Une équipe de recherche de l’Université nationale de Singapour et de l’Université des sciences et technologies électroniques de Hangzhou, en Chine, a réalisé une avancée majeure dans le domaine des matériaux ferromagnétiques et multiferroriques bidimensionnels grâce à une combinaison de calculs à haut débit et d’apprentissage automatique. Publiée dans npj Computational Materials, l’étude a identifié 78 matériaux monocouches ferromagnétiques dans la famille des oxy/halogénures de métaux de transition (TMBXs), dont 38 présentent une température de Curie (TC) supérieure à 200 K, élargissant considérablement la gamme connue des matériaux magnétiques bidimensionnels.

L’équipe a construit une base de données contenant 672 monocouches TMBX et a identifié les systèmes ferromagnétiques par des calculs ab initio. L’analyse par apprentissage automatique a montré que l’interaction d’échange entre premiers voisins proches (J2) joue un rôle dominant dans la température de Curie. Notamment, sept matériaux présentent simultanément des propriétés ferromagnétiques et une polarisation ferroélectrique dans le plan, formant des systèmes multiferroriques. Par exemple, pour MoNF, la barrière énergétique de commutation entre les phases ferroélectrique et antiferroélectrique n’est que de 55 meV/f.u., démontrant un mécanisme unique de régulation de la polarisation.

Dans les simulations de transport de spin, un dispositif basé sur la jonction hétérogène CrNF/CrSBr affiche une efficacité de filtrage de spin proche de 100 % et un rapport de magnétorésistance tunnel atteignant 10^6 %. Ces excellentes propriétés physiques en font un candidat idéal pour les dispositifs spintroniques de nouvelle génération. L’étude a également révélé la diversité des directions des axes magnétiques faciles dans la famille TMBX, offrant de nouvelles perspectives pour la conception de dispositifs magnétoélectriques multifonctionnels.

Ces résultats, combinant calculs à haut débit et apprentissage automatique, révèlent systématiquement les mécanismes de couplage magnétoélectrique des matériaux TMBX, posant une base théorique pour la synthèse expérimentale de matériaux multiferroriques bidimensionnels à haute performance. Le modèle de prédiction de TC proposé (RMSE = 33,59 K) et l’analyse des chemins de commutation de polarisation offrent un nouveau paradigme pour les études multi-échelles des matériaux bidimensionnels.