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2D材料走向铁磁,创造新的科学领域

时间:2017-07-28 17:32:58  来源:桑尧热喷涂网整理  作者:tianzhongma

    劳伦斯伯克利国家实验室的研究人员已经成功地证明了二维(2D)层状晶体由范德华力组合在一起,这些包括石墨烯和二硫化钼-可以表现出内在的铁磁性。研究团队不仅证明了这些材料的存在,而且研究人员还表现出对铁磁性的高度控制。这一发现可能对包括磁性传感器在内的应用产生深远的影响,并且开发使用自旋电子学来编码信息。

    在“自然”杂志上所述的研究中,伯克利的科学家们使用了一种称为铬锗碲化物(CGT)的二维硫属化物分层材料,这是一种层状铁磁绝缘体,由于其在自旋电子器件中的潜力而获得了关注。虽然这些材料已经以散装形式存在了数十年,但最近才被制成二维薄片,加入其他范德华晶体列表。

研究人员使用了一种被称为磁光克尔效应的光学技术,涉及使用扫描克尔光学显微镜来观察材料。这种技术检测当线性偏振光的旋转与材料中的电子自旋相互作用时如何改变。这使得可以清楚地发现磁性源于原子薄的材料。

    伯克利实验室材料科学部高级教授科学家和加州大学伯克利分校教授张,在IEEESpectrum电子邮件采访中说:“我们在2D范德瓦尔晶体中发现了内在的铁磁性,开创了一个科学研究领域。

    虽然在二维范德华晶体中的铁磁性并不被认为在理论上是不可能的,但是鉴于此,甚至创造了存在的环境,这是非常困难的。这是因为在非零温度下,热能不可避免地进入铁磁材料并激发对准的电子自旋。这种热激发在2D材料中比在3D对应物中要强得多。结果,当给定的材料从3D收缩到2D状态时,铁磁性存在的临界温度显着下降。由于这种强烈的热效应,二维铁磁性基本上是脆弱的。

    尽管热效应在抑制磁顺序方面起关键作用,伯克利实验室研究人员研究的二维范德华晶体具有固有的磁各向异性,即磁化方向具有优选的方向。优选方向和非优选方向之间的能量差使得二维磁顺应稳定的热激发,使得伯克利科学家可以观察到二维铁磁性。

    张二实验室的博士后研究员程公表示:“与二维范德瓦尔斯材料不同,铁,钴和镍等金属薄膜在结构上是不完美的,易受多种干扰影响,造成巨大的,不可预测的杂散各向异性。并在研究的共同作者的新闻稿。“相比之下,高度结晶和均匀平坦的2DCGT及其小的固有各向异性,允许小的外部磁场有效地设计各向异性,从而实现铁磁转变温度的前所未有的磁场控制。

    张先生说,这一发现可能是设备功能尺寸减小时增加信息存储密度的需求的答案。

   “迟早,人们必须解决2D材料中的铁磁性问题,当3D材料缩小到2D制度时,”张说。“换句话说,由于设备密度不断增加,3D材料在许多领域都必须被削减到2D。”

    一般来说,电子和光学技术正在转向2D材料,因为它们更适用于微型器件。此外, 2D材料的性质可以容易地被控制和调制,使得它们特别适用于传感器和调制器。并且由于2D材料通常是光学透明的,具有有限的吸光度,它们对于一系列光学应用是有意义的。

    “我们设想,2D铁磁范德华力材料也将具有广泛的潜在应用,如纳米级记忆体,磁性传感器,透明磁体,磁光调制器。”在不断的研究中,张和他的同事打算把重点放在两个方面:基础物理和面向应用的方法。研究人员展示的2D范德华晶体为解决电子自旋的有趣和丰富的物理学提供了理想的实验平台,严格限制在完美和真实的2D材料系统中。

    张先生补充说:“我们希望能够设计和操纵这种2D材料的磁性,使其适用于各种应用目的。

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