[論文レビュー] Sub-room temperature ferromagnetism and its nature in VSe$_2$ monolayer

Taek Jung Kim, Siheon Ryee+2 more|arXiv (Cornell University)|Jul 10, 2019

2D Materials and Applications参考文献 3被引用数 2

ひとこと要約

本研究では、電荷自己稠密なLDA+DMFT手法を用いて、モノレイヤー1T-VSe2が250 K未塔で強磁性秩序を示すことを示した。これは次元性の低下と電子相関による準粒子の事前局在化に起因する。研究結果は、強磁性が層間結合やドーピングに対して極めて感受性を示すことを示しており、次元性が局在磁気モーメントおよび2次元磁性を安定化させる鍵要因であることを強調している。

ABSTRACT

Magnetic van der Waals materials provide an ideal platform for exploring two-dimensional magnetism of technological and scientific importance. Among them, 1T-VSe2 has been reported as one of the first room-temperature two-dimensional ferromagnets. However this conclusion remains elusive both theoretically and experimentally. By using charge self-consistent LDA+DMFT approach, suited for both itinerant and localized characters of electrons in the open-d subshells, we show that the monolayer is ferromagnetically ordered below 250K, implying the possible competition between charge density wave and ferromagnetic order. We predict that its ferromagnetism is vulnerable to interlayer coupling and extra charge dopings. The formation of local moment is attributed to the concerted effect of the quasiparticle pre-localization caused by reduced dimensionality and the electronic correlation. This study provides an important example where the reduced dimensionality is an essential factor to form local moments and subsequent magnetic orderings.

研究の動機と目的

• モノレイヤー1T-VSe2における室温強磁性に関する、実験的・理論的報告の矛盾を解消すること。
• 次元性の低下と電子相関が、2次元遷移金属ジチalcogenidesにおける局在磁気モーメントの安定化に果たす役割を調査すること。
• 層間結合および電荷ドーピングの下での強磁性秩序の安定性を特定すること。
• 遷移金属のd電子の拡散的および局在的性質を同時に捉えることができる手法を用いて、VSe2モノレイヤーにおける磁性秩序の性質を明確にすること。

提案手法

• 強い電子相関と電子構造を同時に取り扱うために、電荷自己稠密なLDA+DMFT手法を採用した。
• LDA+DMFTフレームワークを用いて、VSe2に存在する開いたd電子殻をモデル化し、その電子が拡散的および局在的特性を併せ持つことを考慮した。
• スピン感受率と磁性秩序パラメータの分析を通じて、磁性転移温度（Tc）を計算した。
• 摂動的および自己稠密な計算を用いて、層間結合および電荷ドーピングが強磁性秩序の安定性に与える影響を評価した。
• 準粒子の再正規化およびスペクトル重み移動を分析し、次元性の低下に起因する事前局在化効果を特定した。
• 自己エネルギーおよび動的相関関数を用いて、局在磁気モーメントの形成を特徴づけた。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 モノレイヤー1T-VSe2における強磁性秩序の真の磁性転移温度は何か？
• RQ2 電子相関と次元性の低下が、VSe2における局在磁気モーメントの形成にどのように寄与するか？
• RQ3 VSe2における強磁性秩序は、層間結合および電荷ドーピングに対してどの程度感受性を示すか？
• RQ4 観測された強磁性の微視的起源は何か？また、従来の2次元磁性体とはどのように異なるか？

主な発見

• モノレイヤー1T-VSe2は250 K未塔で強磁性秩序を示し、室温での秩序ではなく室温未塔の強磁性であることが示された。
• 局在磁気モーメントの形成は、次元性の低下に起因する準粒子の事前局在化と電子相関効果の相乗作用に起因する。
• 強磁性秩序は層間結合に対して極めて感受性が高く、磁性転移温度が低下する可能性がある。
• 余分な電荷ドーピングは強磁性状態を不安定化させ、電子的摂動に対して弱い耐性を示すことを示した。
• LDA+DMFT手法は、VSe2におけるd電子の拡散的・局在的性質の両方を的確に捉えており、従来の研究における不一致を解消した。
• 本研究は、次元性の低下が2次元材料における局在磁気モーメントの形成およびそれに続く磁性秩序の安定化を可能にする重要な要因であることを確立した。