二维Fe4GeTe2材料中的应变可调磁性和各向异性及其在自旋电子学中的应用

《ACS Applied Electronic Materials》：Strain-Tunable Magnetism and Anisotropy in 2D Fe4GeTe2 for Spintronic Applications

二维铁基材料Fe4GeTe2单层在-3%至+7%单轴应变下保持结构稳定，其金属铁磁性质由Fe1的d轨道耦合（dx2?y2和xy）及Te的p轨道相互作用主导，表现出-4.03 meV/单元胞的磁晶各向异性能（MAE）。应变调控显示：拉伸应变增强磁矩与自旋极化，压缩应变则抑制之，且MAE变化对Te原子更为敏感。该研究为二维自旋电子学器件的应变工程调控提供了新机制。

　　

二维Fe₄GeTe₂单层是一种金属铁磁体，具有接近室温的转变温度。通过第一性原理计算，我们研究了单轴应变对其机械、电子和磁性质的影响，特别关注磁晶各向异性能量（MAE）。计算结果表明，Fe₄GeTe₂在–3%至+7%的应变范围内保持动态、机械和热力学稳定性。此外，电子结构分析证实了Fe₄GeTe₂的金属铁磁性质，其每个Fe原子的净磁矩为2.1 μ_B。应变会改变费米能级附近的自旋状态：拉伸应变会增强磁矩和自旋极化，而压缩应变则会抑制它们。我们发现原始的Fe₄GeTe₂单层倾向于平面内磁化，其MAE为–4.03 meV/单元格，这主要是由于Fe1离子的d_x²–y²–d_xy耦合以及Te中的p_z–p_y相互作用所致。而且，MAE的大小在拉伸应变下减小，在压缩单轴应变下略有增加，这凸显了其对外部扰动的敏感性。值得注意的是，Te原子在稳定平面内磁化方面起着重要作用，并且在应变引起的MAE变化中表现更为显著。这些发现为Fe₄GeTe₂中的应变工程磁性提供了宝贵的见解，为调节其性质以应用于二维自旋电子学提供了潜在途径。