Proximity effects in graphene and ferromagnetic CrBr3 van der Waals heterostructures

文献情報

出版日 2019-10-31
DOI 10.1039/C9CP05252F
インパクトファクター 3.676
著者

Sushant Kumar Behera, Mayuri Bora, Sapta Sindhu Paul Chowdhury, Pritam Deb


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要旨

Herein, we report first-principles calculations for the magnetic proximity effect in a van der Waals heterostructure formed by a graphene monolayer, induced by its interaction with a two-dimensional (2D) ferromagnet (chromium tribromide, CrBr3). We observed that the magnetic proximity effect arising from the spin-dependent interlayer coupling depends on the interlayer electronic configuration. The proximity effect results in the spin polarization of the graphene orbital by up to 63.6%, together with a miniband splitting of about 73.4 meV, and 8% enhancement in the magnetic moment (3.47 μB per cell) in the heterostructure. The position of the Fermi level in the Dirac cone is shown to depend strongly on the graphene–CrBr3 interlayer separation of 3.77 Å. Consequently, we also show that a perpendicular electric field can be used to control the miniband spin splitting and transmission spectrum. Also, the interfacial polarization effect due to the existence of two different constituents reinforces the conductivity via electrostatic screening in the heterolayer. These findings point towards the application potential of this unique system in nanoscale devices, where the electric field-driven magnetic proximity effect can lead to spin controllability and possible engineering of spin gating.

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Contents

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掲載誌

Physical Chemistry Chemical Physics

Physical Chemistry Chemical Physics
CiteScore: 5.5
自己引用率: 10.3%
年間論文数: 3036

Physical Chemistry Chemical Physics (PCCP) is an international journal co-owned by 19 physical chemistry and physics societies from around the world. This journal publishes original, cutting-edge research in physical chemistry, chemical physics and biophysical chemistry. To be suitable for publication in PCCP, articles must include significant innovation and/or insight into physical chemistry; this is the most important criterion that reviewers and Editors will judge against when evaluating submissions. The journal has a broad scope and welcomes contributions spanning experiment, theory, computation and data science. Topical coverage includes spectroscopy, dynamics, kinetics, statistical mechanics, thermodynamics, electrochemistry, catalysis, surface science, quantum mechanics, quantum computing and machine learning. Interdisciplinary research areas such as polymers and soft matter, materials, nanoscience, energy, surfaces/interfaces, and biophysical chemistry are welcomed if they demonstrate significant innovation and/or insight into physical chemistry. Joined experimental/theoretical studies are particularly appreciated when complementary and based on up-to-date approaches.

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