多铁性纤锌矿过渡金属硫族化合物中的竞争反铁磁相

反铁磁 (AFM) 自旋电子学提供了一条超越铁磁体实现电控自旋器件的途径。在此，我们确定纤锌矿 MnX (X = S, Se, Te) 是一族承载竞争性 AFM 相的多铁性材料，包括可以通过铁电极化控制非相对论自旋劈裂的交变磁性。利用密度泛函理论和原子级自旋模型计算，我们表明所有原始 MnX 化合物都稳定为条纹型共线 AFM 基态，这与先前关于交变磁性基态的预测相反，其磁有序由受挫的 Heisenberg 交换和双二次交换相互作用控制。我们进一步证明，Cr 掺杂驱动了向 A 型 AFM 相的转变，该相打破了 Kramers 自旋简并，并在费米能级附近实现了具有大非相对论自旋劈裂的 g 波交变磁性态。重要的是，这种自旋劈裂可以通过极化翻转被确定性反转，从而无需重新定向 Neel 向或依赖自旋轨道耦合即可实现交变磁性电子结构的电场控制。条纹 AFM 与非共线全进全出构型在能量上的接近表明，纤锌矿 MnX 处于具有有限标量自旋手性的拓扑磁相附近，这可以通过温度、应变或化学调节等微小扰动来稳定。不同的磁相表现出对称性选择性的线性和非线性霍尔响应，为交变磁性和极化控制提供了直接的输运特征。总而言之，这些结果确立了掺杂纤锌矿 MnX 作为交变磁-铁电多铁性材料和电控 AFM 自旋电子学平台的广阔前景。