Tunable electronic band structure and magnetic anisotropy in two-dimensional Dirac half-metal MnBr3 by external stimulus: strain, magnetization direction, and interlayer coupling

文献情報

出版日 2023-11-13
DOI 10.1039/D3CP04321E
インパクトファクター 3.676
著者

Fangyuan Xie, Zhengyu Yin, Baozeng Zhou, Yanhong Ding


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要旨

Advancing technology and growing interdisciplinary fields create the need for new materials that simultaneously possess several significant physics qualities to meet human demands. Dirac half-metals with massless fermions hold great promise in spintronic devices and optoelectronic devices associated with nontrivial band topologies. In this work, we predict that a MnBr3 monolayer will be an intrinsic Dirac half-metal based on first-principles calculations. The lattice dynamics and thermodynamic stabilities were demonstrated by calculating the phonon spectra and performing molecular dynamics simulations. One property of a MnBr3 monolayer is that facile magnetization of its in-plane can be accomplished. A change in the magnetization direction significantly modifies the electronic band structure. When considering the spin–orbit coupling effect, the Dirac cone around the Fermi level in the spin-up channel opens a gap of 35 meV, which becomes a topological nontrivial insulator with a Chern number of −1. The Chern number sign and the chiral edge current can be tuned by changing the magnetization direction. The electronic band structure and magnetic anisotropy energy can be further modulated by applying biaxial and uniaxial strain, as well as introducing interlayer coupling in the bilayer. The unique performance of MnBr3 will broaden the utilization of two-dimensional magnetism in widespread application.

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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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