反铁磁纤锌矿氮化物中的铁电性
材料科学
2025-09-09 v1
摘要
纤锌矿型氮化物近期作为铁电应用的有前景候选材料出现，但其磁性对应物仍大多未被探索。在这里，我们确立MnSiN和MnGeN为一种新型多铁性纤锌矿家族的原型，该家族同时展现出铁电性和反铁磁性。这些基于Mn(II)的氮化物结晶于极性结构中，并在室温下展现出稳健的G型反铁磁性。第一性原理计算表明，包含Zn和Mg的非磁性类似物具有高极化反转势垒（每化学式单位0.735和0.683 eV）和宽带隙（4.0和4.8 eV），使其成为理想铁电候选材料。相比之下，MnSiN和MnGeN展现出强反铁磁交换相互作用（每个Mn位点5--9 meV）和中等带隙（1.6和1.0 eV），反转势垒分别为每化学式单位0.963和0.460 eV。尽管它们的磁电耦合有限，但我们表明这一类I型多铁性材料展现出在极化切换时反转符号的替代磁性自旋劈裂。通过策略性地替代碱土金属，我们设计了多种具有共存的、可切换极化、自旋织构和磁序的材料。这些发现为设计基于氮化物的替代磁性多铁性材料开辟了新途径，为集成反铁磁自旋电子器件提供了一个平台。
引用
@article{arxiv.2509.06325,
title = {Ferroelectricity in antiferromagnetic wurtzite nitrides},
author = {Steven M. Baksa and Lin-Ding Yuan and Stephen D. Wilson and James M. Rondinelli},
journal= {arXiv preprint arXiv:2509.06325},
year = {2025}
}
备注
12 pages, 7 figures