Nonvolatile magnetoelectric coupling in two-dimensional van der Waals sandwich heterostructure CuInP2S6/MnCl3/CuInP2S6

自旋电子学 材料科学 凝聚态物理 磁性 铁磁性 异质结 居里温度 范德瓦尔斯力 单层 磁各向异性 纳米技术 光电子学 磁化 物理 磁场 分子 量子力学
作者
Zichun Wang,Honggang Pan,Baozeng Zhou
出处
期刊:Physical Chemistry Chemical Physics [The Royal Society of Chemistry]
卷期号:25 (42): 29098-29107 被引量:1
标识
DOI:10.1039/d3cp03798c
摘要

Electrical control of magnetism is of great interest for low-energy-consumption spintronic applications. Due to the recent experimental breakthrough in two-dimensional materials, with the absence of hanging bonds on the surface and strong tolerance for lattice mismatch, heterogeneous integration of different two-dimensional materials provides a new opportunity for coupling between different physical properties. Here, we report the realization of nonvolatile magnetoelectric coupling in vdW sandwich heterostructure CuInP2S6/MnCl3/CuInP2S6. Using first-principles calculations, we reveal that when interfacing with ferroelectric CuInP2S6, the Dirac half-metallic state of monolayer MnCl3 will be destroyed. Moreover, depending on the electrically polarized direction of CuInP2S6, MnCl3 can be a half-metal or a ferromagnetic semiconductor. We unveil that the obtained ferromagnetic semiconductor in MnCl3 can be attributed to the different gain and loss of electrons on the two adjacent Mn atoms due to the sublattice symmetry broken by interlayer coupling. The effects of interfacial magnetoelectric coupling on magnetic anisotropy and ferromagnetic Curie temperature of MnCl3 are also investigated, and a multiferroic memory based on this model is designed. Our work not only provides a promising way to design nonvolatile electrical control of magnetism but also renders monolayer MnCl3 an appealing platform for developing low-dimensional memory devices.
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