随着电子设备不断向轻薄、高效、小型化发展，兼具磁性与铁电性的多铁材料成为科研领域的研究热点。凭借两种特殊性能的相互作用，它有望打造出灵敏度更高的传感器、读写速度更快的存储器件。
宁波东方理工大学理学部物理学院院长、讲席教授魏苏淮，联合浙江大学教授陆赟豪、中国科学院物理所研究员陈岚、香港理工大学教授杨声远，在二维室温多铁性研究方面取得重要进展，提出通过层间自掺杂实现多铁性的新策略。近日，相关研究成果发表在物理学顶级期刊《物理评论快报》（Physical Review Letters）上。
研究背景
现有的多铁材料通常分为两类。在第一类多铁材料中，铁电性和磁性源于不同且独立的起源。两种序并非由彼此直接诱导产生，其磁电耦合通常是线性的但较弱。在第二类多铁材料中，铁电性是由初级磁有序驱动的次级诱导序。这通常出现在非共线磁结构中，磁有序的形成打破了对称性并产生了电极化。第二类多铁材料中的磁电耦合机制依赖于自旋-轨道耦合，其磁电耦合强度通常比第一类情况要强，因此更适合应用。
然而，第二类多铁材料也存在重要的缺点。首先，由于铁电性是由自旋-轨道耦合（通常能量尺度较小）从磁性诱导而来，因此铁电序通常较弱且转变温度低，往往在10-50 K的范围内，远低于室温。其次，稳定的第二类多铁材料仍然非常有限，块体多铁材料的有序性通常在超薄层中无法维持。这些问题对材料设计和实际应用提出了巨大挑战。
研究亮点
在此研究中，作者提出了一种面向新型多铁材料的设计策略：层间自掺杂多铁材料。研究表明，由于反铁磁和铁磁有序对不同能带填充的偏好，具有中等能带填充的同质双层体系存在向层间自掺杂的本征不稳定性。这导致一层呈现反铁磁序而另一层呈现铁磁序，并伴随面外铁电性。
与常规的第一类和第二类多铁材料不同，层间自掺杂多铁材料中的铁电序和磁序本质上是耦合的，且不依赖于自旋-轨道耦合，因而具有在高温下持续存在的潜力。利用第一性原理计算，在两个具体体系中验证了这一机制：双层CrTe2和双层FeTe。值得注意的是，双层CrTe2中的多铁性被预测在室温下稳定工作。
这项研究揭示了一种新型多铁材料，并为设计具有高转变温度和强磁电响应的二维超薄多铁材料开辟了一条新途径。
浙江大学博士生钟淑玲为论文第一作者，杨声远、陈岚、魏苏淮、陆赟豪为论文通讯作者。
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