(纯计算)中国矿业大学/南京大学Nano Lett.: 电场诱导可转换的二维交错磁体

科研任我行 · 公众号 · · 2024-12-23 22:00

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2024年12月16日，Nano Lett.在线发表了中国矿业大学张俊廷副教授、Dinghui Wang和南京大学张海军教授课题组的研究论文，题目为《Electric-Field-Induced Switchable Two-Dimensional Altermagnets》。

在凝聚态物理的研究中，共线反铁磁体（AFM）长期以来被认为表现出自旋简并性。然而，最近的研究表明，旋转和时间反演的组合对称性允许补偿共线AFM中的非相对论自旋分裂和自旋-动量锁定。这些特性不同于铁磁体（FM）和常规AFM的特性，因此被提出作为第三种不同的磁相，称为交错磁体。交错磁体可以按自旋群进行描述和分类，因为它们的自旋分裂与自旋-轨道耦合无关。

交错磁体在探索新的物理现象和推进下一代自旋电子器件的发展方面具有巨大的潜力。例如，在典型的交错磁体RuO₂中观察到反常霍尔效应，其强度与FM相当。此外，在Fe₂WS₄和Fe₂WSe₄等一些交错磁体中预测到了晶体谷霍尔效应。此外，具有超导性的交错磁体异质结被预测为具有马约拉纳零能模或手性马约拉纳费米子，这在量子计算中具有重要应用。迄今为止，已经发现了许多交错磁体，但它们大多存在于体相材料中。与体相磁体相比，二维交错磁体更容易受到外部磁场的控制，这有利于开发高存储密度、低能耗的电子器件。

在此研究中，作者提出了一种非本征交错磁体作为本征交错磁体的补充，其自旋分裂是由电场引起的，并且可以被电场显著调制。然后通过结合对称性分析和高通量计算，筛选出16个本征和24个非本征交错磁体。研究证明了非本征交错磁体的自旋分裂与电场强度成正比，并且可以通过反转电场来转换其符号。一些非本征交错磁体表现出相当大的自旋分裂，例如在0.1 V/Å的电场下，CaMnSi的自旋分裂为398 meV。这项研究工作为二维交错磁体的潜在应用提供了一个现实的材料平台。

图1 本征和非本征的交错磁体

图2 筛选工作流程示意图

图3 电场对非本征交错磁体自旋分裂的影响

图4 本征交错磁体Cr2SiO4和MnMgSn

【论文链接】

Wang, D., Wang, H., Liu, L. et al. Electric-Field-Induced Switchable Two-Dimensional Altermagnets. Nano Lett., 2024. https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.4c05384

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