Computational study on ferroelectric control over spin polarization in the bipolar magnetic semiconductor

铁电性 凝聚态物理 极化(电化学) 半导体 磁性半导体 材料科学 自旋极化 光电子学 物理 化学 量子力学 电介质 电子 物理化学
作者
Lili Kang,Yongxing Deng,Xiaohong Zheng,Peng Jiang,Zhenzhen Feng,Weiyang Wang,Zhao Guo-jie
出处
期刊:Applied Physics Letters [American Institute of Physics]
卷期号:124 (13)
标识
DOI:10.1063/5.0197848
摘要

Multiferroic van der Waals (vdW) heterostructures offer an exciting route toward the nanoelectronics and spintronics device technology. How to realize the mutual regulation between ferroelectric and magnetic materials has attracted extensive research. In this work, based on the density functional theory, we simulate a vdW multiferroic heterostructure based on the bipolar magnetic semiconductor material graphone and ferroelectric monolayer In2Te3 and further investigate its electronic properties. We find that direct contact between In2Te3 and graphone induces a transition in graphone from a ferromagnetic state to a non-magnetic state. Fortunately, the magnetic properties of graphone are preserved by using graphene as an intercalation layer, and the graphone monolayer changes from its original semiconductor to a half-metal in the graphone/graphene/In2Te3 vdW heterostructure for P↓ state. Furthermore, by adjusting the layer spacing of the heterostructure, the spin polarization states of graphone at the Fermi level (EF) are regulated between spin-up (S↑) and spin-down (S↓) with the reversal of ferroelectric polarization states. Our results not only provide a promising way to realize the half-metallicity in 2D magnetic materials but also computationally predict the ferroelectric control of the spin polarization state, which has great application potential in the next-generation nonvolatile electrically controlled spintronic devices.
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