在新型磁性二维材料研究中取得重要进展

xiagao

　在国家自然科学基金项目（项目批准号：11425415、11421404、11527805、U1732274、11774065）等资助下，复旦大学物理学系张远波团队与中国科技大学陈仙辉等团队合作在新型磁性二维材料研究中取得重要进展。研究成果以“Gate-tunable Room-temperature Ferromagnetism in Two-dimensional Fe3GeTe2”（二维铁锗碲中栅压调控的室温铁磁性）为题，于2018年10月22日在 Nature（《自然》）上发表。博士生邓雨君和博士后於逸骏为论文的共同第一作者。论文链接：https://www.nature.com/articles/s41586-018-0626-9。

　　自从石墨烯被成功分离出来，二维材料领域开始蓬勃发展。石墨烯对应的母体材料是石墨，这类材料的一个显著特点是具有层状结构，即层内原子间作用力很强，而层间堆积依靠弱范德瓦尔斯相互作用。对于二维材料的深入研究，不仅能揭开层状母体材料的谜团，还可发现蕴藏于其中的不存在于三维体系中的新物理。更重要的是，二维材料所有原子都暴露在表面，没有被藏在“体内”，比三维体材料更容易被调控。近几年，磁性二维材料成为新研究热点。之前的相关研究中，研究人员主要以绝缘的二维磁性材料Cr2Ge2Te6和CrI3为研究对象，利用光学手段来探测材料中的磁性，但是这些材料的绝缘性以及远低于室温的铁磁转变温度限制了它们在自旋电子学器件方面的应用。张远波研究团队采用了具有金属特性的层状材料作为研究对象，得到了一种新型的二维磁性材料Fe3GeTe2。

　　为了从Fe3GeTe2母体层状材料中得到二维材料，研究团队发明了一种全新的解理方法——利用氧化铝和Fe3GeTe2之间强粘附性以及较大的接触面积来制备单层样品，这种方法比传统的“胶带法”制备效率高，解理能力强。这种新解理方法还将为有效解理与Fe3GeTe2解理难度类似的其它层状材料提供新的方法和研究思路。在对新型的二维磁性材料Fe3GeTe2的电输运性质研究中，张远波团队发现单层的Fe3GeTe2在低温下仍具有铁磁长程序以及面外磁各向异性，但其铁磁性会受到样品维度的影响，在本征的Fe3GeTe2薄层中，铁磁转变温度降低了。通过插层锂离子来提高Fe3GeTe2薄层的电子浓度，可以使得样品的铁磁转变温度提高到室温以上。

　　研究团队的这一成果为未来研发超高密度、栅压可调且室温可用的磁电子学器件提供一种可能。新发明的二维材料解理方法也为将来二维材料的研究提供了新方法，拓展了新思路。

图. a) 单层Fe3GeTe2的原子结构。b) 利用氧化铝的新型机械解理法示意图。c) Fe3GeTe2关于厚度和温度的相图。d) Fe3GeTe2薄层的室温磁性。