反転を積み重ねて、二重層CRI3の層間磁気順序を切り替える

高温の2次元（2D）磁石であるCRI3は、層の数と層間積みパターンに応じて複雑な磁気を示します。Bilayer Cri3の場合、積み重ね順序を操作することにより、中間層磁気を強磁性（FM）と反強磁性（AFM）順序の間で調整できます。ただし、スタッキングは主にレイヤー間の翻訳によって変更されますが、層間磁気順序に対する層間の回転の効果はまだ完全に調査されていません。ここでは、Bilayer Cri3の3つのエネルギー的に安定したスタッキングパターンR3̄、C2/M、およびAAを考慮し、それらの反転した対応物R3̄-R、C2/M-R、およびAA-Rを他のレイヤーに伴って180°回転させました。私たちの最初の原則の計算は、スタッキングパターンを逆にすることで、層間磁気基盤をAFMからFM（またはFM）に切り替えることができることを示唆しています。詳細な顕微鏡分析は、FMを支持するAFMおよびC2/M-Rスタッキングを好むC2/Mスタッキングに関する磁力理論計算によって実行されました。層間磁気相互作用と磁気秩序の変化の起源は、特定の軌道分析を通じて明らかにされました。私たちの研究は、積み重ね回転がCri3の層間磁気磁気を調整し、微視的レベルでその層間磁気特性についての洞察を提供できることを示しています。

CrI3, a hot two-dimensional (2D) magnet, exhibits complex magnetism depending on the number of layers and interlayer stacking patterns. For bilayer CrI3, the interlayer magnetism can be tuned between ferromagnetic (FM) and antiferromagnetic (AFM) order by manipulating the stacking order. However, the stacking is mostly modified through translation between the layers, while the effect of rotation between the layers on the interlayer magnetic order has not yet been fully investigated. Here, we considered three energetically stable stacking patterns R3̄, C2/m and AA in bilayer CrI3, and their reversed counterparts R3̄-r, C2/m-r and AA-r through rotating one layer by 180° with respect to the other layer. Our first-principles calculations suggest that the interlayer magnetic ground state can be switched from AFM to FM (or FM to AFM) by reversing the stacking pattern. A detailed microscopic analysis was carried out by magnetic force theory calculations on C2/m stacking which favors AFM and C2/m-r stacking which favors FM. The interlayer magnetic interactions and the origin of the magnetic order change were revealed through specific orbital analysis. Our work demonstrates that stacking rotation can also tune the interlayer magnetism of CrI3 and provides insight into its interlayer magnetic properties at the microscopic level.