Ferroelectrically tunable magnetic skyrmions in two-dimensional multiferroics

空中骑兵 多铁性 凝聚态物理 磁性 物理 单层 铁电性 材料科学 纳米技术 量子力学 电介质
作者
Zhonglin He,Wenhui Du,Kaiying Dou,Ying Dai,Baibiao Huang,Yandong Ma
出处
期刊:Materials horizons [Royal Society of Chemistry]
卷期号:10 (9): 3450-3457 被引量:6
标识
DOI:10.1039/d3mh00572k
摘要

Magnetic skyrmions are topologically protected entities that are promising for information storage and processing. Currently, an essential challenge for future advances of skyrmionic devices lies in achieving effective control of skyrmion properties. Here, through first-principles and Monte-Carlo simulations, we report the identification of nontrivial topological magnetism in two-dimensional multiferroics of Co2NF2. Because of ferroelectricity, monolayer Co2NF2 exhibits a large Dzyaloshinskii-Moriya interaction. This together with exchange interaction can stabilize magnetic skyrmions with the size of sub-10 nm under a moderate magnetic field. Importantly, arising from the magnetoelectric coupling effect, the chirality of magnetic skyrmions is ferroelectrically tunable, producing the four-fold degenerate skyrmions. When interfacing with monolayer MoSe2, the creation and annihilation of magnetic skyrmions, as well as phase transition between skyrmion and skyrmion lattice, can be realized in a ferroelectrically controllable fashion. A dimensionless parameter κ' is further proposed as the criterion for stabilizing magnetic skyrmions in such multiferroic lattices. Our work greatly enriches the two-dimensional skyrmionics and multiferroics research.

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