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High-Throughput Inverse Design for 2D Ferroelectric Rashba Semiconductors
Journal of the American Chemical Society ( IF 14.4 ) Pub Date : 2022-10-16 , DOI: 10.1021/jacs.2c08827 Jiajia Chen 1 , Kai Wu 1 , Wei Hu 1 , Jinlong Yang 1
Journal of the American Chemical Society ( IF 14.4 ) Pub Date : 2022-10-16 , DOI: 10.1021/jacs.2c08827 Jiajia Chen 1 , Kai Wu 1 , Wei Hu 1 , Jinlong Yang 1
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A long-standing goal in spintronics is electric control of spin. Herein, we perform an inverse design to search for 2D ferroelectric Rashba semiconductors, whose spin texture can be precisely and readily reversed by switching ferroelectric polarization via the electric field. The inverse design involves defining and utilizing the design principles of the Rashba effect and ferroelectricity. After screening materials from a database based on the enabling design principles, we identify three potential types of structure that simultaneously possess the Rashba effect and ferroelectricity, including A2P2X6 type (space group P31m), ABP2X6 type (space group P3), and AB type (space group P3m1). By performing high-throughput density functional theory calculations of three types of structure and material screening by the optimizing design principles, we find that 14 AB monolayers are promising 2D ferroelectric Rashba semiconductors due to their pure Rashba effect in the conduction band minimum, thinnest 2D Rashba structure, and surmountable energy barriers for ferroelectric polarization. The electrically reversible spin texture makes ferroelectric Rashba semiconductors promising candidates for next-generation spintronics in the future.
中文翻译：
二维铁电 Rashba 半导体的高通量逆向设计
自旋电子学的一个长期目标是对自旋进行电控制。在这里，我们进行了逆向设计来寻找二维铁电 Rashba 半导体，其自旋纹理可以通过电场切换铁电极化来精确且容易地反转。逆向设计涉及定义和利用 Rashba 效应和铁电性的设计原理。根据使能设计原则从数据库中筛选材料后，我们确定了三种同时具有 Rashba 效应和铁电性的潜在结构类型，包括 A 2 P 2 X 6型（空间群P 31 m）、ABP 2 X 6型（空间群P 3) 和 AB 型（空间群P 3 m 1）。通过优化设计原理对三种结构和材料筛选进行高通量密度泛函理论计算，我们发现14个AB单层由于其在导带最小的纯Rashba效应，最薄的2D Rashba，是有前途的2D铁电Rashba半导体。结构和可克服的铁电极化能垒。电可逆的自旋结构使铁电 Rashba 半导体有望成为未来下一代自旋电子学的候选者。
更新日期：2022-10-16
中文翻译：
二维铁电 Rashba 半导体的高通量逆向设计
自旋电子学的一个长期目标是对自旋进行电控制。在这里，我们进行了逆向设计来寻找二维铁电 Rashba 半导体，其自旋纹理可以通过电场切换铁电极化来精确且容易地反转。逆向设计涉及定义和利用 Rashba 效应和铁电性的设计原理。根据使能设计原则从数据库中筛选材料后，我们确定了三种同时具有 Rashba 效应和铁电性的潜在结构类型，包括 A 2 P 2 X 6型（空间群P 31 m）、ABP 2 X 6型（空间群P 3) 和 AB 型（空间群P 3 m 1）。通过优化设计原理对三种结构和材料筛选进行高通量密度泛函理论计算，我们发现14个AB单层由于其在导带最小的纯Rashba效应，最薄的2D Rashba，是有前途的2D铁电Rashba半导体。结构和可克服的铁电极化能垒。电可逆的自旋结构使铁电 Rashba 半导体有望成为未来下一代自旋电子学的候选者。
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