journal article·2022

Carrier doping-induced strong magnetoelastic coupling in 2D lattice

Yan Liang, Xingshuai Lv, Thomas Frauenheim

Nanoscale· Volume 14· Issue 8
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Abstract

The realization of intertwined ferroelasticity and ferromagnetism in two-dimensional (2D) lattices is of great interest for broad nanoscale applications but still remains a remarkable challenge. Here, we propose an alternative approach to realize the strongly coupled ferromagnetism and ferroelasticity by carrier doping. We demonstrate that prototypical 2D β-PbO is dynamically, thermally and mechanically stable. Under hole doping, 2D β-PbO possesses ferromagnetism and ferroelasticity simultaneously. Moreover, the robustness of ferromagnetic and ferroelastic orders is doping tunable. In particular, 2D β-PbO features an in-plane easy magnetization axis that is coupled with the lattice direction, enabling the ferroelastic manipulation of the spin direction. Furthermore, the efficient ferroelastic control of the anisotropic optical property and spin splitting in 2D β-PbO are also clarified. Our study highlights a new direction for 2D magnetoelastic research and enables the possibility for multifunctional devices.
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Research context

OpenAlex topics: Multiferroics and related materials · Ferroelectric and Piezoelectric Materials · 2D Materials and Applications

SciVX discovery tags are terminology-based. OpenAlex topics are source-provided classifications.

Affiliations

Bremen Center for Computational Materials Science, University of Bremen, 28359 Bremen, Germany

Shenzhen JL Computational Science and Applied Research Institute, 518109 Shenzhen, P.R. China

Beijing Computational Science Research Center, 100193 Beijing, P.R. China

Funding

Deutsche Forschungsgemeinschaft · China Postdoctoral Science Foundation

References (60)

