Robustness of ferromagnetism in van der Waals magnet FeGeTe to hydrostatic pressure

ファンデルワールス強磁性体FeGeTeにおける静水圧に対する頑強な強磁性

Wang, Y.*; Zeng, X.-T.*; Li, B.*; Su, C.*; 服部 高典   ; Sheng, X.-L.*; Jin, W.*

Wang, Y.*; Zeng, X.-T.*; Li, B.*; Su, C.*; Hattori, Takanori; Sheng, X.-L.*; Jin, W.*

二次元ファンデルワールス強磁性体FeGeTe(FGT)は、その高いキュリー温度、容易な調整性、空気中での優れた構造安定性から、スピントロニクスデバイスへの応用に大きな可能性を秘めている。理論的研究により、外部パラメータとしての圧力が強磁性特性に大きく影響することが示されている。本研究では、5GPaまでの高圧中性子粉末回折(NPD)実験を行い、FGTの静水圧による構造及び磁気特性の変化を調べた。NPDデータは、静水圧による見かけ上の抑制にもかかわらず、FGTにおける強磁性の頑健性を明らかにした。圧力が0から5GPaまで増加すると、キュリー温度は225(5)Kから175(5)Kまで単調減少し、Feの秩序モーメントが劇的に抑制されることがわかった。圧力による構造相転移は5GPaまで観測されなかったが、結合長と結合角の変化を定量的に解析した結果、交換相互作用が大きく変化していることがわかった。

Two-dimensional van der Waals ferromagnet FeGeTe (FGT) holds a great potential for applications in spintronic devices, due to its high Curie temperature, easy tunability, and excellent structural stability in air. In this study, we have performed high-pressure neutron powder diffraction (NPD) up to 5 GPa, to investigate the evolution of its structural and magnetic properties with hydrostatic pressure. The NPD data clearly reveal the robustness of the ferromagnetism in FGT, despite of an apparent suppression by hydrostatic pressure. As the pressure increases from 0 to 5 GPa, the Curie temperature is found to decrease monotonically from 225(5) K to 175(5) K, together with a dramatically suppressed ordered moment of Fe, which is well supported by the first-principles calculations. Although no pressure-driven structural phase transition is observed up to 5 GPa, quantitative analysis on the changes of bond lengths and bond angles indicate a significant modification of the exchange interactions, which accounts for the pressure-induced suppression of the ferromagnetism in FGT.