2차원 강유전체 이중층의 전하-스핀 변환 다중 상태 제어

고밀도 스핀트로닉스 메모리 구현을 위해 에델슈타인 효과(EE) 및 스핀 홀 효과(SHE)를 포함한 전하-스핀 변환의 비휘발성 및 다중 상태 조작 기술이 필수적입니다. 본 연구는 층간 평행 및 층간 반평행 분극 구성이 공존하는 2차원 강유전체 이중층에서 EE와 SHE를 동시에 제어하는 메커니즘을 제안합니다. 대칭성 분석 결과, 층간 평행 상태에서는 총 분극 반전이 EE의 부호를 전환시키고, 층간 반평행 구성으로 전환 시 EE가 0으로 억제되어 3가지 상태 간 전기적으로 전환 가능한 전류 유도 스핀 축적을 가능하게 합니다. 이는 3진 논리 연산에 활용될 수 있습니다. 동시에 SHE의 크기는 층간 평행 및 층간 반평행 분극 구성 간 전환을 통해 조절됩니다. 본 연구는 제일원리 계산을 통해 이 메커니즘을 이중층 금속 강유전체 PtBi2에서 입증했으며, 여기서 층간 평행 및 층간 반평행 분극 구성 모두 에너지적으로 안정합니다. 층간 평행 상태에서 분극 전환으로 반전 가능한 EE 계수는 페르미 준위 근처의 전자 및 정공 포켓 기여의 경쟁에서 비롯됩니다. 고유 SHE 계수는 분극 구성 변화 및 페르미 준위 조절에 의해 재형성될 수 있는 스핀 베리 곡률에서 기인합니다. 본 연구 결과는 강유전체 이중층이 전기적으로 프로그래밍 가능한 전하-스핀 변환을 위한 올인원 플랫폼임을 확립합니다.