范德华多铁CuCrP的电磁各向异性gydF4y2Ba_{2 gydF4y2Ba}年代gydF4y2Ba_6gydF4y2Ba

在现代信息存储领域，物理性质可以作为存储“介质”，如铁电材料的电极化(偶极取向)gydF4y2Ba^{1gydF4y2Ba，gydF4y2Ba2 gydF4y2Ba}，或磁性材料的自旋极化(磁矢量)gydF4y2Ba^{3.gydF4y2Ba，gydF4y2Ba4gydF4y2Ba}．值得注意的是，多铁材料同时具有这两种特性，甚至它们的交叉耦合，由于其能量消耗远低于传统的基于半导体的存储器件，因此在制造磁电存储器件方面很有前景gydF4y2Ba^{5gydF4y2Ba，gydF4y2Ba6gydF4y2Ba，gydF4y2Ba7gydF4y2Ba，gydF4y2Ba8gydF4y2Ba}．然而，传统的多铁材料受尺寸限制、界面效应、极化起源、反转机制等因素的影响，难以满足潜在应用领域的发展需求。gydF4y2Ba

与传统体系相比，二维(2D)范德华(vdW)材料表现出明显不同和特殊的物理性质，具有稳定的层状结构，层内力强，层间力弱gydF4y2Ba^{9gydF4y2Ba，gydF4y2Ba10gydF4y2Ba，gydF4y2Ba11gydF4y2Ba，gydF4y2Ba12gydF4y2Ba}．此外，2D vdW材料可以与各种材料堆叠和集成，直至原子层厚度，成功避免了尺寸或界面问题gydF4y2Ba^{13gydF4y2Ba，gydF4y2Ba14gydF4y2Ba，gydF4y2Ba15gydF4y2Ba，gydF4y2Ba16gydF4y2Ba}．因此，研究本征二维vdW多铁材料已成为下一代信息存储器件发展的重要方向之一。在这类材料中对电极化和自旋极化的操纵显示了量子信息存储的明显优势。然而，理想的内在2D vdW多铁材料是罕见的，这需要更多的研究来发现新材料。gydF4y2Ba

最近，明星化合物CuCrPgydF4y2Ba_{2 gydF4y2Ba}年代gydF4y2Ba_6gydF4y2Ba(CCPS)是一种ii型多铁性材料，由于其具有反铁电性和反铁磁性的共存特性以及强极化-磁化耦合特性，被认为是一种很有前途的二维vdW候选材料gydF4y2Ba^{17gydF4y2Ba，gydF4y2Ba18gydF4y2Ba，gydF4y2Ba19gydF4y2Ba，gydF4y2Ba20.gydF4y2Ba，gydF4y2Ba21gydF4y2Ba，gydF4y2Ba22gydF4y2Ba，gydF4y2Ba23gydF4y2Ba，gydF4y2Ba24gydF4y2Ba}．CCPS表现为Cu和Cr在蜂窝亚晶格上的交替排列，具有离子和自旋特性可调的显著优势，可用于磁电存储器件gydF4y2Ba^{20.gydF4y2Ba，gydF4y2Ba22gydF4y2Ba}．铜的交错位移gydF4y2Ba^+gydF4y2Ba远离周围S中心的位置gydF4y2Ba_6gydF4y2Ba八面体有助于形成反铁电态，而铬gydF4y2Ba^{3 +gydF4y2Ba}亚晶格在Néel温度以下产生反铁磁相(gydF4y2BaTgydF4y2Ba_NgydF4y2Ba）gydF4y2Ba^{25gydF4y2Ba，gydF4y2Ba26gydF4y2Ba}．这些特殊的特性使CCPS成为多功能2D器件中多铁应用的优越候选者。gydF4y2Ba

具有固有面内各向异性的系统在实现多终端器件方面具有很大的潜力。研究二维vdW多铁材料的自发层内电、磁各向异性对基础研究和存储应用具有重要意义。CCPS的电偶极子和自旋阶都源于自旋-轨道耦合，源于晶体对称性破缺gydF4y2Ba^{26gydF4y2Ba，gydF4y2Ba27gydF4y2Ba，gydF4y2Ba28gydF4y2Ba}．然而，其平面内的电、磁各向异性尚未得到深入研究，离子迁移在纳米尺度上如何与晶格相互作用仍有待阐明。gydF4y2Ba

