Monolayer CeI2 : An intrinsic room-temperature ferrovalley semiconductor

Valleytronics公司 凝聚态物理 Berry连接和曲率 铁磁性 自旋电子学 点反射 物理 居里温度 材料科学 几何相位
作者
Kang Sheng,Qiao Chen,Hongkuan Yuan,Zhiyong Wang
出处
期刊:Physical review [American Physical Society]
卷期号:105 (7) 被引量:82
标识
DOI:10.1103/physrevb.105.075304
摘要

Two-dimensional ferrovalley semiconductors with robust room-temperature ferromagnetism and sizable valley polarization hold great prospects for future miniature information storage devices. As a new member of the ferroic family, however, such ferrovalley materials have rarely been reported. By first-principles calculations, we identify that monolayer $\mathrm{Ce}{\mathrm{I}}_{\text{2}}$ is an intrinsic ferromagnetic semiconductor and exhibits excellent ambient stability, strong easy in-plane magnetocrystalline anisotropy, and a high magnetic transition temperature up to 374 K. The ferromagnetism is found to arise from the hybridization of Ce-$4f/5d$ and I-$5p$ orbitals. When monolayer $\mathrm{Ce}{\mathrm{I}}_{\text{2}}$ is magnetized toward the off-plane $z$ direction, a spontaneous valley polarization as large as 208 meV in the top valence band can be achieved due to the simultaneous breaking of both inversion symmetry and time-reversal symmetry, which is further verified by the perturbation theory of spin-orbital coupling. Also, the anomalous valley Hall effect can be observed under an in-plane electrical field due to the robust valley-contrasting Berry curvature. Overall, the combination of intrinsic semiconducting ferromagnetism and spontaneous valley polarization renders monolayer $\mathrm{Ce}{\mathrm{I}}_{\text{2}}$ a compelling room-temperature ferrovalley semiconductor for potential applications in nanoscale spintronics and valleytronics.
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