Sliding ferroelectricity and ferroelectricity-valley coupling in Janus RuXY (X, Y = Cl, Br, I) bilayers

杰纳斯 铁电性 凝聚态物理 材料科学 联轴节(管道) 电负性 极化(电化学) 多铁性 范德瓦尔斯力 双层 异质结 激子 化学物理 电荷(物理) 卤素 电子能带结构 结晶学
作者
Shuisheng Yi,Peiyao Chen,LIAO Yumin,Xumin Chen,Dexuan Huo
出处
期刊:Nanoscale [Royal Society of Chemistry]
卷期号:18 (12): 6434-6441
标识
DOI:10.1039/d5nr04816h
摘要

Two-dimensional Janus transition-metal dihalides RuXY (X, Y = Cl, Br, I) constitute a class of van der Waals multiferroic materials with the coexistence of sliding ferroelectricity and interlayer antiferromagnetism. Here, we report the sliding ferroelectricity and ferroelectricity-valley coupling in Janus RuXY bilayers based on first-principles calculations. The out-of-plane ferroelectric polarization, which originates from vertical charge transfer induced by broken mirror symmetry, can be reversed through interlayer sliding. The relative electronegativity of the halogens strongly determines the enhancements or reductions of the polarizations of Janus RuXY bilayers. In addition, the valley polarization and valley splitting at the K/K' points in Janus RuXY bilayers are inverted upon ferroelectric switching due to interlayer sliding, demonstrating a potential ferroelectricity-valley coupling mechanism - the regulation of the valley state by the sliding ferroelectric polarization. Furthermore, atomically projected band structures illustrate that Ru atoms dominate the valley behavior, while contributions from halogen atoms are negligible. The coexistence of low switching energy and strong ferroelectricity-valley coupling makes Janus RuXY bilayers a promising platform for energy-efficient multiferroic and valleytronic devices.
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