Antiferroelectric Altermagnets: Antiferroelectricity Alters Magnets

反铁电性 磁铁 材料科学 凝聚态物理 物理 光电子学 机械工程 工程类 铁电性 电介质
作者
Xunkai Duan,Jiayong Zhang,Zhu, Ziye,Liu, Yuntian,Zhang, Zhenyu,Igor Žutić,Tong Zhou
出处
期刊:Cornell University - arXiv 被引量:1
标识
DOI:10.48550/arxiv.2410.06071
摘要

Magnetoelectric coupling is crucial for uncovering fundamental phenomena and advancing technologies in high-density data storage and energy-efficient devices. The emergence of altermagnets, which unify the advantages of ferromagnets and antiferromagnets, offers unprecedented opportunities for magnetoelectric coupling. However, electrically tuning altermagnets remains an outstanding challenge. Here, we demonstrate how this challenge can be overcome by using antiferroelectricity and ferroelectricity to modulate the spin splitting in altermagnets, employing a universal, symmetry-based design principle supported by an effective model. We introduce an unexplored class of multiferroics: antiferroelectric altermagnets (AFEAM), where antiferroelectricity and altermagnetism coexist in a single material. From first-principles calculations, we validate the feasibility of AFEAM in well-established van der Waals metal thio(seleno)phosphates and perovskite oxides. We reveal the design of AFEAM ranging from two-dimensional monolayers to three-dimensional bulk structures. Remarkably, even a weak electric field can effectively toggle spin polarization in the AFEAM by switching between antiferroelectric and ferroelectric states. Our findings not only enrich the understanding of magnetoelectric coupling but also pave the way for electrically controlled spintronic and multiferroic devices.
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