Two-dimensional (2D) van der Waals (vdW) materials have been an exciting area of research ever since scientists first isolated a single layer of graphene. Single layer magnetic materials can provide a pathway for vdW heterostructures with magnetic properties. While most of the magnetic vdW materials exhibit ordering transitions in the bulk, here we report a successful exfoliation of a triangular lattice S=1 antiferromagnet NiGa$_2$S$_4$, which already demonstrates exotic magnetism in the bulk material. We establish the number of layers of the material by atomic force microscopy (AFM) and detail a careful characterization using Raman and optical spectroscopy to demonstrate how the optical, electronic, and structural properties of NiGa$_2$S$_4$ change as a function of sample thickness. Optical measurements and electronic structure calculations of bulk versus monolayer NiGa$_2$S$_4$ confirm the material to be a Mott insulator with an electronic gap of about 1.5 eV, which slightly increases for layers below 10 L. We conclude with a theoretical analysis of the possibility of doping monolayer NiGa$_2$S$_4$ by proximity to a metal.
Coherent Behavior and Nonmagnetic Impurity Effects of the Spin Disordered State in NiGa$_2$S$_4$
通过对Ni $_{1-x}$ Zn $_x$ Ga $_2$ S $_4$(0.0 \le x \le 0.3)的磁性和热测量,研究了三角形反铁磁体NiGa $_2$ S $_4$中自旋无序态的非磁杂质效应.仅1%的取代就足以强烈抑制在自旋无序态中观察到的相干性。然而,这种抑制并不完全,依赖于T^2的比热及其随外斯温度的标度行为的鲁棒特征表明存在相干的南武-戈德斯通模。既没有传统的磁序,也没有自旋冻结,这表明基态存在一种新的对称性破缺。
Spin dependent impurity effects in the 2D frustrated magnetism of NiGa$_2$S$_4$
研究了杂质对三角形反铁磁体Ni $_{1-x}M_x$ Ga $_2$ S $_4$($M=$ Mn、Fe、Co和Zn)的影响。二维冻结自旋无序态的NiGa $_2$ S $_4$对Zn $^{2+}$($S=0$)和Heisenberg Fe $^{2+}$($S=2$)自旋的取代是稳定的,并表现出$T^2$依赖的磁比热,由外斯温度标度。相反,用具有Ising样各向异性的Co $^{2+}$($S=3/2$)自旋和Heisenberg Mn $^{2+}$($S=5/2$)自旋取代诱导常规自旋玻璃相。从这些比较中,它表明,海森堡自旋的整数大小是重要的,以稳定在冻结自旋无序态中观察到的二维相干行为。
Vortex-induced topological transition of the bilinear-biquadratic Heisenberg antiferromagnet on the triangular lattice
用蒙特卡罗模拟研究了双线性-双二次相互作用三角晶格上经典海森堡反铁磁体的有序化.结果表明,该模型表现出拓扑相变在一个有限的温度驱动的拓扑稳定的涡旋,而自旋相关长度保持有限,即使在和低于过渡点。根据双二次耦合的值,相关的涡流可以是三种不同的类型。对三角形反铁磁体NiGa $_2$ S $_4$最近的实验的影响进行了讨论。
Non-van der Waals honeycomb antiferromagnet SrRu$_2$O$_6$ down to a few layers
目前实验实现的二维磁性材料家族由3个$d$过渡金属组成,具有非常弱的自旋-轨道耦合。相比之下,我们报告了一个新的平台,在化学键合和分层4 $d$氧化物,具有较强的电子相关性和竞争的自旋轨道耦合。我们合成超薄片的SrRu $_2$ O $_6$使用可扩展的液体剥离。这些剥离片的特征在于互补的实验和理论技术。纳米片的厚度在三到五个单层之间变化,并且在第一性原理计算内,我们表明反铁磁性在这些超薄层中存活。实验数据表明,剥离发生从垂直于$c$轴的平面作为中介的六方Sr晶格分离的二维磁性蜂窝状Ru层。高分辨率透射电子显微镜图像表明,Ru层之间的平均原子间距略有减少,这与目前的计算结果一致。还观察到纳米片的旋转堆叠的签名。这种新的二维平台提供了巨大的可能性,以探索由于磁性,强相关性和自旋轨道耦合之间的相互作用而出现的新特性。此外,这些效果可以进一步作为层厚度的函数来调节。
Epitaxy, exfoliation, and strain-induced magnetism in rippled Heusler membranes
