Local strain-dependent electronic structure and perpendicular magnetic anisotropy of a MnGaN 2D magnetic monolayer

凝聚态物理 材料科学 自旋电子学 电子结构 自旋极化 单层 磁各向异性 各向异性 磁性 磁化 铁磁性 纳米技术 磁场 物理 光学 量子力学 电子
作者
Yingqiao Ma,Diego Hunt,K. Meng,Tyler Erickson,Fengyuan Yang,María Andrea Barral,Valeria Ferrari,Arthur R. Smith
出处
期刊:Physical Review Materials [American Physical Society]
卷期号:4 (6) 被引量:5
标识
DOI:10.1103/physrevmaterials.4.064006
摘要

Local strain-dependent spin-polarized electronic structure of a two-dimensional (2D) magnetic layer is an exciting property for practical applications. For example, it holds the promise for advanced ultrathin spintronic nanodevices with customized electronic and magnetic properties by local strain engineering. Here, we demonstrate that the spin-polarized electronic structure of a 2D manganese gallium nitride (MnGaN-2D) magnetic monolayer is sensitive to intrinsic local lattice strain, as proven by first-principles calculations and indicated by scanning tunneling spectroscopy measurements. Atomic resolution images reveal a highly non-Gaussian lattice spacing/strain distribution, while the spectroscopy reveals variations in the electronic density of states. Simulations of the MnGaN-2D monolayer based on first-principles calculations, including both isotropic and anisotropic strains, confirm a highly strain-dependent manganese partial density of states. Spin-orbit coupling is included which indicates either out-of-plane perpendicular magnetic anisotropy (PMA) or in-plane magnetic anisotropy, dependent on the type of strain whether compressive or tensile, suggesting that MnGaN-2D is magnetoelastic. The MnGaN-2D PMA is further supported by superconducting quantum interference device magnetometry measurements which reveal a high spin polarization of $\ensuremath{\sim}79$% at room temperature.
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