Prediction of monolayered ferromagnetic CrMnI6 as an intrinsic high-temperature quantum anomalous Hall system

凝聚态物理 物理 拓扑绝缘体 铁磁性 量子霍尔效应 自旋电子学 拓扑(电路) 材料科学 磁场 量子反常霍尔效应 量子力学 数学 组合数学
作者
Huisheng Zhang,Wenjia Yang,Ping Cui,Xin Xu,Zhenyu Zhang
出处
期刊:Physical review 卷期号:102 (11) 被引量:22
标识
DOI:10.1103/physrevb.102.115413
摘要

Quantized Hall conductance without an external magnetic field, known as the quantum anomalous Hall effect (QAHE), may have important applications in dissipationless spintronics, yet to date, it has only been realized in magnetically doped topological insulators and at very low temperatures. Here we design a physically realistic system for realizing QAHE by expanding the recently discovered two-dimensional ferromagnetic insulators as a new class of candidate materials. Based on first-principles calculations, we predict that a ${\mathrm{CrMnI}}_{6}$ monolayer is energetically stable and can be readily exfoliated. This system is further shown to be a ferromagnetic insulator, with a transition temperature of $\ensuremath{\sim}87\phantom{\rule{0.16em}{0ex}}\mathrm{K}$, higher than that of ${\mathrm{CrI}}_{3}$. Most strikingly, such a monolayer is characterized as an intrinsic QAHE system with a high Chern number of $C$ = 2, and the underlying mechanism for the nontrivial topology is attributed to the two inequivalent subset sites of the Cr and Mn atoms. The present study thus provides an ideal platform for realizing high-temperature QAHE beyond the prevailing materials class of magnetically doped topological insulators.
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