Spin-splitting and switchable half-metallicity in a van der Waals multiferroic CuBiP2Se6/GdClBr heterojunction

自旋电子学 凝聚态物理 材料科学 铁电性 多铁性 异质结 居里温度 铁磁性 物理 光电子学 电介质
作者
Kai Zhang,Xiaocha Wang,Wenbo Mi
出处
期刊:Physical Chemistry Chemical Physics [Royal Society of Chemistry]
卷期号:25 (29): 19773-19787 被引量:3
标识
DOI:10.1039/d3cp02466k
摘要

Multiferroic van der Waals (vdW) heterojunctions have a strong and nonvolatile magnetoelectric coupling effect, which is of great significance in spintronic devices. The electronic structure and magnetic properties of a GdClBr/CuBiP2Se6 vdW multiferroic heterojunction have been calculated using first-principles methods. Due to the spin-up charge transfer and Zeeman field, the ferroelectric CuBiP2Se6 exhibits spin splitting at the gamma point. It is found that the electronic structure and magnetic properties of the GdClBr/CuBiP2Se6 vdW multiferroic heterojunction have been significantly modulated by the electric polarization of CuBiP2Se6. During the reversal of the ferroelectric polarization of CuBiP2Se6, the ferromagnetic GdClBr monolayer transforms from a semiconductor to a half-metal. Meanwhile, in both upward and downward ferroelectric polarization, the GdClBr/CuBiP2Se6 heterojunction exhibits perpendicular magnetic anisotropy with a Curie temperature of 239 K. As the strain changes from -6% to 6%, the band structure of GdClBr shifts upward, and the band structure of CuBiP2Se6 shifts downward. Compressive strain can increase the Curie temperature of the GdClBr/CuBiP2Se6 heterojunction. The magnetic anisotropy of heterojunctions highly depends on biaxial strain, where the perpendicular (in-plane) magnetic anisotropy increases with the increased compressive (tensile) strain. The vdW multiferroic GdClBr/CuBiP2Se6 heterojunction has potential applications in spintronic devices.
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