Origin and regulation of triaxial magnetic anisotropy in the ferromagnetic semiconductor CrSBr monolayer

凝聚态物理 磁晶各向异性 磁各向异性 单层 铁磁性 各向异性 居里温度 材料科学 磁性半导体 物理 磁化 磁场 纳米技术 光学 量子力学
作者
Bing Wang,Yaxuan Wu,Y. H. Bai,Puyuan Shi,Guangbiao Zhang,Yungeng Zhang,Chang Liu
出处
期刊:Nanoscale [The Royal Society of Chemistry]
卷期号:15 (32): 13402-13410 被引量:27
标识
DOI:10.1039/d3nr02518g
摘要

Magnetic anisotropy plays a vital role in stabilizing the long-range magnetic order of two-dimensional ferromagnetic systems. In this work, using the first-principles method, we systematically explored the triaxial magnetic anisotropic properties of a ferromagnetic semiconductor CrSBr monolayer, which is recently exfoliated from its bulk. Further analysis shows that the triaxial magnetic anisotropic properties originate from the coexistence of the magnetic dipole-dipole interaction (shape anisotropy) and the spin-orbit coupling interaction (magnetocrystalline anisotropy). Interestingly, the shape anisotropy, which has been neglected in most previous works, dominates over the magnetocrystalline anisotropy. Besides, the experimental Curie temperature of the CrSBr monolayer is well reproduced using Monte Carlo simulations. What is more, the easy magnetic axes and ferromagnetism in the CrSBr monolayer can be manipulated by strains and are relatively more susceptible to the uniaxial strain in the x direction. Our study not only explains the mechanism of triaxial magnetic anisotropy of the CrSBr monolayer, but also sheds light on how to tune the magnetic anisotropy and Curie temperature in ferromagnetic monolayers.
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