Half-metallic transport and spin-polarized tunneling through the van der Waals ferromagnet Fe${_4}$GeTe$_{2}$
本研究通过密度泛函理论与非平衡格林函数方法，发现范德华铁磁体Fe$_4$GeTe$_2$具有半金属输运特性，并预测基于其磁隧道结的隧穿磁电阻可达近500%。
2024-03-15 cond-mat.mtrl-sci
Strong magneto-optical and anomalous transport manifestations in two-dimensional van der Waals magnets Fe$_n$GeTe$_2$ ($n$ = 3, 4, 5)
利用第一性原理计算和群论分析，我们系统地研究了单层和双层Fe $_n$ GeTe $_2$（$n$ = 3，4，5）的磁晶各向异性能、磁光效应和反常输运性质（包括反常霍尔效应、能斯特效应和热霍尔效应）.单层Fe $_n$ GeTe $_2$（$n$ = 3，4，5）表现出面外、面内和面内铁磁有序，具有相当大的磁晶各向异性能，分别为-3.17，4.42和0.58 meV/f. u.，分别在双层结构的Fe $_4$ GeTe $_2$中预测为铁磁有序，而在双层结构的Fe $_3$ GeTe $_2$和Fe $_5$ GeTe $_2$中预测为反铁磁有序.群论分析表明，除了单层铁磁Fe $_n$ GeTe $_2$（$n$ = 3，4，5）外，双层反铁磁Fe $_5$ GeTe $_2$中还存在磁光和反常输运现象，这在实际的共线反铁磁体中是非常罕见的.当单层和双层Fe $_n$ GeTe $_2$的自旋磁矩从面内方向重新取向到面外方向时，其磁光性质和反常输运性质显著增强，表现出较强的磁各向异性.我们还证明了反常霍尔效应随温度的升高而减小。在单层和双层铁磁Fe $_n$ GeTe $_2$中发现了巨大的反常能斯特和热霍尔效应，在双层铁磁Fe $_4$ GeTe $_2$中观察到最大的反常能斯特和热霍尔电导率，在130 K时分别为-3.31 A/Km和0.22 W/Km.特别是双层反铁磁$_…
2021-10-05 cond-mat.mtrl-sci
Anomalous resistivity upturn in the van der Waals ferromagnet Fe$_5$GeTe$_2$
本文研究高质量范德华铁磁体 Fe$_5$GeTe$_2$ 的低温输运，发现10 K以下电阻率上翘主要源于Fe(1)劈裂位诱导的无序增强三维电子–电子相互作用，并伴随低场单通道Kondo效应。
2022-07-23 cond-mat.mtrl-sci
Room temperature magnetic vortices in the van der Waals magnet Fe$_5$GeTe$_2$
本文研究限域对Fe$_5$GeTe$_2$范德华磁体磁态的影响，发现12纳米厚微结构在弱面外磁场下可稳定室温磁涡旋，但限域不能显著提高其居里温度。
2025-07-04 cond-mat.mtrl-sci
Pervasive beyond room-temperature ferromagnetism in a doped van der Waals magnet: Ni doped Fe$_5$GeTe$_2$ with $T_{\text{C}}$ up to 478 K
在低维磁系统中，如准二维范德瓦尔斯（vdW）磁体中，长程磁序的存在引起了人们对新物理现象的深入研究。vdW Fe $_N$ GeTe $_2$（$N$ = 3，4，5; FGT）族由于其磁性的巨大可调谐性而是例外的。特别地，在$N$ = 5（F5 GT）下观察到高于室温的铁磁有序温度（$T_{\text{C}}$）。在这里，我们的研究表明，通过在F5 GT中用镍（Ni）取代铁（Fe），实现了创纪录的高$T_{\text{C}}$ = 478（6）K。重要的是，普遍的，超室温铁磁性存在于几乎整个掺杂范围的Ni-F5 GT的相图。我们认为，这一惊人的观察Ni-F5 GT可能是由于几个因素，其中结构改变增强三维磁耦合可能是关键的增强铁磁秩序。
2022-05-27 cond-mat.mtrl-sci
Spin-dependent transport in Fe${_3}$GaTe${_2}$ and Fe${_n}$GeTe${_2}$ ($n$=3-5) van der Waals ferromagnets for magnetic tunnel junctions
本文通过第一性原理计算研究范德华铁磁体的自旋输运，发现其具有高自旋极化，其中 Fe$_3$GaTe$_2$ 呈理想半金属性，且在磁隧道结中保持大隧穿磁电阻，凸显自旋电子学应用潜力。
2025-09-08 cond-mat.mtrl-sci
Tuning the magnetic interactions in van der Waals Fe$_3$GeTe$_2$ heterostructures: A comparative study of \textit{ab initio} methods
我们研究了机械应变、堆垛顺序和外电场对二维范德华（vdW）异质结构磁相互作用的影响，其中二维铁磁金属Fe $_3$ GeTe $_2$单层沉积在锗烯上。基于\textit{ab initio}方法的三种不同的计算方法，并给出了仔细的比较：（i）格林函数方法，（ii）广义布洛赫定理，（iii）超原胞方法。首先，壳分辨交换常数计算的三个Fe原子内的独立的Fe $_3$ GeTe $_2$单层的晶胞。我们发现，方法（i）和（ii）之间的结果是在良好的定性协议，也与以前报道的值。在垂直于Fe $_3$ GeTe $_2$ /germanene异质结的方向上施加${\cal E}= \pm 0.5$ ~V/V的电场，导致交换常数的显著变化.结果表明，Fe $_3$ GeTe $_2$ /germanene体系中的Dzyaloshinskii-Moriya相互作用主要是由最近邻相互作用决定的，从而使得方法（i）和方法（ii）之间具有较好的定量一致性.此外，我们表明，的应变，堆叠，和电场，导致一个大的可调的铁磁/重金属（FM/HM）接口。几何结构的变化和杂化效应解释了界面处高调谐性的原因。通过方法（iii）获得的电场驱动的双折射率与方法（ii）中使用的更精确的\textit{ab initio}方法在定性上一致。然而，方法（iii）高估了场效应的50%。在Fe $_3$ GeTe $_2$ /g…
2023-02-13 cond-mat.mtrl-sci
Field-Dependent Magnetic Domain Behavior in van der Waals Fe$_3$GeTe$_2$
