Pivotal role of magnetic ordering and strain in lattice thermal conductivity of chromium-trihalide monolayers
理解自旋和声子之间的耦合对于控制磁性材料中的晶格热导率（$κ_l$）至关重要，正如我们在这里展示的CrX $_3$（X = Br和I）单层。我们发现，这些化合物表现出大的自旋-声子耦合（SPC），占主导地位的Cr原子的面外振动，导致显着不同的声子分散在铁磁（FM）和顺磁（PM）相。晶格热导率计算提供了额外的证据，强SPC，特别是大的$κ_l$被发现的FM相。最引人注目的是，PM和FM阶段表现出根本不同的行为与拉伸应变，其中$κ_l$增加与PM阶段的应变，并强烈减少FM阶段-我们解释通过分析声子寿命和散射率。综上所述，我们揭示了非常高的意义SPC上的声子输运CrX $_3$单层，结果可扩展到其他二维磁性材料，这将是有用的热自旋器件的进一步设计。
2021-12-09 cond-mat.mtrl-sci
Tailoring High-Frequency Magnonics in Monolayer Chromium Trihalides
单层三卤化铬是典型的二维磁性材料，被认为是一种很有前途的高频磁振子平台。在这里，我们详细的自旋波单层CrBr $_3$和CrI $_3$的性质，使用自旋动力学模拟参数化从第一原理。我们发现，自旋波色散可以在很宽的频率范围内调谐的应变，铺平了道路柔性版磁振子的应用。我们进一步表明，以往任何时候都存在的卤化物空位在这些单层主机足够强的Dzyaloshinskii Moriya相互作用散射自旋波，这促进了设计的自旋波导的缺陷工程。最后，我们讨论了在范德瓦尔斯异质双层膜的磁参数的莫尔周期调制的自旋波传播的光谱，并表明，在这样的样品中的纳米级莫尔周期是理想的实现在太赫兹频率范围内的磁振子晶体。回顾磁性2D材料的电子门控的额外的可调谐性，我们的研究结果将这些系统中的领跑者的前瞻性高频磁振子应用。
2021-11-29 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Layer-dependent mechanical properties and enhanced plasticity in the van der Waals chromium trihalide magnets
磁性材料的力学性能对磁弹性理论的发展和磁应变调制器件的优化设计具有重要意义。特别是，二维（2D）磁体有望将这些概念扩展到低维物理和磁共振器件领域。然而，迄今为止还没有对三卤化铬的原型2D磁体家族的固有机械性能进行实验研究。在这里，我们报告的室温层依赖于原子薄的CrI3和CrCl3的机械性能，发现双层的CrI3和CrCl3的杨氏模量为62.1 GPa和43.4 GPa，最高持续应变为6.09%和6.49%，断裂强度分别为3.6 GPa和2.2 GPa。两种材料的弹性和强度都随着厚度的增加而降低，这归因于弱的层间相互作用，使得层间在低水平的施加载荷下滑动。在几层三卤化铬晶体中观察到的机械性能提供了这些材料具有出色塑性的证据，这在它们的大块对应物中得到了定性证明。本研究将有助于范德瓦耳斯磁性材料的各种应用，特别是在磁致伸缩和柔性器件中的应用。
2021-04-01 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Alloy engineering of Magnetic phases in two-dimensional Chromium Trihalides
Institute of Physics, University of São Paulo（圣保罗大学物理研究所）；Department of Theoretical and Computational Chemistry, National University of Córdoba（科尔多瓦国立大学理论与计算化学系）；Department of Materials Engineering, University of São Paulo（圣保罗大学材料工程系）
研究二维三卤化铬及其三元合金，通过密度泛函理论研究其磁性相，发现纯化合物中不同磁性相带隙变化小，Cr原子磁矩递增，合金中FM态最低，带隙有弯曲，居里温度随成分变化，且合金形成在有限温度下热力学有利。
2026-07-14 cond-mat.mtrl-sci
Correlated Electron Effects in Chromium Trihalide Hetostructures with Graphene: A Tight-Binding Model Perspective
National Graphene Institute, University of Manchester（国家石墨烯研究所，曼彻斯特大学）
