【摘 要】
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随着自旋电子学的飞速发展以及器件微型化需求的不断提高,寻找能够实用于自旋电子学器件的二维磁性材料成为研究热点。在已发现的二维磁性材料中,Fe3Ge Te2以居里温度(TC)最接近于室温的优势脱颖而出,极具应用潜力。本文采用第一性原理计算,利用应变以及原子替代的方法对Fe3Ge Te2的磁性基态、TC以及磁各向异性(MAE)等磁性能的调控展开研究,主要结果如下:(1)通过计算不同磁性构型的静态能量,
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随着自旋电子学的飞速发展以及器件微型化需求的不断提高,寻找能够实用于自旋电子学器件的二维磁性材料成为研究热点。在已发现的二维磁性材料中,Fe3Ge Te2以居里温度(TC)最接近于室温的优势脱颖而出,极具应用潜力。本文采用第一性原理计算,利用应变以及原子替代的方法对Fe3Ge Te2的磁性基态、TC以及磁各向异性(MAE)等磁性能的调控展开研究,主要结果如下:(1)通过计算不同磁性构型的静态能量,确定了Fe3Ge Te2层间反铁磁(AFM)耦合的磁性基态,即Fe原子磁矩在一个范德瓦尔斯层内平行、层间反平行。当对晶格施加a轴和等轴应变时,在较小的应变范围(-2%~4%)下,AFM的基态会转变为铁磁(FM)耦合。而施加c轴应变时,在较大的应变范围内仍保持AFM基态。(2)通过计算Fe3Ge Te2中原子间交换作用,获得由层内Fe-Fe原子交换作用主导影响的居里温度变化。当沿a轴或c轴方向施加单轴应变时,其TC可分别提升到302 K和313 K;当施加等轴应变时,其TC上下波动,增幅较小。另外对Fe3Ge Te2进行原子掺杂发现,当在Fe位掺入Cr原子时会降低TC,而掺入Mn以及在Ge位掺入Si原子时,Fe3Ge Te2的TC都呈现增大的趋势,其中Mn原子替代增幅最大,掺杂浓度为60%时,TC可提升至667 K。(3)对Fe3GeTe2的MAE计算表明,其在FM态具有较大的磁各向异性能,易轴沿着c轴方向,并且在AFM态下能获得更大的MAE。当施加应变时,FM基态的MAE值仅在-1%~1%的范围内有小幅增加,总体呈下降趋势;AFM基态的MAE值在-5%~1%的范围内有大幅增加,最大可由12.698)e V/f.u.增加到25.348)e V/f.u.。局域态密度分析表明,这主要是与Fe原子的(9和(92-2轨道在费米能级处的变化相关。
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