在这项工作中，我们展示了CCPS的vdW层中明显的电和磁各向异性，这取决于晶体取向和极化方向。沿不同轴向的扩散势垒引起了平面内电各向异性，从而导致Cu离子迁移效率和电流整流行为的不同。这一发现将刺激潜在的器件应用，如人工仿生突触和多端自旋电子器件。此外，我们在层内铁磁(FM)耦合和层间反铁磁(AFM)耦合下，证明了Néel矢量的单轴磁各向异性和自旋翻转(SF)旋转。通过反铁磁共振(AFMR)测量得到了一致的结果，表明了相应的磁振子模式，并得到了数值各向异性参数，这些结果得到了Landau-Lifshitz模型拟合和第一性原理计算的支持。磁各向异性决定了自旋取向，在磁数据存储和自旋电子器件中起着重要作用。本研究为今后研究控制vdW多铁质CCPS的电、磁各向异性提供了基础理解和参考，为高密度非易失性存储器件的多功能开发提供了理论依据。gydF4y2Ba

CCPS的单晶，具有单斜gydF4y2BaPgydF4y2Ba用化学蒸汽输运法生长了c空间群和由vdW相互作用连接的堆叠二维层。已知其处于低于临界转变温度的反铁电(AFE)相gydF4y2BaTgydF4y2Ba_CgydF4y2Ba~ 145 kgydF4y2Ba^{17gydF4y2Ba，gydF4y2Ba23gydF4y2Ba，gydF4y2Ba26gydF4y2Ba}．铜离子交替占据上下位置，导致自发宏观极化的缺失。侧视图结构(层间gydF4y2Ba公元前gydF4y2Ba-plane)的AFE状态如图所示。gydF4y2Ba1gydF4y2Ba，而顶视图结构(内层gydF4y2BaabgydF4y2Ba-plane)如图所示。gydF4y2Ba1 bgydF4y2Ba．CCPS的三角网络包括准三角CuSgydF4y2Ba_3.gydF4y2Ba，八面体CrSgydF4y2Ba_6gydF4y2Ba，和PgydF4y2Ba_{2 gydF4y2Ba}年代gydF4y2Ba_6gydF4y2Ba单位。铜gydF4y2Ba^+gydF4y2Ba和铬gydF4y2Ba^{3 +gydF4y2Ba}离子在溶液中有序地形成蜂窝状晶格gydF4y2BaabgydF4y2Ba飞机。CrgydF4y2Ba^{3 +gydF4y2Ba}离子几乎集中在vdW层，而CugydF4y2Ba^+gydF4y2Ba离子偏离中心，位移交错。gydF4y2Ba

体块CCPS表面的x射线衍射(XRD)图表明，该材料具有良好的单晶取向gydF4y2BacgydF4y2Ba，如图所示。gydF4y2Ba1 cgydF4y2Ba．晶体体形成了灵活的血小板，这是在插图中捕获。为了证实其良好的结晶性和高的均匀性，进行了透射电子显微镜(TEM)gydF4y2Ba^29gydF4y2Ba．制备良好的样品的透射电镜图像如图所示。gydF4y2Ba1 dgydF4y2Ba，插图中有高分辨率的局部晶体结构捕捉。模拟电子衍射图像的单斜结构的CCPS沿gydF4y2BacgydF4y2Ba轴(出gydF4y2BaabgydF4y2Ba-plane)如图所示。gydF4y2Ba1 egydF4y2Ba，与图中测量值吻合较好。gydF4y2Ba1 fgydF4y2Ba．图中连接的六边形稍微扭曲一下。gydF4y2Ba1 fgydF4y2Ba应来自于超声处理制样过程中CCPS薄片的拉伸，其规律不如图中模拟的规律。gydF4y2Ba1 egydF4y2Ba．在接下来的研究中，我们重点研究了通过vdW层中的Cu阳离子调制得到的电各向异性，以及通过控制Cr位点产生的自旋取向得到的磁各向异性。gydF4y2Ba

