东南大学Adv. Funct. Mater.: 多铁异质结中自旋极化电流极性的铁电控制
纳米尺度的铁电(FE)控制，例如自旋极化电流极性的FE控制对于磁电和自旋电子应用的技术进步至关重要。然而，这种令人着迷的功能尚未在纳米级体系中得到报道。在此研究中，作者发现了一类新的FE/A型反铁磁异质双层/FE范德华(vdW)多铁性结构，其中FE对自旋极化电流极性的控制成为可能。以Sc2CO2/CrSiTe3/CrGeTe3/Sc2CO2异质结为成功的例子。第一性原理计算表明，它的半金属性的极性可以通过反转FE极化方向来转换。同时，器件输运模拟表明，在vdW多铁性异质结中，在P↑↑ Sc2CO2构型下，其上/下自旋电流传输比高达0.1×103，在P↓↓ Sc2CO2构型下仅为2.6×10-3。从从本质上来讲，它源于CrSiTe3/CrGeTe3异质双层内部电场的可逆FE转换和Sc2CO2与Cr(Si/Ge)Te3层之间界面效应的FE控制。此研究为构建低能耗、非易失性、高灵敏度的自旋电子器件(如自旋场效应晶体管)开辟了方向。
图1 (a-c) 四层vdW多铁性异质结的模型；(d-f) 四层vdW多铁性模型中实现自旋极化电流极性可逆反转的设计原理
图2 CrSiTe3/CrGeTe3和Sc2CO2单层的原子结构和静电势
图3 (a) 通过堆垛AFM双层形成两种不同的功能界面；(b-d) Sc2CO2/CrSiTe3/CrGeTe3/Sc2CO2的原子结构、平面平均差分电荷密度和静电势
图4 自旋极化能带结构
图5 (a-b) 设计vdW多铁性器件模型；(c-d) 设计vdW多铁性器件模型中的自旋极化电流传输
【论文链接】
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. 网页链接
