二维材料中通过结构相变实现三铁电共存与多种谷极化类型

多铁性材料同时具有磁性、铁电性和铁谷性，在推动自旋电子学和谷电子学器件的小型化和集成化方面具有广阔的应用前景。然而，在真实材料中同时存在三铁电序和多种谷极化类型是罕见的。在这里，我们提出了一种通过二维（2D）材料的结构相变来实现三铁电序共存和多种谷极化类型的机制。1T 相和 2H 相 OsBr₂ 单层分别表现出非磁性半导体和具有高达 175.49 meV 谷极化的铁磁性半导体。有趣的是，1T 相 OsBr₂ 双层由于晶格对称性破缺而表现出三态谷极化，而 2H 相双层的谷极化来源于时间反演对称性破缺和自旋轨道耦合的共同效应。此外，1T 相 AB 堆垛和 2H 相 AA 堆垛的谷极化和铁电极化可以通过层间滑动来调控。重要的是，我们验证了 2H 相可以通过 Li⁺ 离子嵌入转变为 1T 相，而 2H 相也可以通过红外激光诱导发生向 1T 相的结构相变。我们的工作为操控谷极化提供了一种可行的策略，并为具有非易失性多铁性特性的纳米器件设计提供了思路。