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何军课题组为电子器件的继续小型化开辟新途径
发布时间:2022-09-07 08:45  作者:  来源:​物理科学与技术学院  阅读:

新闻网讯(通讯员吴轩)9月6日,Nature Communications(《自然•通讯》)在线发表物理科学与技术学院何军教授课题组有关室温二维磁性半导体的最新研究成果。

论文题为“Ultrathin ferrite nanosheets for room-temperature two-dimensional magnetic semiconductors”(用于室温二维磁性半导体的超薄铁氧体纳米片)。物理科学与技术学院为文章第一署名单位,程瑞清副研究员为文章第一作者,何军教授为文章唯一通讯作者。

CrI3、Cr2Ge2Te6等本征二维磁体的出现开创了二维材料研究的新时代,它们的长程磁有序可以保持到单层极限下,从而突破Mermin-Wagner定理的限制,为磁学基础物理、磁性异质结、自旋电子器件等研究开辟了新的方向。然而,当前报道的二维铁磁半导体的种类相当有限,且大多具有远低于室温的居里温度和较差的环境稳定性,极大地限制了它们在自旋电子器件中的实际应用。因此,探索具有本征室温铁磁性的二维半导体材料及其简便可控的合成方法,对该领域的发展具有重要意义。

在这项工作中,何军课题组基于限域范德华外延技术,通过引入动力学生长来实现高质量二维铁氧体单晶的制备,其厚度最薄可至单个晶胞,不仅具有远高于室温的居里温度和优异的环境稳定性,还表现出厚度依赖的半导体特性和磁特性,实现了矫顽力的大幅度连续调节(~6倍)。当样品厚度大于15 nm时,磁畴信号表现出与晶体结构对称性密切相关的多畴结构,随着厚度的降低,静磁能的减少不能弥补畴壁能的增加,样品磁结构开始向单畴状态转变。矩形磁滞回线清楚地表明了二维铁氧体单晶的垂直磁各向异性,且在3nm以下依然保持室温下的长程磁有序。此外,该限域范德华外延技术还可拓展到其它二维尖晶石型铁氧体的制备,例如具有低矫顽力的锰铁氧体和镍铁氧体。该工作系统地研究了二维铁氧体单晶的半导体性质和磁性质,并首次证实了原子级超薄半导体在室温硬磁和存储领域的潜力,为在二维尺度理解和调控磁相关性质提供了理想平台,也为电子器件的继续小型化开辟了一条新途径。

二维铁氧体单晶结构及磁性质表征

该工作受到国家重点研发计划、国家自然科学基金、湖北省自然科学基金等项目经费的支持,研究过程中得到了郭宇铮教授、袁声军教授和张召富研究员大力支持。

近年来,何军课题组依托武汉大学人工微结构教育部重点实验室,将范德华外延技术应用于非层状电子材料二维化生长,并致力于其新原理器件应用研究,取得了一系列受到国际同行重视的研究进展,包括二维铜基阻变材料(Adv. Mater.2022, 34, 2108313),二维铅基、镉基光电材料(Sci. Bull. 2022, 67, 1659;Adv. Mater.2020, 32, 1906874;ACS Nano 2019, 13, 14519;Adv. Mater. 2017,29, 1703122),二维铬基、锰基磁性材料(Nano Lett. 2020, 20, 3130;Adv. Mater. 2019, 31, 1900056;Nano Lett. 2019,19, 2154;ACS Nano 2019, 13, 12662)等。

论文链接:https://www.nature.com/articles/s41467-022-33017-1

(编辑:肖珊)

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