Electronic and Transport Engineering of A-Type Antiferromagnets with Ferroelectric Sandwich Structure: Toward Multistate Nonvolatile Memory Applications

铁电性 非易失性存储器 材料科学 电子结构 纳米技术 光电子学 凝聚态物理 物理 电介质
作者
Guogang Liu,San-Huang Ke
出处
期刊:Nano Letters [American Chemical Society]
卷期号:24 (35): 10776-10782 被引量:12
标识
DOI:10.1021/acs.nanolett.4c01916
摘要

Achieving higher-order multistates with mutual interstate switching at the nanoscale is essential for high-density storage devices; yet, it remains a significant challenge. Here, we demonstrate that integrating A-type antiferromagnetic semiconductors sandwiched between ferroelectric layers is an effective strategy to achieve high-performance multistate data storage. Taking the Sc2CO2/VSi2P4 bilayer (bi-VSi2P4)/Sc2CO2 van der Waals multiferroic heterostructure as an example, our first-principles calculations show that by switching the polarization direction of the upper and bottom ferroelectric Sc2CO2 layers, antiferromagnetic bi-VSi2P4 can exhibit four distinct states with different band structures. The intriguing band structure engineering stems from the polarization-field-induced band shift and interface charge transfer. Accordingly, the proposed Sc2CO2/bi-VSi2P4/Sc2CO2-based multiferroic device can achieve four different resistance states, accompanied by fully spin-polarized currents and giant tunneling electroresistance ratios. Our results propose a viable strategy for realizing nonvolatile electrical control of antiferromagnets at the nanoscale and provide insights into the development of advanced memories.
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