二维铁磁FeCl和FeI谷极化性质的第一性原理研究

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谷电子学是一门新兴学科,在信息储存方面有重要的应用价值。谷电子学的主要挑战是打破不同谷之间的简并以实现谷极化。通过调控谷电子学材料布里渊区中两个不等价的谷,可实现二逻辑态存储和计算。目前,已经发现的谷电子学材料大多属于六角晶系,为拓宽谷电子学材料的范围,亟需开发更多适合制备谷电子学器件的材料。由于四方晶系材料中C4对称的破缺将导致不等价谷的出现,探索四方晶系材料的谷极化性质及其调控方法具有重要意义。本论文利用第一性原理计算方法开展了二维四方FeCl和FeI谷极化性质的调控研究,研究内容如下:(1)二维四方铁磁FeCl谷极化性质的调控研究。计算了 FeCl的结合能、吉布斯自由能和声子谱,结果显示其具有能量和动力学稳定性。在不考虑自旋轨道耦合(SOC)时,二维FeCl是一种自旋极化的半金属材料,且费米能级附近的能带交叉点受到了旋转和镜面的对称保护。在考虑SOC之后,费米能级附近的能带交叉点打开了局域带隙。构建了基于Fe原子五个d轨道的紧束缚模型,计算了FeCl的Berry曲率分布和反常霍尔电导,发现Berry曲率图中有四个相同符号的谷。通过施加单轴应变能够有效地调控这些谷的能量,使其出现两个不等价的谷,从而实现谷极化性质。(2)二维四方FeI谷极化反常霍尔效应的研究。结合能、吉布斯自由能、弹性常数和声子谱的结果说明FeI具有能量、力学和动力学稳定性。第一性原理分子动力学模拟表明FeI具有热力学稳定性。在不考虑SOC时,二维FeI是一种自旋极化的半金属材料,且费米能级附近的能带交叉点受到了旋转和镜面的对称保护。在考虑SOC时,费米能级附近的能带交叉点打开了全局带隙。基于Fe原子五个d轨道构建了紧束缚模型,计算了 FeI的Berry曲率分布和反常霍尔电导,发现Berry曲率分布中的谷呈现C4对称,反常霍尔电导出现了量子平台。通过施加单轴应变能够有效地使FeI出现两个不等价的谷,从而实现谷极化性质。
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