Electric-Field-Tunable Spin Polarization and Carrier-Transport Anisotropy in an A-Type Antiferromagnetic van der Waals Bilayer

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作者
Dang Wen,Mengyu Zhu,Ziye Zhu,Xiaofang Chen,Zhigang Song,Jingshan Qi
出处
期刊:Physical review applied [American Physical Society]
卷期号:18 (6) 被引量:6
标识
DOI:10.1103/physrevapplied.18.064086
摘要

Two-dimensional (2D) magnetic semiconductor materials with the electric-field-tunable spin polarization and carrier-transport anisotropy are of great significance for the fundamental physics and device application. Here we propose a general strategy to tune the spin polarization and anisotropic effective mass in a 2D A-type antiferromagnetic (AFM) bilayer system. We take the A-type AFM bilayer $\mathrm{CrSBr}$ (with the intralayer ferromagnetic and interlayer AFM coupling) as an example to confirm this design principle. Firstly, a vertical electric field can lift the spin degeneracy in the A-type AFM bilayer $\mathrm{CrSBr}$. By flipping the direction of electric field, the spin polarization direction can be reversed. Secondly, in the A-type AFM bilayer $\mathrm{CrSBr}$ with an interlayer twist angle of 90\ifmmode^\circ\else\textdegree\fi{}, both the spin direction and the carrier-transport anisotropy can be tuned simultaneously by applying a vertical electric field due to the in-plane anisotropic carrier effective mass in each $\mathrm{CrSBr}$ monolayer. This opens an opportunity for controlling the spin polarization as well as carrier-transport anisotropy in the 2D magnetic van der Waals layered materials by interlayer twist and electric field, and provides an idea for utilizing A-type AFM semiconductors to design spintronic devices.
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