Switchable metal-to-half-metal transition at the semi-hydrogenated graphene/ferroelectric interface
Source abstract
Abstract
Tuning the half-metallicity of low-dimensional materials using an electric field is particularly appealing for spintronic applications but typically requires an ultra-high field, hampering practical applications. Interface engineering has been suggested as an alternative practical means to overcome this limitation and control the metal-to-half-metal transition. Here, we show from first-principles calculations that the polarization switching at the interface of semi-hydrogenated graphene (i.e., graphone) and a ferroelectric PbTiO3 layer can reversibly tune a metal to half-metal transition in graphone. Using a simple Hubbard model, this is rationalized using interface atomic orbital hybridization, which also reveals the origin of the high-quality screening of metallic graphone, preserving bulk-like stable ferroelectric polarization in the PbTiO3 film down to a thickness of two unit cells. These findings do not only open a new perspective on engineering half-metallicity at the interface of two-dimensional materials and ferroelectrics, but also identify graphone as a powerful atomically thin electrode, which holds great promise for the design of ultrafast and high integration density information-storage devices.
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Research context
OpenAlex topics: Graphene research and applications · Advancements in Battery Materials · Ferroelectric and Piezoelectric Materials
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Affiliations
Department of Engineering Mechanics & Key Laboratory of Soft Machines and Smart Devices of Zhejiang Province
Zhejiang University
Hangzhou 310027
China
Theoretical Materials Physics
Q-MAT
CESAM
University of Liège
B-4000 Liège
School of Materials Science and Engineering
Southeast University
Nanjing
Funding
National Natural Science Foundation of China · Natural Science Foundation of Zhejiang Province · Fonds pour la Formation à la Recherche dans l’Industrie et dans l’Agriculture
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