Show source-provided references
1. Spaldin · Science · 2005 · 309 · 39110.1126/science.1113357 ↗
2. Cheong · Nat. Mater. · 2007 · 6 · 1310.1038/nmat1804 ↗
3. Lu · Natl. Sci. Rev. · 2019 · 6 · 65310.1093/nsr/nwz091 ↗
4. Schmid · Ferroelectrics · 1994 · 162 · 31710.1080/00150199408245120 ↗
5. Wang · Phys. Rev. Lett. · 2015 · 114 · 14720410.1103/PhysRevLett.114.147204 ↗
6. Seixas · Phys. Rev. Lett. · 2016 · 116 · 20680310.1103/PhysRevLett.116.206803 ↗
7. Luo · Phys. Rev. B · 2017 · 96 · 23541510.1103/PhysRevB.96.235415 ↗
8. Wu · Nano Lett. · 2016 · 16 · 323610.1021/acs.nanolett.6b00726 ↗
9. Gong · Nat. Commun. · 2019 · 10 · 110.1038/s41467-018-07882-8 ↗
10. Zhou · npj 2D Mater. Appl. · 2021 · 5 · 110.1038/s41699-020-00189-7 ↗
11. Xu · Nanoscale Horiz. · 2020 · 5 · 138610.1039/D0NH00362J ↗
12. Hill · J. Phys. Chem. B · 2020 · 104 · 669410.1021/jp000114x ↗
13. Kou · Nano Lett. · 2016 · 16 · 791010.1021/acs.nanolett.6b04180 ↗
14. Tang · J. Phys. Chem. Lett. · 2019 · 10 · 663410.1021/acs.jpclett.9b01969 ↗
15. Burch · Nature · 2018 · 563 · 4710.1038/s41586-018-0631-z ↗
16. Jiang · Nat. Nanotechnol. · 2018 · 13 · 54910.1038/s41565-018-0135-x ↗
17. Gong · Nature · 2017 · 546 · 26510.1038/nature22060 ↗
18. Li · Sci. Adv. · 2019 · 5 · eaaw568510.1126/sciadv.aaw5685 ↗
19. Zhang · Appl. Phys. Lett. · 2020 · 116 · 17210510.1063/1.5144842 ↗
20. Seixas · Phys. Rev. Lett. · 2016 · 116 · 20680310.1103/PhysRevLett.116.206803 ↗
21. Li · Nano Res. · 2021 · 1
22. You · Phys. Rev. B · 2021 · 103 · L16140810.1103/PhysRevB.103.L161408 ↗
23. Feng · J. Mater. Chem. C · 2020 · 8 · 1398210.1039/D0TC04400H ↗
24. Zhang · Nano Lett. · 2019 · 19 · 136610.1021/acs.nanolett.8b05050 ↗
25. Shen · Phys. Rev. B · 2021 · 103 · 14410110.1103/PhysRevB.103.144101 ↗
26. Hu · Nanoscale · 2020 · 12 · 2423710.1039/D0NR06268E ↗
27. Xu · Appl. Phys. Lett. · 2020 · 116 · 05240310.1063/1.5140644 ↗
28. Zhang · J. Mater. Chem. C · 2021 · 9 · 9510.1039/D0TC04846A ↗
29. Cao · Phys. Rev. Lett. · 2015 · 114 · 23660210.1103/PhysRevLett.114.236602 ↗
30. Fu · 2D Mater. · 2017 · 4 · 02510710.1088/2053-1583/aa6fa6 ↗
31. Liu · Appl. Phys. Lett. · 2019 · 115 · 25290410.1063/1.5133022 ↗
32. Duan · Mater. Horiz. · 2021 · 8 · 231610.1039/D1MH00939G ↗
33. Xu · Nanoscale Horiz. · 2020 · 5 · 140010.1039/D0NH00188K ↗
34. Kresse · Phys. Rev. B: Condens. Matter Mater. Phys. · 1996 · 54 · 1116910.1103/PhysRevB.54.11169 ↗
35. Perdew · Phys. Rev. Lett. · 1996 · 77 · 386510.1103/PhysRevLett.77.3865 ↗
36. Monkhorst · Phys. Rev. B: Solid State · 1976 · 13 · 518810.1103/PhysRevB.13.5188 ↗
37. Togo · Scr. Mater. · 2015 · 108 · 110.1016/j.scriptamat.2015.07.021 ↗
38. Martyna · J. Chem. Phys. · 1992 · 97 · 263510.1063/1.463940 ↗
39. Henkelman · J. Chem. Phys. · 2000 · 113 · 990110.1063/1.1329672 ↗
40. Perry · Appl. Phys. A · 2007 · 89 · 7710.1007/s00339-007-4073-y ↗
41. Adams · Phys. Rev. B: Condens. Matter Mater. Phys. · 1992 · 46 · 1135810.1103/PhysRevB.46.11358 ↗
42. Söderquist · J. Phys. Chem. Solids · 1967 · 28 · 82310.1016/0022-3697(67)90011-X ↗
43. Wang · Nat. Commun. · 2015 · 6 · 1
44. Zhang · J. Phys. Chem. Lett. · 2020 · 11 · 49710.1021/acs.jpclett.9b03433 ↗
45. Li · J. Mater. Chem. C · 2016 · 4 · 215510.1039/C6TC00454G ↗
46. Zhang · Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. · 2015 · 112 · 237210.1073/pnas.1416591112 ↗
47. Xu · Nat. Commun. · 2021 · 12 · 366510.1038/s41467-021-23882-7 ↗
48. Li · Nat. Commun. · 2016 · 7 · 1084310.1038/ncomms10843 ↗
49. Yuan · Nanoscale · 2020 · 12 · 1415010.1039/C9NR10114D ↗
50. Zhang · Nanoscale · 2018 · 10 · 599010.1039/C7NR09588K ↗
51. Xu · Nanoscale · 2018 · 10 · 21510.1039/C7NR05679F ↗
52. Cadelano · Phys. Rev. B: Condens. Matter Mater. Phys. · 2010 · 82 · 23541410.1103/PhysRevB.82.235414 ↗
53. Ma · Phys. Rev. B · 2018 · 98 · 08542010.1103/PhysRevB.98.085420 ↗
54. Zhang · Mater. Horiz. · 2019 · 6 · 193010.1039/C9MH00633H ↗
55. Lee · Science · 2008 · 321 · 38510.1126/science.1157996 ↗
56. Peng · Phys. Rev. Lett. · 2009 · 102 · 01720110.1103/PhysRevLett.102.017201 ↗
57. Li · Nature · 2016 · 529 · 18510.1038/nature16175 ↗
58. Dhoot · Phys. Rev. Lett. · 2009 · 102 · 13640210.1103/PhysRevLett.102.136402 ↗
59. Efetov · Phys. Rev. Lett. · 2010 · 105 · 25680510.1103/PhysRevLett.105.256805 ↗
60. Song · Nanoscale · 2019 · 11 · 113110.1039/C8NR08046A ↗