双层堆叠铁电性的通用理论
材料科学
2023-04-19 v1
摘要
二维（2D）铁电体在自然界中十分罕见，可实现高密度、低能耗的非易失性存储。本文提出一种双层堆叠铁电性（BSF）理论，其中两层相同的2D材料经不同旋转与平移堆叠后呈现铁电性。通过系统的群论分析，我们找出了全部80个层群（LGs）中所有可能的BSF，并发现了双层中对称性产生与湮灭的规律。我们的通用理论不仅能解释以往所有发现（包括滑动铁电性），还提供了新视角。有趣的是，双层电极化方向可与单层完全不同。特别地，恰当堆叠两个中心对称的极性单层可使双层变为铁电体。借助第一性原理模拟，我们证明通过对原型2D铁磁中心对称材料CrI3进行堆叠，可引入铁电性乃至多铁性。此外，我们发现双层CrI3的面外电极化与面内电极化相互锁定，表明可通过施加面内电场以确定性方式调控面外极化。本BSF理论为设计大量双层铁电体及由此构建的丰富基础研究与应用平台奠定了坚实基础。
引用
@article{arxiv.2210.16542,
title = {General Theory for Bilayer Stacking Ferroelectricity},
author = {Junyi Ji and Changsong Xu and H. J. Xiang},
journal= {arXiv preprint arXiv:2210.16542},
year = {2023}
}
备注
18 pages, 2 figures