Enhanced Magnetic Interaction between Ga and Fe in Two-Dimensional van der Waals Ferromagnetic Crystal Fe3GaTe2

凝聚态物理 铁磁性 范德瓦尔斯力 自旋电子学 磁性 磁矩 居里温度 反铁磁性 材料科学 磁圆二色性 磁各向异性 物理 磁化 磁场 量子力学 天文 分子 谱线
作者
Heming Zha,Wei Li,Gaojie Zhang,Wenjing Liu,Liwei Deng,Qi Jiang,Mao Ye,Hao Wu,Haixin Chang,Shuang Qiao
出处
期刊:Chinese Physics Letters [IOP Publishing]
卷期号:40 (8): 087501-087501 被引量:2
标识
DOI:10.1088/0256-307x/40/8/087501
摘要

Fe 3 GaTe 2 , a recently discovered van der Waals ferromagnetic crystal with the highest Curie temperature and strong perpendicular magnetic anisotropy among two-dimensional (2D) magnetic materials, has attracted significant attention and makes it a promising candidate for next-generation spintronic applications. Compared with Fe 3 GeTe 2 , which has the similar crystal structure, the mechanism of the enhanced ferromagnetic properties in Fe 3 GaTe 2 is still unclear and needs to be investigated. Here, by using x-ray magnetic circular dichroism measurements, we find that both Ga and Te atoms contribute to the total magnetic moment of the system with antiferromagnetic coupling to Fe atoms. Our first-principles calculations reveal that Fe 3 GaTe 2 has van Hove singularities at the Fermi level in nonmagnetic state, resulting in the magnetic instability of the system and susceptibility to magnetic phase transitions. In addition, the calculation results about the density of states in ferromagnetic states of two materials suggest that the exchange interaction between Fe atoms is strengthened by replacing Ge atoms with Ga atoms. These findings indicate the increase of both the itinerate and local moments in Fe 3 GaTe 2 in view of Stoner and exchange interaction models, which results in the enhancement of the overall magnetism and a higher Curie temperature. Our work provides insight into the underlying mechanism of Fe 3 GaTe 2 's remarkable magnetic properties and has important implications for searching 2D materials with expected magnetic properties in the future.
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