2D MnTiX2 (X = F/Cl/Br) monolayers: Robust valley-polarized quantum anomalous Hall insulators with high transition temperatures and wide bandgaps

凝聚态物理 单层 量子霍尔效应 量子反常霍尔效应 霍尔效应 材料科学 物理 电阻率和电导率 磁场 纳米技术 量子力学
作者
Yuanyuan Duan,Xiaokang Xu,Yuqing Mao,Xianghong Niu,Huijie Lian,Xiaojing Yao,Jinlian Lu,Ai‐Lei He,Yongjun Liu,Xiuyun Zhang
出处
期刊:Applied Physics Letters [American Institute of Physics]
卷期号:125 (3)
标识
DOI:10.1063/5.0209391
摘要

The valley-polarized quantum anomalous Hall (VP-QAH) materials, which combine valley polarization and the quantum anomalous Hall (QAH) effect, are of both fundamental and technological importance due to their potential applications for nanoscale devices. Here, we explored the stability, magnetic, and topological properties of two-dimensional MnTiX2 (X = F/Cl/Br) monolayers based on first-principles calculations. Our results show that all the structures have robust antiferromagnetic orders with large magnetic anisotropic energies and high transition temperatures (480–670 K). In the absence of spin–orbital coupling (SOC), the MnTiX2 monolayers represent antiferromagnetic quadratic crossing semimetals. In the presence of SOC, the quadratic crossing points of the systems are opened with sizable bandgaps (> 0.5 eV), and they are transformed to be QAH insulators with |C| = 1. Moreover, the MnTiF2 monolayer is found to be a spontaneous VP-QAH semiconductor due to the time reversal symmetry and inversion symmetry being broken. These insights provide an ideal platform for achieving VP-QAH materials for dissipationless transport and quantum computing.
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