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2023年6月26日，Nano Lett.在線發表了東北大學張憲民教授課題組的研究論文，題目為《Coexisting Ferroelectric and Ferrovalley Polarizations in Bilayer Stacked Magnetic Semiconductors》。

東北大學張憲民團隊Nano Lett.: 雙層堆垛磁半導體中鐵電和鐵谷極化的共存

二維范德華材料在下一代電子器件的發展中顯示出巨大的潛力。二維材料的范德華相互作用強烈影響其化學和物理性質，其中層的堆垛順序可能會導致反常行為。長期以來，人們一直認為鐵電和鐵谷極化在一個磁性半導體中的共存可以為電子器件的革命提供可能性。在此研究中，作者對單層和雙層YI₂進行了探索。單層YI₂是一種鐵磁半導體，并且表現出高達105 meV的谷極化。無論堆垛順序如何，所有的雙層YI₂都顯示出反鐵磁態。有趣的是，具有3R型堆垛的雙層YI₂不僅表現出谷極化，而且還表現出意想不到的鐵電極化，這證明了鐵谷和多鐵性的同時存在。此外，3R型雙層YI₂的谷極化可以通過電場控制的鐵電極化方向或使用外磁場操縱的磁化方向來反轉。這種驚人的現象也在二維范德華LaI₂和GdBr₂雙層中得到了證明。基于同時存在的鐵谷和多鐵性特征，這項研究提出了一種多功能器件的設計思想。

東北大學張憲民團隊Nano Lett.: 雙層堆垛磁半導體中鐵電和鐵谷極化的共存

圖1?單層YI₂的晶體結構、自旋分辨能帶和Berry曲率

圖2?雙層YI₂的堆垛結構

圖3?雙層YI₂的滑移能壘、靜電勢和極化大小

東北大學張憲民團隊Nano Lett.: 雙層堆垛磁半導體中鐵電和鐵谷極化的共存

圖4?雙層YI₂的自旋分辨能帶和Berry曲率

圖5?結合谷極化的電磁調節說明其操作機制

【論文鏈接】

Wu, Y., Tong, J., Deng, L. et al.?Coexisting Ferroelectric and Ferrovalley Polarizations in Bilayer Stacked Magnetic Semiconductors.?Nano?Lett.,?2023. https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.3c01948

【其他相關文獻】

[1]?Wang, X., Yasuda, K., Zhang, Y. et al. Interfacial ferroelectricity in rhombohedral-stacked bilayer transition metal dichalcogenides.?Nat. Nanotechnol.,?2022, 17, 367–371. https://doi.org/10.1038/s41565-021-01059-z

[2]?Tong, WY., Gong, SJ., Wan, X. et al. Concepts of ferrovalley material and anomalous valley Hall effect.?Nat. Commun.,?2016, 7, 13612. https://doi.org/10.1038/ncomms13612

論文鏈接：

https://doi.org/10.1038/ncomms13612

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東北大學張憲民團隊Nano Lett.: 雙層堆垛磁半導體中鐵電和鐵谷極化的共存

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