本文提出一种紧束缚模型准确描述铁磁CrX$_3$单层最低能量四重态导带，揭示配体介导的远程电子跃迁路径，并证明G/CrI$_3$及G/CrI$_3$/G为II型异质结构，可实现石墨烯轻空穴与磁性层重电子共存。
2024-04-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Group Theory Analysis of Phonons in Monolayer Chromium Trihalides and Their Janus Structures
本文用群论方法对比研究了单层三卤化铬及其Janus结构Y $_3$ -$_2$ -X $_3$（X，Y = F，Cl，Br，I）中声子的对称性。我们首先将布里渊区中心（$Γ$）的所有声子分类到不可约表示中。在此基础上，预测了光学声子的红外和喇曼活动、喇曼张量以及R活动声子可能的偏振归属。在此基础上，我们澄清了单层CrI $_3$中光学模喇曼活性的差异。此外，我们还发现X $_3$ -Cr $_2$ -X $_3$的拉曼光谱和红外光谱是互斥的，而Janus Y $_3$ -Cr $_2$ -X $_3$的拉曼光谱和红外光谱是重合的.这种区别对于Janus Y $_3$ -Cr $_2$ -X $_3$单层与X $_3$ -Cr $_2$ -X $_3$单层的光谱鉴别是至关重要的。此外，我们还导出了F $_3$ -Cr $_2$ -I $_3$和I $_3$-Cr $_2$ -I $_3$单层的声子匹配本征函数和相应的本征矢量的图示，直观地说明了声子手征性和磁性的起源.最后，我们的分析表明，在Janus Y $_3$ -Cr $_2$ -X $_3$单层膜中可以观察到自旋-声子耦合、红外和拉曼活性声子的磁光效应以及声子手征性，甚至比X $_3$ -Cr $_2$ -X $_3$单层膜更容易观察到。我们的工作为Y $_3$ -Cr $_2$ -X $_3$单分子膜的实验表征提供了详细的指…
2022-07-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Robust Intrinsic Ferromagnetism and Half Semiconductivity in Stable Two-Dimensional Single-Layer Chromium Trihalides
二维本征铁磁半导体是发展低维自旋电子器件的关键。利用密度泛函理论，我们证明了单层三卤化铬（CrX $_3$，X=F，Cl，Br和I）构成了一系列稳定的二维本征FM半导体.由于低的解理能和高的面内刚度，独立的SLCT可以容易地从块体晶体剥离。用HSE 06泛函方法计算的电子结构表明，体相和单层CrX $_3$都是具有间接带隙的半导体，它们的价带和导带在相同的自旋方向上完全自旋极化.发现CrBr $_3$和CrI $_3$的能隙和吸收边在可见光频率范围内，这意味着可能的光电子应用。此外，SLCT被发现具有每个分子式单元3 $μ_B$的大磁矩和相当大的磁各向异性能。利用海森堡自旋哈密顿量提取了SLCT的磁交换常数，并分析了各种交换相互作用的微观起源。近90 $^\circ$ FM超交换和直接反铁磁（AFM）交换之间的竞争导致FM最近邻交换相互作用。第二和第三近邻交换相互作用分别为FM和AFM，这可以用角度依赖的扩展Cr-X-X-Cr超交换相互作用来理解。此外，利用蒙特卡罗模拟还预测了SLCT的居里温度，并且通过施加双轴拉伸应变，可以进一步提高居里温度。强大的固有铁磁性，半磁导率和大的磁各向异性能量的独特组合，使SLCT作为下一代半导体自旋电子学应用的有前途的候选人。
2016-02-25 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Spin-orbit coupling controlled two-dimensional magnetism in chromium trihalides
The Ohio State University（俄亥俄州立大学）；University of Toronto（多伦多大学）；National High Magnetic Field Laboratory, Florida State University（佛罗里达州立大学国家高磁场实验室）
本文通过铁磁共振光谱研究了铬三卤化物中的 Kitaev 交换相互作用，揭示了自旋-轨道耦合对二维磁性的影响。
2026-01-05 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
The Doping effect of Chalcogen on the Two-Dimensional Ferromagnetic Material Chromium Tribromide
