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Strong Spin-Phonon Coupling in Two-Dimensional Magnetic Semiconductor CrSBr
The Journal of Physical Chemistry C ( IF 3.3 ) Pub Date : 2022-06-17 , DOI: 10.1021/acs.jpcc.2c02742 Xiaomin Xu 1 , Xiaohu Wang 2 , Pu Chang 1 , Xiaoyu Chen 1 , Lixiu Guan 3 , Junguang Tao 1
The Journal of Physical Chemistry C ( IF 3.3 ) Pub Date : 2022-06-17 , DOI: 10.1021/acs.jpcc.2c02742 Xiaomin Xu 1 , Xiaohu Wang 2 , Pu Chang 1 , Xiaoyu Chen 1 , Lixiu Guan 3 , Junguang Tao 1
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Recently, spin-phonon coupling (SPC) has gained considerable attention especially in two-dimensional (2D) materials. Herein, density-functional theory is used to investigate the SPC effect in CrSBr, a recently fabricated 2D magnetic semiconductor. It is found that the phonon vibrations are strongly dependent on the spin ordering. The breaking of magnetic symmetry changes phonon spectrum dependency obviously. In particular, the SPC constant is found to be 20.2 cm–1, which is one order of magnitude larger than that of most other 2D materials. The group velocity and Grüneisen constant in the ferromagnetic (FM) state are increased by ∼23 and ∼16% than that in the antiferromagnetic state. Furthermore, the thermal conductivity is enhanced by ∼43% for FM spin ordering because of stronger lattice anharmonicity. The Curie temperature of the system can be tuned ∼30% by lattice deformation because of the strong SPC. Our work provides fundamental insights into the SPC effect on the CrSBr monolayer and sheds light on its potential for novel spintronic application.
中文翻译：
二维磁性半导体 CrSBr 中的强自旋声子耦合
最近，自旋声子耦合（SPC）引起了相当大的关注，特别是在二维（2D）材料中。在此，密度泛函理论用于研究最近制造的二维磁性半导体 CrSBr 中的 SPC 效应。发现声子振动强烈依赖于自旋排序。磁对称性的破坏明显改变了声子谱的依赖性。特别是，发现 SPC 常数为 20.2 cm –1，比大多数其他二维材料大一个数量级。铁磁 (FM) 状态下的群速度和 Grüneisen 常数比反铁磁状态下增加了 ~23% 和 ~16%。此外，由于更强的晶格非谐性，FM自旋排序的热导率提高了~43%。由于强 SPC，系统的居里温度可以通过晶格变形调整 ∼30%。我们的工作提供了对 SPC 对 CrSBr 单层的影响的基本见解，并揭示了其在新型自旋电子应用中的潜力。
更新日期：2022-06-17
中文翻译：
二维磁性半导体 CrSBr 中的强自旋声子耦合
最近，自旋声子耦合（SPC）引起了相当大的关注，特别是在二维（2D）材料中。在此，密度泛函理论用于研究最近制造的二维磁性半导体 CrSBr 中的 SPC 效应。发现声子振动强烈依赖于自旋排序。磁对称性的破坏明显改变了声子谱的依赖性。特别是，发现 SPC 常数为 20.2 cm –1，比大多数其他二维材料大一个数量级。铁磁 (FM) 状态下的群速度和 Grüneisen 常数比反铁磁状态下增加了 ~23% 和 ~16%。此外，由于更强的晶格非谐性，FM自旋排序的热导率提高了~43%。由于强 SPC，系统的居里温度可以通过晶格变形调整 ∼30%。我们的工作提供了对 SPC 对 CrSBr 单层的影响的基本见解，并揭示了其在新型自旋电子应用中的潜力。
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