【材料】第一性原理预测二维室温三铁耦合
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纳米材料中的铁磁性、铁弹性和铁电性之间的耦合为下一代高密度低功耗的多态信息存储器件提供了理想的材料平台。然而，室温三铁耦合还未曾在二维体系中被报道过。近日，
昆士兰科技大学
的
唐程
、
杜爱军
团队提出
电子不对称设计策略在二维过渡金属氧族化物晶格中设计了室温三铁耦合。
高效、低功耗的存储和计算过程是这个信息爆炸时代对未来电子芯片设计的基本需求。为了提高信息密度和器件尺寸，二维多铁材料中多重信号响应特性成为了研究热点，尤其是其中存在的强磁电耦合。然而，由于传统的铁电性与铁磁性相斥的d电子与长程铁性耦合的低维抑制使得二维多铁材料在自然界中非常少。目前，尽管可以通过自旋晶格和自旋轨道相互作用实现两类二维铁磁性和铁电性的耦合，但是这种铁磁、铁电和铁弹性的三铁耦合仍然极其罕见，且还没有可以在室温中保持其铁性耦合的。显而易见的是，如果可以实现二维室温三铁耦合，其将展现出有趣的物理现象，并有望用于新型自旋电子器件的设计。
昆士兰科技大学团队通过第一性原理计算方法，设计出了一系列1Tʹ 相二维双过渡金属原子氧族化物，并研究了其室温铁电、铁磁和铁弹性之间的强耦合。一般来说，1Tʹ 相与1T和2H相相比，并非二维过渡金属氧族化物的基相。虽然1Tʹ相（如WT
e
2
图1. （a）电子不对称在二维四面体晶格中引起电极化示意图。（b）双过渡金属氧族化物中1T到1Tʹ相转变。
以1Tʹ-CrCo
S
4 S
4 S
4
图2. 1Tʹ相CrCo
S
4 单层的（a）自旋电子密度分布,（b）能带结构,（c）金属离子最外层电子轨道排布,（d）亚铁磁居里温度,（e）铁电转变温度预测。
这一成果近期发表在
Journal of the American Chemical Society 唐程
。
Enabling Room-Temperature Triferroic Coupling in Dual Transition-Metal Dichalcogenide Monolayers Via Electronic Asymmetry Cheng Tang*, Lei Zhang, Stefano Sanvito, and Aijun Du*
J. Am. Chem. Soc
.,
2023
,
145
, 2485–2491, DOI: 10.1021/jacs.2c11862
唐程，昆士兰科技大学博士后研究员。2017年硕士毕业于山东大学晶体材料研究所，随后加入昆士兰科技大学杜爱军教授课题组攻读博士学位，2021年取得博士学位后继续从事博士后研究工作。主要研究领域是第一性原理探究新型二维自旋电子材料及功能材料。目前，在相关领域发表SCI论文60余篇，其中以第一/通讯作者在
JACS, Nano Energy, Adv. Funct. Mater.
和
Nanoscale Horiz.
等期刊上发表论文17篇。曾获得2017年硕士研究生国家奖学金以及2022年国家优秀自费留学生奖学金。
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