近年来，二维单层三卤化铬磁性有序的发现为二维材料的研究开辟了新的领域。我们使用第一性原理计算系统地研究了硫族元素对CrBr 3的掺杂效应。在S掺杂的情况下，四种稳定构型Cr2 Br 5S，Cr2 Br 4S 2-A，Cr2 Br 4S 2-B和Cr2 Br 3S 3-A被预测为铁磁半导体。结果表明，在原始禁带中出现的新带由S-p和Cr-d-egorbits组成，导致禁带宽度明显减小，可见光吸收增强。硫族元素掺杂后，由于价电子数减少，磁矩也随着S原子数的增加而减小，在较宽的应变范围内仍保持铁磁半导体的特性。结果表明，硫族元素掺杂CrBr 3单层膜为控制磁性和拓展光电应用提供了一条有效途径。
2018-12-17 cond-mat.mtrl-sci
Moiré-driven multiferroic order in twisted CrCl$_3$, CrBr$_3$ and CrI$_3$ bilayers
本文通过自旋模型与从头计算揭示扭曲三卤化铬双层中由莫尔图案驱动的多铁序，发现CrBr$_3$双层多铁序最强，并展示强磁电耦合可电控磁斯格明子。
2023-04-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Tuning magnetic states in CrI$_3$ bilayers via Moiré patterns
可公度扭曲双层膜可以极大地改变三卤化铬层状化合物的磁性，这为通过层旋转调节磁性状态提供了新的机会。在这里，我们介绍了一种数学方法来获得莫尔条纹在扭曲的六边形双层通过执行一定的旋转$θ$在一个层。为了测试我们的方法，我们将其应用于在CrI $_{3}$的R $\bar{3}$和C2/m相中发现具有$θ=21.79^{\circ}$和$32.20^{\circ}$的莫尔结构。为了比较的目的，我们还考虑了非移位CrI $_{3}$结构。通过\textit{Ab-Initio}方法计算了所得到的系统的电子和磁性。结果表明，存在的旋转角相关的磁配置和陡峭的修改的色散带由于在最近的和下一个最近的距离层之间的Cr原子的变化。从这些可压缩的旋转获得的修改讨论的基础上，由于原子排列的变化，不同的能量贡献之间的竞争。
2022-01-04 cond-mat.mtrl-sci
Moiré skyrmions and chiral magnetic phases in twisted CrX$_{3}$ (X $=$ I, Br, Cl) bilayers
我们通过结合第一性原理计算和原子模拟，提出了一个全面的扭曲双层铬三卤化物的磁相理论。我们表明，堆叠依赖的层间交换导致一个有效的莫尔场，主要是铁磁与反铁磁补丁。作为一个函数的扭曲角和Dzyaloshinskiii-Moriya相互作用的结果的竞争层间反铁磁耦合和形成畴壁的能量成本的范围广泛的非共线磁相可以稳定。特别是，我们证明，对于小的扭转角的各种skyrmion晶相可以稳定在两个铬I $_3$和溴化铬$_3$。我们的研究结果提供了一个解释，最近观察到的非共线磁相位在扭曲双层CrI $_3$，并证明了工程的可能性，进一步非平凡的磁基态在扭曲双层Cr-三卤化物。
2021-08-11 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Stacking-Controlled Magnetic Exchange and Magnetoelectric Coupling in Bilayer CrI$_2$
Universidad Técnica Federico Santa María（费德里科·Santa María技术大学）；Universidad de Antofagasta（安托法加斯塔大学）
双层CrI₂通过堆叠控制磁交换与磁电耦合，实现可调磁性和极化，为自旋电子器件提供新机遇。
2025-12-22 cond-mat.mtrl-sci
Accessing new magnetic regimes by tuning the ligand spin-orbit coupling in van der Waals magnets
范德华（VdW）材料为低维磁性的研究开辟了新的方向。一个很大程度上未被探索的领域是VdW磁体向新基态的内在调谐。三卤化铬提供了第一个这样的实例，其具有在剥离时出现的层间磁耦合的变化。在这里，我们采取不同的方法来设计新的基态，不是通过剥离，而是通过调整非磁性配体原子（Cl，Br，I）的自旋轨道耦合（SOC）。我们合成了一个三卤化物系列，CrCl $_{3-x-y}$ Br $_{x}$ I $_{y}$，并绘制其磁性能作为Cl，Br和I含量的函数。由此产生的三角形相图揭示了一个挫折制度附近的CrCl $_{3}$。第一性原理计算证实，挫折是由铬和卤化物SOC之间的竞争。此外，我们揭示了在同一领域的剥离实验中的CrCl $_{3-x-y}$ Br $_{x}$ I $_{y}$晶体的体层间耦合的场诱导的变化。
