一、研究介绍

二维铁磁半导体（2D FMS）是新一代自旋电子器件的最有潜力的候选者之一；其有望成为后摩尔时代中信息的高效、低能耗操作单元。面内易磁化方向和小局域磁矩是制约其磁性信息操作读取的关键；磁各向同性更是制约大尺寸二维铁磁材料磁稳定的重中之重。但传统的过渡金属FMS大多磁矩小、自旋轨道耦合弱，很难产生大磁各向异性和面外的易磁化轴。

稀土元素自旋轨道耦合强，可提供较强的局域磁矩；其参与构成的二维铁磁材料很可能拥有较强的磁各向异性。但由于稀土元素难以处理的f电子，人们对稀土铁磁材料的研究仍处于起步阶段，稀土铁磁体的磁耦合机制、磁各向异性调控机理等仍是研究重点、热点。

河南大学物理与电子学院王冰团队从理论方面系统的研究了稀土2D FMS EuSn₂X₂(X = P, As)单层。该单层基态下表现出大的磁各向异性与大约1 eV的间接带隙；然而其易磁化方向为xy平面，磁晶各向异性能较小。通过双轴应变实现了带隙与磁各向异性能的相关调控，实现了易磁化面（xy）到面外易磁化轴（z）的有利转变。

图1.（a）剥离能；（b）晶格俯视图和侧视图；（c）声子谱；（d）AIMD模拟。

图2. 铁磁半导体的能带图。符号的相对大小道标轨道的成分贡献。

图3. 基态下两种磁各向异性能（MAE）的竞争与结果。表现出x-y易磁化面。

图4. 拉伸应变下磁各向异性能与能带结构的变化。随着拉伸的增大材料的易化方向逐渐由面内转向面外

图5. 在双轴应变下，MAE与带隙的负相关变化。MAE的改变主要源自Eu元素自旋轨道耦合效应各向异性的增强。

二、团队介绍

王冰团队依托于河南大学物理与电子学院材料科学研究所，长期从事二维磁性材料理论研究、设计；包括各种本征铁磁半导体、半金属等二维磁性材料磁耦合机制、磁耦合强度与磁各向异性的理论研究与探索。更是打开了稀土铁磁体第一性原理理论研究的大门，致力于寻找在新一代自旋电子器件中的切实可用的二维磁性材料。近三年来，在Materials Horizons，Journal of Physical Chemistry Letters，Physical Review B, Applied Physics Letters、Nanoscale等SCI期刊上发表SCI论文30余篇。总引1500余次，H指数21.

三、原文信息

标题：Two-dimensional 4f magnetic EuSn₂X₂(X = P, As) monlayers: A first-principles study

作者：Yihang Bai; Yaxuan Wu; Chaobin Jia; Lipeng Hou; Bing Wang*

期刊：Appl. Phys. Lett.123, 012401 (2023)

原文链接：https://doi.org/10.1063/5.0152064

四、期刊介绍

Applied Physics Letters以简明扼要的最新报告为特色，介绍了应用物理学的重大新发现。APL强调关键数据和新的物理学见解的快速传播，及时发表新实验和理论论文，报告物理现象在科学，工程和现代技术的所有分支中的应用。

五、关于AIP出版社

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