Advanced Materials:二维亚铁磁Cr2S3半导体的可控生长和厚度依赖的导电类型转变

二维磁性材料因其在二维极限下迷人的磁性能以及其在电子学和自旋电子学器件领域的广泛应用前景,近年来逐渐成为相关领域的一颗新星。然而,现有的二维磁性半导体材料大多是采用机械剥离法来制备,获得材料的厚度和畴区尺寸均不易控制,这也严重地限制了二维磁性半导体材料的基础性能研究和实际应用探索。因此,发展一种简单普适的材料制备方法是非常必要的。此外,对于二维半导体在数字-模拟器件领域的应用,提高电子电路和逻辑电路的功能化集成是一个重要的挑战,实现单一材料的导电类型(p/n型)转变是其中关键的一步。

北京大学工学院张艳锋课题组通过金属前驱体的独特设计和生长温度的精确调控,采用化学气相沉积(CVD)方法成功合成了厚度可调(1.9 nm至数十纳米)的亚铁磁Cr2S3纳米片。他们以混合的NaCl和Cr粉末作为金属前驱体确保了适度的Cr前驱体供应。此外,通过对生长温度的精确调控,实现了对成核密度、畴区尺寸和厚度的精确控制。特别是,通过对不同厚度Cr2S3纳米片电学性质的研究,揭示了Cr2S3纳米片层厚依赖的导电类型转变。即随Cr2S3纳米片厚度的增加,导电类型从p型过渡到双极性,再过渡到n型。该研究对二维磁性材料的层厚控制合成,其磁性能的研究以及其在电子器件领域的应用具有重要意义。

相关论文发表在知名期刊Advanced Material杂志上(DOI: 10.1002/adma.201905896),文章的第一作者是北京大学博士生崔芳芳、新加坡国立大学博士后赵晓旭,通讯作者是北京大学张艳锋研究员。该研究得到了国家重大研发计划、国家自然科学基金、北京市自然科学基金项目的大力支持。