压力有效增强了单层NiZr的铁磁稳定性

《ChemPhysChem》：Stress Effectively Enhances the Ferromagnetic Stability of Monolayer NiZr

应力调控二维NiZr能带结构与磁性能关联机制研究。单层NiZr在受拉应力下磁稳定性增强，磁矩增加源于d-p轨道耦合（如p_z-d_xx-yy等）及能带结构变化，主要表现为d_zx和d_zy轨道占据率随应力变化，影响σ/π键合强度差异，进而调控磁交换作用。

　　

摘要

应力被广泛用于调控二维材料的电子结构及其相关的物理性质。作为高温合金，单层镍锆（NiZr）在无外应力作用下表现出不稳定的铁磁性。然而，在施加应力时，其铁磁状态的稳定性显著提高，其中拉伸应力会诱导磁矩的增加。应力对磁矩的影响可归因于能带结构的变化。具体来说，单层NiZr的能带结构在应力作用下表现出稳定的铁磁性，并同时具有半导体和半金属的特性。这种能带结构的变化源于d电子和p电子之间的自旋波动，这些波动受到周围势场的影响。详细而言，d轨道和p轨道形成了非正交的线性组合，例如p_z-d_xx-yy、p_x-d_zx和p_y-d_yz。应力诱导的磁性质变化主要通过d_zx和d_yz自旋轨道的响应表现出来。随着拉伸应力的增加，d_yz轨道的占据率相应增加，而其他轨道的自旋方向则发生反转。值得注意的是，在拉伸应变下，d_zx自旋轨道的占据率增加，而d_yz自旋轨道的占据率减少。相比之下，在压缩应力下，其他轨道的变化相对较小。因此，这种现象导致了轨道耦合的变化，以及轨道空间和自旋电荷空间内的分布变化。在应力作用下，d轨道和p轨道之间的耦合形成了σ键和π键。p轨道与σ键之间的相互作用明显强于p轨道与π键之间的相互作用，这种差异是驱动单层NiZr磁性质变化的主要因素之一。

图形摘要

对外应力的调控是扩展磁性材料应用范围的重要手段。单层NiZr是一种新型磁性材料，在电子科学和技术领域具有重要的应用价值，但其磁性容易受到应力的影响。本文研究了应力对单层NiZr的电子结构、磁性质、介电函数和吸收性质的影响。研究发现，单层NiZr在应力作用下表现出反铁磁性、铁磁性和铁磁性。通过应力可以提高其铁磁稳定性，并且在拉伸应力下磁矩会增加。应力对磁矩的影响归因于能带结构的变化。单层NiZr的能带结构在应力作用下表现出半导体和半金属的特性。能带结构变化的原因是d电子和p电子的自旋波动受到周围势场的影响，d轨道和p轨道形成了非正交的线性耦合轨道，如p_z-d_xx-yy、p_x-d_zx和p_y-d_yz。应力对磁性质的影响主要体现在d_zx和d_yz自旋轨道对应力的响应上。随着应力的增加，d_yz轨道的占据率增加，而d_xy、d_yz、d_xz、d_xx-yy和d_zz轨道的自旋方向发生反转。d_zx自旋轨道的占据率增加，而d_yz自旋轨道的占据率减少，其他轨道的变化不明显。因此，轨道耦合、轨道分布和自旋电荷空间分布都受到了影响。在应力作用下，d轨道和p轨道之间的耦合形成了σ键和π键。p轨道与σ键之间的相互作用较强，而p轨道与π键之间的相互作用较弱，这是单层NiZr在应力作用下磁性质变化的主要原因之一。

利益冲突

作者声明没有利益冲突。

数据可用性声明

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