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Optically Driven Magnetic Phase Transition of Monolayer RuCl3.
Nano Letters ( IF 9.6 ) Pub Date : 2019-11-01 , DOI: 10.1021/acs.nanolett.9b02523 Yingzhen Tian 1 , Weiwei Gao , Erik A Henriksen 1 , James R Chelikowsky , Li Yang 1
Nano Letters ( IF 9.6 ) Pub Date : 2019-11-01 , DOI: 10.1021/acs.nanolett.9b02523 Yingzhen Tian 1 , Weiwei Gao , Erik A Henriksen 1 , James R Chelikowsky , Li Yang 1
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Strong light-matter interactions within nanoscale structures offer the possibility of optically controlling material properties. Motivated by the recent discovery of intrinsic long-range magnetic order in two-dimensional materials, which allow for the creation of novel magnetic devices of unprecedented small size, we predict that light can couple with magnetism and efficiently tune magnetic orders of monolayer ruthenium trichloride (RuCl3). First-principles calculations show that both free carriers and optically excited electron-hole pairs can switch monolayer RuCl3 from a proximate spin-liquid phase to a stable ferromagnetic phase. Specifically, a moderate electron-hole pair density (on the order of 1 × 1013 cm-2) can significantly stabilize the ferromagnetic phase by 10 meV/f.u. in comparison to the competing zigzag phase, so that the predicted ferromagnetism can be driven by optical pumping experiments. Analysis shows that this magnetic phase transition is driven by a combined effect of doping-induced lattice strain and itinerant ferromagnetism. According to Ising-model calculations, we find that the Curie temperature of the ferromagnetic phase can be increased significantly by raising carrier or electron-hole pair density. This enhanced optomagnetic effect opens new opportunities to manipulate two-dimensional magnetism through noncontact, optical approaches.
中文翻译:
单层RuCl3的光驱动磁性相变。
纳米级结构内强烈的光-物质相互作用提供了光学控制材料特性的可能性。受到最近在二维材料中发现内在的远距离磁阶的动机的推动,这允许创建前所未有的小尺寸新型磁器件,我们预测光可以与磁场耦合并有效地调节单层三氯化钌的磁阶( RuCl3)。第一性原理计算表明,自由载流子和光学激发的电子-空穴对都可以将单层RuCl3从邻近的自旋液相转换为稳定的铁磁相。具体来说,与竞争之字形相比较,适度的电子-空穴对密度(大约1×1013 cm-2)可以使铁磁相稳定10 meV / fu。从而可以通过光泵浦实验来驱动预测的铁磁性。分析表明,这种磁性相变是由掺杂引起的晶格应变和流动铁磁性的共同作用所驱动的。根据伊辛模型计算,我们发现,通过提高载流子或电子-空穴对的密度,可以显着提高铁磁相的居里温度。这种增强的光磁效应为通过非接触式光学方法操纵二维磁场提供了新的机会。我们发现,通过提高载流子或电子-空穴对的密度,可以显着提高铁磁相的居里温度。这种增强的光磁效应为通过非接触式光学方法操纵二维磁场提供了新的机会。我们发现,通过提高载流子或电子-空穴对的密度,可以显着提高铁磁相的居里温度。这种增强的光磁效应为通过非接触式光学方法操纵二维磁场提供了新的机会。
更新日期:2019-11-01
中文翻译:
单层RuCl3的光驱动磁性相变。
纳米级结构内强烈的光-物质相互作用提供了光学控制材料特性的可能性。受到最近在二维材料中发现内在的远距离磁阶的动机的推动,这允许创建前所未有的小尺寸新型磁器件,我们预测光可以与磁场耦合并有效地调节单层三氯化钌的磁阶( RuCl3)。第一性原理计算表明,自由载流子和光学激发的电子-空穴对都可以将单层RuCl3从邻近的自旋液相转换为稳定的铁磁相。具体来说,与竞争之字形相比较,适度的电子-空穴对密度(大约1×1013 cm-2)可以使铁磁相稳定10 meV / fu。从而可以通过光泵浦实验来驱动预测的铁磁性。分析表明,这种磁性相变是由掺杂引起的晶格应变和流动铁磁性的共同作用所驱动的。根据伊辛模型计算,我们发现,通过提高载流子或电子-空穴对的密度,可以显着提高铁磁相的居里温度。这种增强的光磁效应为通过非接触式光学方法操纵二维磁场提供了新的机会。我们发现,通过提高载流子或电子-空穴对的密度,可以显着提高铁磁相的居里温度。这种增强的光磁效应为通过非接触式光学方法操纵二维磁场提供了新的机会。我们发现,通过提高载流子或电子-空穴对的密度,可以显着提高铁磁相的居里温度。这种增强的光磁效应为通过非接触式光学方法操纵二维磁场提供了新的机会。