压电响应力显微镜(PFM)对CCPS晶体体(厚度约3 μ m的厚片状)进行了测量。饱和对称相位迟滞回线gydF4y2BavsgydF4y2Ba得到低温下直流偏置电压，如图所示。gydF4y2Ba2gydF4y2Ba．我们观察到，当电场施加于平面外时，铁电极化有明显的180°开关gydF4y2BacgydF4y2Ba设在)。出现的亚稳铁电性(FE)的结构示意图表示在图的上部插图。gydF4y2Ba2gydF4y2Ba，由位于vdW层同一侧的Cu原子组成。平面外电偶极子可能产生于带有不平衡电荷的AFE域边界，这与电场作用下的缺陷偶极子极化有关gydF4y2Ba^{12gydF4y2Ba，gydF4y2Ba24gydF4y2Ba，gydF4y2Ba25gydF4y2Ba}．磁电流的测量gydF4y2BavsgydF4y2Ba我们还进行了磁场实验，以证明我们的CCPS晶体体中存在强磁电耦合，如补充图所示。gydF4y2Ba1gydF4y2Ba．研究电性各向异性，并将其应用于存储函数gydF4y2Ba^30.gydF4y2Ba，我们制作了微型器件，并测量了CCPS vdW层内的电流整流。我们机械地剥离大块的CCPS并将薄片转移到SiO上gydF4y2Ba_{2 gydF4y2Ba}/Si晶圆的聚二甲基硅氧烷(PDMS)。在光刻过程后，四个铂(Pt)电极被沉积在CCPS薄膜上，使电流通道沿识别gydF4y2Ba一个gydF4y2Ba而且gydF4y2BabgydF4y2Ba轴的晶体结构分别。CCPS设备和放大配置的显微镜图片如图所示。gydF4y2Ba2 bgydF4y2Ba，显示电气测量设计与识别gydF4y2Ba一个gydF4y2Ba而且gydF4y2BabgydF4y2Ba的方向。将电压从一个Pt电极施加到相邻的Pt电极上，不同的相邻电极对可以决定不同的传输方向。gydF4y2Ba

图中所有的整改行为。gydF4y2Ba2氟gydF4y2Ba在室温下，在170nm厚的CCPS纳米片上获得，电流电压(gydF4y2Ba电流-电压gydF4y2Ba)的特点gydF4y2BaabgydF4y2Ba飞机被收集。将滞回曲线归一化为电流密度gydF4y2BavsgydF4y2Ba扫描电压(gydF4y2BaJgydF4y2Ba- - - - - -gydF4y2BaVgydF4y2Ba)时，沿的电性各向异性明显gydF4y2Ba一个gydF4y2Ba而且gydF4y2BabgydF4y2Ba相同的10v极后的方向。在图中，当施加+10 V磁极3分钟时，电各向异性的差异比例达到~18。gydF4y2Ba2摄氏度gydF4y2Ba，而在图中，当极化电压时间增加到6min或更长时，其减小到~2。gydF4y2Ba二维gydF4y2Ba．当直流偏置保持10v时，电流密度的明显差异随时间的变化gydF4y2Ba一个gydF4y2Ba而且gydF4y2BabgydF4y2Ba轴在图中观察。gydF4y2Ba2 egydF4y2Ba．结果表明，不同的整流特性取决于传输方向和电压极性，易导电方向为沿gydF4y2Ba一个gydF4y2Ba轴。gydF4y2Ba

当极性电压反向到−10v时，电压会降低gydF4y2BaJgydF4y2Ba- - - - - -gydF4y2BaVgydF4y2Ba沿着gydF4y2Ba一个gydF4y2Ba轴表现出类似的负向整流行为，如图所示。gydF4y2Ba2 fgydF4y2Ba．结果表明，在CCPS的可调单相忆阻器中实现了双极整流行为。CCPS膜厚不同的其他装置(见补充图)。gydF4y2Ba2 gydF4y2Ba)被制作和测量，以证明我们的发现的可重复性和可靠性。我们的器件的电学性能源于高流动性的铜离子冥想迁移，可以通过极化时间、极化和电流方向来控制。电流精馏中离子迁移过程的物理模型如图所示。gydF4y2Ba3.gydF4y2Ba．更重要的是，各向异性电导率由晶格中的扩散势垒决定，扩散势垒影响电势gydF4y2Ba^31gydF4y2Ba并导致不同的Cu离子迁移效率gydF4y2Ba^{32gydF4y2Ba，gydF4y2Ba33gydF4y2Ba}．gydF4y2Ba

