Proximity coupling induced significantly enhanced Curie temperature in van der Waals CrSBr/MoTe2 heterostructure

超级交换 凝聚态物理 自旋电子学 居里温度 铁磁性 异质结 费米能级 材料科学 基态 磁性半导体 物理 电子 原子物理学 量子力学
作者
Yinlu Gao,Qinxi Liu,Xue Jiang,Jijun Zhao
出处
期刊:Applied Physics Letters [American Institute of Physics]
卷期号:121 (16) 被引量:8
标识
DOI:10.1063/5.0098799
摘要

CrSBr monolayer is a promising ferromagnetic (FM) semiconductor with stable magnetic ground state, large bandgap, and high carrier density. However, its Curie temperature (TC) of about 146 K is still below room temperature. Herein, electronic and magnetic properties of a CrSBr/MoTe2 heterostructure are explored to boost the TC via the proximity effect using first-principles calculations. The long-range FM ordering in the CrSBr layer is enhanced both through an extra spin superexchange channel (Cr–Te–Cr) afforded by the MoTe2 substrate and the reduced degeneracy t2g orbitals of Cr atoms. Directly owing to the enhanced FM coupling, TC increases to 225 K. The strong p–d hybridizations increase the interorbital hopping between the t2g states through the Cr–Te–Cr superexchange channel. The hopping is related to the off diagonal matrix element of the velocity operator, which suggests that is necessary for not only the increased TC but also the nonzero Berry curvature. Additionally, the Fermi level (EF) is pushed into higher energy levels with the electron-doped CrSBr layer due to the charge transfer. The synergic effect of the EF shift from the transferred electron filling and the interorbital hopping from the Cr–Te interaction results in nonzero anomalous Hall conductivity in the heterostructure. Our work reveals that an interface is an uplifting way for engineering the magnetic and transport properties of 2D magnets, providing opportunities for fantastic spintronic devices.
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