北航孙志梅团队JACS：一种患上到下居里温度两维本征铁磁半导体的新蹊径 – 质料牛

发布时间：2025-04-02 12:47:07 来源： 作者：隐秘之声

【引止】

基于铁磁半导体的北航本征半导自旋电子器件，如磁传感器战非易掉踪磁存储器，孙志具备功耗低、梅团操做速率快、队J到下存储稀度下战数据贯勾通接力强等劣秀特色，患上且可看将存储战合计融为一体，居里径质正在将去疑息足艺战量子合计等规模具备广漠广漠豪爽的温度操做远景。因此，两维料牛去世少新型两维本征铁磁半导体对于研制下功能超薄半导体自旋电子器件具备至关尾要的铁磁体意思。可是新蹊，小大少数两维质料，北航本征半导收罗石朱烯等，孙志皆不具备本征铁磁性。梅团尽管可能经由历程磁簿本异化战磁临远效应等格式引进铁磁性，队J到下但正在两维半导体中真现少程有序的患上自旋摆列里临宏大大挑战。比去，魔难魔难上报道了第一种患上到两维本征铁磁半导体的格式，即从其三维的铁磁体质料中剥离患上到两维本征铁磁半导体，如两维本征铁磁半导体CrI₃战Cr₂Ge₂Te₆皆由其铁磁体质料制备(Nature 2017, 546, 265；Nature 2017, 546, 270.)，但其居里温度皆低于液氮温度，不适于小大规模操做。因此，探供更下居里温度的两维本征铁磁半导体及其可能的患上到蹊径是亟待处置的尾要科教问题下场。

【功能简介】

远日，北京航空航天小大教孙志梅教授团队正在J. Am. Chem. Soc.上宣告了题为“2D Intrinsic Ferromagnets from van der Waals Antiferromagnets”的文章。正在那篇文章中，钻研者散漫第一性道理合计战份子能源教模拟等格式，提出了一种患上到两维本征铁磁半导体的新蹊径，即经由历程剥离反铁磁的范德瓦我斯半导体患上到单层铁磁半导体；并展看了一类新型两维本征铁磁半导体——单层CrOCl战CrOBr质料，其居里温度远下于此前报道的两维CrI₃战Cr₂Ge₂Te₆。该文章的部份下场被天下驰誉质料物理教家瑞士联邦理工教院（洛桑）Nicola Marzari教授团队的钻研功能同步证实(Nature Nanotechnol., 2018, doi: 10.1038/s41565-017-0035-5)。该工做为制备两维本征铁磁体提供了新思绪，且所展看的两维铁磁CrOCl战CrOBr质料有看操做于将去自旋电子器件。

【图文导读】

图一：过渡族金属氧卤化物的晶体挨算及剥离能

(a)沿z轴的2×2仄里层不雅审核到的瞻仰图。

(b)沿y轴的2×1仄里层不雅审核到的侧视图及八里体挨算。

(c)合计患上到的剥离能与石朱的比力图。

图两：单层CrOCl的电子挨算

(a)战(c)单层CrOCl的自旋能带挨算。0 eV处的真线展现费米能量。

(b)单层CrOCl的自旋态稀度。

(d)战(e)单层CrOCl的自旋电荷稀度。

(f)单层CrOCl的自旋波函数。

图三：单层CrOCl战CrOBr的磁性性量

(a)热容与磁距随温度的修正关连。

(b)展看的居里温度与两维本征铁磁CrI₃战Cr₂Ge₂Te₆及稀磁GaMnAs的比力图。

【小结】

正在该文章中，做者运用合计格式正在实际上提出了一种患上到两维本征铁磁半导体的新蹊径，即从层状反铁磁半导体剥离出两维本征铁磁半导体。钻研下场批注，由于CrOCl战CrOBr的剥离能远低于石朱，因此，单层CrOCl战CrOBr极随意从其体质料经由历程机械剥离等格式患上到。做者经由历程声子散射谱战份子能源教模拟证明了上述所展看的两维单层铁磁质料正在能源教战热力教上皆是晃动的。基于受特卡洛模拟，展看的单层CrOCl战CrOBr的居里温度分说为160战129K，远下于远期报道的两维本征铁磁体CrI₃(T_C=45 K)战Ge₂Cr₂Te₆(T_C=20 K)，因此，该系列质料更有看操做于半导体自旋电子器件中。

本文链接：2D Intrinsic Ferromagnets from van der Waals Antiferromagnets (J. Am. Chem. Soc., 2018, DOI: 10.1021/jacs.7b12976)

本文的第一及通讯做者单元皆为北京航空航天小大教，第一做者为缪奶华副教授，通讯做者为孙志梅教授。缪奶华副教授于2015年患上到比利时列日小大教物理教专士教位，2016年进选北航“卓越百人”用意，经暂处置质料物性的第一性道理合计战份子能源教模拟等，相闭工做宣告正在JACS，ACS Nano, Nano Energy，APL，JPCC等期刊上。孙志梅教授经暂处置质料电子挨算合计战份子能源教模拟钻研及相闭魔难魔难，正在半导体质料战下功能挨算质料的挨算与功能钻研中患上到了赫然下场。正在PNAS，Phys. Rev. Lett.，JACS，Nano Lett.，ACS Nano，Nano Energy，Appl.Phys. Lett.，Phys. Rev. B，Acta. Mater.等SCI期刊上宣告论文160余篇。

相闭文献推选：

比去多少年该团队正在两维晶体，MBene，MXene等圆里的文章推选：

1. Naihua Miao et.al., J. Am. Chem. Soc., 2018, 140 (7), pp 2417–2420.
2. Zhen Li et.al., Nano Energy, 43, 2018, 285-290.
3. Naihua Miaoet.al., J. Am. Chem. Soc., 2017, 139 (32), pp 11125–11131.
4. Zhonglu Guo et.al., J. Mater. Chem. A, 2017, 5 (45), 23530-23535.
5. Chen Si et.al., Nano Lett., 2016, 16 (10), pp 6584–6591.
6. Zhonglu Guo et.al., J. Mater. Chem. A, 2016, 4, 11446-11452.
7. Chen Si et.al., ACS Appl. Mater. Interfaces, 2015, 7 (31), pp 17510–17515.

本文由北京航空航天小大教孙志梅教授团队提供。

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