产生平面内电各向异性的物理机理示意图如图所示。gydF4y2Ba2 ggydF4y2Ba．扩散势垒依赖于特定输运方向上的能级差，例如gydF4y2Ba一个gydF4y2Ba或者是gydF4y2BabgydF4y2Ba轴。根据我们的电学结果，扩散势垒gydF4y2Ba一个gydF4y2Ba轴(gydF4y2BaφgydF4y2Ba_{一个gydF4y2Ba})的尺寸比gydF4y2BabgydF4y2Ba轴(gydF4y2BaφgydF4y2Ba_bgydF4y2Ba)，导致沿的导电通道增加gydF4y2Ba一个gydF4y2Ba轴。有两个相同的肖特基势垒gydF4y2BaφgydF4y2Ba_1gydF4y2Ba=gydF4y2BaφgydF4y2Ba_{2 gydF4y2Ba}在初始状态下，由于我们器件两侧的两个电极都是Pt，在正电压极化下，电场会驱动Cu离子进行定向迁移，导致Cu离子在阴极界面处聚集，形成“富Cu离子”区。因此，肖特基势垒gydF4y2BaφgydF4y2Ba_1gydF4y2Ba是由离子电容降低的效应，以及原因gydF4y2BaφgydF4y2Ba_1gydF4y2BaφgydF4y2Ba_{2 gydF4y2Ba}．如图下半部分所示。gydF4y2Ba2 ggydF4y2Ba，沿铜离子方向施加电压时，铜离子会积聚更多gydF4y2Ba一个gydF4y2Ba轴与沿轴的轴相比较gydF4y2BabgydF4y2Ba轴,因此gydF4y2BaφgydF4y2Ba_1gydF4y2BaφgydF4y2Ba_3.gydF4y2Ba而且gydF4y2BaφgydF4y2Ba_{2 gydF4y2Ba}>gydF4y2BaφgydF4y2Ba_4gydF4y2Ba是表示。所探索的特征不仅证明了多铁性vdW层内的电各向异性，而且为具有多功能模式和多终端方向的人工仿生突触提供了一种优越的候选材料gydF4y2Ba^{34gydF4y2Ba，gydF4y2Ba35gydF4y2Ba，gydF4y2Ba36gydF4y2Ba}．gydF4y2Ba

