2024年8月30日，Nano Lett.在线发表了济南大学杨长红教授、王文轩讲师和澳大利亚卧龙岗大学Zhenxiang Cheng课题组的研究论文，题目为《Altermagnetism Induced by Sliding Ferroelectricity via Lattice Symmetry-Mediated Magnetoelectric Coupling》，论文的第一作者为Wei Sun。
作为另一类具有铁电性质的铁电体，随着“滑移铁电体”概念的引入，铁电体取得了重大突破，解决了表面去极化场导致二维铁电体严重不足的问题。这些材料中的面外极化是通过通过非极性单层的堆叠打破空间反演对称性，随后通过层之间的相对平移滑动来反转对称性来实现的，这得益于控制其组装的弱范德华相互作用。这种滑移铁电行为的特征是在面外方向上没有必要的原子位移，挑战了传统的理解，并代表了在揭示大量面外铁电体方面的重大进展。此外，滑移铁电体的极低过渡势垒为高速数据写入提供了显著的优势，并能够在包括室温在内的广泛温度范围内保持极化。
由于二维多铁体能够通过电场控制直接操纵磁态和相关物理性质，在自旋电子器件设计概念和实际应用方面取得了实质性进展，因此最近对二维多铁体的关注得到了加强。然而，磁性和铁电性之间固有互斥使相关研究变得复杂。因此，构建磁性/铁电范德华异质结已成为建立二维多铁性材料的常用策略，但相对较弱的磁电耦合严重限制了其发展。相反，最近提出的变铁性引入了磁电耦合的另一种途径，利用磁电相互作用的相互排斥特性。这导致范德华晶体能够在电场控制下表现出磁性或铁电性。然而，磁性和铁电性表现出时间分离，从而限制了磁电耦合。
在此研究中，作者采用了一种独特的方法，通过利用滑移铁电体进行晶格对称性修饰来实现磁电耦合，从而触发新的交错磁相变。构建了一个SnS2/MnPSe3/SnS2异质结，其中对称性可以通过滑移诱导的铁电和反铁电转变来改变，从而触发MnPSe3组分中的反铁磁性到交错磁性相变。第一性原理计算表明，铁电转变过程导致MnPSe3的PT（空间反演和时间反演相结合）对称性的破缺和恢复。对称性的这种改变决定了连接相反自旋亚晶格的操作，最终促进了从与反演操作对齐的反铁磁性到与镜像操作对齐的交错磁性的相变。这种方法不仅提出了一种通过滑移铁电将传统反铁磁性诱导为新型交错磁性的新策略，而且从前所未有的角度建立了一条由晶格对称介导强磁电耦合的途径。
图1 (a-b) SnS2和MnPSe3单层的俯视图；(c) SnS2和MnPSe3单层的态密度；(d) 异质结构的堆叠构型；(e-f) Néel型反铁磁序MnPSe3的晶体结构和能带结构
图2 (a) 具有+z极化的AA堆叠异质结；(b) 通过滑移顺序形成三层异质结中的两条铁电过渡路径；(c) 异质结中铁电转换的过渡能垒
图3 铁电转换模型及其相应的异质结构建后Mn离子周围的电荷耗尽和能带结构
图4 (a) AA堆叠异质结的差分电荷密度；(b-c) AA堆叠和BA堆叠中S-P原子对之间的电荷转移及其在xy平面上的积分；(d) 极化大小和自旋分裂能随外电场的变化；(e) 0.2 V/Å电场对能带结构的影响
