Tunable valley splitting in two-dimensional CrI3/MSi2P4(M=Mo, W) heterostructures: Interlayer coupling effects

居里温度 物理 异质结 凝聚态物理 磁化 联轴节(管道) 铁磁性 材料科学 结晶学 磁场 化学 量子力学 冶金
作者
Yunxi Qi,Can Yao,Jun Zhao,Hui Zeng
出处
期刊:Physical review [American Physical Society]
卷期号:108 (12) 被引量:23
标识
DOI:10.1103/physrevb.108.125304
摘要

Valleytronics has become an emerging field for both theoretical and experimental research. Based on first-principles calculations, we demonstrate that the spin valley coupling and valley splitting properties of the $\mathrm{Mo}/{\mathrm{WSi}}_{2}{\mathrm{P}}_{4}$ monolayers can be modulated by using the two-dimensional ferromagnetic ${\mathrm{CrI}}_{3}$ semiconductor via the magnetic proximity effect. We show that the ${\mathrm{CrI}}_{3}/{\mathrm{MoSi}}_{2}{\mathrm{P}}_{4}\phantom{\rule{4pt}{0ex}}({\mathrm{CrI}}_{3}/{\mathrm{WSi}}_{2}{\mathrm{P}}_{4})$ heterostructures are thermally stable and exhibit type-II band alignment at room temperature, leading to their possible applications for optoelectronic devices at ambient conditions. Moreover, we estimate the Curie temperature of the ${\mathrm{CrI}}_{3}/{\mathrm{MoSi}}_{2}{\mathrm{P}}_{4}\phantom{\rule{4pt}{0ex}}({\mathrm{CrI}}_{3}/{\mathrm{WSi}}_{2}{\mathrm{P}}_{4})$ heterostructures and find that both valley splitting and valley-contrasting transport properties are expected to be enhanced below Curie temperature. Meanwhile, the valley polarization can be tuned by changing the magnetization direction and layer spacing. Most importantly, due to the influence of the Si-P sublayer, the valley-related properties of the ${\mathrm{CrI}}_{3}/{\mathrm{MoSi}}_{2}{\mathrm{P}}_{4}\phantom{\rule{4pt}{0ex}}({\mathrm{CrI}}_{3}/{\mathrm{WSi}}_{2}{\mathrm{P}}_{4})$ heterostructures are predicted to be quite robust. The calculated Berry curvature and circular polarization indicate that the ${\mathrm{CrI}}_{3}/{\mathrm{MoSi}}_{2}{\mathrm{P}}_{4}\phantom{\rule{4pt}{0ex}}({\mathrm{CrI}}_{3}/{\mathrm{WSi}}_{2}{\mathrm{P}}_{4})$ heterostructures can achieve the valley/spin Hall effect. Our research provides a comprehensive understanding of valley splitting in ${MA}_{2}{Z}_{4}$-based heterostructures.
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