Two-dimensional multiferroic semiconductors with coexisting ferroelectricity and ferromagnetism

铁电性 凝聚态物理 铁磁性 材料科学 多铁性 半导体 光电子学 物理 电介质
作者
Jingshan Qi,Hua Wang,Xiaofang Chen,Xiaofeng Qian
出处
期刊:Applied Physics Letters [American Institute of Physics]
卷期号:113 (4) 被引量:64
标识
DOI:10.1063/1.5038037
摘要

Low-dimensional multiferroicity, though highly scarce in nature, has attracted great attention due to both fundamental and technological interests. Using first-principles density functional theory, we show that ferromagnetism and ferroelectricity can coexist in monolayer transition metal phosphorus chalcogenides (TMPCs)-CuMP2X6 (M = Cr, V; X = S, Se). These van der Waals layered materials represent a class of 2D multiferroic semiconductors that simultaneously possess ferroelectric and ferromagnetic orders. In these monolayer materials, Cu atoms spontaneously move away from the center atomic plane, giving rise to nontrivial electric dipole moment along the plane normal. In addition, their ferromagnetism originates from indirect exchange interaction between Cr/V atoms, and their out-of-plane ferroelectricity suggests the possibility of controlling electric polarization by external vertical electric field. Monolayer semiconducting TMPCs thus provide a solid-state 2D materials platform for realizing 2D nanoscale switches and memory devices patterned with top and bottom electrodes.
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