AFM vdW材料由于其高度可调的磁性能为未来的存储、逻辑和通信器件提供良好的机会。Néel矢量的切换刺激了多级神经形态输出的潜在自旋电子器件的发展gydF4y2Ba^{37gydF4y2Ba，gydF4y2Ba38gydF4y2Ba，gydF4y2Ba39gydF4y2Ba}．报道了CCPS是一种a型AFM vdW多铁质，其中Cr原子作为其3个原子贡献了一个长程自旋有序gydF4y2BadgydF4y2Ba壳没有被填满，有3个未成对的gydF4y2BadgydF4y2Ba每个原子的电子数gydF4y2Ba^{23gydF4y2Ba，gydF4y2Ba24gydF4y2Ba}．在Néel以上转变温度时(gydF4y2BaTgydF4y2Ba_NgydF4y2Ba)时，CCPS处于顺磁相，此时Cr离子的自旋处于无序状态。当冷却到以下gydF4y2BaTgydF4y2Ba_NgydF4y2Ba时，CCPS进入AFM相，自旋朝向交替夹层的相反方向。层内FM耦合和层间AFM耦合可以产生丰富的ghz频率动力模态gydF4y2Ba^{40gydF4y2Ba，gydF4y2Ba41gydF4y2Ba，gydF4y2Ba42gydF4y2Ba}，这促使我们研究单轴磁各向异性和多自旋阶。在商用超导量子干涉器件(SQUID)和物性测量系统(PPMS)中进行了磁测量。磁化率的温度依赖性(gydF4y2BaχgydF4y2Ba~gydF4y2BaTgydF4y2Ba)的零场冷却(ZFC)gydF4y2Ba一个gydF4y2Ba，gydF4y2BabgydF4y2Ba,gydF4y2BacgydF4y2Ba轴如图所示。gydF4y2Ba3gydF4y2Ba，表示CCPS中的AFM层间耦合。尖头:明显的尖头指示gydF4y2BaTgydF4y2Ba_NgydF4y2Ba在各方向均得到= 32 K，在低温下只在沿gydF4y2Ba一个gydF4y2Ba方向。这表明自旋序更倾向于沿着gydF4y2Ba一个gydF4y2Ba轴，也就是容易磁化的轴。的gydF4y2BabgydF4y2Ba而且gydF4y2BacgydF4y2Ba轴是硬轴，它们的gydF4y2Ba\气(\ \)gydF4y2Ba- - - - - -gydF4y2BaTgydF4y2Ba曲线重叠，低温时磁化强度变化小得多。虚线对应于右轴gydF4y2BaχgydF4y2Ba^{−1gydF4y2Ba}（gydF4y2BaHgydF4y2Ba/gydF4y2Ba米gydF4y2Ba)，展示居里威的试穿。居里维斯温度(gydF4y2Ba\({\θ}_ {{{\ mbox {CW}}}} \)gydF4y2Ba)的含量估计为24kgydF4y2BaχgydF4y2Ba=gydF4y2BaCgydF4y2Ba/（gydF4y2BaTgydF4y2Ba−gydF4y2BaθgydF4y2Ba_{连续波gydF4y2Ba}),其中gydF4y2BaCgydF4y2Ba为居里常数。积极的gydF4y2Ba\({\θ}_ {{{\ mbox {CW}}}} \)gydF4y2Ba演示了该化合物的FM层内耦合。gydF4y2Ba

磁滞回线(gydF4y2Ba米gydF4y2Ba- - - - - -gydF4y2BaHgydF4y2Ba)沿gydF4y2Ba一个gydF4y2Ba，gydF4y2BabgydF4y2Ba,gydF4y2BacgydF4y2Ba图中为10k、50k、100k处的轴。gydF4y2Ba3 bgydF4y2Ba．它们在−14 T到+14 T的宽磁场范围内获得。在10k时，样品在7.4 T的电场下饱和gydF4y2BacgydF4y2Ba的饱和场为6 TgydF4y2BaabgydF4y2Ba飞机。揭示了在AFM相位中，大磁场对FM的强迫对准为gydF4y2BaTgydF4y2BaTgydF4y2Ba_NgydF4y2Ba面内各向异性较弱，面外各向异性较强。的gydF4y2Ba一个gydF4y2Ba轴为能量最小的易轴，各向异性能量为gydF4y2BabgydF4y2Ba轴略高，而gydF4y2BacgydF4y2Ba轴是能量很大的硬轴。在50k和100k时gydF4y2BamhgydF4y2Ba环显示沿高度巧合gydF4y2Ba一个gydF4y2Ba，gydF4y2BabgydF4y2Ba,gydF4y2BacgydF4y2Ba轴因顺磁相而成gydF4y2BaTgydF4y2Ba>gydF4y2BaTgydF4y2Ba_NgydF4y2Ba．的扩大gydF4y2BamhgydF4y2Ba图中为10k时沿三个方向的小环路。gydF4y2Ba3 cgydF4y2Ba．值得注意的是，在阴影中标记有一个明显的平面内自旋再定向转变，这表示一个自旋翻转(SF)转变。SF跃迁呈s型曲线，且仅在小范围内发生gydF4y2Ba一个gydF4y2Ba轴,gydF4y2BaTgydF4y2BaTgydF4y2Ba_NgydF4y2Ba．它揭示了带有阈值场的AFM Néel向量的90°重定向gydF4y2BaHgydF4y2Ba_{科幻小说gydF4y2Ba}~ 0.4 T，称为SF场。SF跃迁的示意图如图所示。gydF4y2Ba3 dgydF4y2Ba，表示能量各向异性分布的面内自旋重定向和vdW层间的面外自旋逆平行排列。磁矩(自旋顺序)在Cr位点上进行，用箭头表示。作为gydF4y2BaHgydF4y2Ba_{科幻小说gydF4y2Ba}时，Néel向量从gydF4y2Ba一个gydF4y2Ba轴gydF4y2BabgydF4y2Ba轴，垂直于施加的外场。磁易轴沿gydF4y2Ba一个gydF4y2Ba方向，应该有最小的各向异性能量。的gydF4y2BabgydF4y2Ba轴的能量略高于gydF4y2Ba一个gydF4y2Ba轴，导致小场下的SF跃迁。层间自旋顺序在SF跃迁前后保持AFM排列。这种SF跃迁为高阶磁各向异性提供了另一个证据，这来自于CCPS固有的特殊对称性破缺晶体结构。gydF4y2Ba