二维磁性范德华（vdW）材料在一定的外界刺激下可以表现出多种拓扑非平凡的自旋织构，如Bloch型或Néel型条纹畴、skyrmion畴或气泡畴。理解VDW材料中的磁畴行为以便控制它们的尺寸和密度以响应于诸如电场和磁场的外部刺激是至关重要的。在这里，我们研究的磁场依赖的拓扑非平凡的磁化自旋织构在vdW Fe $_3$ GeTe $_2$。Néel型条纹域和skyrmions的形成取决于磁场冷却协议在原位洛伦兹透射电子显微镜（LTEM）实验期间使用。利用磁感应图的定量重建和微磁模拟，可以理解Néel型条纹畴和Skyrmions的LTEM结果。此外，由于引入了面内磁场，观察到了Skyrmion衬度的变形。由于畴壁湮灭的能垒，我们证明了条形畴和skyrmions在外加磁场作用下的稳定性。我们的研究结果建立了一个理解的能量景观，支配的行为的拓扑非平凡的自旋纹理的vdW材料，可以利用自旋电子应用。
2022-02-09 cond-mat.mtrl-sci
Gate-tunable Room-temperature Ferromagnetism in Two-dimensional Fe$_3$GeTe$_2$
材料研究一直是现代纳米电子器件发展的主要推动力。特别是，磁性薄膜的研究已经彻底改变了自旋电子器件的发展;识别新的磁性材料是改善器件性能和新器件范例的关键。二维范德瓦尔斯晶体的出现创造了新的可能性。这类材料保持其化学稳定性和结构完整性，直到单层，并且原子级薄，易于通过各种栅极调制进行调谐。最近的实验表明，在低温下，在绝缘的Cr $_2$ Ge $_2$ Te $_6$和CrI $_3$中获得二维铁磁有序是可能的。在这里，我们开发了一种新的器件制造技术，并成功地从层状金属磁体Fe $_3$ GeTe $_2$中分离出单层用于磁输运研究。我们发现，巡游铁磁性坚持在Fe $_3$ GeTe $_2$下降到单层的面外磁晶各向异性。铁磁转变温度$T_c$在原始Fe $_3$ GeTe $_2$薄片中受到抑制。然而，离子门显著地将$T_c$升高至室温，显著高于本体$T_c$的205开尔文。二维Fe $_3$ GeTe $_2$中的门可调室温铁磁性为基于原子级薄范德瓦尔斯晶体的潜在电压控制磁电子学开辟了机会。
2018-03-06 cond-mat.mtrl-sci
Magnetic domain walls of the van der Waals material Fe$_3$GeTe$_2$
在二维材料中，Fe $_3$ GeTe $_2$由于其具有已知范德瓦耳斯材料中最高居里温度之一的铁磁性质和容纳skyrmions的潜力而占据了非常重要的位置。在这个实验和理论相结合的工作中，我们调查的磁泡域以及微观畴壁轮廓使用自旋极化扫描隧道显微镜结合原子自旋动力学模拟进行参数从密度泛函理论计算。我们发现在隧穿结中存在一个弱的磁电效应，它通过电场影响畴壁宽度，并确定了磁泡畴崩塌的临界磁场。我们的发现揭示了Fe $_3$ GeTe $_2$表现出的复杂磁性的起源。
2022-03-25 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Large magneto-optical effect and magnetic anisotropy energy in two-dimensional metallic ferromagnet Fe$_3$GeTe$_2$
几层Fe $_3$ GeTe $_2$是目前唯一的原子级薄铁磁金属，因此在二维（2D）磁性领域引起了巨大的关注。本文对Fe $_3$ GeTe $_2$的单层、双层、三层以及体材料的电子结构、磁各向异性能和磁光效应进行了系统的第一性原理研究。预测Fe $_3$ GeTe $_2$的所有考虑的结构具有$\sim$ 3.0 meV/f.u.量级的大MAE，大于所报道的2D铁磁半导体Cr $_2$ Ge $_2$ Te $_6$和CrI $_3$，并且也与过渡金属合金中具有最大MAE的FePt相当。因此，这种大的MAE稳定的长程铁磁秩序下降到原子级薄层，也表明有前途的应用的2D Fe $_3$ GeTe $_2$在高密度数据存储。此外，计算的磁光光谱显示大的磁圆二色性，从而导致大的MO克尔旋转和法拉第旋转角。在可见光频率范围内，TL Fe $_3$ GeTe $_2$的克尔转角可达$\sim$ 1.0 $^\circ$，大于著名的MO过渡金属合金MnBi。此外，大法拉第旋转角预测所有考虑的Fe $_3$ GeTe $_2$结构。特别地，ML Fe $_3$ GeTe $_2$具有-156 $^\circ$ / $μm$的法拉第旋转角，其比著名的MO氧化物Bi $_3$ Fe $_5$ O $_{12}$大三倍。这些重要的发现进行了分析计算的轨道分解态密度和偶极子选择规则来自群论。因此，我…
2021-09-16 cond-mat.mtrl-sci
Kinetically-controlled epitaxial growth of Fe$_3$GeTe$_2$ van der Waals ferromagnetic films
我们证明了动力学在分子束外延生长Fe $_3$ GeTe $_2$（FGT）范德华（vdW）铁磁薄膜中起着重要的作用。通过改变沉积速率，我们在实现VdW FGT相的外延生长之前控制初始碲缺陷非范德华相（Fe $_3$ Ge $_2$）的形成或抑制。使用横截面扫描透射电子显微镜和扫描隧道显微镜，我们优化FGT薄膜具有原子级光滑的表面和突变的界面与Ge（111）衬底。我们的高品质材料的磁性通过磁光、磁输运和自旋极化STM研究得到证实。重要的是，这表明了能量学和动力学的相互作用如何有助于调整硫族元素原子的再蒸发速率和底层的相互扩散，这为范德华外延的未来研究铺平了道路。
2022-02-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Long lifetimes of nanoscale skyrmions in lithium-decorated van der Waals ferromagnet Fe$_3$GeTe$_2$
Institute of Theoretical Physics and Astrophysics, University of Kiel（基尔大学理论物理与天体物理研究所）；CEMES, Université de Toulouse, CNRS（图卢兹大学CNRS CEMES）；Kiel Nano, Surface, and Interface Science (KiNSIS), University of Kiel（基尔大学基尔纳米、表面与界面科学(KiNSIS)）
研究通过锂吸附在二维磁体表面诱导大DMI，发现Fe$_3$GeTe$_2$中纳米Skyrmion能量屏障超过300 meV，寿命超过一小时，归因于强DMI、交换摩擦和小磁晶各向异性的竞争。
2025-08-25 cond-mat.mtrl-sci
