Polarization-driven reversible magnetic anisotropy switching and half-metal to semiconductor transition in intrinsic multiferroic ScCrCO2 monolayer

凝聚态物理 多铁性 自旋电子学 磁化 材料科学 磁各向异性 铁磁性 铁电性 各向异性 相变 极化(电化学) 半导体 各向异性能量 单晶 Crystal(编程语言) 磁场 磁晶各向异性 单层 磁畴 磁性半导体 磁性形状记忆合金 居里温度 磁性 磁电效应 自旋极化
作者
Shiying He,Chihou Lei,Daifeng Zou
出处
期刊:Applied Physics Letters [American Institute of Physics]
卷期号:127 (1) 被引量:4
标识
DOI:10.1063/5.0281733
摘要

The precise manipulation of perpendicular magnetic anisotropy is a critical requirement for advancing spintronic device technologies. In this Letter, we propose a design strategy for intrinsic two-dimensional multiferroics rooted in crystal field theory, enabling magnetization reversal through ferroelectric polarization switching. The effectiveness of this strategy is substantiated through the creation of a ScCrCO2 monolayer, where deliberate polarization modulation induces a reversible switching of the easy magnetization axis between in-plane and out-of-plane configurations. This transition stems from dynamic changes in the crystal field splitting of Cr ions. Using atomically resolved and orbital-decomposed magnetic anisotropy energy calculations, we uncover the microscopic origin of polarization-driven magnetic anisotropy in ScCrCO2. Moreover, an accompanying electronic phase transition from a half-metallic to semiconducting state is observed. Our results not only demonstrate a pathway for nonvolatile electrical control of 2D ferromagnets but also advance fundamental understanding and practical applications in magnetoelectric coupling.
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