APL:河南大学刘畅课题组，二维铁电材料ZnIn2S4中应变诱导的铁磁性与磁电耦合
研究介绍：
二维多铁材料在高密度纳米存储器方向有广泛的应用前景，然而由于铁电性与磁性在电子结构上的互斥效应，导致这类材料十分稀少。探索新型二维磁电耦合材料的设计方法，具有重要的科学意义和研究价值。
基于此，河南大学物理与电子学院刘畅团队通过理论计算的方法，提出了一种设计二维多铁材料的新方式：通过施加应变，在二维铁电材料中诱导磁性。以ZnIn2S4为例，研究发现其在费米面附近具有一条较为平坦的能带，由S的pz轨道构成。通过施加拉伸应变，可以改变S离子所处的晶体场，从而使该平带穿过费米能级。另一方面，应变又使得S原子与周围离子相互作用减弱，让平带的电子更加局域。由Stoner判据，费米能级处具有较高态密度会使电子失稳，产生巡游铁磁性等物性。研究发现，应变可以在单层与双层ZnIn2S4中产生磁矩，同时反转ZnIn2S4的铁电极化方向可以使材料在铁磁态与顺磁态之间切换，实现磁电耦合。此外，论文还研究了铁电材料In2Se3与ZnIn2S4组成的异质结，发现In2Se3铁电极化方向对ZnIn2S4中的磁性有显著的调控作用。
文章以Strain-induced ferromagnetism and magneto-electric coupling in two-dimensional ferroelectric ZnIn2S4为题发表在Applied Physics Letters上。第一作者为研究生李栋，通讯作者分别为刘畅副教授、任凤竹教授和王冰副教授。文章链接：https://doi.org/10.1063/5.0188388
图1. ZnIn2S4单层的晶格结构和电子结构。
图2. 双轴拉伸应变对ZnIn2S4单层电子结构的调控。
图 3. 单层/双层ZnIn2S4中应变诱导的磁矩；单层中的磁电耦合；极化向上时单层的能带结构。
图4. In2Se3与ZnIn2S4组成的异质结中的磁电耦合与能带结构。
