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2D材料走向鐵磁,創造新的科學領域

時間:2017-07-28 17:32:58  來源:AG亚游官网熱噴塗網整理  作者:tianzhongma

    勞倫斯伯克利國家實驗室的研究人員已經成功地證明了二維(2D)層狀晶體由範德華力組合在一起,這些包括石墨烯和二硫化鉬-可以表現出內在的鐵磁性。研究團隊不僅證明了這些材料的存在,而且研究人員還表現出對鐵磁性的高度控製。這一發現可能對包括磁性傳感器在內的應用產生深遠的影響,並且開發使用自旋電子學來編碼信息。

    在“自然”雜誌上所述的研究中,伯克利的科學家們使用了一種稱為鉻鍺碲化物(CGT)的二維硫屬化物分層材料,這是一種層狀鐵磁絕緣體,由於其在自旋電子器件中的潛力而獲得了關注。雖然這些材料已經以散裝形式存在了數十年,但最近才被製成二維薄片,加入其他範德華晶體列表。

研究人員使用了一種被稱為磁光克爾效應的光學技術,涉及使用掃描克爾光學顯微鏡來觀察材料。這種技術檢測當線性偏振光的旋轉與材料中的電子自旋相互作用時如何改變。這使得可以清楚地發現磁性源於原子薄的材料。

    伯克利實驗室材料科學部高級教授科學家和加州大學伯克利分校教授張,在IEEESpectrum電子郵件采訪中說:“我們在2D範德瓦爾晶體中發現了內在的鐵磁性,開創了一個科學研究領域。

    雖然在二維範德華晶體中的鐵磁性並不被認為在理論上是不可能的,但是鑒於此,甚至創造了存在的環境,這是非常困難的。這是因為在非零溫度下,熱能不可避免地進入鐵磁材料並激發對準的電子自旋。這種熱激發在2D材料中比在3D對應物中要強得多。結果,當給定的材料從3D收縮到2D狀態時,鐵磁性存在的臨界溫度顯著下降。由於這種強烈的熱效應,二維鐵磁性基本上是脆弱的。

    盡管熱效應在抑製磁順序方麵起關鍵作用,伯克利實驗室研究人員研究的二維範德華晶體具有固有的磁各向異性,即磁化方向具有優選的方向。優選方向和非優選方向之間的能量差使得二維磁順應穩定的熱激發,使得伯克利科學家可以觀察到二維鐵磁性。

    張二實驗室的博士後研究員程公表示:“與二維範德瓦爾斯材料不同,鐵,鈷和鎳等金屬薄膜在結構上是不完美的,易受多種幹擾影響,造成巨大的,不可預測的雜散各向異性。並在研究的共同作者的新聞稿。“相比之下,高度結晶和均勻平坦的2DCGT及其小的固有各向異性,允許小的外部磁場有效地設計各向異性,從而實現鐵磁轉變溫度的前所未有的磁場控製。

    張先生說,這一發現可能是設備功能尺寸減小時增加信息存儲密度的需求的答案。

   “遲早,人們必須解決2D材料中的鐵磁性問題,當3D材料縮小到2D製度時,”張說。“換句話說,由於設備密度不斷增加,3D材料在許多領域都必須被削減到2D。”

    一般來說,電子和光學技術正在轉向2D材料,因為它們更適用於微型器件。此外, 2D材料的性質可以容易地被控製和調製,使得它們特別適用於傳感器和調製器。並且由於2D材料通常是光學透明的,具有有限的吸光度,它們對於一係列光學應用是有意義的。

    “我們設想,2D鐵磁範德華力材料也將具有廣泛的潛在應用,如納米級記憶體,磁性傳感器,透明磁體,磁光調製器。”在不斷的研究中,張和他的同事打算把重點放在兩個方麵:基礎物理和麵向應用的方法。研究人員展示的2D範德華晶體為解決電子自旋的有趣和豐富的物理學提供了理想的實驗平台,嚴格限製在完美和真實的2D材料係統中。

    張先生補充說:“我們希望能夠設計和操縱這種2D材料的磁性,使其適用於各種應用目的。

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