Achieving large six nonvolatile states via monolayer homologous multiferroic MoPtGe2S6 in van der Waals tunnel junctions

范德瓦尔斯力 单层 多铁性 材料科学 凝聚态物理 化学物理 物理 纳米技术 光电子学 分子 量子力学 铁电性 电介质
作者
Ruixia Yang,Xujin Zhang,Jianhua Xiao,Zhi Yan,Fang Wang,Xiaohong Xu
出处
期刊:Chinese Physics Letters [Institute of Physics]
标识
DOI:10.1088/0256-307x/42/7/070705
摘要

Abstract Multiferroic tunnel junctions (MFTJs), which combine tunneling magnetoresistance (TMR) and electroresistance (TER) effects, have emerged as key candidates for data storage. Two-dimensional van der Waals (vdW) MFTJs, in particular, are promising spintronic devices for the post-Moore era. However, these vdW MFTJs are typically based on multiferroics composed of ferromagnetic and ferroelectric materials or multilayer magnetic materials with sliding ferroelectricity, which increases device fabrication complexity. In this work, we design a vdW MFTJ using bilayer MoPtGe 2 S 6 , a material with homologous multiferroicity in each monolayer, combined with symmetric PtTe 2 electrodes. Using first-principles calculations based on density functional theory and nonequilibrium Green’s functions, we theoretically explore the spin-polarized electronic transport properties of this MFTJ. By controlling the ferroelectric and ferromagnetic polarization directions of bilayer MoPtGe 2 S 6 , the MFTJ can exhibit six distinct non-volatile resistance states, with maximum TMR (137%) and TER (1943%) ratios. Under biaxial strain, TMR and TER can increase to 265% and 4210%, respectively. The TER ratio also increases to 2186% under a 0.1V bias voltage. Remarkably, the MFTJ exhibits a pronounced spin-filtering and a significant negative differential resistance (NDR) effect. These findings not only highlight the potential of monolayer multiferroic MoPtGe 2 S 6 for MFTJs but also offer valuable theoretical insights for future experimental investigations.

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