Chiral Spin Spirals at the Surface of the van der Waals Ferromagnet Fe$_3$GeTe$_2$
拓扑保护的磁性结构为用于计算和数据存储的低功耗设备提供了鲁棒的平台。这些结构的例子是skyrmions，手性域壁和自旋螺旋。在这里，我们使用扫描电子显微镜与极化分析揭示了存在手性逆时针Néel自旋螺旋体的范德华铁磁体Fe $_3$ GeTe $_2$（FGT）的表面，在零磁场。这些Néel自旋螺旋在FGT的居里温度$T_\mathrm{C}= 220 \mathrm{~K}$下仍然存在，在整个研究的温度范围内，自旋螺旋的周期性$p=300 \mathrm{~nm}$几乎没有变化。逆时针旋转的自旋螺旋的形成强烈表明FGT中存在正的Dzyaloshinskiii-Moriya相互作用，这为理解FGT的磁结构提供了第一步。我们的研究结果还铺平了范德华材料及其异质结构的手性磁性。
2020-07-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Electronic and Thermal Properties of $\text{GeTe/Sb}_{2}\text{Te}_{3}$ Superlattices by ab-initio Approach: Impact of Van der Waals Gaps on Vertical Lattice Thermal Conductivity
在过去的十年中，一些工作已经集中在探索$\text{GeTe/Sb}_{2}\text{Te}_{3}$超晶格（SL）的材料和电学性质，特别是因为一些第一器件实现展示了有趣的性能，如快速开关速度，低能耗，和非易失性。然而，这种基于SL的设备中的切换机制仍在争论中。在这项工作中，我们研究的原型$\text{GeTe/Sb}_{2}\text{Te}_{3}$ SL，从根本上分析其电子和热性质的从头计算方法。我们发现，电阻对比度是小的$\text{GeTe/Sb}_{2}\text{Te}_{3}$，因为一个小的电子间隙（约0.1 eV）和随之而来的半金属般的行为的不同阶段之间。同时，面外晶格热导率相当小，而在不同相之间变化高达四倍，从0.11到0.45 W/m $^{-1}$ K $^{-1}$，与单元块中的范德华（VdW）间隙的数量密切相关。这些发现证实了在$\text{GeTe/Sb}_{2}\text{Te}_{3}$超晶格器件中可实现的热改进的重要性，突出了材料堆叠的影响和VdW间隙对相变存储器单元的热工程的作用。
2021-11-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Strain-induced interlayer magnetic coupling spike of two-dimensional van der Waals material Fe$_5$GeTe$_2$
本文发现3%面内应变可使二维范德瓦尔斯材料Fe5GeTe2的层间磁耦合从1.15跃升至12.79 meV/f.u，并显著增强磁各向异性能，为自旋电子学器件设计提供新思路。
2023-02-27 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Electron transport and scattering mechanisms in ferromagnetic monolayer Fe$_3$GeTe$_2$
本文通过第一性原理计算与模型方法研究单层Fe$_3$GeTe$_2$的载流子散射机制，发现电子-声子相互作用主导输运，磁有序显著影响电子-声子耦合，解释了居里温度附近的亚线性电阻率行为，并给出室温电阻率本征极限约为35 μΩ·cm。
2023-02-21 cond-mat.mtrl-sci
Tunneling spin valves based on Fe$_3$GeTe$_2$/hBN/Fe$_3$GeTe$_2$ van der Waals heterostructures
薄的范德华（vdW）层状磁性材料揭示了实现具有新功能的vdW异质结构的可能性。在这里，我们报告的实现和调查的范德华异质结构的基础上隧穿自旋阀组成的原子级薄的hBN层作为隧道势垒和两个剥离的Fe 3GeTe 2晶体作为铁磁电极。低温反常霍尔效应测量表明，薄的Fe 3GeTe 2晶体是金属铁磁体，其易磁化轴垂直于层，并且在磁场值下具有非常尖锐的磁化切换，该值略微取决于它们的几何形状。在Fe 3GeTe 2/hBN/Fe 3GeTe 2异质结构中，我们观察到隧穿电阻的教科书行为，当两个电极中的磁化彼此平行（反平行）时，隧穿电阻最小（最大）。在低温下的磁电阻是160%，由此我们确定Fe 3GeTe 2的自旋极化为0.66，对应于83%和17%的多数和少数载流子，分别。测量结果还表明，随着温度的升高，从隧道磁电阻提取的自旋极化的演变是成比例的温度依赖性的磁化强度提取的异常霍尔电导率的分析。这表明，表面的磁性能是代表那些块体，因为它可能是预期的vdW材料。
2018-06-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Anisotropic electron-phonon coupling and chiral phonons in van der Waals room temperature ferromagnet Fe$_{5}$GeTe$_{2}$
Indian Institute of Technology Kharagpur（印度理工学院卡拉格普尔分校）；Institute of Nuclear Physics, Polish Academy of Sciences（波兰科学院核物理研究所）；Jawaharlal Nehru University（贾瓦哈拉尔·尼赫鲁大学）；Sungkyunkwan University（成均馆大学）
本研究通过温度、波长和偏振依赖的拉曼测量及第一性原理计算，揭示了铁五锗碲中各向异性电子-声子耦合和手性声子的存在，以及其在范德瓦尔磁性材料中的应用潜力。
2026-05-12 cond-mat.mtrl-sci
Tunable magnetic properties in van der Waals crystals (Fe$_{1-x}$Co$_x$)$_5$GeTe$_2$
