近日，理学院物理系/钱伟长学院任伟教授团队在二维多铁性量子资料钻研领域获得沉要进展，利用第一性道理推算钻研了一类层状过渡金属钒卤化物的自旋手性驱动铁电极化。钻研成就颁发在国际驰名期刊《Physical Review Letters》上，论文标题为“Spin-Chirality-Driven Multiferroicity in van der Waals Monolayers”，亿万先生MR为第一单元，通讯作者为任伟教授，合作者为意大利国度钻研会（CNR-SPIN）超导及创新资料与器件钻研所的Silvia Picozzi钻研员。亿万先生MR理学院物理系博士钻研生刘超为论文第一作者（现为中国科学技术大学杨金龙院士团队博士后）。

多铁性量子资料同时拥有铁电极化和磁有序的性质，并且能展示出磁电耦合效应，不仅能够用来钻研全新的基础量子物理景象，还能将其利用于远景宽泛的多职能电子器件中，二维层状化合物由于层间较弱的范德华相互作用，能够用于造备自立的单分子层和复杂二维异质结构，突破传统三维资猜中常见的晶格失配和原子相互扩散等限度，在微电子学领域也引起了宽泛关注。因而，国际钻研前沿领域当前正索求在二维层状化合物中实现铁电与磁性相互耦合的指标。

本工作中利用第一性道理推算，钻研了过渡金属钒的卤化物VX₂（X = Cl、Br、I）单层作为一类自旋手性驱动的范德华多铁资料。其磁性原子为三角格子的分列方式，磁基态为120度自旋阻挫的构型，由于自旋相互作用突破空间反演对称性会产生铁电极化，可通过扭转自旋手性节造铁电极化的回转。因而在施加垂直于单层的电场的情况下，一种自旋手职能够比另一种自旋手性构型不变，从而实现自旋构型的电节造。钻研发现极化方向始终垂直于自旋螺旋的平面，因而也能够通过节造自旋方历来调节极化方向。此表，通过广义自旋流理论，该工作批注铁电极化重要源于第一最近邻的磁电相互作用，利用自旋流模型推算出磁电相互作用矩阵，得到的极化强杜纂现代极化理论的了局相当。钻研还发现卤化钒中的磁电相互作用受到晶格常数和原子距离的显著影响，因而准则上能使弱自旋轨路耦合的系统阐发出更强的磁电耦合作用。此表，固然这三种化合物显示层间反铁磁耦合，但并不扭转每层的自旋手性分列，因而在其三维块体中也能发现自旋诱导的电极化。最后，该工作预测了显著的自旋驱动离子位移，可能获得更大的较为实用的极化强度。本钻研通过理论展示卤化钒奇怪的磁电耦合将有望推进下一代磁电器件的发展进取。

本工作得到了国度天然科学基金沉点及面上项目、上海市科学技术委员会优良学术带头人项目、亿万先生MR上海市科学与工程推算专业技术服务平台和亿万先生MR量子科技钻研院的支持。

论文链接：

Spin-Chirality-Driven Multiferroicity in van der Waals Monolayers, Chao Liu, Wei Ren, and Silvia Picozzi, Phys. Rev. Lett. 132, 086802, 2024.

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.132.086802 

延长阅读：

Magnetoelectric Coupling in Multiferroic Bilayer VS2, X Liu, AP Pyatakov, W Ren, Physical Review Letters 125, 247601, 2020.

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.125.247601 

Multipiezo Effect in Altermagnetic V2SeTeO Monolayer, Y Zhu, T Chen, Y Li, L Qiao, X Ma, C Liu, T Hu, H Gao, W Ren, Nano Letters 24, 472, 2024.

https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acs.nanolett.3c04330