Robust multi-level spin memory with the ability to write information electrically is a long-sought capability in spintronics, with great promise for applications. Here we achieve nonvolatile and highly energy-efficient magnetization switching in a single-material device formed of van-der-Waals topological ferromagnet Fe3GeTe2, whose magnetic information can be readily controlled by a tiny current. Furthermore, the switching current density and power dissipation are about 400 and 4000 times smaller than those of the existing spin-orbit-torque magnetic random access memory based on conventional magnet/heavy-metal systems. Most importantly, we also demonstrate multi-level states, switched by electrical current, which can dramatically enhance the information capacity density and reduce computing costs. Thus, our observations combine both high energy efficiency and large information capacity density in one device, showcasing the potential applications of the emerging field of van-der-Waals magnets in the field of spin memory and spintronics.
Multiferroic van der Waals heterostructure FeCl$_2$/Sc$_2$CO$_2$: Nonvolatile electrically switchable electronic and spintronic properties
多铁性范德华（vdW）异质结构提供了一个令人兴奋的路线，对新的纳米电子学和自旋电子学器件技术。本文采用第一性原理密度泛函理论和量子输运模拟方法研究了由铁磁FeCl $_2$单层和铁电Sc $_2$ CO $_2$单层组成的多铁性VDW异质结构的电子和输运性质.研究表明，通过电调制Sc $_2$ CO $_2$的铁电极化状态，FeCl $_2$ /Sc $_2$ CO $_2$异质结构可以从半导体可逆地转变为半金属。有趣的是，半金属相表现出III型断裂带对准，这对于隧道场效应晶体管应用是有益的。我们进行了量子输运模拟，基于\emph{proof-of-concept}两端纳米器件，以证明全电控阀效应独特的非易失性铁电开关的异质结构。这些发现揭示了FeCl $_2$ /Sc $_2$ CO $_2$ vdW异质结构作为设计下一代最终紧凑的信息处理、数据存储和自旋电子器件的构建块的潜力。
Machine-learning-identified two-dimensional van der Waals multiferroics for four-state nonvolatile memory
College of Physics and Optoelectronic Engineering, Shenzhen University（深圳大学物理与光电工程学院）；International School of Microelectronics, Dongguan University of Technology（东莞理工学院微电子学院）
Room-Temperature Highly-Tunable Coercivity and Highly-Efficient Nonvolatile Multi-States Magnetization Switching by Small Current in Single 2D Ferromagnet Fe$_3$GaTe$_2$
Nonvolatile ferroelectric control of topological states in 2D heterostructures
量子自旋霍尔（QSH）绝缘体材料具有拓扑保护的边缘状态，可以大大减少耗散，并可用于下一代电子学。然而，拓扑边缘状态的非易失性控制仍然是一个挑战。基于第一性原理计算，通过反转铁电体α-In 2 Se 3的电极化的强度，在二维Bi（111）双层（BL）和α-In 2 Se 3构成的范德华（vdW）异质结构中发现了可开关的拓扑态。这种拓扑开关是由于α-In 2Se 3的两种相反的极化状态引起的不同的电荷转移。这种新的拓扑开关机制具有独特的优点，是全电以及非易失性。我们的发现为实现二维材料中拓扑态的铁电控制提供了一种前所未有的方法，这将在拓扑纳米电子学中具有巨大的应用潜力。
