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Artificial Multiferroics and Enhanced Magnetoelectric Effect in van der Waals Heterostructures.
ACS Applied Materials & Interfaces ( IF 8.3 ) Pub Date : 2020-01-08 , DOI: 10.1021/acsami.9b19320 Yan Lu 1, 2 , Ruixiang Fei 1 , Xiaobo Lu 1 , Linghan Zhu 1 , Li Wang 2 , Li Yang 1
ACS Applied Materials & Interfaces ( IF 8.3 ) Pub Date : 2020-01-08 , DOI: 10.1021/acsami.9b19320 Yan Lu 1, 2 , Ruixiang Fei 1 , Xiaobo Lu 1 , Linghan Zhu 1 , Li Wang 2 , Li Yang 1
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Multiferroic materials with coupled ferroelectric (FE) and ferromagnetic (FM) properties are important for multifunctional devices because of their potential ability of controlling magnetism via electric field and vice versa. The recent discoveries of two-dimensional (2D) FM and FE materials have ignited tremendous research interest and aroused hope to search for 2D multiferroics. However, intrinsic 2D multiferroic materials and, particularly, those with strong magnetoelectric couplings are still rare to date. In this paper, using first-principles simulations, we propose artificial 2D multiferroics via a van der Waals (vdW) heterostructure formed by FM bilayer chromium triiodide (CrI3) and FE monolayer Sc2CO2. In addition to the coexistence of ferromagnetism and ferroelectricity, our calculations show that, by switching the electric polarization of Sc2CO2, we can tune the interlayer magnetic couplings of bilayer CrI3 between the FM and antiferromagnetic states. We further reveal that such a strong magnetoelectric effect is from a dramatic change of the band alignment induced by the strong built-in electric polarization in Sc2CO2 and the subsequent change of the interlayer magnetic coupling of bilayer CrI3. These artificial multiferroics and enhanced magnetoelectric effect give rise to realizing multifunctional nanoelectronics by vdW heterostructures.
中文翻译：
范德华异质结构中的人工多铁磁和增强的磁电效应。
具有耦合铁电（FE）和铁磁（FM）特性的多铁材料对于多功能设备非常重要，因为它们具有通过电场控制磁场的潜在能力，反之亦然。二维（2D）FM和FE材料的最新发现激发了巨大的研究兴趣，并激起了寻找2D多重铁的希望。但是，迄今为止，固有的二维多铁性材料，尤其是具有强磁电耦合的材料仍然很少见。在本文中，使用第一性原理模拟，我们通过由FM双层三碘化铬（CrI3）和FE单层Sc2CO2形成的范德华（vdW）异质结构提出了人工2D多铁性体。除了铁磁性和铁电的共存，我们的计算还表明，通过切换Sc2CO2的电极化，我们可以在FM和反铁磁状态之间调节双层CrI3的层间磁耦合。我们进一步揭示，这种强的磁电效应是由于Sc2CO2中强大的内置极化引起的能带排列的剧烈变化以及双层CrI3的层间磁耦合的随后变化。这些人工多铁性化合物和增强的磁电效应导致通过vdW异质结构实现多功能纳米电子学。我们进一步揭示，这种强的磁电效应是由于Sc2CO2中强大的内建极化引起的能带排列的急剧变化以及双层CrI3的层间磁耦合的随后变化。这些人工多铁性化合物和增强的磁电效应导致通过vdW异质结构实现多功能纳米电子学。我们进一步揭示，这种强的磁电效应是由于Sc2CO2中强大的内置极化引起的能带排列的剧烈变化以及双层CrI3的层间磁耦合的随后变化。这些人工多铁性化合物和增强的磁电效应导致通过vdW异质结构实现多功能纳米电子学。
更新日期：2020-01-22
中文翻译：
范德华异质结构中的人工多铁磁和增强的磁电效应。
具有耦合铁电（FE）和铁磁（FM）特性的多铁材料对于多功能设备非常重要，因为它们具有通过电场控制磁场的潜在能力，反之亦然。二维（2D）FM和FE材料的最新发现激发了巨大的研究兴趣，并激起了寻找2D多重铁的希望。但是，迄今为止，固有的二维多铁性材料，尤其是具有强磁电耦合的材料仍然很少见。在本文中，使用第一性原理模拟，我们通过由FM双层三碘化铬（CrI3）和FE单层Sc2CO2形成的范德华（vdW）异质结构提出了人工2D多铁性体。除了铁磁性和铁电的共存，我们的计算还表明，通过切换Sc2CO2的电极化，我们可以在FM和反铁磁状态之间调节双层CrI3的层间磁耦合。我们进一步揭示，这种强的磁电效应是由于Sc2CO2中强大的内置极化引起的能带排列的剧烈变化以及双层CrI3的层间磁耦合的随后变化。这些人工多铁性化合物和增强的磁电效应导致通过vdW异质结构实现多功能纳米电子学。我们进一步揭示，这种强的磁电效应是由于Sc2CO2中强大的内建极化引起的能带排列的急剧变化以及双层CrI3的层间磁耦合的随后变化。这些人工多铁性化合物和增强的磁电效应导致通过vdW异质结构实现多功能纳米电子学。我们进一步揭示，这种强的磁电效应是由于Sc2CO2中强大的内置极化引起的能带排列的剧烈变化以及双层CrI3的层间磁耦合的随后变化。这些人工多铁性化合物和增强的磁电效应导致通过vdW异质结构实现多功能纳米电子学。
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