盛志高研究团队发现二维范德瓦尔斯磁性材料中超长自旋弛豫现象

huanping

近日，中科院合肥研究院强磁场中心盛志高研究团队与合作者依托稳态强磁场实验装置，采用强磁场下的超快时间分辨磁光探测技术，发现了二维范德瓦尔斯磁性材料中的超长自旋弛豫行为，明确了材料晶格维度和热扩散各向异性在二维磁性材料的自旋动力学过程中的关键作用，相关研究成果发表在2D Materials期刊上。
　　2017年，科学家在二维范德瓦尔斯(vdW)材料中发现了长程磁有序可以在单原子层厚度维持稳定存在，这一重大发现为二维vdW自旋电子器件的实现提供了理想的材料平台。为了构建新型的高速自旋电子学器件，vdW磁性体系的超快自旋动力学行为研究必不可少。

(a)：三个样品的TR-MOKE信号。(b)：Cr2Ge2Te6在不同时间延迟下的磁光克尔磁滞曲线。(c)：三种模型在激光激发后的自旋弛豫示意图(其中，κ表示热导率，红色区域表示自旋无序，蓝色区域表示自旋有序)。

　　瞄准二维磁性材料自旋动力学这一前沿方向，合肥研究院强磁场中心与该院固体所以及安徽大学组成联合攻关团队，依托稳态强磁场大科学装置超导磁体SM1及超快光学系统，利用强磁场下的超快磁光技术(TR-MOKE)，研究团队对二维vdW半导体Cr2Ge2Te6、二维vdW金属Fe3GeTe2以及三维金属Cr3Te4在强磁场下的光诱导自旋动力学过程进行了详尽地对比性研究。研究团队发现，二维vdW磁性材料的再生磁化速度明显慢于三维材料。更为有趣且重要的是，团队在国际上首次发现Cr2Ge2Te6具有超长的自旋弛豫行为，即在超快退磁后3500 ps (1ps=10-12s)的时间尺度内磁性无明显恢复。模型分析与实验研究结果揭示了晶格维度和热扩散各向异性对二维磁性材料的自旋动力学起关键作用。
　　这一超快动力学研究结果不仅有效拓展了二维磁性的研究领域，而且进一步揭示了二维vdW磁性的维度特异性，为其在高频器件领域的应用提供了研究基础。
　　强磁场中心孙韬博士、周春副研究员为论文的共同第一作者，强磁场中心盛志高研究员、安徽大学肖瑞春副教授为论文的通讯作者，本实验得到了固体所罗轩研究员的大力支持，所使用的高质量样品由蒋中柱博士提供，计算模拟由强磁场中心李晓明博士完成。强磁场中心为第一作者和通讯作者单位。该工作获得了国家重点研发计划项目、国家自然科学基金项目、中科院前沿科学重点研究项目、强磁场安徽省实验室方向基金和合肥大科学中心高端用户培育基金的支持。
       文章链接：https://iopscience.iop.org/article/10.1088/2053-1583/ac2ab3


       文章来源：合肥研究院
       盛志高，中科院“百人计划”，毕业于中科院固体物理研究所。曾在香港大学物理系任博士后、东京大学先端研究研究所任JSPS特别研究员、日本理化学研究所任研究科学家（ResearchScientist）。一直从事氧化物薄膜与器件的磁光研究工作，并取得了系列具有国际影响的研究成果。迄今已经在《NatureComm.》,《Phys.Rev.Lett.》,《Adv.Mater.》,《Appl.Phys.Lett.》,《Phys.Rev.B》等国际刊物上发表第一作者论文16篇，合作论文28篇。受邀为10多个国际刊物的审稿人和仲裁评审人。获得的奖励包括中国科学院院长优秀奖(2007年度)、安徽省优秀博士论文（2009）、日本学术振兴机构JSPS特别研究员奖等。作为项目负责人主持过国家自然科学基金和中科院院长奖科研启动专项基金等项目。招收具有凝聚态物理、光学、材料物理与化学、材料学专业背景的博士和硕士研究生。