Based on a first-principles computational method treating the local Coulomb repulsion of U and Hund's coupling of J separately, we investigate the effects of these important interactions on the electronic and magnetic structures of a layered ferromagnetic semiconductor CrGeTe3. We show that explicit inclusion of a density functional for the coupling J is critical to obtain proper bandgaps of a single-layer and bulk systems with a reasonable U, unlike a usual approximation treating those together. After obtaining reliable U and J, we also study the effects of strain on its energy gap. Within 2% of tensile and compressive strains, respectively, there is no strain-induced semiconductor-to-metal transition, contrary to the results without J, thus highlighting important roles of exchange interactions.
REFERENCES
1.
K. S.
Burch
, D.
Mandrus
, and J.-G.
Park
, Nature
563
, 47
(2018
). 2.
3.
Y.
Deng
, Y.
Yu
, Y.
Song
, J.
Zhang
, N. Z.
Wang
, Z.
Sun
, Y.
Yi
, Y. Z.
Wu
, S.
Wu
, J.
Zhu
, J.
Wang
, X. H.
Chen
, and Y.
Zhang
, Nature
563
, 94
(2018
). 4.
A. K.
Geim
and I. V.
Grigorieva
, Nature
499
, 419
(2013
). 5.
M.
Xu
, T.
Liang
, M.
Shi
, and H.
Chen
, Chem. Rev.
113
, 3766
(2013
). 6.
G. R.
Bhimanapati
, Z.
Lin
, V.
Meunier
, Y.
Jung
, J.
Cha
, S.
Das
, D.
Xiao
, Y.
Son
, M. S.
Strano
, V. R.
Cooper
, L.
Liang
, S. G.
Louie
, E.
Ringe
, W.
Zhou
, S. S.
Kim
, R. R.
Naik
, B. G.
Sumpter
, H.
Terrones
, F.
Xia
, Y.
Wang
, J.
Zhu
, D.
Akinwande
, N.
Alem
, J. A.
Schuller
, R. E.
Schaak
, M.
Terrones
, and J. A.
Robinson
, ACS Nano
9
, 11509
(2015
). 7.
M.
Gibertini
, M.
Koperski
, A. F.
Morpurgo
, and K. S.
Novoselov
, Nat. Nanotechnol.
14
, 408
(2019
). 8.
B.
Huang
, G.
Clark
, D. R.
Klein
, D.
MacNeill
, E.
Navarro-Moratalla
, K. L.
Seyler
, N.
Wilson
, M. A.
McGuire
, D. H.
Cobden
, D.
Xiao
, W.
Yao
, P.
Jarillo-Herrero
, and X.
Xu
, Nat. Nanotechnol.
13
, 544
(2018
). 9.
B.
Huang
, G.
Clark
, E.
Navarro-Moratalla
, D. R.
Klein
, R.
Cheng
, K. L.
Seyler
, D.
Zhong
, E.
Schmidgall
, M. A.
McGuire
, D. H.
Cobden
, W.
Yao
, D.
Xiao
, P.
Jarillo-Herrero
, and X.
Xu
, Nature
546
, 270
(2017
). 10.
J. U.
Lee
, S.
Lee
, J. H.
Ryoo
, S.
Kang
, T. Y.
Kim
, P.
Kim
, C. H.
Park
, J. G.
Park
, and H.
Cheong
, Nano Lett.
16
, 7433
(2016
). 11.
D.
Zhong
, K. L.
Seyler
, X.
Linpeng
, R.
Cheng
, N.
Sivadas
, B.
Huang
, E.
Schmidgall
, T.
Taniguchi
, K.
Watanabe
, M. A.
McGuire
, W.
Yao
, D.
Xiao
, K. M. C.
Fu
, and X.
Xu
, Sci. Adv.
3
, e1603113
(2017
). 12.
M.
Bonilla
, S.
Kolekar
, Y.
Ma
, H. C.
