应变诱导石墨烯/CrTe2范德华异质结构中居里温度大幅提升与磁晶各向异性调控

为突破传统自旋电子器件的界面缺陷限制，研究人员通过第一性原理计算，系统研究了应变对石墨烯/CrTe2（Gr/CrTe2）范德华异质结构磁性能的调控作用，发现2%–5%双轴应变可诱导磁相变（AFM→FM）、居里温度（TC）提升至337 K，并实现磁晶各向异性（MA）从面内到面外的定向调控，为低维自旋器件设计提供了新策略。

　　

在信息时代对高性能、微型化自旋电子器件的迫切需求下，传统体材料因界面晶格失配和结构缺陷导致性能受限。相比之下，范德华（vdW）材料凭借原子级平整界面和可调控的磁晶各向异性（MA）与居里温度（T_C），成为研究热点。其中，1T-CrTe₂因其室温铁磁性（FM）和大气稳定性备受关注，但应变对其磁性能的调控机制尚不明确。为此，辽宁某高校团队通过第一性原理计算，揭示了石墨烯/CrTe₂（Gr/CrTe₂）异质结构中应变诱导的磁相变与性能增强机制，成果发表于《Applied Surface Science》。

研究采用维也纳第一性原理计算软件包（VASP），基于广义梯度近似（GGA）和GGA+U方法（U_eff=2 eV），分析了双轴应变（0–5%）对Gr/CrTe₂磁基态、MA及T_C的影响。通过比较Stack-1与Stack-2两种堆叠构型及三种磁构型（FM、zAFM、sAFM），结合自旋轨道耦合（SOC）和蒙特卡洛模拟，系统阐明了应变调控机制。

结果与讨论

1. 磁基态与应变响应：未应变时Gr/CrTe₂呈反铁磁（AFM）基态，2%应变即触发AFM→FM相变，5%应变下T_C提升至337 K，源于应变增强的Cr-3d电子巡游性和交换作用。
2. 磁晶各向异性调控：应变通过改变Cr-Te键长和Te-p_z轨道贡献，使MA从面内（易轴）转向面外，5%应变时磁各向异性能（MAE）达0.23 meV/Cr。
3. 电子结构分析：应变导致Cr-3d与Te-p轨道杂化重构，费米能级附近自旋极化率提升，证实了磁性能增强的电子机制。

结论与意义
该研究首次揭示了Gr/CrTe₂异质结构中应变对MA和T_C的协同调控规律，为设计可拉伸自旋器件提供了理论依据。通过应变工程实现室温铁磁性与易轴定向操控，解决了二维磁体T_C低和MA不可调的难题，推动了vdW自旋电子学向实用化迈进。研究由张文艺、王安生等完成，郑慧玲担任通讯作者，获中国国家自然科学基金等项目支持。