Nonvolatile electric field control of magnetism in bilayer CrI3 on monolayer In2Se3

磁性 铁电性 凝聚态物理 反铁磁性 铁磁性 材料科学 范德瓦尔斯力 多铁性 物理 结晶学 自旋电子学 光电子学 化学 电介质 量子力学 分子
作者
Haixia Cheng,Jun Zhou,Cong Wang,Wei Ji,Yanning Zhang
出处
期刊:Physical review [American Physical Society]
卷期号:104 (6) 被引量:64
标识
DOI:10.1103/physrevb.104.064443
摘要

Electrical control of magnetism is of great interest for low-energy-consumption spintronic applications. Here, via first-principles calculations, we propose a van der Waals (vdW) multiferroic heterostructure composed of a magnetic ${\mathrm{CrI}}_{3}$ bilayer and a ferroelectric \ensuremath{\alpha}-${\mathrm{In}}_{2}{\mathrm{Se}}_{3}$ monolayer substrate. Interestingly, the interlayer magnetism of bilayer ${\mathrm{CrI}}_{3}$ is switchable between the ferromagnetic and antiferromagnetic coupling by nonvolatile control of the ferroelectric polarization direction of \ensuremath{\alpha}-${\mathrm{In}}_{2}{\mathrm{Se}}_{3}$. The interlayer magnetic coupling of ${\mathrm{CrI}}_{3}$ bilayer originates from the direct interaction of adjacent I atoms between ${\mathrm{CrI}}_{3}$ monolayers, which can be tuned by the polarization of ${\mathrm{In}}_{2}{\mathrm{Se}}_{3}$, explaining the electrical control of interlayer magnetic phase transition. Our work demonstrates a multiferroelectric material platform by artificially stacking two dimensional vdW layers, providing an effective method for achieving nonvolatile electrical control of atomic-thin vdW ferromagnets.
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