Density Functional Theory Study of Nonvolatile Electrically Controlled Magnetic Anisotropy in Ferromagnetic ScI2 Monolayer

单层 密度泛函理论 铁磁性 凝聚态物理 各向异性 磁各向异性 材料科学 非易失性存储器 纳米技术 化学 光电子学 物理 磁场 计算化学 磁化 光学 量子力学
作者
Jiawen Zhang,Yaxin Pan,Y. H. Bai,Shuoran Yin,Jiaqi Li,Jingxing Si,Yungeng Zhang,Bing Wang
出处
期刊:Langmuir [American Chemical Society]
卷期号:41 (16): 10263-10270 被引量:3
标识
DOI:10.1021/acs.langmuir.5c00064
摘要

The regulation of magnetic anisotropy in two-dimensional ferromagnetic materials holds great promise for applications in spintronic devices. Through first-principles calculations, we have constructed a van der Waals multiferroic system composed of a ferromagnetic ScI2 monolayer (ML) and a ferroelectric In2Se3 ML, demonstrating the nonvolatile electrical control of magnetic anisotropy. By manipulating the polarization direction of the In2Se3 ML, we can transform a ScI2 ML with a two-dimensional XY ferromagnetism into an Ising ferromagnet. Our research reveals that the coupling between the unoccupied (u) and occupied (o) states of the I’p and Sc’d orbitals leads to changes in the magnetic anisotropy energy. Moreover, flipping the polarization direction of the In2Se3 ML can convert the heterostructure from a semiconductor to a metal, enabling us to propose a novel storage device in which data can be written while retaining the advantages of traditional ferroelectric memory. Importantly, the ferroelectric control of the electronic properties of the ScI2 ML allows for nondestructive data readout. These discoveries establish another insight for spin manipulation in spintronics.
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