多鐵性被定義為同時表現出鐵磁性和鐵電性的材料，這些特性使這些材料成為具有多種應用前景的新型多功能材料。然而，如何提高多鐵材料的鐵磁性和鐵電性仍然是一個很大挑戰。現在由UNIST自然科學學院的Geunsik Lee教授和美國加州大學伯克利分校的張翔（音譯）教授聯合進行的一項研究表明，範德華(VDW)力量可以用來解決這一問題，因此引起了相當大的學術關注。
在發表在《自然通訊》期刊上的研究中，研究人員論證了實現二維異質多鐵材料新概念的可行性。方法是一種通過化學鍵緊密結合鐵磁和鐵電材料來增強兩種性質之間相互作用的新方法。該方法已經由研究人員通過理論計算進行了測試，通過VDW力使用化學鍵合。
多鐵材料同時表現出鐵電和磁性有序，可以通過電場控制磁性，反之亦然。通過電場控制磁性的技術，對於高密度存儲器件的發展尤其重要。為了實現這一技術，這些鐵序之間的相互作用越大，效果就越好。
在單一材料中同時包含鐵磁性和鐵電性的多鐵材料上進行了廣泛研究。然而，所有這些材料在室溫下都沒有表現出多鐵行為。由於這個原因，特別關注實現2D異質多鐵材料的新方法，其中鐵電材料和磁性材料被結合在一起。在研究中，研究小組提出了“非共價二維異質結構多鐵材料”的新概念，通過堆疊鐵磁Cr2Ge2Te6和鐵電In2Se3的原子層，從而形成全原子多鐵性。還從實驗和理論上研究了二維異質多鐵材料的鐵磁和鐵電性質。
這一結合的實驗和理論研究揭示了新多鐵材料能夠通過電場完全控制磁性，甚至在兩種材料之間的界面上也是如此。研究人員假設的力不是共價鍵，而是範德華力（術語“範德華力”是指分子之間的瞬時吸引力，如雙原子自由元素和單個原子）。這些力可能是吸引的，也可能是排斥的，這取決於所涉及分子之間的距離。本研究採用第一性原理DFT計算了由鐵磁Cr2Ge2Te6和鐵電In2Se3單層組成的VDW異質結構。
通過反轉In2Se3的電極化，計算得到Cr2Ge2Te6的磁晶各向異性在易軸和易面之間發生變化（即鐵磁順序的開/關），這有望實現一種新穎的磁存儲器設計。此外，In2Se3成為磁性鐵電材料，根據其自身的電極化，具有可切換的自旋極化。理論上，該已經證明層狀鐵電和鐵磁可以與範德華力在化學上耦合，從而將磁性改變為比傳統大得多的值。設想，多鐵性的二重性潛在地豐富了層分辨數據存儲和信息處理，這是由於組成層的不同磁電和磁光屬性。
博科園｜研究/來自：蔚山國立科學技術研究所
參考期刊《自然通訊》
DOI: 10.1038/s41467-019-10693-0
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