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Intrinsic ferromagnetism and the quantum anomalous Hall effect in two-dimensional MnOCl2 monolayers
Physical Chemistry Chemical Physics ( IF 2.9 ) Pub Date : 2022-08-09 , DOI: 10.1039/d2cp02384a Guang Song 1 , Chengfeng Zhang 1 , Tengfei Xie 1 , Qingkang Wu 1 , Bingwen Zhang 2 , Xiaokun Huang 3 , Zhongwen Li 1 , Guannan Li 1 , Benling Gao 1
Physical Chemistry Chemical Physics ( IF 2.9 ) Pub Date : 2022-08-09 , DOI: 10.1039/d2cp02384a Guang Song 1 , Chengfeng Zhang 1 , Tengfei Xie 1 , Qingkang Wu 1 , Bingwen Zhang 2 , Xiaokun Huang 3 , Zhongwen Li 1 , Guannan Li 1 , Benling Gao 1
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Due to their potential application in spintronic devices, two-dimensional (2D) ferromagnetic materials are highly desired. We used first-principles calculations and Monte Carlo simulations to investigate the electronic structure and magnetic characteristics of the MnOCl2 monolayers. We discovered two stable monolayer structures, Pmna-MnOCl2 and Pmmn-MnOCl2. Our findings show that the Pmna-MnOCl2 monolayer is an intrinsic ferromagnetic semiconductor with an indirect band gap of 0.152 eV and a Curie temperature (TC) of 202 K, while the Pmmn-MnOCl2 monolayer is an intrinsic ferromagnetic Dirac semimetal with a high TC (910 K) and triaxial magnetic anisotropy. We also show that a Pmmn-MnOCl2 monolayer with a nontrivial band gap of 6.2 meV can achieve the quantum anomalous Hall effect (QAHE) with Chern number C = 1. Additionally, the existence of a gapless edge state can be flexibly regulated by choosing the terminal edges. Our studies reveal that the Pmmn-MnOCl2 monolayer can serve as a candidate material to achieve high-temperature QAHE.
中文翻译：
二维 MnOCl2 单分子层的本征铁磁性和量子反常霍尔效应
由于它们在自旋电子器件中的潜在应用，二维（2D）铁磁材料是非常需要的。我们使用第一性原理计算和蒙特卡罗模拟来研究MnOCl 2单层的电子结构和磁特性。我们发现了两种稳定的单层结构，Pmna -MnOCl 2和Pmmn -MnOCl 2。我们的研究结果表明，Pmna -MnOCl 2单层是一种本征铁磁半导体，间接带隙为 0.152 eV，居里温度 ( T C ) 为 202 K，而Pmmn -MnOCl 2单层是一种本征铁磁狄拉克半金属，具有高T C (910 K) 和三轴磁各向异性。我们还表明，具有6.2 meV 非平凡带隙的Pmmn -MnOCl 2单层可以实现陈数C = 1 的量子反常霍尔效应 (QAHE)。此外，可以通过选择灵活地调节无间隙边缘状态的存在终端边缘。我们的研究表明，Pmmn -MnOCl 2单层可以作为实现高温QAHE的候选材料。
更新日期：2022-08-09
中文翻译：
二维 MnOCl2 单分子层的本征铁磁性和量子反常霍尔效应
由于它们在自旋电子器件中的潜在应用，二维（2D）铁磁材料是非常需要的。我们使用第一性原理计算和蒙特卡罗模拟来研究MnOCl 2单层的电子结构和磁特性。我们发现了两种稳定的单层结构，Pmna -MnOCl 2和Pmmn -MnOCl 2。我们的研究结果表明，Pmna -MnOCl 2单层是一种本征铁磁半导体，间接带隙为 0.152 eV，居里温度 ( T C ) 为 202 K，而Pmmn -MnOCl 2单层是一种本征铁磁狄拉克半金属，具有高T C (910 K) 和三轴磁各向异性。我们还表明，具有6.2 meV 非平凡带隙的Pmmn -MnOCl 2单层可以实现陈数C = 1 的量子反常霍尔效应 (QAHE)。此外，可以通过选择灵活地调节无间隙边缘状态的存在终端边缘。我们的研究表明，Pmmn -MnOCl 2单层可以作为实现高温QAHE的候选材料。
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