2024年1月8日，Phys. Rev. B在线发表了中南大学王辉教授
课题组的研究论文，题目为《
Giant valley polarization and perpendicular magnetocrystalline anisotropy energy in monolayer MX
2
(M = Ru, Os; X = Cl, Br)
》。
室温铁谷材料中的大谷极化和垂直磁晶各向异性能（PMAE）
一直受到人们的关注
，因为
PMAE不仅能
稳定
长程
铁磁
序，而且能
保证
自发
谷极化。
由于缺乏空间反演和时间反演对称性，在许多类似于过渡金属硫族化合物（TMDs）的二维
铁
磁
材料中可以发现铁谷性质。
在此研究中，基于第一性原理计算、Wannier函数和蒙特卡罗模拟，作者研究
了
单层MX
2
（M = R
u，Os；X = Cl，Br）
的谷极化和MAE。研究发现
OsBr
2
具有327.158 meV的大谷极化和10.354 meV的PMAE
，这归因于其具有强自旋-轨道耦合（SOC）。基于微扰理论定性和定量地分析了谷极化和PMAE的物理机制，表明谷极化导致MAE在K和K’符号相反谷点处的分布，
并且
d
z2
与d
yz
、d
xz
与d
xy
、d
x2-y2
与d
yz
通过轨道角动量算符L
x
在相反自旋通道中的耦合对总MAE的贡献占主导地位
。
此外，
少量空穴的掺杂和双轴压缩应变都显著提高了OsBr
2
的PMAE
。同时，
压缩应变可以增强OsBr
2
的FM交换耦合，使居里温度T
c
远远超过室温
。此外，
少量电子
的掺杂可以显著提高室温铁谷OsCl
2
的PMAE，达到~40 meV
。这项研究阐明了谷极化和MAE的物理机制，并表明单层OsCl
2
和OsBr
2
在室温条件下有望应用于
谷电子和磁存储器件
。
图2
单层RuCl
2
和RuBr
2
的电子结构和磁晶各向异性能(MAE)
图3
单层OsCl
2
和OsBr
2
的电子结构和磁晶各向异性能(MAE)
图6
单层MX
2
中垂直磁晶各向异性能(PMAE)的起源
Xie, W., Zhang, L., Yue, Y
. et al.
Giant valley polarization and perpendicular magnetocrystalline anisotropy energy in monolayer MX
2
(M = Ru, Os; X = Cl, Br)
.
Phys. Rev. B
,
2024
,
109, 024406
. https://doi.org/
10.1103/PhysRevB.109.024406
【其他相关文献】
[1]
Zhao, P., Ma, Y., Lei, C. et al. Singlelayer LaBr
2
: Two-dimensional valleytronic semiconductor with spontaneous spin and valley polarizations.
Appl.
Phys.
Lett
.,
2019
,
115, 261605
. https://doi.org/
10.1063/1.5129311
[2]
Guo, S.D., Zhu, J.X., Mu, W.Q. et al. Possible way to achieve anomalous valley Hall effect by piezoelectric effect in a GdCl
2
monolayer.
Phys.
Rev. B
,
2021
, 104, 224428
. https://doi.org/
10.1103/PhysRevB.104.224428
[3]
Sheng, K., Zhang, B., Yuan, H.K. et al. Strain-engineered topological phase transitions in ferrovalley 2H-RuCl
2
monolayer.
Phys.
Rev. B
,
2022
, 105, 195312
. https://doi.org/
10.1103/PhysRevB.105.195312
(纯计算)江苏师范大学齐景山/陈晓芳团队Phys. Rev. B: 二维多铁半导体双层中的自旋-谷-层极化反常霍尔效应
(纯计算)东北大学张宪民团队Nano Lett.: 双层堆垛磁半导体中铁电和铁谷极化的共存
山东大学魏巍/戴瑛团队Nano Lett.:非磁性LaOMX2单层中对称性破缺引起的自发谷极化
山东大学牛成旺和戴瑛团队Nano Lett.:二维蜂窝状铁磁体中具有巨谷极化的二阶拓扑绝缘体
伦斯勒理工学院Nat. Phys.: WS2/WSe2莫尔超晶格中谷极化的激子莫特绝缘体
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