Exploring electron-electron interaction and magnetic phases in few layers of CrI3

Abstract

El estudio de materiales bidimensionales (2D) ha traído sorprendentes resultados en el área de la física. La lista de posibles materiales 2D no deja de crecer y no está limitada por una sola capa atómica (grafeno, siliceno, fosforeno, entre otros), también incluye materiales con dos o más componentes formando planos atómicos fuertemente ligados (dicalcogenuros de metales de transición, haluros de metales de transición, . . . ) [1, 2]. Recientemente se midieron las propiedades magnéticas en mo nocapas de la familia de los trihaluros de metales de transición, en especí co, CrI3 [3, 4]. Debido a efectos de repulsión y localización electrónica, la descripción apro piada de los orbitales 3d del Cr es compleja. En el marco de la teoría de la densidad funcional (DFT), el problema de localización se intenta solucionar principalmente de dos maneras; con funcionales híbridos (por ejemplo HSE06) que incorporan una parte del intercambio exacto de la teoría Hartree-Fock, o incluyendo un parámetro de repulsión electrónica Hubbard U. Por una parte, usar funcionales híbridos es compu tacionalmente costoso, y, por la otra parte, el término Hubbard U no es transferible y no puede ser determinado directamente. En esta tesis, proponemos una forma diferente de obtener el valor de la corrección Hubbard U para las capas de CrI3. Ajustamos los valores de U en el cálculo de la densidad de estados de DFT con GGA+U a aquellos obtenidos con el cálculo con el funcional híbrido HSE06. Obtenemos los mejores resultados al colocar una corrección de Hubbard en los orbitales d de cromo (U(Cr3d)= 3.5 eV) y los orbitales p de yodo (U(I5p)= 2.0 eV). Aplicamos estos resultados para calcular el orden magnético en la monocapa y la bicapa de CrI3. Además encontramos que para la bicapa es necesario incluir una interacción van de Waals del tipo DF para predecir correctamente el orden magnético de las estructuras LT y HT del CrI3