人们普遍认为单轴磁各向异性是实现超快自旋传递和有效自旋波激发的关键gydF4y2Ba^{40gydF4y2Ba，gydF4y2Ba41gydF4y2Ba，gydF4y2Ba42gydF4y2Ba，gydF4y2Ba43gydF4y2Ba}．为了研究磁各向异性和SF跃迁所产生的磁振子模式，在不同温度和磁场下进行了反铁磁共振(AFMR)测量。我们在3-13 GHz的频率范围内观测到所有的微波吸收光谱。与传统的反铁磁体相比，低得多的频率是由于主要的弱层间AFM耦合gydF4y2Ba^43gydF4y2Ba．有代表性的共振为50 K和10 K沿gydF4y2Ba一个gydF4y2Ba轴如图所示。gydF4y2Ba4 a、bgydF4y2Ba,分别。gydF4y2Ba

在50k时(gydF4y2BaTgydF4y2Ba>gydF4y2BaTgydF4y2Ba_NgydF4y2Ba)。gydF4y2Ba4gydF4y2Ba时，微波吸收在所有频率中都存在一个单峰，随着谐振频率的增加，微波吸收在0.1 T到0.5 T范围内呈线性渐变。在100 K时的共振信号表明了与在50 K时相似的行为(见补充图)。gydF4y2Ba5gydF4y2Ba)．而在10k时，在相同频率下观察到明显的双峰，如图所示。gydF4y2Ba4 bgydF4y2Ba，不能用基特尔方程拟合。虚线中的两种共振模式变化趋势相反，源于自旋阶的不同运动行为，被识别为不同的磁振子模式。一种模式是磁场gydF4y2BaHgydF4y2Ba随共振频率的增加而减小，而另一模态则随频率的增加而增大。AFMR沿其他方向测量，如gydF4y2BabgydF4y2Ba轴，没有显示类似的多重共振模式，这是在补充图。gydF4y2Ba6gydF4y2Ba．结果表明，多个磁振子模仅沿沿磁极存在gydF4y2Ba一个gydF4y2Ba轴,gydF4y2BaTgydF4y2BaTgydF4y2Ba_NgydF4y2Ba．gydF4y2Ba

我们总结了磁场随共振频率的变化规律gydF4y2Ba一个gydF4y2Ba轴在10 K, 50 K和100 K的图。gydF4y2Ba4摄氏度gydF4y2Ba．它揭示了在50 K和100 K的线性相关，表明一个电子顺磁共振信号gydF4y2Ba^44gydF4y2Ba．在10k时，两个特定频率之间的阴影区域与图中阴影(0.38-0.48 T)中的SF跃迁范围高度一致。gydF4y2Ba3 dgydF4y2Ba．a型AFM vdW晶格的Landau - Lifshitz模型gydF4y2Ba^43gydF4y2Ba是否进行了适合的频率gydF4y2BavsgydF4y2Ba为了确定CCPS中磁各向异性的参数。因为磁场平行于gydF4y2Ba一个gydF4y2Ba在vdW层中的轴，自旋顺序最初保持彼此反平行，并沿着这个简单的轴对齐。对于这个初始自旋构型，我们得到了SF跃迁前的共振频率为gydF4y2Ba

