Bottom-up building of two-dimensional magnetic materials with self-assembly of superatom TM@Sn12 (TM = Sc, Ti, V, Cr, Mn, Fe) clusters

超原子 磁性 凝聚态物理 材料科学 铁磁性 居里温度 磁各向异性 磁晶各向异性 超顺磁性 格子(音乐) 磁化 电子结构 磁场 物理 声学 量子力学
作者
Lixuan Chen,Ping Guo,Jiming Zheng,Puju Zhao,Zhenyi Jiang,Lei Shen
出处
期刊:Journal of Physics D [IOP Publishing]
卷期号:56 (14): 144001-144001 被引量:2
标识
DOI:10.1088/1361-6463/acbcdf
摘要

Abstract The miniaturization of electronic devices is increasingly requiring some low-dimensional magnetic materials with excellent properties, so ultra-thin two-dimensional magnetic materials have attracted extensive attention. However, most two-dimensional materials exfoliated from bulk either lack intrinsic magnetism or have low magnetic transition temperatures, which greatly limits their practical applications. Here, using magnetic superatom TM@Sn 12 (TM = Sc, Ti, V, Cr, Mn, Fe) clusters as building blocks, a series of two-dimensional materials are designed and the underlying mechanism for magnetic order and stability are explained by direct exchange of outer superatom orbitals (1G, 2P and 2D). The honeycomb lattice of TM@Sn 12 (TM = V, Cr, Fe) and the square lattice of Ti@Sn 12 are ferromagnetic. The Cr@Sn 12 honeycomb lattice has a large out-of-plane magnetic anisotropic energy of 2.21 meV and its Curie temperature reaches 162 K, while the Fe@Sn 12 honeycomb lattice has a large in-plane magnetic anisotropic energy of 3.58 meV. This research provides a new avenue for developing novel magnetic materials with excellent properties.

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