通过滑动分数量子多铁磁体实现自旋的非易失电气控制

我们提出了由垂直滑动在双层 altermagnet 中诱导的分数量子极化，揭示了一种此前未被认识的多铁磁相，称为滑动分数量子多铁磁性 (SFQM)。这种非传统磁相独特地将滑动铁电性与分数量子铁电性相结合，实现了高度有效的开关和非易失电气控制自旋。不同于传统多铁磁体，SFQM 同时表现出晶格尺度的原子位移、极低的开关势垒和自旋分裂，导致较大的分数量子极化和强大的磁电耦合。通过对称性分析和第一性原理计算，我们在双层 altermagnet Ca(CoN)$_2$ 及其族材料中识别出承载 SFQM 的优势候选物。与栅极控制方案不同，SFQM 中的自旋层间耦合是由自发电气极化和层极化所致的，无需持续的栅极电场且具有非易失特性。这种机制通过双轴滑动实现对自旋的非易失电气控制，其中沿 \textit{x}- 和 \textit{y}-轴的位移在层相关的电气极化中产生相反的极化方向。此外，SFQM 表现出完全可开关的异常霍尔效应和显著的磁光响应，可用于其检测和区分。这些发现凸显了通过滑动介导的非传统磁性、分数量子铁电性和堆叠顺序之间的耦合，在实现可电气控制的二维多铁磁体方面的潜在作用。