Dupont, Maxime, Kvashnin, Yaroslav O., Shiranzaei, Mahroo, Fransson, Jonas, Laflorencie, Nicolas, Kantian, Adrian, University of California [Berkeley] (UC Berkeley), University of California (UC), Lawrence Berkeley National Laboratory [Berkeley] (LBNL), Department of Physics and Astronomy, Uppsala University, Uppsala University, Fermions Fortement Corrélés (LPT) (FFC), Laboratoire de Physique Théorique (LPT), Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Fédération de recherche « Matière et interactions » (FeRMI), Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Institute of Photonics and Quantum Sciences, Heriot-Watt University [Edinburgh] (HWU), ANR-16-CE30-0023,THERMOLOC,Thermalisation et localisation dans les systèmes à N corps: compréhension théorique et intêret experimental(2016), ANR-19-CE30-0013,GLADYS,De la nature vitreuse des systèmes quantiques désordonnés(2019), Department of Physics, University of California at Berkeley, USA, Department of Physics and Astronomy, Uppsala University, Box 516, S-751 20, Uppsala, Sweden, Institut de Recherche sur les Systèmes Atomiques et Moléculaires Complexes (IRSAMC), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche sur les Systèmes Atomiques et Moléculaires Complexes (IRSAMC), and Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
The monolayer halides CrX$_3$ (X=Cl, Br, I) attract significant attention for realizing 2D magnets with genuine long-range order (LRO), challenging the Mermin-Wagner theorem. Here, we show that monolayer CrCl$_3$ has the unique benefit of exhibiting tunable magnetic anisotropy upon applying a compressive strain. This opens the possibility to use CrCl$_3$ for producing and studying both ferromagnetic and antiferromagnetic 2D Ising-type LRO as well as the Berezinskii-Kosterlitz-Thouless (BKT) regime of 2D magnetism with quasi-LRO. Using state-of-the-art density functional theory, we explain how realistic compressive strain could be used to tune the monolayer's magnetic properties so that it could exhibit any of these phases. Building on large-scale quantum Monte Carlo simulations, we compute the phase diagram of strained CrCl$_3$, as well as the magnon spectrum with spin-wave theory. Our results highlight the eminent suitability of monolayer CrCl$_3$ to achieve very high BKT transition temperatures, around 50 K, due to their singular dependence on the weak easy-plane anisotropy of the material., 6 pages (4 figures) + 4 pages (6 figures)