徐永兵、何亮、张荣教授研究团队在室温本征二维铁磁薄膜研究中取得突破进展

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近年来，二维铁磁体的发现为基础物理和下一代自旋电子学打开了大门。二维铁磁体中的磁各向异性打开了自旋波激发带隙，有效地阻止了热涨落，从而稳定了二维铁磁序。虽然二维铁磁性已得到证实，但二维材料晶圆级尺寸的生长以及实现室温(300K)本征铁磁性对基础研究及应用来说是一个亟需解决的关键科学问题。迄今为止报道的二维磁性材料大多是从块体剥离的微米级尺寸的薄片，极大地限制了二维铁磁在自旋电子学中的实际应用。分子束外延技术为获得化学计量比的单晶薄膜、探索物理尺寸的作用以及与传统微电子技术兼容的方式制备异质结和超晶格提供了机会。
       徐永兵教授团队利用先进的低维材料制备与表征手段，系统研究材料的表面原子排布、体磁性、原子磁性以及能带结构等性能。具体地，该工作首次使用分子束外延的方法生长了厚度从单层到多层的CrTe2薄膜，并同时利用X-射线磁圆二项色性光谱、超导量子干涉仪和角分辨光电子能谱手段证实了CrTe2外延薄膜中的室温(300K)本征铁磁性。值得一提的是，由于CrTe2薄膜中的强垂直磁各向异性，当薄膜厚度降低到单原子层时，其本征铁磁序依然保持且居里温度高达200 K。具有室温本征铁磁性的二维CrTe2薄膜的分子束外延生长为二维材料在新一代自旋电子器件, 如自旋存储芯片 （STT-MRAM， SpinFET），的实际应用奠定基础，这将助力我国电子信息产业的跨越式发展。

图：CrTe2外延薄膜的室温本征铁磁性。

        该成果以“Room-temperature intrinsic ferromagnetism in epitaxial CrTe2 ultrathin films”为题于2021年5月3日在自然通讯《Nature Communications》上在线发表[ Nat. Commun. 12, 2492 (2021)]。南京大学徐永兵教授、何亮教授、张荣教授以及密苏里大学哥伦比亚分校边广教授为论文的共同通讯作者，南京大学张晓倩博士、密苏里大学哥伦比亚分校博士生陆强声、英国伦敦大学Royal Holloway刘文卿教授为论文的共同第一作者。南京大学为论文第一单位，该工作得到江苏省光电信息功能材料重点实验室、江苏固态照明与节能电子学协同中心、南京大学-约克大学联合中心、国家重点研发计划(973项目)、国家自然科学基金重大仪器项目、江苏省前沿探索基金的支持。
       文章链接：
       Xiaoqian Zhang, Qiangsheng Lu, Wenqing Liu, Wei Niu, Jiabao Sun, Jacob Cook, Mitchel Vaninger, Paul F. Miceli, David J. Singh, Shang-Wei Lian, Tay-Rong Chang, Xiaoqing He, Jun Du, Liang He*, Rong Zhang*, Guang Bian* & Yongbing Xu*, Room-temperature intrinsic ferromagnetism in epitaxial CrTe2 ultrathin films, Nat. Commun. 12, 2492 (2021)
        https://www.nature.com/articles/s41467-021-22777-x


        文章来源：南京大学
        徐永兵，1965年生于江苏南通如东，南京大学物理系学士、硕士及博士，英国利兹大学博士，剑桥大学博士后，南京大学（Nanjing University）-约克大学（York University）自旋电子学国际联合研究中心主任（Co-Director），国家重大研发计划（973）首席科学家、国家自然科学基金重大仪器研制项目负责人。在英国Leeds大学（研究助理）、英国国家同步辐射实验室（团队领导）、剑桥大学卡文迪许实验室（高级研究员，博导)、约克大学（纳米技术首席终身教授）工作多年。徐永兵教授专长于先进电子材料与器件、自旋电子学、自旋存储芯片（MRAM,SpinFET）、超快材料科学的研究，在Prog.Mater.Sci.,Sci.Adv.,Phys. Rev. Lett., Nat. Comm., Adv. Mater., Nano Letter, ACS Nano 等SCI学术期刊上发表研究论文300多篇，申请及授权相关专利30余项，是零磁场下STT 效应 (STT-MRAM)及自旋芯片材料（SpinFET）的开创者之一。 2000年获英国国家工程和物理科学研究部杰出科学奖EPSRC Advanced Fellowship Award，为当年剑桥大学唯一入选者。任英、中、美十多所著名大学组成的世界大学联盟WUN“自旋电子学”重大国际合作项目执行委员会主席，是美国自然科学基金评审委员会委员，欧洲科学基金评审委员会委员，英国物理协会委员会委员，英国科技部十年规划委员会委员，是五次国际自旋电子学会议的大会主席。
        何亮，南京大学教授。1995年-2000年，清华大学应用物理系和经济管理系学士学位。 2000年-2005年，美国北卡罗来纳教堂山分校（UNC-CH)凝聚态物理专业博士学位。 2006年-2009年，北卡罗来纳教堂山分校, 博士后研究员。 2010年-2012年，加州大学洛杉矶分校, 博士后研究员。 2013年-2014年，加州大学洛杉矶分校, 研究员。 2014年6月，入职南京大学。 主要从事半导体材料生长，材料物理和自选电子器件领域的研究工作。主要著作包括，Nature Nanotechnology, Nature Materials, Nano Letters, PRL, ACS Nano, Scientific Reports, APL等50余篇，总引用达700多次，H因子=13。
        张荣，南京大学教授。曾在美国马里兰大学和威斯康星大学开展合作研究，任访问教授/科学家；  2000年获国家杰出青年基金，教育部“长江学者奖励计划”特聘教授  主持/完成国家“973”计划项目“半导体固态照明超高效率氮化物LED芯片基础研究”(首席科学家)，国家自然科学基金重大项目“新型半导体量子结构与器件相关基础问题”/“半导体功能量子结构相关基础问题”，以及创新群体研究基金“新型低维量子结构与器件”等项目；  任江苏省光电信息功能材料重点实验室、半导体节能器件与材料国家-地方联合工程研究中心主任，固态照明节能电子学省协同创新中心负责人；  发表SCI学术论文314篇, 申请/授权中国/美国发明专利70件；  获国家自然科学奖二等奖和技术发明三等奖，教育部自然科学一等奖和技术发明一等奖，及其它部省级成果奖5项；  任国家“863计划”光电子材料及器件主题/半导体照明工程重大项目/重点科技专项专家组成员/副组长，国家自然科学基金半导体学科专家评审组成员，同时还担任光电材料与技术、集成光电子学等国家重点实验室学术委员会委员；

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