High-spin orbital interactions across van der Waals gaps controlling the interlayer ferromagnetism in van der Waals ferromagnets
我们研究了什么样的相互作用控制范德华铁磁体（如Fe 3-xGeTe 2，Cr2 Ge 2 Te 6，CrI 3和VI 3）中层间耦合的符号和强度，发现范德华能隙中的高自旋轨道相互作用是理解其铁磁性的关键。Fe_（3-x）GeTe_2Cr_2Ge_2 Te_6和Cr_I_3的层间铁磁耦合是由高自旋双轨道双电子不稳定性控制的，而VI_3的层间铁磁耦合是由高自旋四轨道双电子不稳定性控制的。这些相互作用解释了范德瓦尔斯铁磁体中许多看似令人困惑的观测结果。
Selectively controlled ferromagnets by electric fields in van der Waals ferromagnetic heterojunctions
电荷转移在异质结构的界面处起着关键作用，它可以影响电子结构，并最终影响材料的物理性质。然而，一旦界面形成，电荷转移就难以在外部操纵。在这里，我们报告的Fe 3GeTe 2/Cr2 Ge 2 Te 6/Fe 3GeTe 2全磁范德华异质结构，它可以被用来选择性地修改顶部或底部Fe 3GeTe 2电极的磁性能的电可调电荷转移。从金属Fe 3GeTe 2到半导体Cr2 Ge 2 Te 6的定向电荷转移显著地改变了Fe 3GeTe 2的磁各向异性能，导致显著抑制的双折射率。在这项研究中所展示的铁磁体的电选择性控制可以刺激基于范德华磁体的自旋电子器件的发展。
Piezomagnetic Switching of Nonvolatile Antiferromagnetic States
Zhejiang Province Key Laboratory of Magnetic Materials and Application Technology, Ningbo Institute of Materials Technology and Engineering, Chinese Academy of Sciences（中国科学院宁波材料技术与工程研究所）；School of Future Technology, University of Chinese Academy of Sciences（中国科学院大学未来技术学院）；Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf e.V., Institute of Ion Beam Physics and Materials Research（德累斯顿罗森多夫亥姆霍兹中心离子束物理与材料研究所）；Kyiv Academic University（基辅学术大学）；LSPM-CNRS UPR3407, Université Sorbonne Paris Nord（索邦巴黎北大学）；Materials Theory, ETH Zürich（苏黎世联邦理工学院材料理论系）；Chalmers University of Technology（查尔姆斯理工大学）；Eastern Institute of Technology（东部理工学院）
Magnomechanical Coupling in Suspended 2D van der Waals Ferromagnets
Kavli Institute of Nanoscience, Delft University of Technology（代尔夫特理工大学卡弗里纳米科学研究所）；Department of Precision and Microsystems Engineering, Delft University of Technology（代尔夫特理工大学精密与微系统工程系）
Electronic structure of van der Waals ferromagnet CrI$_{3}$ from self consistent vertex corrected GW approaches
本文用超越GW近似的自洽图解方法研究了层状范德华铁磁体CrI $_{3}$的电子结构。与非自洽的G 0 W 0结果相比，计算的带隙有了很大的改善。当我们使用全频率相关的自能时，最近通过角分辨光电子能谱发现的价带中的某些光谱特征可以更好地再现。基于与频率无关的自能的密度泛函理论和准粒子自洽GW方法无法解决这些问题。在GW近似下，极化率和自能的非局域效应都很大。这一发现可能会对GW+DMFT等方法的发展产生影响。
Laser-Induced Topological Toggle Switching at Room Temperature in the van der Waals Ferromagnet Fe3GaTe2
University College London（伦敦大学学院）；Korea Advanced Institute of Science and Technology (KAIST)（韩国科学技术院）；University of Exeter（埃克塞特大学）；The University of Edinburgh（爱丁堡大学）
Electrically-Tunable High Curie Temperature Two-Dimensional Ferromagnetism in Van der Waals Layered Crystals
