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

凝聚态物理 磁化 自旋电子学 迪拉克费米子 磁性 拓扑绝缘体 电子能带结构 物理 各向异性 费米能级 材料科学 磁场 量子力学 费米子 铁磁性 电子
作者
Fangyuan Xie,Zhengyu Yin,Baozeng Zhou,Yanhong Ding
出处
期刊:Physical Chemistry Chemical Physics [The Royal Society of Chemistry]
卷期号:25 (47): 32515-32524 被引量:2
标识
DOI:10.1039/d3cp04321e
摘要

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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