功能材料的单晶膜能够通过极端的应变状态来调节性能;然而,生产膜的传统途径需要使用牺牲层和化学蚀刻剂,这既会损坏膜,又会限制使它们变薄的能力。在这里,我们展示了石墨烯封端的Al $_2$ O $_3$衬底上的立方赫斯勒化合物GdPtSb的外延生长。尽管存在石墨烯中间层,但Heusler膜与下面的蓝宝石具有外延配准,如通过X射线衍射、反射高能电子衍射和透射电子显微镜所揭示的。石墨烯的弱范德华相互作用使得机械剥离能够产生独立的GdPtSb膜,其在转移到柔性聚合物手柄时形成波纹。而未应变的GdPtSb是反铁磁性的,波纹膜上的测量显示在室温下的自发磁矩,饱和磁化强度为5.2玻尔磁子每Gd。第一性原理计算表明,均匀应变的耦合太小,不能诱导铁磁性,这表明应变梯度起主导作用。我们的膜提供了一个新的平台,用于通过应变(压磁和磁致伸缩)和应变梯度(挠曲磁性)调节金属间化合物的磁性。
Crystal Growth, Exfoliation and Magnetic Properties of Quaternary Quasi-Two-Dimensional CuCrP$_2$S$_6$
报道了四元化合物CuCrP $_2$ S $_6$的化学气相传输法晶体生长条件的优化。通过能量色散X射线光谱和粉末X射线衍射对所得晶体进行了组成和结构表征。CuCrP $_2$ S $_6$在结构上与$M_2$ P $_2$ S $_6$家族($M$:过渡金属)密切相关,该家族包含几种正在研究中的化合物作为2D磁体。生长的晶体表现出板状,层状形态以及六边形的惯习。我们提出了成功的剥离,如生长的晶体下降到2.8 nm的厚度对应于4层。CuCrP $_2$ S $_6$晶体属单斜晶系空间群$C2/c$。磁化测量揭示了反铁磁基态与$T_\textrm{N} \approx 30$ K和正居里-外斯温度与占主导地位的铁磁层内耦合协议。比热测量证实了这种磁相变和磁序被抑制在一个外部磁场约6 T(8 T)平行(垂直)的$ab$平面。在更高的温度140-200 K之间的附加广泛的异常与结构变化伴随反铁电有序检测在我们的比热研究。
Unusual double-peak specific heat and spin freezing in a spin-2 triangular lattice antiferromagnet FeAl$_{2}$Se$_{4}$
本文报道了三角晶格铁硫系反铁磁体FeAl $_{2}$ Se $_{4}$的性质。自旋磁化率显示出明显的反铁磁相互作用,居里-外斯温度Θ $_{CW}$ ~-200 K,自旋为2的局域磁矩。尽管有一个大的旋转和一个大的|Θ $_{CW}$|的低温行为与传统的经典磁体是不相容的。没有检测到低至0.4K的长程序。FeAl $_{2}$ Se $_{4}$的比热与NiGa $_{2}$ S $_{4}$相似,在低温下呈现出不寻常的双峰结构和T $^{2}$幂律,这分别归因于四极自旋关联和Halperin-Saslow模.自旋冻结发生在~ 14 K,低于该温度的弛豫动力学由交流磁化率探测。我们的结果与自旋为1的海森伯和双二次自旋相互作用系统的早期理论是一致的。我们认为,四极关联和规范玻璃动力学的早期建议可以很好地扩展到FeAl $_{2}$ Se $_{4}$。我们的结果提供了有用的见解与高自旋的受抑量子磁体的磁性。
A van der Waals antiferromagnetic topological insulator with weak interlayer magnetic coupling
磁性拓扑绝缘体(TI)是研究量子反常霍尔效应(QAH)和马约拉纳模(Majorana模)等量子现象的重要材料平台,其成功的材料实现对我们的基本认识和潜在的技术革命至关重要。通过实现具有交替的七层[MnBi 2 Te 4]和五层[Bi 2 Te 3]层的体材料MnBi 4 Te 7,我们表明它在平面内是铁磁的,但沿c轴是反铁磁的,在2 K时的面外饱和场为~ 0.22 T.我们的角分辨光电子能谱测量和第一性原理计算进一步证明了MnBi 4 Te 7是一个Z2反铁磁TI与两种类型的表面状态与[MnBi 2 Te 4]或[Bi 2 Te 3]终止,分别。此外,其超晶格性质可以通过剥离使[MnBi 2 Te 4]和[Bi 2 Te 3]层的各种异质结构成为可能。因此,MnBi_4Te_7的低饱和场和超晶格性质使其成为研究丰富涌现现象的理想体系。
Symmetry-Guided Computational Screening of Two-Dimensional Altermagnets with ab initio Hubbard Corrections
Scuola Internazionale Superiore di Studi Avanzati (SISSA)(高级研究国际学院);Università degli Studi di Modena e Reggio Emilia(摩德纳和雷焦艾米利亚大学);Istituto Nanoscienze – CNR, S3(纳米科学研究所 - 意大利国家研究委员会)
Emergent gold-induced interfacial magnetism in monolayer FePS$_3$
European Synchrotron Radiation Facility(欧洲同步辐射装置);Université Grenoble Alpes, CNRS, Grenoble INP, Institut NEEL(格勒诺布尔阿尔卑斯大学、法国国家科学研究中心、格勒诺布尔理工学院、NEEL研究所);Department of Physics Giuseppe Occhialini, University of Milano-Bicocca(米兰比可卡大学朱塞佩·奥基亚利尼物理系);Université Grenoble Alpes, CEA, IRIG, MEM(格勒诺布尔阿尔卑斯大学、法国原子能和替代能源委员会、研究与信息技术部、材料与物理化学实验室)