本文报道了钴对范德华（vdW）磁体Fe $_5$ GeTe $_2$的掺杂效应。成功地生长了一系列（Fe $_{1-x}$ Co $_x$）$_5$ GeTe $_2$（0 $\leq$ x $\leq$ 0.44）单晶，研究了它们的结构、磁性和输运性质。当x=0.20时，居里温度$T_C$从276 K升高到337 K。此外，磁易轴重新取向的$ab$ -平面从$c$ -轴在未掺杂的Fe $_5$ GeTe $_2$大大增强的磁各向异性。这些磁性将使（Fe $_{0.8}$ Co $_{0.2}$）$_5$ GeTe $_2$在二维极限中更有效地稳定磁序。一个复杂的磁相图被确定在较高的掺杂侧。x=0.44的晶体在$T_C$ =363 K时为一级铁磁，在$T_N$ =335 K时发生反铁磁相变.此外，磁场诱导的自旋翻转转变观察到的AFM基态。我们的工作揭示了（Fe $_{1-x}$ Co $_x$）$_5$ GeTe $_2$作为开发新的自旋相关应用的有前途的候选者，并提出了一种方法来工程的vdW磁体的磁性能。
2020-03-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Gate-Tuned Interlayer Coupling in van der Waals Ferromagnet Fe$_3$GeTe$_2$ Nanoflakes
范德华（vdW）磁体的弱层间耦合限制了其在二维（2D）自旋电子器件中的应用。在此，我们证明了质子门可以很大程度上调制vdW磁体Fe $_3$ GeTe $_2$（FGT）的层间磁耦合，随着插入vdW层间质子的增加，层间磁耦合增强，由于FGT纳米片中反铁磁层的存在，层间磁耦合增强会在质子化的FGT纳米片中引起交换偏置.最引人注目的是，当向质子栅极施加更高的正电压（Vg>4.36 V）时，观察到罕见的具有非常大的值（最大高达1.2 kOe）的零场冷却（ZFC）交换偏压，这清楚地表明通过质子嵌入实现了强的层间耦合。这种强的层间耦合将使VDW磁体的应用范围更广。
2020-07-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Magnetic anisotropy in the near-stoichiometric van der Waals ferromagnet Fe$_3$GeTe$_2$
Leibniz Institute for Solid State and Materials Research（莱布尼茨固体与材料研究所）；Institute for Solid State and Materials Physics, TU Dresden（德累斯顿工业大学固体与材料物理研究所）；Department of Condensed Matter and Materials Physics, S. N. Bose National Centre for Basic Sciences（S.N. 玻色基础科学国家中心凝聚态与材料物理系）；School of Physical Sciences, Indian Association for the Cultivation of Science（印度科学促进协会物理科学学院）
研究以近化学计量比的Fe₃GeTe₂为对象，通过全面电子自旋共振研究其磁各向异性和自旋动力学。利用频率、温度和磁场依赖的ESR测量，得出磁晶各向异性、磁振子能隙等结果，强调Fe含量对自旋动力学的影响，使其成为探索二维磁体特性的模型材料。
2026-07-28 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Microscopic Insights for Beyond Room-Temperature Ferromagnetism in Ni doped Two-Dimensional Fe$_5$GeTe$_2$
本研究通过密度泛函理论结合动力学平均场理论与蒙特卡洛模拟，发现Ni替位掺杂可将二维Fe₅GeTe₂单层的居里温度提升至约400 K，揭示了Fe5-Fe4交换作用及电子关联的调控机制，为室温自旋电子器件应用提供了理论支撑。
2023-05-07 cond-mat.mtrl-sci
On the origin and the manipulation of ferromagnetism in Fe$_3$GeTe$_2$: defects and dopings
为了理解Fe $_3$ GeTe $_2$的磁性，我们进行了详细的第一性原理研究。与传统观点相反，它明确地表明，Fe $_3$ GeTe $_2$不是铁磁性的，而是反铁磁性的，在其化学计量相中净磁矩为零。Fe缺陷和空穴掺杂是使该材料具有铁磁性的关键，这一点可以从磁力响应和总能量计算中得到证明。此外，我们发现电子掺杂也诱导了反铁磁到铁磁的转变。这是理解最近引人注目的门控铁磁性实验的关键因素。我们的研究结果不仅揭示了这种材料的铁磁性的起源，但也显示了如何可以操纵与缺陷和掺杂。
2019-04-09 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Large anomalous Nernst effect in a van der Waals ferromagnet Fe$_3$GeTe$_2$
反常能斯特效应是由温度梯度驱动的电荷电流引起的，它对费米能级附近的Berry曲率非常敏感，为研究材料的拓扑性质提供了一种新的途径。Fe_3GeTe_2是近年来发现的二维范德华磁性材料的重要成员之一，由于其金属性和拓扑性，为反常能斯特效应提供了一个独特的平台。本文报道了在Fe_3GeTe_2中观察到的大的反常能斯特效应。反常霍耳角和反常能斯特角分别约为0.07和0.09，远大于普通铁磁体的反常霍耳角和反常能斯特角。通过利用莫特关系，这些大的角度表示一个大的Berry曲率附近的费米能级，与最近提出的Fe3GeTe2拓扑节线半金属候选人。我们的工作提供了Fe3GeTe2作为拓扑铁磁体的证据，并展示了使用二维磁性材料及其能带拓扑结构用于自旋热电子学应用的可行性。
2019-10-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Lattice dynamics and phase transitions in Fe$_{3-x}$GeTe$_2$
我们提出了范德瓦耳斯键合铁磁体Fe $_{3-x}$ GeTe $_2$的拉曼光谱测量，连同晶格动力学。八个拉曼活性模式中的四个被观察到并被分配，与数值计算一致。所观察到的模式的能量和线宽显示非常规的温度依赖性在约150 K和220 K，其次是拉曼连续谱的非单调演化。而前者可以与磁相变，后者异常的起源仍然是一个悬而未决的问题。
2019-06-17 cond-mat.mtrl-sci
Intralayer antiferromagnetism in two-dimensional van der Waals magnet Fe$_3$GeTe$_2$
Indian Institute of Technology, Delhi（印度德里理工学院）
研究发现二维范德瓦耳斯磁体Fe$_3$GeTe$_2$中存在层内反铁磁耦合，并通过实验和计算验证其磁性行为。
