处理) 各向异性 各向异性能量 铁磁性 范德瓦尔斯力 磁各向异性 磁致伸缩 结晶学 物理 磁化 化学 量子力学 磁场 光学 分子
作者
Houlong Zhuang,Paul R. C. Kent,Richard G. Hennig
出处
期刊:Physical review [American Physical Society]
卷期号:93 (13) 被引量:363
标识
DOI:10.1103/physrevb.93.134407
摘要

Computationally characterizing magnetic properies of novel two-dimensional (2D) materials serves as an important first step of exploring possible applications. Using density-functional theory, we show that single-layer ${\mathrm{Fe}}_{3}{\mathrm{GeTe}}_{2}$ is a potential 2D material with sufficiently low formation energy to be synthesized by mechanical exfoliation from the bulk phase with a van der Waals layered structure. In addition, we calculated the phonon dispersion demonstrating that single-layer ${\mathrm{Fe}}_{3}{\mathrm{GeTe}}_{2}$ is dynamically stable. Furthermore, we find that similar to the bulk phase, 2D ${\mathrm{Fe}}_{3}{\mathrm{GeTe}}_{2}$ exhibits a magnetic moment that originates from a Stoner instability. In contrast to other 2D materials, we find that single-layer ${\mathrm{Fe}}_{3}{\mathrm{GeTe}}_{2}$ exhibits a significant uniaxial magnetocrystalline anisotropy energy of $920\ensuremath{\mu}\mathrm{eV}$ per Fe atom originating from spin-orbit coupling. Finally, we show that applying biaxial tensile strains enhances the anisotropy energy, which reveals strong magnetostriction in single-layer ${\mathrm{Fe}}_{3}{\mathrm{GeTe}}_{2}$ with a sizable magneostrictive coefficient. Our results indicate that single-layer ${\mathrm{Fe}}_{3}{\mathrm{GeTe}}_{2}$ is potentially useful for magnetic storage applications.
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