Spin spiral order induced ferroelectricity in MnRe2O8 monolayer

多铁性 铁电性 物理 反铁磁性 凝聚态物理 订单(交换) 极化密度 极化(电化学) 磁场 量子力学 磁化 电介质 化学 财务 物理化学 经济
作者
Shiqiang Yu,Yushuo Xu,Ying Dai,Dongyue Sun,Baibiao Huang,Wei Wei
出处
期刊:Physical review [American Physical Society]
卷期号:108 (17) 被引量:2
标识
DOI:10.1103/physrevb.108.174429
摘要

In this work, on the basis of first-principles calculations we demonstrate that magnetic exchange frustration caused spin spiral can generate an electric polarization $(31.46\phantom{\rule{0.16em}{0ex}}\textmu{}\mathrm{C}/{\mathrm{m}}^{2})$ in two-dimensional (2D) $\mathrm{Mn}{\mathrm{Re}}_{2}{\mathrm{O}}_{8}$, which, therefore, can be identified as a very rare type-II multiferroic material with robust magnetoelectric coupling. It is of high interest that the ferroelectricity is out of plane, explained by the mechanism of $\mathbit{P}\ensuremath{\propto}{\mathbit{S}}_{\mathrm{a}}\ifmmode\times\else\texttimes\fi{}{\mathbit{S}}_{\mathrm{b}}$ in the generalized spin-current model. We propose that compressive strain can improve the N\'eel temperature (from 31 to 63 K) as well as the electric polarization in terms of enhancing the supersuperexchange interaction for this in-plane noncollinear ${120}^{\ensuremath{\circ}}$-ordered antiferromagnetic order. The spin spiral chirality can be flexibly switched by a vertical electric field, that is, the polarization-chirality locking effect. It can be confirmed conclusively that our findings deepen the understanding on the magnetoelectric physics, and open a different avenue for magnetoelectric and magneto-optical applications based on 2D type-II multiferroic materials.

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