2025-12-08 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Efficient spin filtering through Fe$_4$GeTe$_2$-based van der Waals heterostructures
本研究利用从头算模拟，揭示了基于Fe$_4$GeTe$_2$的范德华异质结在自旋电子器件中的高效自旋过滤特性，双层F4GT实现97%自旋极化率，F4GT/GaTe/F4GT异质结在低偏压下产生487%的隧穿磁阻。
2025-04-01 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Ferroelectric control of magnetic skyrmions in two-dimensional van der Waals heterostructures
磁性Skyrmions是一种手性纳米自旋织构，通常由Dzyaloshinskiii-Moriya相互作用（Dzyaloshinskiii-Moriya interaction，Dzyaloshinski-Moriya interaction，Dzyaloshinski-Moriya interaction）引起。最近，在二维（2D）范德华（vdW）铁磁材料（例如Fe $_{3}$ GeTe $_{2}$）中已经观察到磁skyrmion。Skyrmions的电控制对于它们在低功耗存储技术中的潜在应用是重要的。在这里，我们预测，在Fe $_{3}$ GeTe $_{2}$单层的铁电体和磁性skyrmions可以通过相邻的2D vdW铁电体在$_{2}$ Se $_{3}$的铁电极化控制。基于密度泛函理论和原子自旋动力学模型，我们发现Fe $_{3}$ GeTe $_{2}$ /In $_{2}$ Se $_{3}$ vdW异质结中界面对称性破缺产生了相当大的缺陷.我们证明了铁电极化反转可以控制自旋的大小，从而导致Skyrmion的产生和湮灭。此外，我们还发现在In $_{2}$ Se $_{3}$ /Fe $_{3}$ GeTe $_{2}$ /In $_{2}$ Se $_{3}$异质结构中，随着铁电开关反转Skyrmion手征而改变.预测的电控skyrmion形成可能是有趣的自旋电…
2022-04-01 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Hidden interplay of current-induced spin and orbital torques in bulk Fe$_3$GeTe$_2$
磁性范德华材料的低晶体对称性自然地促进了在用于自旋-轨道转矩切换的普通磁性材料中无法实现的自旋-轨道复杂性。在这里，使用第一性原理的方法，我们证明了自旋和轨道自由度的相互作用有深远的影响，在原型范德华铁磁体的自旋-轨道扭矩：Fe $_3$ GeTe $_2$（FGT）。虽然我们表明，散装FGT主机强大的“隐藏”电流引起的扭矩收获的每一层，我们发现，他们的起源交替之间的传统的自旋通量扭矩和所谓的轨道扭矩的磁化方向是不同的。两种类型的转矩的行为中的巨大差异导致掺杂的开关特性的非平凡演变。我们的研究结果促进了非平衡轨道性质的设计，作为指导机制，手工制作的层状范德华材料的自旋轨道力矩的性质。
2022-09-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Temperature and thickness dependence of the thermal conductivity in 2D ferromagnet Fe$_3$GeTe$_2$
本文结合实验与理论研究二维铁磁体 Fe$_3$GeTe$_2$ 的跨面热导率，揭示其厚度、磁转变及声子散射对热输运的调控机制。
2023-07-24 cond-mat.mtrl-sci
Large-area synthesis of ferromagnetic Fe$_{5-x}$GeTe$_{2}$/graphene van der Waals heterostructures with Curie temperature above room temperature
本文通过在外延石墨烯上范德华外延 Fe$_{5-x}$GeTe$_{2}$，实现大面积、界面锐利且居里温度高于300 K的铁磁二维异质结，并保持石墨烯高电子质量。
2023-03-17 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Robustness of ferromagnetism in van der Waals magnet Fe$_3$GeTe$_2$ to hydrostatic pressure
本研究通过高压中子粉末衍射实验和第一性原理计算发现，FGT在高达5 GPa静水压下未发生结构相变，虽居里温度和Fe磁矩被抑制，但其铁磁性表现出鲁棒性，键长与键角变化导致的交换相互作用改变是磁抑制主因。
2025-04-02 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
An effective spin model on the honeycomb lattice for the description of magnetic properties in two-dimensional Fe$_3$GeTe$_2$
针对二维Fe$_3$GeTe$_2$的磁特性研究，提出基于二分蜂窝晶格的简化有效自旋模型，可复现传统模型结果且更适用于大规模模拟，同时探讨了双轴应变对其铁磁有序稳定的作用。
2023-11-10 cond-mat.mtrl-sci
Giant Damping-like Spin-Torque Conductivity in a GeTe/Py van der Waals Heterostructure
Indian Institute of Technology Delhi（印度德里理工学院）；Indian Institute of Technology Madras（印度马德拉斯理工学院）；University of Gothenburg（哥德堡大学）
GeTe/Py范德瓦尔斯异质结中实现了高导电性的自旋扭矩，通过协同作用的自旋霍尔效应、轨道霍尔效应和轨道拉比效应，展示了高效电控磁化的潜力。
2026-01-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Thermal cycling induced alteration of the stacking order and spin-flip in the room temperature van der Waals magnet Fe$_5$GeTe$_2$
