Ferroelectricity coexisted with p-orbital ferromagnetism and metallicity in two-dimensional metal oxynitrides

铁磁性 铁电性 凝聚态物理 磁性 多铁性 材料科学 电子 相(物质) 异质结 金属丰度 物理 量子力学 光电子学 银河系 电介质
作者
Haoqiang Ai,Feifei Li,Haoyun Bai,Dong Liu,K.H. Lo,Shengyuan A. Yang,Yoshiyuki Kawazoe,Hui Pan
出处
期刊:npj computational materials [Nature Portfolio]
卷期号:8 (1) 被引量:13
标识
DOI:10.1038/s41524-022-00737-3
摘要

Abstract Two-dimensional (2D) multiferroics have attracted increasing interests in basic science and technological fields in recent years. However, most reported 2D magnetic ferroelectrics are based on the d -electron magnetism, which makes them rather rare due to the empirical d 0 rule and limits their applications for low magnetic phase transition temperature. In this work, we demonstrate that the ferroelectricity can coexist with the p -electron-induced ferromagnetism without the limitation of d 0 rule and metallicity in a family of stable 2D MXene-analogous oxynitrides, X 2 NO 2 ( X = In, Tl). Remarkably, the itinerant character of p electrons can lead to the strong ferromagnetic metallic states. Furthermore, a possible magnetoelectric effect is manifested in a Tl 2 NO 2 /WTe 2 heterostructure through the interface engineering. Our findings provide an alternative possible route toward 2D multiferroics and enrich the concept of ferroelectric metals.

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