2020-07-25 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Critical behavior of ferromagnets CrI3, CrBr3, CrGeTe3, and anti-ferromagnet FeCl2: a detailed first-principles study
利用第一性原理密度泛函理论和蒙特卡罗模拟计算了层状铁磁体三碘化铬（CrI 3）、三溴化铬（CrBr 3）、三碲化铬锗（CrGeTe 3）的居里温度和层状反铁磁体二氯化铁（FeCl 2）的尼尔温度。我们发展了一种计算方法来模拟层状磁性材料中的磁相互作用并计算其临界温度。我们提供了一个统一的方法来获得一个有效的海森堡哈密顿量的磁交换参数（J）的第一性原理，考虑到磁各向异性以及面外相互作用。我们得到的磁性相变行为，特别是临界温度，从磁化率和比热，使用三维Monte-Carlo（大都市）算法计算。计算的居里温度的铁磁材料（CrI 3，CrBr 3和CrGeTe 3），与实验值非常吻合。我们发现，在散装CrI 3与R3堆叠的层间相互作用是显着强于C2/m堆叠，与实验观察。我们发现，在R3碘化铬层间强相互作用的结果在面内和面外的易磁化轴之间的竞争。最后，我们计算了FeCl 2的Neel温度为47 +- 8 K，并表明FeCl 2的磁性相变发生在两个步骤与高温层内铁磁相变，和低温层间反铁磁相变。
2021-01-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Quasiparticle Energies and Excitonic Effects of Chromium Trichloride: from Two Dimensions to Bulk
层状范德华（vdW）磁性材料迄今为止吸引了显著的研究兴趣。在这项工作中，我们采用第一性原理多体微扰理论计算的原型VDW磁体，铬铬（CrCl 3），覆盖单层，双层，散装结构的激发态性质。不像通常的非磁性VDW半导体，其中多电子相互作用和激发态是敏感的维度，多电子相互作用总是增强和主导的准粒子能量和光学响应的二维和散装氯化铬。电子-空穴（e-h）结合能在单层中可达3eV，并且在体中保持高达2 eV。由于自能修正与电子-氢结合能之间的相互抵消效应，最低能级激子（光学带隙）几乎不受维数变化的影响。此外，对于具有相似电子-氢结合能的激子，它们的偶极振子强度可以相差几个数量级，我们的分析表明，这种巨大的差异是由于复杂激子波函数与带间跃迁之间的独特干涉效应。最后，我们发现层间堆积顺序和磁耦合几乎不改变CrCl 3的准粒子带隙和光学吸收光谱。我们计算的低能激子峰位与现有的测量结果一致。这些发现提供了深入了解的多电子相互作用和磁序和光学激发之间的相互作用在VDW磁性材料。
2020-06-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Band Gap Opening in Bilayer Graphene-CrCl$_3$/CrBr$_3$/CrI$_3$ van der Waals Interfaces
我们报告了通过双层石墨烯（BLG）/三卤化铬（CrX $_3$ ; X=Cl，Br，I）范德华界面输运的实验研究。在所有情况下，发生从BLG到CrX $_3$的大的电荷转移（达到超过$10^{13}$ cm $^{-2}$的密度），并且产生垂直于界面的电场，其打开BLG中的带隙。我们确定的间隙从激活能的导电性，并找到极好的协议与最新的理论占的贡献的$σ$频带的BLG介电常数。我们进一步表明，对于BLG/CrCl $_3$和BLG/CrBr $_3$的带隙可以从低温电导率的栅电压依赖性中提取，并使用这一发现来细化间隙对磁场的依赖性。我们的研究结果允许BLG的电子性质与理论预测的定量比较，并表明占据CrX $_3$导带的电子是相关的。
2022-08-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Layer-dependent magnetism and spin fluctuations in atomically thin van der Waals magnet CrPS4
本研究通过纳米级量子传感与成像，揭示了原子级薄范德华磁体CrPS4的层数依赖磁性及自旋涨落，并展示了其异质结构中的巨大隧穿磁电阻，凸显其在二维自旋电子器件中的应用潜力。
2023-08-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
