Multiferroische Materialien, die gleichzeitig elektrische Polarisation und magnetische Ordnung aufweisen können, ermöglichen es, Magnetismus durch elektrische Felder zu beeinflussen, was Potenzial für Anwendungen in energieeffizienten Bauelementen birgt. Herkömmliche massive Materialien leiden jedoch unter schwacher Polarisation, geringen magnetoelektrischen Kopplungskoeffizienten und begrenzter Stabilität bei Raumtemperatur. Kürzlich haben Forscher des Instituts für Physik der Chinesischen Akademie der Wissenschaften und der Zhejiang-Universität Fortschritte in der Erforschung zweidimensionaler multiferroischer Materialien erzielt. Das Team konstruierte in doppelschichtigem CrTe₂ eine neuartige geschichtete Struktur, die durch eine elektrostatische Potentialdifferenz zwischen den Schichten die Inversionssymmetrie bricht und eine reversible Polarisation senkrecht zur Ebene erzeugt. Die zugehörigen Ergebnisse wurden in der Zeitschrift „Nature Materials“ veröffentlicht.
Das Forschungsteam nutzte Molekularstrahlepitaxie, um hochwertige doppelschichtige CrTe₂-Filme herzustellen, und bestätigte deren stabile zweidimensionale multiferroische Phase bei Raumtemperatur. Kombinierte Untersuchungen mit Rastertunnelmikroskopie und Dichtefunktionaltheorie zeigten, dass die elektrostatische Potentialdifferenz zwischen einer antiferromagnetischen und einer ferromagnetischen Schicht einen spontanen Bruch der Inversionssymmetrie induziert, der zu einer stabilen ferroelektrischen Polarisation führt. Im Gegensatz zu dem durch Spin-Bahn-Kopplung getriebenen Mechanismus in typischen Typ-II-Multiferroika ermöglicht dieser Mechanismus der ladungsasymmetrischen Schichtung eine starke magnetoelektrische Kopplung, die auch bei Raumtemperatur bestehen bleibt. Die Studie demonstrierte eine nichtflüchtige Steuerung des Magnetisierungszustands durch ein elektrisches Feld und verifizierte die Machbarkeit von „elektrischem Schreiben, magnetischem Lesen“.
Die von dieser Studie vorgeschlagene ferromagnetische/antiferromagnetische Supergitterstruktur bietet einen Ansatz für das Design einphasiger zweidimensionaler multiferroischer Materialien. Die bei Raumtemperatur und Luftstabilität in doppelschichtigem CrTe₂ realisierte Funktionalität des „elektrischen Schreibens und magnetischen Lesens“ überbrückt die Kluft zwischen Grundlagenforschung und skalierbaren Anwendungen. Dies macht zweidimensionale Multiferroika zu vielversprechenden Kandidaten für eine CMOS-kompatible, energieeffiziente Plattform für spintronische Speicher. Dieser Fortschritt könnte die Integration entsprechender Materialien in die Nanoelektronik jenseits von Moore beschleunigen.
Publikationsdetails: Autoren: Dacheng Tian et al., Titel: „Room-temperature two-dimensional multiferroic metal with voltage-controllable magnetic order“, erschienen in: Nature Materials (2026). Zeitschrifteninformation: Nature Materials
