Insight into anisotropic magnetocaloric effect of CrI3

磁晶各向异性 凝聚态物理 磁制冷 磁各向异性 各向异性 磁化 居里温度 材料科学 各向异性能量 磁化率 磁能 磁场 物理 铁磁性 量子力学
作者
Hung Ba Tran,Hiroyoshi Momida,Yu-ichiro Matsushita,Katsuhiko Shirai,Tamio Oguchi
出处
期刊:Acta Materialia [Elsevier BV]
卷期号:231: 117851-117851 被引量:7
标识
DOI:10.1016/j.actamat.2022.117851
摘要

CrI3 is considered to be a promising candidate for spintronic devices and data storage. We derived the Heisenberg Hamiltonian for CrI3 from density functional calculations using the Liechtenstein formula. Moreover, the Monte–Carlo simulations with the Sucksmith–Thompson method were performed to analyze the effect of magnetic anisotropy energy on the thermodynamic properties. Our method successfully reproduced the negative sign of isothermal magnetic entropy changes when a magnetic field was applied along the hard plane. We found that the temperature dependence of the magnetocrystalline anisotropy energy is not negligible at temperatures slightly above the Curie temperature. We clarified that the origin of this phenomenon is attributed to anisotropic magnetic susceptibility and magnetization anisotropy. The difference between the entropy change of the easy axis and the hard plane is proportional to the temperature dependence of the magnetic anisotropy energy, implying that the anisotropic entropy term is the main source of the temperature dependence of the free energy difference when magnetizing in a specific direction other than the easy axis. We also investigated the magnetic susceptibility that can be used for the characterization of the negative sign of the entropy change in the case of a hard plane. The competition of the magnetocrystalline anisotropy energy and external magnetic field at a low temperature and low magnetic field causes a high magnetic susceptibility as the magnetization fluctuates. Meanwhile, the anisotropy energy is suppressed as a sufficient magnetic field is applied along the hard axis, and the magnetization is fully rotated to the direction of the external magnetic field.
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