Topological half-metallic features in alkali metal doped CrCl3 monolayers

自旋电子学 量子反常霍尔效应 兴奋剂 材料科学 拓扑(电路) 铁磁性 硅烯 凝聚态物理 物理 石墨烯 纳米技术 量子力学 电子 量子霍尔效应 数学 组合数学
作者
Fei Wang,Yaling Zhang,Wenjia Yang,Jingjing Zhang,Huisheng Zhang,Xiaohong Xu
出处
期刊:Physical review [American Physical Society]
卷期号:107 (17) 被引量:15
标识
DOI:10.1103/physrevb.107.174405
摘要

Two-dimensional (2D) topological half metals, namely, empowering nontrivial topological states with 100% spin-polarized 2D systems, may find important applications in low-dissipation spintronics. However, exploration of such intriguing materials is still very challenging. The recently discovered 2D magnetic materials provide unprecedented opportunities to realize 2D topological half-metallic state. Using first-principles calculations, we first find that the ferromagnetism of $\mathrm{Cr}{\mathrm{Cl}}_{3}$ monolayer can be well reserved by doping alkali metals, in fact, whose Curie temperature can be enhanced from 23 to 66 K after doping K. Then, we notice that semiconducting to Dirac half-metallic phase transition is achieved via Na and K doping, where the linear Dirac dispersion originates from the honeycomb lattice formed by Cr atoms. Most strikingly, Na- and K doped $\mathrm{Cr}{\mathrm{Cl}}_{3}$ exhibit quantum anomalous Hall effect (QAHE) with Chern number $C=1$, while the Li-doped one harbors high Chern number QAHE with $C=\ensuremath{-}2$. Thus, our work provides a theoretical guideline to realize 2D topological half-metallic state, rendering it as a promising platform for future applications.
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