Discovery of stable and intrinsic antiferromagnetic iron oxyhalide monolayers

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出版日 2020-04-20
DOI 10.1039/D0CP01767A
インパクトファクター 3.676
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要旨

Two-dimensional (2-D) antiferromagnetic (AFM) materials have shown promise over their ferromagnetic (FM) counterparts for developing advanced spintronic devices; however, they have been rarely found with high Néel temperatures to date. Here, by employing first-principles calculations and Monte Carlo simulations, we demonstrate that the family of 2-D iron oxyhalides monolayers, FeOX (X = F, Cl, Br, I), are magnetic Mott insulators with their AFM ground state possessing relatively high Néel temperatures. The structural stabilities of the FeOX monolayers are proved using a set of phonon, molecular dynamics, and elastic constant calculations. The calculated Néel temperature of the FeOCl monolayer is close to that of FeOCl bulk because of the weak van der Waals interaction between the layers. More importantly, the predicted Néel temperatures of FeOX (X = F, Cl, Br, I) monolayers can be increased by biaxial compression strain. The Néel temperature of the strained FeOF and FeOI monolayers can approach 200 K, which suggests that they can be robust antiferromagnets with relatively high Néel temperatures compared with other available 2-D magnets. Our calculations show that both the in-plane and the inter-plane magnetic interactions affect the AFM coupling between Fe atoms in FeOX monolayers. The easy axis of the 2-D FeOX is found to be along the in-plane direction. The FeOX monolayers may provide an excellent platform for building novel spintronic devices at the nanoscale.

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掲載誌

Physical Chemistry Chemical Physics

Physical Chemistry Chemical Physics
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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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