Les multiferroïques sont définis comme des matériaux qui présentent simultanément du ferromagnétisme et de la ferroélectricité. De telles propriétés font de ces matériaux des blocs de construction prometteurs de nouveaux matériaux multifonctionnels pour une variété d'applications. Cependant, il reste encore un grand défi d'améliorer le ferromagnétisme et la ferroélectricité des multiferroïques.

Une étude récente, menée conjointement par le professeur Geunsik Lee de la School of Natural Science de l'UNIST et le professeur Xiang Zhang de l'UC Berkeley aux États-Unis d'Amérique, a montré que les forces de van der Waals (vdW) peuvent être utilisées pour résoudre ce problème, a donc attiré une attention académique considérable.

Dans leur étude, publié dans la revue Communication Nature , les chercheurs ont démontré la faisabilité de réaliser un nouveau concept de multiferroïques à hétérostructure 2D. La méthode proposée est une nouvelle façon d'améliorer l'interaction entre deux propriétés en liant étroitement des matériaux ferromagnétiques et ferroélectriques via une liaison chimique. La méthode, qui a été testé par les chercheurs via leurs calculs théoriques, utiliser la liaison chimique par les forces vdW.

Matériaux multiferroïques, qui montrent un ordre ferroélectrique et magnétique simultané, peut contrôler le magnétisme par champ électrique ou vice versa. La technique de contrôle du magnétisme par champ électrique est particulièrement essentielle pour le développement de dispositifs de mémoire à haute densité. Pour mettre en œuvre cette technique, plus l'interaction entre ces ordres ferroïques est grande, mieux c'est.

Des études approfondies ont été menées sur les multiferroïques, contenant à la fois du ferromagnétisme et de la ferroélectricité dans un seul matériau. Encore, tous ces matériaux n'ont pas réussi à présenter un comportement multiferroïque à température ambiante. Pour cette raison, une attention particulière a été portée à la nouvelle méthode de mise en œuvre des multiferroïques à hétérostructure 2D, où les matériaux ferroélectriques et les matériaux magnétiques sont combinés.

Dans l'étude, l'équipe de recherche a proposé le nouveau concept de « multiferroïques à hétérostructure 2-D non covalente » en empilant des couches atomiques de Cr ferromagnétique 2 Gé 2 Te 6 et ferroélectrique In 2 Se 3 , conduisant ainsi à la multiferroïcité tout atomique. Ils ont également étudié expérimentalement et théoriquement les propriétés ferromagnétiques et ferroélectroniques des multiferroïques à hétérostructure 2D. Cette enquête expérimentale et théorique combinée révèle que les nouveaux multiferroïques sont capables d'avoir un contrôle total du magnétisme par champ électrique, même à l'interface entre les deux matériaux.

Ici, les forces supposées par les chercheurs n'étaient pas la liaison covalente, mais les forces de Van der Waals. Le terme « force de Van der Waals » fait référence aux attractions momentanées entre les molécules, comme les éléments libres diatomiques et les atomes individuels. Ces forces peuvent être attractives ou répulsives, en fonction de la distance entre les molécules impliquées.

Les recherches ont utilisé des calculs DFT de premier principe sur une hétérostructure vdW constituée de Cr ferromagnétique 2 Gé 2 Te 6 et ferroélectrique In 2 Se 3 monocouches. En inversant la polarisation électrique de l'In2Se3, l'anisotropie magnétocristalline calculée de Cr 2 Gé 2 Te 6 les changements entre l'axe facile et le plan facile (c'est-à-dire, activation/désactivation de l'ordre ferromagnétique), qui promet une nouvelle conception de la mémoire magnétique. Par ailleurs, Dans 2 Se 3 devient ferroélectrique magnétique, avec des polarisations de spin commutables selon sa propre polarisation électrique.

"Théoriquement, nous avons prouvé que le ferroélectrique et le ferromagnétique en couches peuvent être couplés chimiquement aux forces de van der Waals pour modifier les propriétés magnétiques à une valeur beaucoup plus grande que les propriétés conventionnelles, " explique le professeur Geunsik Lee. " Nous envisageons que la dualité multiferroïcité enrichit potentiellement la liberté de stockage de données en couches et celle de traitement de l'information en raison des diverses propriétés magnétoélectriques et magnéto-optiques des couches constituantes. "