First-Principles Prediction of Large Perpendicular Magnetocrystalline Anisotropic and Tunable Ferromagnetism in CrInX3 (X = Se, Te) Nanosheet Semiconductors: Implications for Spintronics Applications

自旋电子学 纳米片 磁晶各向异性 铁磁性 凝聚态物理 材料科学 半导体 垂直的 纳米技术 磁各向异性 物理 光电子学 量子力学 磁化 磁场 几何学 数学
作者
Xu-li Wang,Hua Chen,Jingjing Xie,Weihong Qi,Jin Lv,Haishun Wu
出处
期刊:ACS applied nano materials [American Chemical Society]
卷期号:8 (11): 5503-5512 被引量:1
标识
DOI:10.1021/acsanm.4c07237
摘要

Two-dimensional (2D) intrinsic ferromagnetic (FM) half-semiconductors with considerable magnetic moment, large perpendicular magnetocrystalline anisotropic energy (PMAE), and high Curie temperature (TC) are some of the best materials for studying spintronics. Herein, using first-principles calculations, we predicted that the CrInX3 (X = Se or Te) monolayers are thermally, dynamically, and mechanically stable FM semiconductors. Both of them possess large PMAEs of 0.306 meV/CrInSe3 and 2.918 meV/CrInTe3, which mainly derive from the couplings of ⟨py|Lx|pz⟩ in the different spin channels of the X atom. Monte Carlo simulations show that the TCs of the CrInX3 (X = Se, Te) monolayers are about 3 and 16 K, respectively. Surprisingly, we also found that the ferromagnetism of the monolayers can be remarkably enhanced by the biaxial tensile strain. For example, under 10% strain, the CrInX3 (X = Se, Te) monolayer’s TCs are nearly improved by 122 K (125 K/CrInSe3) and 139 K (155 K/CrInTe3), and the PMAE of the CrInSe3 monolayer can be enlarged to 0.852 meV. In brief, our work offers a candidate for spintronics application and greatly enriches the 2D CrGeTe3 material family.
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