二月 23， 2024， phys rev. lett.**發表上海大學任偉教授課題組的研究成果，題為“范德華單層中的自旋手性驅動的多鐵性”。
多鐵性材料，即同時顯示鐵極化和磁有序的材料，一方面可以研究從根本上新穎的基本物理現象，另一方面可以將其應用於有前途的功能器件。 因此，近幾十年來，這種材料引起了越來越多的關注。 特別是，II型多鐵性體系表現出由複雜的非中心對稱自旋構型驅動的鐵電性，並產生於各種微觀機制。 值得注意的是，當施加調節磁序列的磁場時，可以實現鐵極化的控制。 II型多鐵性材料在自然界中表現出較強的磁電耦合，已被廣泛研究。 絕大多數多鐵化合物是氧化物，這限制了對陰離子化學性質在最終多鐵性和磁電性質中的作用的理解。
實現二維層狀化合物的磁電耦合是乙個長期目標。 最近報道的體相 mNi2、CUBR2 和少層 Nii2 都具有螺旋磁序列並表現出鐵極化。 另一方面，過渡金屬鹵化物中的120度磁性結構和相關的磁電耦合尚未得到充分研究，驅動鐵電極化的可能微觀機理仍有待研究。
在這項研究中，基於具有強磁電耦合的二維多鐵性體系對多功能奈米器件發展的預期貢獻，作者提出VX2 （x = ci， br， i）單層作為一類新型自旋手性驅動的范德華多鐵性材料，其自旋螺旋平面位於（001）和（100）晶體平面上。 三角晶格中挫折的 120 度磁性結構引起垂直於自旋螺旋平面的鐵電極化，其符號因自旋手性的變化而改變。 可以看出，在垂直於單層的外加電場下，乙個磁手性可以穩定在另乙個磁手性上，從而實現長期尋求的自旋織構的電控制。
此外，人們發現極化並不僅僅取決於原子自旋軌道耦合的強度。 這種意想不到的特徵部分是由於過渡金屬鹵化物中強烈的自旋-晶格相互作用，這使得即使是弱自旋軌道耦合系統也能表現出相當大的自旋驅動極化。 此外，具有層間反鐵磁相互作用的體積對應物的自旋構型顯示出相同的自旋手性，因此也能夠表現出自旋誘導的極化。 事實上，這些化合物表現出相當大的自旋驅動結構畸變，這有利於研究多功能自旋-電-晶格耦合。
圖1 （a）過渡金屬鹵化物的結構側檢視和頂檢視; （b-c） 具有 （001） 和 （100） 螺旋平面的 120 度結構的自旋布置。
圖2 （a） 3個單層雙勢阱; （b） 順時針和逆時針螺旋序列中鐵電雙穩態的磁性（100）-AFM構型，表現出相反的自旋手性排列。
圖3 晶格尺寸對磁電耦合的影響，包括（001）-和（100）-afm構型引起的偶極子。
[**鏈結]。liu, c., ren, w. &picozzi, s. spin-chirality-driven multiferroicity in van der waals monolayers. phys. rev. lett., 2024, 132, 086802.
[其他相關文獻]。[1] kurumaji, t., seki, s., ishiwata, s. et al. magnetic-field induced competition of two multiferroic orders in a triangular-lattice helimagnet mni2. phys. rev. lett., 2011, 106, 167206.
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純計算）上海大學任偉團隊物理 rev.b：二維-alooh中的鐵電性、反鐵電性和鐵彈性。
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純計算）任 Wei和高恆在上海大學的團隊：可變磁鐵V2SETEO單層中的多壓力效應。
純計算）祁景山和陳曉芳的團隊物理 rev.b： 二維多鐵性半導體雙層中的自旋谷層極化異常霍爾效應.
純計算）物理 rev.B：多鐵性范德華異質結中異常谷霍爾效應的可逆非揮發性控制。
純計算）山東大學，李豔璐，趙賢團隊，NPJ計算 mater.：多鐵性范德華異質結中的磁各向異性和半金屬控制。
純計算）東南大學王金蘭 張希文團隊 ACS奈米：全電控范德華多鐵隧道交界處。
純計算）東南大學王金蘭 **飛翔團隊 adv funct. mater.：多鐵異質結中自旋極化電流極性的鐵電控制。
純計算）山東大學的馬延東和戴穎的團隊：多鐵磁性二維材料中的層霍爾效應。