摘要：近日，Phys. Rev. Lett.在线发表了哈佛大学Daniel Bennett课题组的研究论文，题目为「Stacking-Engineered Ferroelectricity and Multiferroic Order in van der Waal

近日，Phys. Rev. Lett.在线发表了哈佛大学Daniel Bennett课题组的研究论文，题目为「Stacking-Engineered Ferroelectricity and Multiferroic Order in van der Waals Magnets」。

层状范德华（vdW）材料为异质结的机械组装堆叠开辟了新的可能性，并导致了材料科学的重大进步。这些新的人造材料显示出一系列前所未有的多功能性质，其中一个值得注意的例子是铁磁性和铁电性等铁序。二维磁性材料作为一类新型磁体显示出巨大的前景，因为它们的性能可以通过施加温度和磁场以外的外部刺激来控制，例如机械应变或栅极电压。

最近提出了一种新型的范德华材料铁电性，并进行了实验观察。对于六方氮化硼（h-BN）或过渡金属硫族化合物（TMD）等范德华材料，由于堆叠工程破坏了中心对称性，通过层间电荷转移发生了电子面外极化P⊥。P⊥的大小和方向由层之间的相对堆叠决定，可以通过相对滑移进行转换，从而产生「范德华铁电性」。

在此研究中，作者提出了一种通用的方法来设计范德华磁体的多铁性，利用改变二维层之间的堆叠可以打破反演对称性，从而导致铁电性和磁电耦合。在双层NiI₂中使用第一性原理计算来说明这一概念，该双层NiI₂可以在相对于体相堆叠旋转两个相邻层180°时实现铁电。此外，研究发现层间自旋序与界面电子极化之间存在一种新的强磁电耦合。这项研究方法不仅具有通用性，而且具有系统性，可以发现各种具有强磁电耦合的二维多铁性材料。

图1 | 使用堆叠工程实现范德华磁体多铁序和磁电耦合的调控。

图2 | 双层NiI₂的堆叠能Vstack和面外偶极矩p⊥。

图3 | 反对齐双层NiI₂的铁电磁滞回线图示。

图4 | (a) 反对齐双层NiI₂中矫顽磁场Bc(x)的估计；(b) 根据MC模拟，体系的比热CV随温度T的变化；(c) 平均面外磁化M⊥(以自发磁化MS为单位)随垂直磁场B⊥和温度T的变化；(d) 平均层间自旋序e₁·e₂随垂直磁场B⊥和温度T的变化。

论文链接：

Bennett, D., Martínez-Carracedo, G., He, X. et al. Stacking-Engineered Ferroelectricity and Multiferroic Order in van der Waals Magnets. Phys. Rev. Lett., 2024, 133, 246703.

--科研任我行

来源：Future远见