Electric‐Field‐ and Stacking‐Tuned Antiferromagnetic FeClF Bilayer: The Coexistence of Bipolar Magnetic Semiconductor and Anomalous Valley Hall Effect

材料科学 凝聚态物理 反铁磁性 堆积 霍尔效应 双层 半导体 磁场 磁性半导体 核磁共振 光电子学 物理 量子力学 生物 遗传学
作者
Long Zhang,Yuqi Liu,Menghao Wu,Guoying Gao
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:35 (17) 被引量:36
标识
DOI:10.1002/adfm.202417857
摘要

Abstract Valley polarization from broken inversion symmetry provides a new degree of freedom for carriers, bipolar magnetic semiconductor (BMS) generates a purely spin‐polarized current under a gate voltage, but few systems possess the coexistence of valley polarization and BMS. Based on the recent experimental FeCl 2 flakes, reversible electric‐field effect on the valley‐ and spin‐polarized Janus FeClF bilayer with different stackings are investigated herein. Janus FeClF bilayers in all three stacks possess interlayer antiferromagnetic (AFM) and intralayer ferromagnetic (FM) couplings. The most stable A (Cl‐Fe‐F‐Cl‐Fe‐F) stack possesses concurrent and spontaneous BMS nature and valley polarization with perpendicular magnetic anisotropy (PMA), while B (Cl‐Fe‐F‐F‐Fe‐Cl) and C (F‐Fe‐Cl‐Cl‐Fe‐F) stacks exhibit AFM semiconductor characters without valley polarization. Electric‐field achieves a transition of BMS and AFM semiconductor. Large ferrovalley (≈108 meV) exists and is mainly contributed by Fe‐ d xy and orbitals. With the out‐of‐plane to in‐plane to out‐of‐plane transition of the easy axis, anomalous valley Hall effect (AVHE) can be manipulated to presence and disappearance by perpendicular electric‐field, indicating the valley switch effect (VSE). The coexisting BMS feature, PMA, AVHE and VSE make Janus FeClF bilayer a promising candidate for multifunctional valleytronic and spintronic applications, favoring broad explorations for the low‐dimensional Janus family.
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