東南大學Adv. Funct. Mater.: 多鐵異質結中自旋極化電流極性的鐵電控制
納米尺度的鐵電(FE)控制，例如自旋極化電流極性的FE控制對于磁電和自旋電子應用的技術進步至關重要。然而，這種令人着迷的功能尚未在納米級體系中得到報道。在此研究中，作者發現了一類新的FE/A型反鐵磁異質雙層/FE範德華(vdW)多鐵性結構，其中FE對自旋極化電流極性的控制成為可能。以Sc2CO2/CrSiTe3/CrGeTe3/Sc2CO2異質結為成功的例子。第一性原理計算表明，它的半金屬性的極性可以通過反轉FE極化方向來轉換。同時，器件輸運模拟表明，在vdW多鐵性異質結中，在P↑↑ Sc2CO2構型下，其上/下自旋電流傳輸比高達0.1×103，在P↓↓ Sc2CO2構型下僅為2.6×10-3。從從本質上來講，它源于CrSiTe3/CrGeTe3異質雙層内部電場的可逆FE轉換和Sc2CO2與Cr(Si/Ge)Te3層之間界面效應的FE控制。此研究為建構低能耗、非易失性、高靈敏度的自旋電子器件(如自旋場效應半導體)開辟了方向。
圖1 (a-c) 四層vdW多鐵性異質結的模型；(d-f) 四層vdW多鐵性模型中實作自旋極化電流極性可逆反轉的設計原理
圖2 CrSiTe3/CrGeTe3和Sc2CO2單層的原子結構和靜電勢
圖3 (a) 通過堆垛AFM雙層形成兩種不同的功能界面；(b-d) Sc2CO2/CrSiTe3/CrGeTe3/Sc2CO2的原子結構、平面平均差分電荷密度和靜電勢
圖4 自旋極化能帶結構
圖5 (a-b) 設計vdW多鐵性器件模型；(c-d) 設計vdW多鐵性器件模型中的自旋極化電流傳輸
【論文連結】
Zhang, X., Zhou, Z., Yu, X. et al. Ferroelectric Control of Polarity of the Spin-polarized Current in Van Der Waals Multiferroic Heterostructures. Adv. Funct. Mater., 2023, 2301353. 網頁連結
