Intriguing magnetoelectric effect in two-dimensional ferromagnetic/perovskite oxide ferroelectric heterostructure

自旋电子学 铁电性 凝聚态物理 材料科学 异质结 铁磁性 多铁性 电场 反铁磁性 电介质 极化密度 磁场 光电子学 磁化 物理 量子力学
作者
Ping Li,Xue-Song Zhou,Zhi-Xin Guo
出处
期刊:npj computational materials [Nature Portfolio]
卷期号:8 (1) 被引量:13
标识
DOI:10.1038/s41524-022-00706-w
摘要

Abstract Two-dimensional (2D) magnets have broad application prospects in the spintronics, but how to effectively control them with a small electric field is still an issue. Here we propose that 2D magnets can be efficiently controlled in a multiferroic heterostructure composed of 2D magnetic material and perovskite oxide ferroelectric (POF) whose dielectric polarization is easily flipped under a small electric field. We illustrate the feasibility of such strategy in the bilayer CrI 3 /BiFeO 3 (001) heterostructure by using the first-principles calculations. Different from the traditional POF multiferroic heterostructures which have strong interface interactions, we find that the interface interaction between CrI 3 and BiFeO 3 (001) is van der Waals type. Whereas, the heterostructure has particular strong magnetoelectric coupling where the bilayer CrI 3 can be efficiently switched between ferromagnetic and antiferromagnetic types by the polarized states P ↑ and P ↓ of BiFeO 3 (001). We also discover the competing effect between electron doping and the additional electric field on the interlayer exchange coupling interaction of CrI 3 , which is responsible to the magnetic phase transition. Our results provide a avenue for the tuning of 2D magnets with a small electric field.

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