Multistate Polarization and Enhanced Nonreciprocal Transport in Two-Dimensional van der Waals Ferroelectric Heterostructures

范德瓦尔斯力 铁电性 极化(电化学) 异质结 凝聚态物理 范德瓦尔斯曲面 材料科学 化学物理 范德瓦尔斯株 纳米技术 化学 物理 光电子学 范德瓦尔斯半径 量子力学 电介质 分子 物理化学
作者
Erqing Wang,Mingxiang Pan,Yuxiao Chen,Hui Zeng,Wenhui Duan,Huaqing Huang
出处
期刊:Nano Letters [American Chemical Society]
卷期号:25 (22): 8843-8850 被引量:5
标识
DOI:10.1021/acs.nanolett.5c00398
摘要

Achieving multiple switchable polarization states at the nanoscale is crucial to high-density nonvolatile multistate memory beyond bistable ferroelectric architectures. Here, we propose a novel strategy to realize multistate polarization and enhance nonreciprocal transport in two-dimensional (2D) van der Waals ferroelectric heterostructures. By integrating two distinct 2D ferroelectric materials with substantial spontaneous polarizations, we demonstrate that the Bi/SnTe heterostructure can support up to eight distinct polarization states. Our first-principles analysis of transforming paths and corresponding energy barriers reveals that these states can be mutually switched by applying external electric fields, facilitated by a combination of intralayer polar distortion and interlayer sliding. Moreover, the Bi/SnTe heterostructure exhibits significantly enhanced nonlinear Hall and kinetic magnetoelectric effects, closely correlated to the multistate in-plane and persistent out-of-plane polarization. These findings open new possibilities for designing advanced ferroelectric devices with multiple polarization states and enhanced nonreciprocal transport, offering a pathway toward next-generation memory and nanoelectronics.
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