Diaz
, V.
Kalappattil
, R.
Das
, T.
Eggers
, H. R.
Gutierrez
, M. H.
Phan
, and M.
Batzill
, Nat. Nanotechnol.
13
, 289
(2018
). 13.
D. J.
O’Hara
, T.
Zhu
, A. H.
Trout
, A. S.
Ahmed
, Y. K.
Luo
, C. H.
Lee
, M. R.
Brenner
, S.
Rajan
, J. A.
Gupta
, D. W.
McComb
, and R. K.
Kawakami
, Nano Lett.
18
, 3125
(2018
). 14.
T. J.
Williams
, A. A.
Aczel
, M. D.
Lumsden
, S. E.
Nagler
, M. B.
Stone
, J. Q.
Yan
, and D.
Mandrus
, Phys. Rev. B
92
, 144404
(2015
). 15.
S.
Manzeli
, D.
Ovchinnikov
, D.
Pasquier
, O. V.
Yazyev
, and A.
Kis
, Nat. Rev. Mater.
2
, 17033
(2017
). 16.
M. R.
Molas
, C.
Faugeras
, A. O.
Slobodeniuk
, K.
Nogajewski
, M.
Bartos
, D. M.
Basko
, and M.
Potemski
, 2D Mater.
4
, 021003
(2017
). 17.
W. S.
Yun
, S. W.
Han
, S. C.
Hong
, I. G.
Kim
, and J. D.
Lee
, Phys. Rev. B
85
, 033305
(2012
).18.
C.
Gong
, L.
Li
, Z.
Li
, H.
Ji
, A.
Stern
, Y.
Xia
, T.
Cao
, W.
Bao
, C.
Wang
, Y.
Wang
, Z. Q.
Qiu
, R. J.
Cava
, S. G.
Louie
, J.
Xia
, and X.
Zhang
, Nature
546
, 265
(2017
). 19.
X.
Zhang
, Y.
Zhao
, Q.
Song
, S.
Jia
, J.
Shi
, and W.
Han
, Jpn. J. Appl. Phys.
55
, 033001
(2016
). 20.
Y.
Fang
, S.
Wu
, Z. Z.
Zhu
, and G. Y.
Guo
, Phys. Rev. B
98
, 125416
(2018
). 21.
G.
Menichetti
, M.
Calandra
, and M.
Polini
, 2D Mater.
6
, 045042
(2019
). 22.
S.
Kang
, S.
Kang
, and J.
Yu
, J. Electron. Mater.
48
, 1441
(2019
). 23.
Z.
Hao
, H.
Li
, S.
Zhang
, X.
Li
, G.
Lin
, X.
Luo
, Y.
Sun
, Z.
Liu
, and Y.
Wang
, Sci. Bull.
63
, 825
(2018
). 24.
N.
Sivadas
, M. W.
Daniels
, R. H.
Swendsen
, S.
Okamoto
, and D.
Xiao
, Phys. Rev. B
91
, 235425
(2015
). 25.
X.
Li
and J.
Yang
, J. Mater. Chem. C
2
, 7071
(2014
). 26.
B.
Siberchicot
, S.
Jobic
, V.
Carteaux
, P.
Gressier
, and G.
Ouvrard
, J. Phys. Chem.
100
, 5863
(1996
). 27.
V.
Carteaux
, D.
Brunet
, G.
Ouvrard
, and G.
Andre
, J. Phys. Condens. Matter
7
, 69
(1995
). 28.
M.
Suzuki
, B.
Gao
, K.
Koshiishi
, S.
Nakata
, K.
Hagiwara
, C.
Lin
, Y. X.
Wan
, H.
Kumigashira
, K.
Ono
, S.
Kang
, S.
Kang
, J.
Yu
, M.
Kobayashi
, S. W.
Cheong
, and A.
Fujimori
, Phys. Rev. B
99
, 161401
(2019
). 29.
Y. F.
Li
, W.
