研究表明:原子的范德华异质结构,能同时表现出铁磁性和铁电性!

原标题:研究表明:原子的范德华异质结构,能同时表现出铁磁性和铁电性!

多铁性被定义为同时表现出铁磁性和铁电性的材料,这些特性使这些材料成为具有多种应用前景的新型多功能材料。然而,如何提高多铁材料的铁磁性和铁电性仍然是一个很大挑战。现在由UNIST自然科学学院的Geunsik Lee教授和美国加州大学伯克利分校的张翔(音译)教授联合进行的一项研究表明,范德华(VDW)力量可以用来解决这一问题,因此引起了相当大的学术关注。

在发表在《自然通讯》期刊上的研究中,研究人员论证了实现二维异质多铁材料新概念的可行性。方法是一种通过化学键紧密结合铁磁和铁电材料来增强两种性质之间相互作用的新方法。该方法已经由研究人员通过理论计算进行了测试,通过VDW力使用化学键合。多铁材料同时表现出铁电和磁性有序,可以通过电场控制磁性,反之亦然。通过电场控制磁性的技术,对于高密度存储器件的发展尤其重要。为了实现这一技术,这些铁序之间的相互作用越大,效果就越好。

在单一材料中同时包含铁磁性和铁电性的多铁材料上进行了广泛研究。然而,所有这些材料在室温下都没有表现出多铁行为。由于这个原因,特别关注实现2D异质多铁材料的新方法,其中铁电材料和磁性材料被结合在一起。在研究中,研究小组提出了“非共价二维异质结构多铁材料”的新概念,通过堆叠铁磁Cr2Ge2Te6和铁电In2Se3的原子层,从而形成全原子多铁性。还从实验和理论上研究了二维异质多铁材料的铁磁和铁电性质。

这一结合的实验和理论研究揭示了新多铁材料能够通过电场完全控制磁性,甚至在两种材料之间的界面上也是如此。研究人员假设的力不是共价键,而是范德华力(术语“范德华力”是指分子之间的瞬时吸引力,如双原子自由元素和单个原子)。这些力可能是吸引的,也可能是排斥的,这取决于所涉及分子之间的距离。本研究采用第一性原理DFT计算了由铁磁Cr2Ge2Te6和铁电In2Se3单层组成的VDW异质结构。

通过反转In2Se3的电极化,计算得到Cr2Ge2Te6的磁晶各向异性在易轴和易面之间发生变化(即铁磁顺序的开/关),这有望实现一种新颖的磁存储器设计。此外,In2Se3成为磁性铁电材料,根据其自身的电极化,具有可切换的自旋极化。理论上,该已经证明层状铁电和铁磁可以与范德华力在化学上耦合,从而将磁性改变为比传统大得多的值。设想,多铁性的二重性潜在地丰富了层分辨数据存储和信息处理,这是由于组成层的不同磁电和磁光属性。返回搜狐,查看更多

博科园|研究/来自:蔚山国立科学技术研究所
参考期刊《自然通讯》
DOI: 10.1038/s41467-019-10693-0
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