衢州學院楊建輝Nanoscale：超薄二維Cr基MXene中的高磁阻效應

【引言】

某些金屬或半導體的電阻值隨外加磁場變化而變化的現象稱為磁阻效應。其被廣泛應用于磁傳感、磁存儲(磁卡、硬盤)等領域。艾爾伯·費爾和皮特·克魯伯格也因為他們在巨磁電阻效應中的巨大貢獻而獲得了2007年諾貝爾物理學獎。然而，隨著人們對電子器件的性能要求越來越高，尺寸要求越來越小，探索具有高磁阻效應的超薄磁性材料也成為一個重要方向。對傳統磁阻材料Fe/MgO/Fe的研究表明，磁阻效應隨著其厚度的減小而減小。因此，在降低材料厚度的同時仍保持較高的磁阻效應成為該領域的一個重要挑戰。其次，在制備磁阻器件的同時保持穩定的金屬氧化物界面也是另一個重要挑戰。

【成果簡介】

近日，衢州學院楊建輝博士與中科院寧波材料所陳亮課題組、山東師范大學王傳奎課題組、以及河北大學王瑞寧課題組合作。利用密度泛函理論與非平衡態格林函數方法研究發現Cr基MXene可以作為一種理想的磁阻材料。楊建輝博士的前期研究表明單層雙金屬Cr基MXene(Cr₂TiC₂F₂)是一類反鐵磁結構(Applied Physics Letters 109, 203109 (2016))。其在基態下，上下兩層Cr原子層具有不同的自旋方向，中間的C原子層類似于絕緣層，整體結構與Fe/MgO/Fe的三明治結構非常相似，見圖1。可以說是最薄的一類磁阻材料。基于非平衡態格林函數方法的電子輸運計算結果顯示在1.0 V電壓作用下Cr基MXene的磁阻變化率超過了400%。并且體系的厚度僅為1nm左右，比目前使用的Fe/MgO/Fe三明治結構小近7倍。

圖1. Cr₂CF₂結構俯視圖與側視圖，以及Au/Cr基MXene/Au組成的磁阻器件示意圖。

圖2. 金電極作用下Cr基MXene的I-V曲線。

【小結】

準二維磁性材料在電子器件領域中具有非常大的應用前景。合理的設計與應用將使得目前電子器件的尺寸降低到原子級別。然而，這對相應的實驗制備技術要求非常高。因此，該方向仍然需要廣大科技工作者不停的努力。

論文鏈接：https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2018/nr/c8nr04978e#!divAbstract?

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