秦文静 徐波† 孙宝珍 刘刚

1) (江西师范大学物理与通信电子学院， 计算材料物理实验室， 南昌 330022)

2) (江西师范大学物理与通信电子学院， 凝聚态研究所， 南昌 330022)

采用第一性原理的方法系统研究了碱(土)金属原子、过渡金属原子和非金属原子吸附的二维CrI3单层的电学和磁学性质.结果表明， 金属原子倾向于吸附在6个I原子形成的环中心并且与Cr原子处于同一高度， 非金属原子吸附在I原子形成的环内， 但位置则依赖于原子种类.除Ti和Mn原子之外的其他原子的吸附并未改变CrI3单层的本征铁磁半导体属性， 而Ti和Mn原子的吸附则使CrI3单层转变为反铁磁构型.金属原子的吸附导致Cr原子局域磁矩增加， 但不超过4μB; 而非金属原子的吸附则使Cr原子的局域磁矩呈现多样化.结合分波态密度我们对Cr局域磁矩的变化机制进行了细致分析， 发现Cr磁矩的增加与电荷转移直接相关.我们的研究结果为铁磁半导体CrI3的性能调控提供了新的思路， 在未来自旋电子学中有着潜在的应用前景.

1 引 言

自石墨烯[1-4]被发现以来， 原子层厚度的二维材料一直备受人们关注.近年来， 过渡金属硫族化物及其衍生物[5-10]， 六方氮化硼[11]和黑磷[12，13]等也加入了二维材料家族， 在光电子器件[14]， 自旋电子器件[13，15-17]， 储能器件[18-20]和生物传感器等领域有着广泛的应用.由于难以寻找具有本征铁磁性的二维材料， 因此二维材料在自旋电子学中的应用受到了限制.最近， 单层三碘化铬(CrI3)[21]在实验上的成功合成引起了……