在哪里gydF4y2BaHgydF4y2Ba_EgydF4y2Ba为层间交换场，gydF4y2BaHgydF4y2Ba_bgydF4y2Ba各向异性场是沿gydF4y2BabgydF4y2Ba轴和gydF4y2BaHgydF4y2Ba_cgydF4y2Ba各向异性场是沿gydF4y2BacgydF4y2Ba轴。gydF4y2BaHgydF4y2Ba_{一个gydF4y2Ba}设置为0作为参考点。当施加的外场大于gydF4y2BaHgydF4y2Ba_{射频gydF4y2Ba}， SF跃迁后的共振频率描述为gydF4y2Ba

根据公式。（gydF4y2Ba1gydF4y2Ba)及(gydF4y2Ba2 gydF4y2Ba)，我们已经拟合了实验频率gydF4y2BavsgydF4y2Ba图中现场数据。gydF4y2Ba4摄氏度gydF4y2Ba的磁各向异性参数gydF4y2BaμgydF4y2Ba_0gydF4y2BaHgydF4y2Ba_EgydF4y2Ba= 5.334 t，gydF4y2BaμgydF4y2Ba_0gydF4y2BaHgydF4y2Ba_bgydF4y2Ba= 0.018 T，和gydF4y2BaμgydF4y2Ba_0gydF4y2BaHgydF4y2Ba_cgydF4y2Ba= 2.455吨。SF场计算为gydF4y2BaμgydF4y2Ba_0gydF4y2BaHgydF4y2Ba_{科幻小说gydF4y2Ba}=gydF4y2Ba\ \√{(2 {H} _ {{{\ mbox {E}}}} - {H} _ {{{\ mbox {b}}}}) * {H} _ {{{\ mbox {b}}}}} \)gydF4y2Ba= 0.433 T，与观测值吻合较好gydF4y2BaμgydF4y2Ba_0gydF4y2BaHgydF4y2Ba_{科幻小说gydF4y2Ba}在磁化和AFMR测量。gydF4y2Ba

在SF跃迁过程中，低能磁振子模式的示意图如图所示。gydF4y2Ba4 dgydF4y2Ba．它在临界SF场~上下表现出不同的运动轨迹和自旋方向gydF4y2BaHgydF4y2Ba_{科幻小说gydF4y2Ba}．尽管两个自旋子晶格之间的相反对齐处于平衡状态，但它们在同一方向(左手或右手)上经历圆进动。我们的密度泛函理论(DFT)计算是使用在维也纳从头模拟包(VASP)中实现的投影增强波(PAW)进行的。gydF4y2Ba^{45gydF4y2Ba，gydF4y2Ba46gydF4y2Ba}．Perdew-Burke-Ernzerhof泛函gydF4y2Ba^47gydF4y2Ba用于交换势和相关势。我们通过DFT计算来模拟AFM共振结果，如图所示。gydF4y2Ba4 egydF4y2Ba．7个交换参数(gydF4y2BaJgydF4y2Ba)见补充表gydF4y2Ba1gydF4y2Ba通过拟合补充图中14种不同自旋结构的总能量得到。gydF4y2Ba7gydF4y2Ba．最终交叉验证评分小于0.3 meV/f.u。gydF4y2Ba^48gydF4y2Ba验证了所得结果的有效性gydF4y2BaJgydF4y2Ba值。提取的参数体现了CCPS的层内FM耦合和层间AFM耦合，与实验结果一致。γ处的磁振子频率是由自旋w包导出的gydF4y2Ba^49gydF4y2Ba通过求解自旋哈密顿量，其中所有的交换项，各向异性项和磁场项都被考虑在内。SF跃迁过程中多个磁振子模式的潜在机制得到了很好的解释。gydF4y2Ba

