新兴的多铁性替代磁体及其通过非共线分子极化实现的自旋控制

《Science China-Physics Mechanics & Astronomy》：Emergent multiferroic altermagnets and spin control via noncollinear molecular polarization

分子铁电体与交替磁体耦合实现电控自旋调控，通过对称设计和紧束缚模型揭示非共线极化调控自旋机制，第一性原理验证有机-无机杂化材料可行性。

　　

摘要

具有自旋分裂和零磁化强度的替代磁体（altern magnets）与许多引人入胜的现象和潜在应用密切相关。特别是，将铁电性与替代磁性相结合以实现磁电耦合和自旋的电控受到了广泛关注。然而，其实验实现和精确的自旋操控至今仍具有挑战性。在这里，我们聚焦于分子铁电体——这类材料以其高度可控的分子极化和结构灵活性而闻名——并发现通过一种新兴的多铁性替代磁体可以克服这些障碍。这种多铁性替代磁体能够在大量制备的有机材料中实现可调的自旋极化。通过基于对称性的设计和紧束缚模型，我们揭示了这类分子铁电替代磁体的内在机制，并展示了非共线分子极化如何能够开启或关闭自旋极化，甚至改变其符号，这一现象可通过磁光克尔效应进行检测。基于第一性原理的计算，我们验证了这些材料在一系列成熟的有机-无机钙钛矿和金属-有机框架中的可行性。我们的发现架起了分子铁电体与替代磁体自旋电子学之间的桥梁，突显了多功能有机多铁性材料的潜在价值。

具有自旋分裂和零磁化强度的替代磁体与许多引人入胜的现象和潜在应用密切相关。特别是，将铁电性与替代磁性相结合以实现磁电耦合和自旋的电控受到了广泛关注。然而，其实验实现和精确的自旋操控至今仍具有挑战性。在这里，我们聚焦于分子铁电体——这类材料以其高度可控的分子极化和结构灵活性而闻名——并发现通过一种新兴的多铁性替代磁体可以克服这些障碍。这种多铁性替代磁体能够在大量制备的有机材料中实现可调的自旋极化。通过基于对称性的设计和紧束缚模型，我们揭示了这类分子铁电替代磁体的内在机制，并展示了非共线分子极化如何能够开启或关闭自旋极化，甚至改变其符号，这一现象可通过磁光克尔效应进行检测。基于第一性原理的计算，我们验证了这些材料在一系列成熟的有机-无机钙钛矿和金属-有机框架中的可行性。我们的发现架起了分子铁电体与替代磁体自旋电子学之间的桥梁，突显了多功能有机多铁性材料的潜在价值。