识别具有高转变温度和电可调磁性的本征低维铁磁体对于小型化自旋电子学和磁电学的发展至关重要。最近在范德华晶体CrI $_3$和Cr $_2$ Ge $_2$ Te $_6$中观察到了长程二维铁磁性，然而当减小到单层/几层时，它们的居里温度显著降低。本文利用重整化自旋波理论和第一性原理电子结构理论，对具有较高居里温度（~ 150 K）和较大带隙的van der Waals层状CrSBr和CrSeBr半导体的电调谐二维铁磁性进行了理论研究。高转变温度归因于强阴离子介导的超交换相互作用和由于大交换和单离子各向异性而引起的相当大的自旋波激发间隙。值得注意的是，空穴和电子掺杂可以将磁化易轴从面内方向切换到面外方向。这些独特的特性使单层CrSBr和CrSeBr成为实现2D自旋电子学和磁电学的有前途的平台，例如2D自旋场效应晶体管。
Ferromagnetic van der Waals compound MnSb$_{1.8}$Bi$_{0.2}$Te$_4$
拓扑学和磁学的交叉点代表了发现新的量子现象和器件概念的新天地。在这项工作中，我们表明，范德华化合物MnSb $_{1.8}$ Bi $_{0.2}$ Te $_4$表现出铁磁基态的居里温度为26 K，在反铁磁秩序以前发现的Mn（Sb，Bi）$_2$ Te $_4$家庭的其他成员。我们采用磁输运，体磁化和中子散射的研究，以说明磁和电性能的MnSb $_{1.8}$ Bi $_{0.2}$ Te $_4$和一个不寻常的异常霍尔效应的观察报告。我们的结果是合成和理解铁磁拓扑绝缘体的重要一步。
Mechanical control of physical properties in the van der Waals ferromagnet Cr2Ge2Te6 via application of electric current
Cr2 Ge 2 Te 6是一种范德华铁磁体，居里温度为66 K。在这里，我们报告了一个快速的变化，在应用小直流电流，一个巨大的，但各向异性的磁电效应，和一个尖锐的，晶格驱动的量子开关表现在I-V特性的大块单晶Cr2 Ge 2 Te 6的磁基态。在这些观察到的现象的核心是一个新发现的，强烈的各向异性磁弹性耦合，使强烈的各向异性响应的晶格应用的电流和/或磁场，因此在Cr2 Ge 2 Te 6的奇异现象。磁性半导体中这种罕见的机械可调性为独特的功能材料和器件提供了诱人的前景。
Emergence of a Non-van der Waals Magnetic Phase in a van der Waals Ferromagnet
二维（2D）范德华（vdW）磁性材料（例如，CrI $_3$、CrSiTe $_3$等），在少原子层中剥离，可以通过施加电场、机械约束、界面工程或甚至通过化学取代/掺杂来实现。通常，由于暴露在环境条件下和在水/湿气存在下水解而导致的活性表面氧化导致磁性纳米片的降解，这进而影响纳米电子/自旋电子器件的性能。与直觉相反，我们目前的研究表明，暴露于环境大气中的结果出现一个稳定的非分层的二次铁磁相的形式Cr $_2$ Te $_3$（T $_{C2}$ ~ 160 K）在母vdW磁性半导体Cr $_2$ Ge $_2$ Te $_6$（T $_{C1}$ ~ 69 K）。此外，磁各向异性能（MAE）的混合增强了从弱各向异性的原始Cr $_2$ Ge $_2$ Te $_6$晶体的顺序，增加了FM基态随时间的稳定性。与新鲜制备的Cr $_2$ Ge $_2$ Te $_6$相比，通过对晶体结构的系统研究以及详细的直流/交流磁化率、比热和磁输运测量，证实了两种铁磁相在时间流逝的块状晶体中的共存。为了捕捉在单一材料中的两个铁磁相的共存，可以引入具有两个独立的序参量（如磁化强度）和耦合项的Ginzburg-Landau理论。与vdW磁体的相当常见的不良环境稳定性相比，我们的结果打开了找到具有多个磁相的空气稳定的新型材料的可能性。
Coexistence of ferromagnetism and ferroelectricity in the van der Waals multiferroic CuIn0.2V0.8P2S6
D crystal consortium, Materials Research Institute, Pennsylvania State University（宾夕法尼亚州立大学材料研究所）；Department of Physics, Pennsylvania State University（宾夕法尼亚州立大学物理系）；Department of Electrical and Computer Engineering and Quantum Technology Center, University of Maryland（马里兰大学电气与计算机工程系及量子技术中心）；Department of Chemistry, Michigan State University（密歇根州立大学化学系）；Department of Materials Science and Engineering, Pennsylvania State University（宾夕法尼亚州立大学材料科学与工程系）
Tremendous tunneling magnetoresistance effects based on van der Waals room-temperature ferromagnet Fe$_3$GaTe$_2$ with highly spin-polarized Fermi surfaces
