Prediction of tunable room-temperature ferromagnetism, ferroelectricity, and ferroelasticity in a CrNCl monolayer

铁弹性 自旋电子学 铁电性 多铁性 铁磁性 凝聚态物理 材料科学 极化密度 磁电效应 极化(电化学) 半导体 电介质 化学 光电子学 物理 磁化 磁场 物理化学 量子力学
作者
Huasheng Sun,Ziyang Qu,Ang Li,Yi Wan,Fang Wu,Chengxi Huang,Erjun Kan
出处
期刊:Applied Physics Letters [American Institute of Physics]
卷期号:123 (4) 被引量:5
标识
DOI:10.1063/5.0157258
摘要

Two-dimensional (2D) multiferroic materials combining intrinsic ferroelectricity, ferromagnetism, and ferroelasticity, which promise piezo-magnetoelectric effects, are highly desired for their potential applications in high-density and multi-functional spintronic devices. However, a room-temperature 2D triferroic semiconductor has never been reported. Here, on the basis of first-principle calculations, we predict that the CrNCl monolayer is a potential 2D triferroic semiconductor with ferroelectricity, ferromagnetism, and ferroelasticity coexisting and strongly coupling at room temperature. The strong d-p hybridizations between Cr and N ions give rise to Cr–N dimerizations, leading to spontaneous symmetry-breaking and an in-plane electric polarization, as well as a remarkable enhancement of ferromagnetic super-exchange interactions. Moreover, the ferroelastic transition is accompanied by a 90° rotation of the in-plane electric polarization and the magnetic easy axis, suggesting a strong piezo-magnetoelectric effect. These findings provide insights into multiferroic behaviors in 2D systems and can help facilitate further advancements in spintronics.

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