Spin phenomena in 2D materials – highly anisotropic magnets at the monolayer limit

• Applicant: Dr. Daniel Weber
• Subject Area: Solid State and Surface Chemistry, Material Synthesis ; Experimental Condensed Matter Physics
• Term: from 2018 to 2019
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 405560254

• Final Report Year: 2019

Final Report Abstract

Im Rahmen des Projekts wurden die magnetischen Eigenschaften von van der Waals Kristallen über verschiedene Methoden mit dem technologisch hochrelevanten Ziel untersucht, die ferromagnetische Sprungtemperatur zu erhöhen. Durch die Interkalation von Natrium in den schichtartigen, metallischen Ferromagneten Fe2.78GeTe2 konnte gezeigt werden, dass sowohl Spannungen des Kristallgitters als auch die Anzahl der Elektronen einen maßgeblichen Einfluss auf die Sprungtemperatur haben, jedoch die Kontrolle von Nebenphasen wichtig ist. Studien zur ferromagnetischer Resonanzspektroskopie an dem Isolator CrI3 zeigten, dass sich dessen Magnetismus im Rahmen des Kitaev-Heisenberg-Modell verstehen lässt, welches hierzu für S = 3/2 Materialien modifiziert wurde. Dünnt man CrI3 auf wenige Schichten herunter und legt Druck an, wird die Stapelfolge der Schichten geändert und die magnetische Sprungtemperatur TC steigt um 33 %. Die bearbeiteten Projekte erkunden chemische und physikalische Parameter um den Weg zu neuartigen Materialien für Spin- und Topologie basierte Informationstechnologie bei Raumtemperatur zu eröffnen.

Publications

• Nano Letters 2019, 19, 5031-3035, “Decomposition-Induced Room-Temperature Magnetism of the Na-Intercalated Layered Ferromagnet Fe3−xGeTe2”
  Daniel Weber, Amanda H. Trout, David W. McComb, Joshua E. Goldberger
  (See online at https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.9b01287)
• Nature Materials 2019, “Pressure-controlled interlayer magnetism in atomically thin CrI 3”
  Tingxin Li, Shengwei Jiang, Nikhil Sivadas, Zefang Wang, Yang Wu, Daniel Weber, Joshua E. Goldberger, Kenji Watanabe, Takashi Taniguchi, Craig J. Fennie, Kin Fai Mak, Jie Shan
  (See online at https://doi.org/10.1038/s41563-019-0506-1)
• Physical Review Letters 2019, Fundamental Spin Interactions Underlying the Magnetic Anisotropy in the Kitaev Ferromagnet CrI 3
  Inhee Lee, Franz G. Utermohlen, Kyusung Hwang, Daniel Weber, Chi Zhang, Johan van Tol, Joshua E. Goldberger, Nandini Trivedi, P. Chris Hammel
  (See online at https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.124.017201)