综上所述，本工作探索了vdW CCPS中具有相同易轴的局部面内电磁各向异性。通过对这种二维多铁材料的系统研究，实现了Cu离子的冥想极化和迁移，从而获得了根据平面内晶体方向和外加电压极性而不同的整流特性。电各向异性来自于沿不同轴的不同扩散势垒，它们在层状薄片的纳米尺度上与晶格相互作用。通过磁表征和共振测量研究了单轴磁各向异性，该各向异性源于Cr位的自旋取向。此外，还发现并充分分析了Néel矢量伴随高度一致谐振模式的自旋-反转跃迁。通过模型拟合和理论计算，充分证明了磁各向异性的特殊性，定量地给出了磁各向异性的参数。我们的研究结果揭示了vdW多铁质CCPS的面内各向异性，这被认为在磁电耦合中起着关键作用。该研究必将推动新兴的二维多铁族的发展，为具有多功能模式、多终端操作、多向识别和多级输出的非易失性存储器件提供潜在应用。gydF4y2Ba

晶体制备gydF4y2Ba

采用化学蒸汽输运法合成了高质量的CCPS单晶。在Cu:Cr:P:S = 1:1:2:6的化学计量比中，各元素紧密混合。混合物被密封在真空石英管中，该石英管水平放置在一个双区管式炉中。反应区温度分别为720℃和680℃，结晶区温度分别为8天，然后在炉中冷却至室温。收获大小为1.5 cm的深色柔韧晶体。gydF4y2Ba

样品描述gydF4y2Ba

利用Cu Kα辐射，通过x射线衍射仪(XRD, Bruker D8 Advance)获得了CCPS的晶体取向。在200kv的透射电镜(TEM, JEM F200)下，证实了高质量的晶体结构和单斜结构。通过将乙醇分散体滴入碳涂层铜TEM栅极并在大气中干燥制备样品。低温压响应力显微镜(PFM)测量使用商业原子力显微镜(attoAFM I, attocube)进行，使用基于封闭循环氦低温恒温器(attoDRY2100, attocube)的商业静电尖端(纳米传感器，psi - fm)。gydF4y2Ba

设备制造和电气测量gydF4y2Ba

通过机械剥离合成的大块晶体到SiO上，获得了薄薄片gydF4y2Ba_{2 gydF4y2Ba}(300 nm)/Si底材通过PDMS(聚二甲基硅氧烷)转移。薄片的厚度由Stylus Profiler (DektakXT, Bruker)识别。在定位的CCPS薄片上采用光刻和溅射技术，用四个Pt电极制备了平面内器件。我们设计了一个均匀电流传输通道，最近电极之间的距离为2 μm。在不同的相邻电极对上施加10v的直流偏置，以确定沿电极对的电流gydF4y2Ba一个gydF4y2Ba而且gydF4y2BabgydF4y2Ba轴，导致不同的整流特性取决于不同的方向和电压极性。gydF4y2Ba

磁特性gydF4y2Ba

温度依赖性磁化率和沿磁滞回线gydF4y2Ba一个gydF4y2Ba，gydF4y2Bab,gydF4y2Ba而且gydF4y2BacgydF4y2Ba轴是在不同温度下收集的。所有测量均在配备5 T磁体的超导量子干涉装置(SQUID, quantum Design)和配备14 T磁体的物理性质测量系统(PPMS, quantum Design)中进行。我们将CCPS晶体固定在样品支架上，平行于不同的晶体学方向。gydF4y2Ba

反铁磁共振(AFMR)测量gydF4y2Ba

所有的反铁磁共振(AFMR)测量都是在配备FMR-40相位的PPMS-Dynacool系统中进行的，在不同的温度和磁场下，通过改变微波(MW)频率从3 GHz到13 GHz。我们通过将晶体置于共面波导上，并用双端口矢量网络分析仪测量微波吸收光谱，研究了CCPS的自旋共振模式。在所有测量过程中，射频场与外部磁场平行，频率为1000 Hz，震级约为0.45 Oe。记录减小外场时的MW吸收信号。gydF4y2Ba

密度泛函理论计算gydF4y2Ba

利用维也纳从头算仿真包(VASP)实现了投影增强波(PAW)。交换势和相关势用Perdew-Burke-Ernzerhof泛函描述。平面波基组的动能截止值为400ev，电子收敛的能量阈值为10gydF4y2Ba^{−6gydF4y2Ba}电动汽车。所有原子都完全放松，直到每个原子上的赫尔曼-费曼力小于0.01 eV/Å。gydF4y2Ba