Ny undersøgelse præsenterer multiferroicitet i atomare Van der Waals heterostrukturer

Multiferroics er defineret som materialer, der samtidigt udviser ferromagnetisme og ferroelektricitet. Sådanne egenskaber gør disse materialer lovende byggesten af ​​nye multifunktionelle materialer til en række forskellige anvendelser. Imidlertid, det er stadig en stor udfordring at forbedre ferromagnetismen og ferroelektriciteten i multiferroer.

En nylig undersøgelse, udført i fællesskab af professor Geunsik Lee på School of Natural Science ved UNIST og professor Xiang Zhang ved UC Berkeley i USA, viste, at van der Waals (vdW) kræfter kan bruges til at løse et sådant problem, har således tiltrukket sig betydelig akademisk opmærksomhed.

I deres undersøgelse, offentliggjort i tidsskriftet Naturkommunikation , forskerne demonstrerede muligheden for at realisere et nyt koncept for 2-D heterostructure multiferroics. Den foreslåede metode er en ny måde at forbedre interaktionen mellem to egenskaber ved tæt binding af ferromagnetiske og ferroelektriske materialer via kemisk binding. Metoden, som er blevet testet af forskerne via deres teoretiske beregninger, bruge kemisk binding af vdW -kræfterne.

Multiferroiske materialer, som viser samtidig ferroelektrisk og magnetisk bestilling, kan styre magnetismen ved elektrisk felt eller omvendt. Teknikken til at styre magnetismen ved elektrisk felt er især afgørende for udviklingen af ​​hukommelsesenheder med høj densitet. For at implementere denne teknik, jo større samspil mellem disse ferroordener, jo bedre er det.

Omfattende undersøgelser er blevet foretaget på multiferroics, indeholder både ferromagnetisme og ferroelektricitet i et enkelt materiale. Endnu, alle disse materialer har ikke udvist multiferroisk adfærd ved stuetemperatur. Af denne grund, særlig opmærksomhed er blevet henledt til den nye metode til implementering af 2-D heterostructure multiferroics, hvor ferroelektriske materialer og magnetiske materialer kombineres sammen.

I undersøgelsen, forskergruppen har foreslået det nye koncept om "Non-covalent 2-D heterostructure multiferroics" ved at stable atomlag af ferromagnetiske Cr ₂ Ge ₂ Te ₆ og ferroelektrisk In ₂ Se ₃ , derved fører til altatomisk multiferroicitet. De undersøgte også eksperimentelt og teoretisk de ferromagnetiske og ferroelektroniske egenskaber ved 2-D heterostruktur multiferroer. Denne kombinerede eksperimentelle og teoretiske undersøgelse afslører, at de nye multiferroics er i stand til at have fuld kontrol over magnetismen ved elektrisk felt, selv ved grænsefladen mellem de to materialer.

Her, de kræfter, forskerne antog, var ikke den kovalente binding, men Van der Waals styrker. Udtrykket "Van der Waals force" refererer til øjeblikkelige attraktioner mellem molekyler, som diatomiske frie elementer og individuelle atomer. Disse kræfter kan være attraktive eller frastødende, afhængigt af afstanden mellem de involverede molekyler.

Undersøgelserne anvendte DFT-beregninger med første principper på en vdW heterostruktur bestående af ferromagnetisk Cr ₂ Ge ₂ Te ₆ og ferroelektrisk In ₂ Se ₃ enkeltlag. Ved at vende den elektriske polarisering af In2Se3, den beregnede magnetokrystallinske anisotropi af Cr ₂ Ge ₂ Te ₆ skifter mellem letakse og letplan (dvs. tænde/slukke for den ferromagnetiske rækkefølge), som lover et nyt design af magnetisk hukommelse. Desuden, I ₂ Se ₃ bliver magnetisk ferroelektrisk, med omskiftelige spin -polarisationer i henhold til sin egen elektriske polarisering.

"Teoretisk set vi har bevist, at det ferroelektriske og ferromagnetiske lag kan kemisk kobles med van der Waals kræfter til at ændre de magnetiske egenskaber til en meget større værdi end de konventionelle, "siger professor Geunsik Lee." Vi forestiller os, at multiferroicitetsdualiteten potentielt beriger friheden ved lagopløst datalagring og informationsbehandling på grund af de forskellige magnetoelektriske og magneto-optiske egenskaber ved bestanddelers lag. "