Wang
, W.
Guo
, C. Y.
Gu
, H. Y.
Sun
, L.
He
, J.
Zhou
, Z. B.
Gu
, Y. F.
Nie
, and X. Q.
Pan
, Phys. Rev. B
98
, 125127
(2018
). 30.
H.
Ji
, R. A.
Stokes
, L. D.
Alegria
, E. C.
Blomberg
, M. A.
Tanatar
, A.
Reijnders
, L. M.
Schoop
, T.
Liang
, R.
Prozorov
, K. S.
Burch
, N. P.
Ong
, J. R.
Petta
, and R. J.
Cava
, J. Appl. Phys.
114
, 114907
(2013
). 31.
S. L.
Dudarev
, G. A.
Botton
, S. Y.
Savrasov
, C. J.
Humphreys
, and A. P.
Sutton
, Phys. Rev. B
57
, 1505
(1998
). 32.
A. G.
Petukhov
, I. I.
Mazin
, L.
Chioncel
, and A. I.
Lichtenstein
, Phys. Rev. B
67
, 1531061
(2003
). 33.
A. I.
Lichtenstein
, V. I.
Anisimov
, and J.
Zaanen
, Phys. Rev. B
52
, R5467
(1995
). 34.
Z.
Lin
, M.
Lohmann
, Z. A.
Ali
, C.
Tang
, J.
Li
, W.
Xing
, J.
Zhong
, S.
Jia
, W.
Han
, S.
Coh
, W.
Beyermann
, and J.
Shi
, Phys. Rev. Mater.
2
, 051004
(2018
). 35.
K.
Wang
, T.
Hu
, F.
Jia
, G.
Zhao
, Y.
Liu
, I. V.
Solovyev
, A. P.
Pyatakov
, A. K.
Zvezdin
, and W.
Ren
, Appl. Phys. Lett.
114
, 092405
(2019
). 36.
N.
Troullier
and J. L.
Martins
, Phys. Rev. B
43
, 1993
(1991
). 37.
D.
Sánchez-Portal
, P.
Ordejón
, E.
Artacho
, and J. M.
Soler
, Int. J. Quantum Chem.
65
, 453
(1997
). 38.
N.
Lee
, E.
Ko
, H. Y.
Choi
, Y. J.
Hong
, M.
Nauman
, W.
Kang
, H. J.
Choi
, Y. J.
Choi
, and Y.
Jo
, Adv. Mater.
30
, 1805564
(2018
). 39.
D. I.
Khomskii
, Transition Metal Compounds
(Cambridge University Press
, 2014
).40.
E.
Pavarini
, E.
Koch
, D.
Vollhardt
, and A. L.
Eds
, The LDA+DMFT Approach to Strongly Correlated Materials Modeling and Simulation
(Forschungszentrum Jülich GmbH Institute for Advanced Simulations Grafische
, 2011
).41.
H. L.
Zhuang
, Y.
Xie
, P. R. C.
Kent
, and P.
Ganesh
, Phys. Rev. B
92
, 035407
(2015
). 42.
C.
Xu
, J.
Feng
, H.
Xiang
, and L.
Bellaiche
, Npj Comput. Mater.
4
, 57
(2018
). 43.
H.
Xiang
, C.
Lee
, H. J.
Koo
, X.
Gong
, and M. H.
Whangbo
, Dalton Trans.
42
, 823
(2013
). 44.
H. J.
Xiang
, E. J.
Kan
, S. H.
Wei
, M. H.
Whangbo
, and X. G.
Gong
, Phys. Rev. B
84
, 224429
(2011
). 45.
M. H.
Whangbo
, H. J.
Koo
, and D.
Dai
, J. Solid State Chem.
176
, 417
(2003
). 46.
R. S.
Mulliken
, J. Chem. Phys.
23
, 1833
(1955
). © 2020 Author(s).
2020
Author(s)
You do not currently have access to this content.
