Piezoelectric ferromagnetism in Janus monolayer YBrI: a first-principles prediction

文献情報

出版日 2022-11-29
DOI 10.1039/D2CP05046C
インパクトファクター 3.676
著者

San-Dong Guo, Meng-Xia Wang, Yu-Ling Tao


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要旨

Coexistence of intrinsic ferromagnetism and piezoelectricity, namely piezoelectric ferromagnetism (PFM), is crucial to advance multifunctional spintronic technologies. In this work, we demonstrate that Janus monolayer YBrI is a PFM, which is dynamically, mechanically and thermally stable. The electronic correlation effects on the physical properties of YBrI are investigated by using generalized gradient approximation plus U (GGA+U) approach. For out-of-plane magnetic anisotropy, YBrI is a ferrovalley (FV) material, and its valley splitting is larger than 82 meV within the considered U range. The anomalous valley Hall effect (AVHE) can be achieved under an in-plane electric field. However, for in-plane magnetic anisotropy, YBrI is a common ferromagnetic (FM) semiconductor. When considering intrinsic magnetic anisotropy, the easy axis of YBrI is always in-plane, and its magnetic anisotropy energy (MAE) varies from 0.309 meV to 0.237 meV (U = 0.0 eV to 3.0 eV). However, the magnetization can be adjusted from the in-plane to out-of-plane direction by an external magnetic field, and then lead to the occurrence of valley polarization. Moreover, the missing centrosymmetry along with broken mirror symmetry results in both in-plane and out-of-plane piezoelectricity in the YBrI monolayer. At a typical U = 2.0 eV, the piezoelectric strain coefficient d11 is predicted to be āˆ’5.61 pm Vāˆ’1, which is higher than or comparable with the ones of other known two-dimensional (2D) materials. The electronic and piezoelectric properties of YBrI can be effectively tuned by applying biaxial strain. For example, tensile strain can enhance valley splitting and d11 (absolute value). The predicted magnetic transition temperature of YBrI is higher than those of experimentally synthesized 2D FM materials CrI3 and Cr2Ge2Te6. Our findings of these distinctive properties could pave the way for designing multifunctional spintronic devices, and bring forward a new perspective for constructing 2D materials.

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DOI: 10.1039/C5CP90215K

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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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