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室溫鐵磁性半導體找到新獲得途徑

來源:  科技日報       作者:喬地      發布時間:2021-9-1 17:42  |  

如何獲得室溫鐵磁性半導體,是量子計算、高頻器件、高密度信息存儲的一個重要環節。國際權威期刊《Nano Today》近日刊文顯示,鄭州大學許群教授課題組利用CO2在非范德華力晶體孔道內構建強內應力場,成功制備出具有室溫響應的二維鐵磁性VO2。

許群介紹,面對更先進的信息技術需求,在更高集成度、更高快速響應、更低功耗等方面對電子器件有更高的要求。二維鐵磁材料由于其少層原子層厚度和可控的電子自旋,已成為下一代自旋電子器件的研究熱點。

他說,現有非磁性二維材料中誘導磁矩是通過調節應變、邊緣結構或缺陷工程來引入電荷載流子,這些都集中在外部誘導磁響應上,如何突破傳統制備模式并深刻理解二維鐵磁材料的本征特性極具重要意義。

過渡金屬氧化物VO2表現出許多新的物理現象,如金屬-絕緣體轉變和室溫鐵磁性。在強相關過渡金屬氧化物(TMOs)材料中,d層和f層電子其自由度(自旋、電荷和軌道矩)的相互作用使得結構和磁性對溫度、壓力和組分等參數的微小變化非常敏感,然而多數情況,來自外部誘導的局部磁矩非常弱,并且產生的磁性通常只關聯表面少數原子。因此相較于缺陷工程,如何打破序參量的對稱性,在材料中創造新的表面或誘導晶體到無定形的轉變,進而產生本征磁各向異性,是一個有效的路徑。

許群教授課題組提出一種CO2誘導相變工程策略,將非范德華體相VO2成功轉化為室溫響應的2D鐵磁體。引入的CO2不僅可以引發材料表界面相變,還可以在VO2的晶格孔道中產生強大的內力場,由此導致的共價鍵選擇性斷裂,將三維VO2晶體轉化為二維納米片,最終獲得“鎖定”的亞穩相的2D拓撲結構并表現出顯著增強的室溫鐵磁響應。該研究工作為二維非范德華鐵磁體的制備開辟了一條新途徑,同時對CO2在晶體孔道中產生的內應力及其關聯亞穩相產生的機理進行了探討,為進一步拓展超臨界CO2在構筑新型納微結構上的應用奠定了實驗和理論基礎。該工作得到了國家自然科學基金、鄭州大學一流學科計劃等項目的支持。

(編輯:于思洋

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