该研究利用X射线与中子散射揭示，淬火Fe$_{5-δ}$GeTe$_2$首次冷却时在约110 K发生ABC到AA堆垛的不可逆一级转变，并解释其磁矩方向与居里温度变化。
2022-09-09 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Anomalous Hall effect induced by Berry curvature in topological nodal-line van der Waals ferromagnet Fe$_4$GeTe$_2$
研究在近室温准二维范德瓦尔斯铁磁体 Fe$_4$GeTe$_2$ 中发现大反常霍尔效应，并结合输运标度与电子结构计算证明其源于 SOC 打开带隙的节线所产生的 Berry 曲率。
2023-08-18 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Unraveling effects of electron correlation in two-dimensional Fe$_{n}$GeTe$_{2}$ (n=3, 4, 5) by dynamical mean field theory
Fe $_{n}$ GeTe $_{2}$系统是一种新发现的二维范德华材料，在室温下具有磁性。属于Fe $_{n}$ GeTe $_{2}$类的子系统是特殊的，因为它们表现出位置相关的磁性行为。本文采用第一性原理计算对Fe $_{n}$ GeTe $_{2}$（$n$ = 3，4，5）（FGT）体系的磁性和电子关联效应进行了临界评价.已经使用了三种不同的从头算方法，即，i）标准密度泛函理论（DFT），ii）结合静态电子相关（DFT+U）和iii）包括动态电子相关效应（DFT+DMFT）。我们的结果表明，DFT+DMFT是最准确的技术，正确地再现磁相互作用和实验观察到的转变温度。由于DFT+U方法得到的结构参数、磁矩和交换相互作用值不准确，因此该方法不适用于FGT族。这类材料的磁性的正确测定是重要的，因为它们是有前途的候选人在室温下的自旋输运和自旋电子学应用。
2022-12-16 cond-mat.mtrl-sci
Uncovering Thermal and Electrical Properties of Sb2Te3/GeTe Superlattice Films
类超晶格相变存储器（SL-PCM）具有比传统的基于Ge_2Sb_2Te_5（GST）的相变存储器更低的开关电流。然而，SL-PCM的基本理解需要这样的SL内的接口的详细表征。在这里，我们探讨的电和热输运的SL与沉积的Sb 2 Te 3和GeTe交替层的各种厚度。我们发现，由于SL内的热界面电阻，与多晶GST（沉积的非晶和随后退火的）相比，SL堆叠（沉积的多晶）的有效跨平面热导率降低高达~ 4倍。我们的SL的不同周期的热测量显示了声子相干性的签名，从波状到粒子状声子输运的过渡，进一步描述了我们的建模。这种SL的电阻率测量揭示了由于弱相互作用的范德华间隙而导致的面内和跨面方向之间的强各向异性（~ 2000 X）。本工作揭示了基于Sb 2 Te 3和GeTe的SL中的电热输运，以改进低功率PCM的设计。
2021-07-23 cond-mat.mtrl-sci
Neutron spectroscopy evidence on the dual nature of magnetic excitations in a van der Waals metallic ferromagnet Fe$_{2.72}$GeTe$_{2}$
在局部或巡回极端，磁激发可以用海森堡模型来描述，该模型将电子自旋视为局部矩，或者用巡回电子模型来描述，其中电子之间的交换相互作用导致具有上下自旋的电子数量不等。然而，当局域矩和巡回电子都存在于中间范围时，它一直是难以捉摸的。使用非弹性中子散射，我们提供了直接的光谱证据的共存和相互作用的局部时刻和巡回电子之间的范德华金属铁磁体Fe $_{2.72}$ GeTe $_{2}$，它可以维持可调的室温铁磁性下降到单层极限。我们发现，存在铁磁自旋波激发分散从区域中心在低能量导致的本地时刻，和一个柱状宽连续区在高能量高达100 meV以上的巡回电子导致的区域边界。与二维晶体结构不同，低能模式表现出三维性质，而高能模式也具有面外依赖性。这两种模式在居里温度160 K以上都能很好地保持。我们的中子光谱数据表明，在100 K的低能自旋波比在4 K的相干，这是近藤屏蔽在高温下减弱的证据。这些结果清楚地表明了Fe $_{2.72}$ GeTe $_{2}$中局域磁矩和巡游电子的共存以及这两种成分之间的近藤效应。这种行为通常在具有重$f$电子的重费米子系统中被预期，但在具有轻$d$电子的材料中很少清楚地观察到。这些发现有助于理解过渡金属化合物的磁性。
2022-02-11 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Weyl node assisted conductivity switch in interfacial phase change memory with van der Waals interfaces
界面相变存储器GeTe/Sb_2Te_3是下一代非易失性随机存储器的理想材料，具有良好的拓扑特性。根据GeTe块的原子层堆叠顺序，iPCM可以处于SET（Ge-Te-Ge-Te）或SET（Te-Ge-Ge-Te）状态，其中前者表现出比SET状态大两个数量级的铁电极化和电导率。但是，它的起源仍然难以捉摸。在这里，我们预测出现的Weyl半金属相的SET状态引起的铁电极化，打破了晶体反转对称性。我们发现，巨大的导电性增强的SET相是由于出现的无隙外尔节点。外尔半金属iPCM的Ge-Te-或Sb-Te-终端表面产生具有完全不同拓扑结构的表面态，其中前者仅由费米弧组成，而后者由封闭费米面和开放费米弧组成。具有范德华界面的iPCM为未来的存储器件应用提供了一个理想的平台，以利用奇异的外尔特性。
2017-02-18 cond-mat.mtrl-sci
Strain-Driven Zero-Field Near-10 nm Skyrmions in Two-Dimensional van der Waals Heterostructures
磁性Skyrmions $-$定域手性自旋结构$-$在自旋电子学应用中显示了巨大的前景。最近二维（2D）磁性材料的发现为探索原子薄范德华（vdW）材料中的这种拓扑自旋结构提供了新的机会。尽管在二维磁体中稳定亚稳态skyrmions的研究取得了一些进展，但它们的直径仍然超过100 nm，并且它们的寿命还没有被探索。在这里，使用第一性原理计算和原子自旋模拟，我们预测，压缩机械应变导致稳定的零场skyrmions的直径接近10 nm的Fe $_3$ GeTe $_2$ /germanene vdW异质结构。这些独特的skyrmions的起源是由于高的可调性Dzyaloshinskiiii-Moriya相互作用和磁晶各向异性能的应变，一种效果，这是一般的Fe $_3$ GeTe $_2$异质结与屈曲基板。基于磁相互作用的第一性原理参数，我们用过渡态理论计算了保护Skyrmion不被湮灭的能垒和它们的寿命。我们发现应变Fe $_3$ GeTe $_2$ /germanene中的纳米尺度skyrmion在温度高达20 K时可以稳定数小时。
