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崔屹院士，PNAS新突破！

來(lái)源：時(shí)間：2024-02-01 10:05:32 瀏覽：1335次

第一作者：Yecun Wu、Baiyang Wang

通訊作者：崔屹院士、Harold Y. Hwang

通訊單位：斯坦福大學(xué)

DOI: 10.1073/pnas.2314454121.

研究背景

自首次研究磁性薄膜以來(lái)，薄膜磁性一直是最重要的課題之一。最近發(fā)現(xiàn)，原子薄范德瓦爾斯（vdW）磁性材料通過(guò)機(jī)械剝離去除鄰近的層，恢復(fù)了一個(gè)全新的內(nèi)在二維（2D）磁性化合物庫(kù)，從而振興了2D磁性場(chǎng)。然而，對(duì)比傳統(tǒng)的物理沉積方法，基于機(jī)械剝離和轉(zhuǎn)移的vdW晶體工具箱存在產(chǎn)率低和環(huán)境腐蝕問(wèn)題，當(dāng)前磁性研究面臨新的挑戰(zhàn)。例如，在vdW晶體中形成磁超晶格是困難的，限制了vdW晶體層間相互作用的研究。基于此，斯坦福大學(xué)崔屹院士和Harold Y. Hwang等人提出了一種對(duì)磁性vdW晶體Fe₃GeTe₂（FGT）的層間工程設(shè)計(jì)策略，即將季銨態(tài)陽(yáng)離子插入到vdW間距中，基于插層量的方法可以形成三維（3D）vdW超晶格和2D vdW單分子層。

文章要點(diǎn)

1、作者將電化學(xué)的有機(jī)季銨鹽陽(yáng)離子插入到Fe₃GeTe₂（FGT）的vdW間隙中。通過(guò)控制插入時(shí)間、電壓或電流，構(gòu)建3D超晶格或2D單層磁體。3D FGT超晶格的矯頑力降低，疇壁尺寸增大。通過(guò)傳輸和RMCD測(cè)量的臨界行為擬合顯示了超晶格的強(qiáng)3D行為，β指數(shù)增加。最后，過(guò)度插入導(dǎo)致FGT薄片脫落，允許在環(huán)境中大規(guī)模制備FGT油墨。剝離的樣品被有機(jī)分子覆蓋，可在環(huán)境中處理原子薄樣品而不降解，并提高接近體積值的T_C。

2、隨便傳統(tǒng)沉積的磁性薄膜，盡管目前的能力僅限于探測(cè)穩(wěn)態(tài)，但插層在選擇緩沖層材料方面提供了更大的多功能性，而不考慮晶格錯(cuò)配問(wèn)題。這種多功能性不僅允許調(diào)整層間距離，而且有助于將摻雜引入系統(tǒng)。本工作通過(guò)層間工程的磁交換相互作用和各向異性調(diào)諧旋鈕補(bǔ)充了vdW磁晶體的工具箱，為磁應(yīng)用提供了機(jī)會(huì)。它們提供了一個(gè)機(jī)會(huì)來(lái)誘導(dǎo)和控制新的自旋電子現(xiàn)象使用非均勻的客物種環(huán)境。未來(lái)電壓控插層的進(jìn)展不僅加快了插層產(chǎn)生的3D超晶格的研究，而且促進(jìn)了新興磁性器件的快速原型。

圖文展示

圖1.比較傳統(tǒng)的磁性薄膜與磁性vdW晶體

圖2.3D FGT超晶格的形成與表征

圖3. 3D FGT超晶格的輸運(yùn)和區(qū)域結(jié)構(gòu)

圖4. 3D FGT超晶格的維數(shù)

圖5. 2D FGT幾層的形成和磁性能

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