張翔院士Nature重磅: 二維分子晶體本征鐵磁性的發現！

【前言】

若在二維分子晶體中實現長程鐵磁有序，結合材料本身優異的電學和光學性質，可推動其在磁性、磁電、磁光領域的發展。根據Mermin-Wagner定理，在二維體系中，長程有序磁性會受到熱擾動的強烈抑制；然而，這些熱擾動可通過磁各向異性進行抵消。早先研究主要基于缺陷、成分或是鄰近效應，僅僅在局部或非本征的引入磁響應，沒有得到明顯的改善。

【成果簡介】

美國加州大學伯克利分校的張翔院士（美國國家工程院院士、臺灣中央研究院院士）、雷干城院士（美國國家科學院院士、美國藝術與科學學院院士）和Jing Xia（共同通訊作者）等人借助掃描磁光克爾顯微鏡揭示了Cr₂Ge₂Te₆原子層中本征的長程鐵磁有序性。在這個軟磁、二維分子鐵磁體材料中，利用很小的磁場（小于0.3 T），首次實現了對轉變溫度（鐵磁和順磁狀態間發生轉變時的溫度）的調控，與磁場下、三維體系材料轉變溫度的不敏感性有明顯的對比。同時發現施加非常小的磁場時，較不施加狀態的磁晶各向異性，將會導致更大的有效各向異性，開放更大的自旋波激發間隙。利用重整化的自旋波理論對所觀察到的現象進行分析，推斷在二維鐵磁分子晶體中，轉變溫度與磁場間的關系是其本征的特異性。Cr₂Ge₂Te₆是一種近于理想的二維Heisenberg鐵磁體，因而對于研究根本的自旋行為、打開新領域的研究如超集成型自旋電子設備有著很大的意義。相關研究成果于北京時間2017年4月27日發表于Nature期刊。

【圖文解讀】

圖一、二維和三維體系自旋波激發的原理圖示

圖二、Cr₂Ge₂Te₆雙分子層的鐵磁性檢測、薄層及塊體Cr₂Ge₂Te₆晶體的溫度-克爾旋轉圖

圖三、6層分子Cr₂Ge₂Te₆晶體單疇鐵磁滯回線

圖四、薄層Cr₂Ge₂Te₆晶體中磁場調控轉變溫度

文獻鏈接：Discovery of intrinsic ferromagnetism in two-dimensional van der Waals crystals（Nature，2017，DOI：10.1038/nature22060）

本文由材料人學術組大黑天供稿，材料牛編輯整理。

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