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铬锗碲超薄晶体中发现首个单原子厚二维磁体

时间:2018-07-27  已阅读过:次

《自然》杂志刊登了单原子厚二维(2D)材料方面取得的突破性成果:美国科学家利用三碘化铬研制出首个真正的2D磁体。新磁体不仅能用于之前不可能完成的物理实验,验证磁学基本理论,还能用于研制新型数据存储装置和量子计算机。

新研究由麻省理工学院从事凝聚态物质研究的物理学家帕布罗·嘉瑞罗-埃雷罗与华盛顿大学光电子学研究人员徐晓东(音译)合作完成。嘉瑞罗-埃雷罗团队负责生成三碘化铬晶体并剥离出单层和多层结构,徐晓东实验室利用超灵敏磁强仪对这些层状结构进行研究。

曾有研究团队发表论文称,他们在铬锗碲超薄晶体中观察到了磁性。但这种超薄晶体是多层结构,而只有单层结构材料保持磁性,才是真正的首个2D磁体。

在这项新实验中,研究人员将三碘化铬作为制作2D磁体的首选,在于其具有三个重要特性:首先,三碘化铬晶体包含许多叠层,层级间好像“透明胶带”一样相互隔开,2D层状结构容易获得;其次,该化合物是一种铁磁性材料,其内电子自旋方向整齐划一,能像冰箱磁贴一样产生永久磁性;最后,三碘化铬还具有各向异性,这一特性使得其内电子一直沿着与晶体表面垂直的方向自旋。

他们因此推测,将三碘化铬晶体剥离成单层原子后仍能保持磁性。磁强计检测结果验证了他们的推测——在比绝对零度(-273.15℃)高很多的-228℃下,单原子层三碘化铬确实能保持磁性,真正的2D磁体终于问世。

利用2D磁体将可以开展前所未有的实验,比如,将2D磁体与2D超导体层叠在一起,检测到底是超导性会破坏磁性,还是磁性会破坏超导性,而这些实验很有可能带来重要的物理学新发现。另外,一旦实现在室温下操作,这些2D磁体还能广泛应用于电子产品中。


 

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