2022-08-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Magnetic ground state and electron doping tuning of Curie temperature in Fe$_3$GeTe$_2$: first-principles studies
本征磁性范德华（vdW）材料引起了人们的广泛关注，特别是Fe $_{3}$ GeTe $_{2}$（FGT），它具有高度的可调谐特性。然而，尽管作出了巨大努力，仍有若干具有挑战性的问题有待解决。在这里，使用第一性原理的线性响应方法，我们进行了全面的调查散装和单层FGT。我们发现，虽然在FGT的磁交换相互作用是受挫，我们的蒙特卡罗模拟同意的总能量计算，确认体FGT的基态确实是铁磁（FM）。微量的电子掺杂降低了磁阻挫，导致居里温度的显著提高。我们还计算了自旋波色散，发现在磁振子谱中存在一个小的自旋能隙和一个近似平坦的能带。这些特征可用于与未来的中子散射测量进行比较，并最终阐明该二维族材料的微观磁性机制。
2020-09-12 cond-mat.mtrl-sci
Optical contrast-based determination of number of layers for two-dimensional van der Waals magnet Fe$_3$GeTe$_2$
本研究提出利用光学对比快速确定二维范德瓦耳斯磁体Fe$_3$GeTe$_2$层数的方法，发现其光学对比与厚度呈线性关系，同时发现两个新的拉曼模式。
2025-11-26 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Magnetic structure and phase stability of the van der Waals bonded ferromagnet Fe3-xGeTe2
采用合成、X射线和中子衍射、高分辨显微镜和磁化强度测量相结合的方法研究了层状铁磁化合物Fe $_3$ GeTe $_2$的磁结构和相图。通过自熔反应合成了单晶，单晶中子衍射发现在4K下沿$c$ -轴取向的磁矩为1.11（5）$μ_B$ /Fe的铁磁有序。这些助熔剂生长的晶体与先前通过气相传输生长的晶体（$T_{\textrm{c}}$ = 220 K）相比具有较低的居里温度$T_{\textrm{c}}\approx$ 150 K。不同之处在于助熔剂生长的晶体中Fe含量降低，如在一系列多晶样品中观察到的行为所示。随着Fe含量的降低，居里温度、磁各向异性和净磁化强度也降低。此外，对助熔剂生长晶体的霍尔效应和热电测量表明，多种载流子类型有助于Fe $_{3-x}$ GeTe $_2$和结构相似的Ni $_{3-x}$ GeTe $_2$的电输运。
2015-12-21 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Elucidating the origin of long-range ferromagnetic order in Fe$_3$GeTe$_2$ by low-energy magnon excitation studies
本文通过高场/高频铁磁共振研究Fe$_3$GeTe$_2$的低能磁振子激发，提取各向异性能隙、各向异性场等关键参数，并发现磁晶各向异性在居里温度以上仍维持短程磁序，从而阐明其驱动长程铁磁序的关键作用。
2025-07-21 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Interlayer magnetism in Fe3-xGeTe2
Fe $_{3-x}$ GeTe $_2$是具有相对高的有序温度和大的各向异性的层状范德华磁性材料。虽然大多数研究已经得出结论，层间有序是铁磁性的，但也有报道称Fe $_{3-x}$ GeTe $_2$中存在层间反铁磁性。在这里，我们通过中子衍射实验，扫描隧道显微镜（STM）和自旋极化STM测量，密度泛函理论加U计算和STM模拟研究层间磁有序。我们的结论是铁磁耦合层的Fe $_{3-x}$ GeTe $_2$和为了捕获的磁性和电子性能的Fe $_{3-x}$ GeTe $_2$在密度泛函理论，哈伯德U校正需要考虑。
2020-09-11 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Tuning Structure and Magnetism in Large-Scale 2D Ferromagnet Fe$_3$GeTe$_2$ through Ni Doping
Department of Physics and Astronomy, Uppsala University（乌普萨拉大学物理与天文系）；Zernike Institute for Advanced Materials, University of Groningen（格罗宁根大学泽尔尼克先进材料研究所）；ALBA Synchrotron Light Facility, CELLS（阿尔巴同步辐射光源设施，CELLS）；Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf, Institute of Ion Beam Physics and Materials Research（德累斯顿-罗斯多夫亥姆霍兹中心，离子束物理与材料研究所）；Departament de Física de la Matéria Condensada, Universitat de Barcelona（巴塞罗那大学凝聚态物理系）；Institut de Nanociéncia i Nanotecnologia (IN2UB), Universitat de Barcelona（巴塞罗那大学纳米科学与纳米技术研究所（IN2UB））
研究通过镍掺杂调控Fe$_3$GeTe$_2$的结构和磁性，利用MBE技术实现可控掺杂，发现镍掺杂导致晶格参数缩小，PMA抑制，居里温度降至50K，理论计算支持实验结果。
2026-04-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Room-temperature ferroelectric switching of spin-to-charge conversion in GeTe
