多鐵性被定義為同時表現(xiàn)出鐵磁性和鐵電性的材料，這些特性使這些材料成為具有多種應(yīng)用前景的新型多功能材料。然而，如何提高多鐵材料的鐵磁性和鐵電性仍然是一個很大挑戰(zhàn)。

現(xiàn)在由UNIST自然科學(xué)學(xué)院的Geunsik Lee教授和美國加州大學(xué)伯克利分校的張翔（音譯）教授聯(lián)合進(jìn)行的一項研究表明，范德華(VDW)力量可以用來解決這一問題，因此引起了相當(dāng)大的學(xué)術(shù)關(guān)注。

在發(fā)表在《自然通訊》期刊上的研究中，研究人員論證了實現(xiàn)二維異質(zhì)多鐵材料新概念的可行性。方法是一種通過化學(xué)鍵緊密結(jié)合鐵磁和鐵電材料來增強(qiáng)兩種性質(zhì)之間相互作用的新方法。該方法已經(jīng)由研究人員通過理論計算進(jìn)行了測試，通過VDW力使用化學(xué)鍵合。多鐵材料同時表現(xiàn)出鐵電和磁性有序，可以通過電場控制磁性，反之亦然。通過電場控制磁性的技術(shù)，對于高密度存儲器件的發(fā)展尤其重要。為了實現(xiàn)這一技術(shù)，這些鐵序之間的相互作用越大，效果就越好。

在單一材料中同時包含鐵磁性和鐵電性的多鐵材料上進(jìn)行了廣泛研究。然而，所有這些材料在室溫下都沒有表現(xiàn)出多鐵行為。由于這個原因，特別關(guān)注實現(xiàn)2D異質(zhì)多鐵材料的新方法，其中鐵電材料和磁性材料被結(jié)合在一起。在研究中，研究小組提出了“非共價二維異質(zhì)結(jié)構(gòu)多鐵材料”的新概念，通過堆疊鐵磁Cr2Ge2Te6和鐵電In2Se3的原子層，從而形成全原子多鐵性。還從實驗和理論上研究了二維異質(zhì)多鐵材料的鐵磁和鐵電性質(zhì)。

這一結(jié)合的實驗和理論研究揭示了新多鐵材料能夠通過電場完全控制磁性，甚至在兩種材料之間的界面上也是如此。研究人員假設(shè)的力不是共價鍵，而是范德華力（術(shù)語“范德華力”是指分子之間的瞬時吸引力，如雙原子自由元素和單個原子）。這些力可能是吸引的，也可能是排斥的，這取決于所涉及分子之間的距離。本研究采用第一性原理DFT計算了由鐵磁Cr2Ge2Te6和鐵電In2Se3單層組成的VDW異質(zhì)結(jié)構(gòu)。

通過反轉(zhuǎn)In2Se3的電極化，計算得到Cr2Ge2Te6的磁晶各向異性在易軸和易面之間發(fā)生變化（即鐵磁順序的開/關(guān)），這有望實現(xiàn)一種新穎的磁存儲器設(shè)計。此外，In2Se3成為磁性鐵電材料，根據(jù)其自身的電極化，具有可切換的自旋極化。理論上，該已經(jīng)證明層狀鐵電和鐵磁可以與范德華力在化學(xué)上耦合，從而將磁性改變?yōu)楸葌鹘y(tǒng)大得多的值。設(shè)想，多鐵性的二重性潛在地豐富了層分辨數(shù)據(jù)存儲和信息處理，這是由于組成層的不同磁電和磁光屬性。

博科園｜研究/來自：蔚山國立科學(xué)技術(shù)研究所

參考期刊《自然通訊》

DOI: 10.1038/s41467-019-10693-0

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