Two-dimensional multiferroic semiconductors with coexisting ferroelectricity and ferromagnetism
Two-dimensional multiferroic semiconductors with coexisting ferroelectricity and ferromagnetism
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铁电性和铁磁性共存的二维多铁性半导体
DOI：
10.1063/1.5038037
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发表时间：
2018-07
影响因子：
4
通讯作者：
Qian Xiaofeng
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Qi Jingshan;Wang Hua;Chen Xiaofang;Qian Xiaofeng
低维多铁性虽然在自然界中非常罕见，但由于基础和技术利益而引起了人们的极大关注。利用第一性原理密度泛函理论，我们证明了单层过渡金属磷硫族化合物（TMPC）- CuMP$_2$X$_6$（M=Cr，V; X=S，Se）的铁磁性和铁电性可以共存.这些货车范德华层状材料代表了一类同时具有铁电和铁磁有序的2D多铁性半导体。在这些单层材料中，铜原子自发地远离中心原子平面，引起非平凡的电偶极矩沿着平面法线。此外，它们的铁磁性来源于Cr/V原子间的间接交换作用，而它们的面外铁电性则暗示了通过外加垂直电场控制电极化的可能性。因此，单层半导体TMPC提供了固态2D材料平台，用于实现用顶部和底部电极图案化的2D纳米级开关和存储器器件。
Low-dimensional multiferroicity, though highly scarce in nature, has attracted great attention due to both fundamental and technological interests. Using first-principles density functional theory, we show that ferromagnetism and ferroelectricity can coexist in monolayer transition metal phosphorus chalcogenides (TMPCs) - CuMP$_2$X$_6$ (M=Cr, V; X=S, Se). These van der Waals layered materials represent a class of 2D multiferroic semiconductors that simultaneously possess ferroelectric and ferromagnetic orders. In these monolayer materials, Cu atoms spontaneously move away from the center atomic plane, giving rise to nontrivial electric dipole moment along the plane normal. In addition, their ferromagnetism originates from indirect exchange interaction between Cr/V atoms, while their out-of-plane ferroelectricity suggests the possibility of controlling electric polarization by external vertical electric field. Monolayer semiconducting TMPCs thus provide a solid-state 2D materials platform for realizing 2D nanoscale switches and memory devices patterned with top and bottom electrodes.
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