Coexistence of intrinsic room-temperature ferromagnetism and piezoelectricity in monolayer BiCrX3 (X = S, Se, and Te)

文献情報

出版日 2021-12-03
DOI 10.1039/D1CP04900C
インパクトファクター 3.676
著者

Guang Song, Chengfeng Zhang, Zhengzhong Zhang, Guannan Li, Zhongwen Li, Juan Du, Bingwen Zhang, Xiaokun Huang, Benling Gao


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要旨

Two-dimensional (2D) materials with intrinsic ferromagnetism and piezoelectricity have received growing attention due to their potential applications in nanoscale spintronic devices. However, their applications are highly limited by the low Curie temperatures (TC) and small piezoelectric coefficients. Here, using first-principles calculations, we have successfully predicted that BiCrX3 (X = S, Se, and Te) monolayers simultaneously possess ferromagnetism and piezoelectricity by replacing one layer of Bi atoms with Cr atoms in Bi2X3 monolayers. Our results demonstrate that BiCrX3 monolayers are not only intrinsic ferromagnetic semiconductors with indirect band gaps, adequate TC values of higher than 300 K, and significant out-of-plane magnetic anisotropic energies, but also exhibit appreciable in-plane and out-of-plane piezoelectricity. In particular, the in-plane piezoelectric coefficients of BiCrX3 monolayers with ABCAB configuration are up to 15.16 pm V−1, which is higher than those of traditional three-dimensional piezoelectric materials such as α-quartz. The coexistence of ferromagnetism and piezoelectricity in BiCrX3 monolayers gives them promising applications in spintronics and nano-sized sensors.

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掲載誌

Physical Chemistry Chemical Physics

Physical Chemistry Chemical Physics
CiteScore: 5.5
自己引用率: 10.3%
年間論文数: 3036

Physical Chemistry Chemical Physics (PCCP) is an international journal co-owned by 19 physical chemistry and physics societies from around the world. This journal publishes original, cutting-edge research in physical chemistry, chemical physics and biophysical chemistry. To be suitable for publication in PCCP, articles must include significant innovation and/or insight into physical chemistry; this is the most important criterion that reviewers and Editors will judge against when evaluating submissions. The journal has a broad scope and welcomes contributions spanning experiment, theory, computation and data science. Topical coverage includes spectroscopy, dynamics, kinetics, statistical mechanics, thermodynamics, electrochemistry, catalysis, surface science, quantum mechanics, quantum computing and machine learning. Interdisciplinary research areas such as polymers and soft matter, materials, nanoscience, energy, surfaces/interfaces, and biophysical chemistry are welcomed if they demonstrate significant innovation and/or insight into physical chemistry. Joined experimental/theoretical studies are particularly appreciated when complementary and based on up-to-date approaches.

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