Origin of versatile polarization state in CuInP2S6

铁电性 极化(电化学) 兴奋剂 范德瓦尔斯力 极化密度 物理 凝聚态物理 铁磁性 材料科学 电介质 量子力学 物理化学 化学 磁化 分子 磁场
作者
Xuanlin Zhang,Chengcheng Xiao,Zeying Zhang,Luqi Dong,Hui Pan,Chao Cao,Shengyuan A. Yang,Su‐Huai Wei,Yunhao Lu
出处
期刊:Physical review 卷期号:108 (16) 被引量:6
标识
DOI:10.1103/physrevb.108.l161406
摘要

Exotic electric polarization-related phenomena have recently been reported in layered van der Waals material such as ${\mathrm{CuInP}}_{2}{\mathrm{S}}_{6}$ and its derivatives, but the physical origin for such behaviors, especially the formation of quadrupole-well ferroelectric states and the anomalous polarization switching between these states, has not been clearly understood. Here, we provide a simple theoretical explanation using group theory analysis, highlighting the role of local symmetry-determined orbital interactions between copper ions and surrounding ligands. Based on this theory, we predict a surprising effect: carrier doping, which is commonly believed to suppress electric polarization, can lead to enhanced polarization in ${\mathrm{CuInP}}_{2}{\mathrm{S}}_{6}$. Our first-principles simulations confirm this unusual effect and further show that an elevated hole doping level can cause electric polarization to give way to emerging ferromagnetism. Our results not only pave a way to realize ferroelectric metals, but also broaden the scope of magnetoelectric coupling mechanisms and may help enrich the potential applications of layered ferroelectric materials in the future.
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