Goodenough-Kanamori-Anderson high-temperature ferromagnetism in tetragonal transition-metal xenes

超级交换 铁磁性 凝聚态物理 四方晶系 自旋电子学 居里温度 材料科学 异质结 化学 结晶学 物理 晶体结构
作者
Uǧur Yorulmaz,Denis Šabani,Cem Sevik,M. V. Miloševıć
出处
期刊:2D materials [IOP Publishing]
卷期号:11 (3): 035013-035013
标识
DOI:10.1088/2053-1583/ad3e08
摘要

Abstract Seminal Goodenough–Kanamori–Anderson (GKA) rules provide an inceptive understanding of the superexchange interaction of two magnetic metal ions bridged with an anion, and suggest fostered ferromagnetic interaction for orthogonal bridging bonds. However, there are no examples of two-dimensional (2D) materials with structure that optimizes the GKA arguments towards enhanced ferromagnetism and its critical temperature. Here we reveal that an ideally planar GKA ferromagnetism is indeed stable in selected tetragonal transition-metal xenes (tTMXs), with Curie temperature above 300 K found in CrC and MnC. We provide the general orbitally-resolved analysis of magnetic interactions that supports the claims and sheds light at the mechanisms dominating the magnetic exchange process in these structures. Furthermore, we propose the set of three GKA-like rules that will guarantee room temperature ferromagetnism. With recent advent of epitaxially-grown tetragonal 2D materials, our findings earmark tTMXs for facilitated spintronic and magnonic applications, or as a desirable magnetic constituent of functional 2D heterostructures.

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