Small Structures:面向磁调制的二维材料结构工程

2004年,研究者通过机械剥离法成功制备了石墨烯,从此二维材料凭借其新颖的物理化学性质引起了学术和产业界的关注。磁性是由自旋交换作用决定的材料的最基本的特性之一,但关于二维材料磁性的研究相对较少。2017年,研究者首次通过实验在单/双层CrI3和Cr2Ge2Te6中证实了长程磁有序,之后,人们又基于多自旋滤波磁隧道结、二次谐波生成和磁光克尔效应表征证实了单层CrI3为铁磁体,及双层CrI3是具有层间反铁磁耦合的A型反铁磁体。二维磁性材料具有同时操纵电荷和自旋自由度的特殊潜力,在基础研究和高速、低功耗的逻辑和存储器件方面具有光明的前景。由于已发现的二维磁性材料数量非常有限,为了满足自旋电子器件的多样要求,研究者开始致力于调制二维材料的磁性。二维材料的磁调制可以通过外界刺激来实现,如机械应力、压力和电场,但这些外部力场往往需要复杂的实验装置和精细的器件设计。相比之下,结构工程是一种更简单高效的磁调制方法,基于材料结构的宽可调性,材料的磁性可以在很宽的范围内进行调制,如提高临界温度、增加矫顽场和改变易磁化轴等。

近日,北京大学侯仰龙教授与合作者综述了二维材料结构工程磁调制领域的最新进展,介绍了基本概念和理论,总结了通过结构工程进行磁调制的方式,讨论结构改性方法并展望了该研究领域未来的挑战和前景。

在本文中,作者首先简要介绍了二维磁性理论,随后引出了通过结构工程调节二维材料磁性的两种方式,即在固有的非磁性材料中引入长程磁有序(磁性引入)和调节本征磁性材料的原始磁性(磁性调节)。接着,作者根据具体的微观结构改变方法,讨论了四种基于结构工程磁性的调制方法,包括插层、化学掺杂、缺陷工程和异质结构。在文末,作者对二维磁性的结构工程领域做出了总结和展望,指出结构工程可用于丰富二维磁性材料家族,并有利于扩展其在自旋电子学中的应用,但目前二维磁性材料的稳定性、大规模制造和表征工具方面的挑战都限制了其进一步的发展,因此未来必须探索更可控的调制策略来拓宽二维磁性材料的应用。

论文信息:

Structure Engineering of 2D Materials toward Magnetism Modulation

Zijing Zhao, Wei Li, Yi Zeng, Xiaoxiao Huang, Chao Yun, Biao Zhang, Yanglong Hou*

Small Structures

DOI: 10.1002/sstr.202100077

原文链接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/sstr.202100077

原创署名:潘奕辰