自20世纪90年代诞生以来，半导体自旋电子学与作为自旋源的铁磁体的兼容性很差。虽然某些半导体的破缺反转对称性可替代地允许自旋-电荷相互转换，但其通过电场的控制是不稳定的。铁电Rashba半导体是一种吸引人的材料，具有铁电性赋予的磁性、大的自旋轨道耦合和非挥发性。然而，它们在自旋电子学方面的潜力却很少被探索。在这里，我们展示了非易失性，铁电控制的自旋电荷转换在室温下在外延碲化锗薄膜。我们表明，铁电开关的电选通是可能的GeTe，尽管它的高载流子密度。我们揭示了一个自旋到电荷的转换有效的Pt，但其符号是由铁电极化的方向控制。理论和实验数据的比较表明，自旋霍尔效应在开关转换中起着重要作用。这些结果开辟了一条将自旋逻辑和存储器集成到硅兼容材料中的器件路线。
2021-03-13 cond-mat.mtrl-sci
High-Temperature ferromagnetism from site-selective filling in (Fe,Ni)$_{6-δ}$GeTe$_2$
Yale University（耶鲁大学）；University of California, Berkeley（加州大学伯克利分校）；Lawrence Berkeley National Lab（劳伦斯伯克利国家实验室）；Cornell University（康奈尔大学）；University of Southern California（南加州大学）；Boston College（波士顿学院）
本研究通过结构表征与第一性原理计算，揭示镍取代诱导的高温铁磁性源于应变稳定的Fe6GeTe2纳米析出物，为原子工程提供机理基础。
2026-09-11 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
(Fe$_{1-x}$Ni$_{x}$)$_{5}$GeTe$_{2}$: an antiferromagnetic triangular Ising lattice with itinerant magnetism
基于第一性原理计算，提出了一个三角晶格上的反铁磁伊辛模型来解释Fe $(1)$对的有序性和Fe $_5$ GeTe $_2$（F5 GT）中$\sqrt{3}$ $\times $ $\sqrt{3}$超结构的形成，并预测了Ni掺杂F5 GT（Ni-F5 GT）中类似超结构的存在.我们的研究表明，F5 GT系统可以被认为是著名的反铁磁伊辛模型在三角晶格上的结构实现。基于超结构，海森伯朗道哈密顿量，考虑到海森伯相互作用和纵向自旋涨落，实现描述磁性在F5 GT和Ni-F5 GT。我们揭示了与Fe（1）相关的受抑磁相互作用，通过微小的Ni掺杂（$x \leq 0.2 $）调节，是实验观察到的Ni-F5 GT中$T_c$增强到478 K的原因。我们的计算表明，在低掺杂水平，单层Ni-F5 GT具有几乎相同的磁相图的块体，这表明在这个Ni掺杂的二维系统的普遍超过室温铁磁性。
2022-09-20 cond-mat.mtrl-sci
Coexistence of Merons with Skyrmions in the Centrosymmetric van der Waals Ferromagnet Fe5GeTe2
Fe $_{5-x}$ GeTe $_2$是一种中心对称的层状范德华（vdW）铁磁体，其居里温度$T_c$（270-330 K）在自旋电子学应用的有用范围内。然而，人们对它的拓扑自旋纹理之间的相互作用知之甚少（例如，merons、skyrmions），其具有技术上相关的输运性质，例如拓扑霍尔效应（THE）或拓扑热输运。在这里，我们通过高分辨率的洛伦兹透射电子显微镜，meron和反meron对共存与Néel skyrmions在Fe $_{5-x}$ GeTe $_2$在很宽的温度范围内，并探测其对热和电输运的影响。我们检测到的THE，即使在房间$T$，感测merons在较高的$T$ s，以及它们与skyrmions共存的$T$降低，表明按需热驱动形成的任何类型的自旋纹理。值得注意的是，我们还观察到一个非常规的THE在没有洛伦兹力和属性之间的相互作用载流子和磁场诱导的手征自旋织构。我们的研究结果暴露Fe $_{5-x}$ GeTe $_2$作为一个有前途的候选人的skyrmionics/meronics由于不同的，但共存的拓扑磁纹理和非常规的电荷/热载流子的运输之间的相互作用的应用程序的发展。
2023-02-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Analytical Theory of Near-Field Electrostatic Effects in Two-Dimensional Materials and van der Waals Heterojunctions
我们推导并验证了一个定量分析模型的近场静电效应在附近（>= 300）的二维（2D）材料。在求解二维材料电子密度的近平面点电荷近似的泊松方程时，我们的公式定量地捕获了密度泛函理论（DFT）计算势的面外衰减和面内调制。给出了一种快速构造电子密度谱的方法，并将其应用于六方单层（BN，AlN，GAN）和单硫族化合物（GeS，GeSe，GeTe，SnS，SnSe，SnTe，PbS，PbSe，PbTe）及其弯曲和极性畸变的情况.我们展示了我们的模型可以直接应用于预测材料/角度特定的莫尔电位产生的扭曲超晶格的周期性超出了DFT计算。
2022-05-10 cond-mat.mtrl-sci
Tuning the Room Temperature Ferromagnetism in Fe5GeTe2 by Arsenic Substitution
为了调节可分裂高居里温度铁磁体Fe $_{5-x}$ GeTe $_2$的磁性能，研究了通过砷替代增加电子计数的效果。少量添加砷（2.5%和5%）似乎增强铁磁秩序的多晶样品淬火波动的三个磁性亚晶格之一，而较大的As浓度降低铁磁居里温度（$T_{\rm C}$）和饱和磁化强度。这项工作还描述了生长和表征的Fe $_{4.8}$ AsTe $_2$单晶体，其结构类似于Fe $_{5-x}$ GeTe $_2$，但具有一些相稳定性的并发症。磁化强度测量表明$_{4.8}$ As-Te-$_2$具有主要的反铁磁行为，Néel温度为$T_{\rm N}$ $\approx$ 42 K.低于$T_{\rm N}$的场致自旋触发器导致从负到正的磁阻的切换，其中显著的滞后引起蝶形电阻环。除了报告的性质Fe $_{4.8}$作为Te $_2$，这项工作显示的重要性，操纵个人的磁性亚晶格在Fe $_{5-x}$ GeTe $_2$和激励进一步努力，以控制相关材料的磁性的费米能量或晶体化学的微调。
2021-11-11 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
