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稀有氧化铁可与二维材料结合用于电子 自旋电子

发布时间:Mar 09, 2019         已有 人浏览

  莱斯大学的研究人员简化了一种独特的,近乎二维形式的氧化铁的合成,该氧化铁具有强磁性,易于堆叠在其他二维材料上。

  这种材料,氧化铁(III),有望成为外来纳米级结构的构建模块,可用于自旋电子器件,电子或存储应用,不仅利用电子电荷而且利用其自旋状态。

  Rice的布朗工程学院和Wiess自然科学学院的研究人员在美国化学学会期刊Nano Letters上报道说,他们通过简单的化学气相沉积制造了氧化物薄片。薄片很容易从其生长基质上转移,并在室温下长期保持其磁性。

  “氧化铁并不是什么新鲜事,”赖斯材料科学家兼联合首席调查员钧娄说。“但这种相是非常罕见的。在外延生长中(晶体与表面的原子结构对齐),键合很强,晶体很难转移。但这种晶体结构的一个特点是它与基材的相互作用相对较弱。你可以把它拿起来放在不同的东西上。“

  图示显示了-铁(III)氧化物的结构,这是一种原子级薄的材料,其稳定,可堆叠,并且与其他铁氧化物不同,在室温下保持其独特的磁性。图片来源:江潭源

  “像这样的超薄磁性材料,其磁性能保持在室温,并且可以通过堆叠与其他材料结合在一起,这是非常令人兴奋的,”莱斯物理学家Doug Natelson说,他是Lou和Lou Crooker of Los的联合首席研究员阿拉莫斯国家实验室。“这将是一个很好的试验场,可以看到磁性属性如何跨界面发挥作用,这是与未来信息技术相关的一个重要方面。”

  Lou说这种材料在技术上不是2-D,因为棱柱状的正交晶体原子结构赋予晶格不寻常的特性。“但基本上,它具有二维磁铁的所有功能,”他说。

  他说,到目前为止发现的其他二维磁性材料有两个负面特征:它们的居里温度远低于室温,这意味着材料需要冷却以保持其磁效应,或者材料在结构上不稳定并且在环境条件。

  “我们的材料既没有这些问题,”娄说。“它是空气稳定的,居里温度略高于室温。如果我们测试一年前我们种植的材料,它仍然表现出相同的行为。”

  -氧化铁(III)将氧原子(蓝色)和铁原子(其他一切)结合到具有磁性的晶格中,与其他氧化铁不同,其在室温下保持稳定。这使得近2D材料成为与其他原子厚材料结合用于新颖电子和自旋电子应用的良好候选材料。图片来源:江潭源

  如果材料和冰箱磁铁一样厚,它也会粘住。“磁效应非常强,大约300毫特斯特拉,”卢说。“但这种材料不能大量存在。它将逐渐从中逐渐转变为其他类型的氧化物。”

  研究人员在二氧化硅和云母基板上生长出厚达5.1纳米的光滑薄片。他们成功地测试了它通过弱范德华力与石墨烯结合的能力。在洛斯阿拉莫斯(Los Alamos)测量的薄片磁性在室温下稳定,磁场在200和400毫特斯拉之间。

  该研究是由Lou,Natelson和Rice化学家Gustavo Scuseria提出的跨学科Rice IDEA提议的研究结果,旨在研究二维材料的磁性。他们计划将氧化物与更多的二维材料结合起来,看看它的磁场如何影响异质结构的性质。“这种界面耦合过程对我们来说非常有趣,”Lou说。

  现任西北大学博士后研究员,现任新墨西哥州洛斯阿拉莫斯国家高磁场实验室的Andrew Balk的稻米校友江潭媛是这项研究的共同主要作者。共同作者是助理研究教授华国,研究生齐一仪和赵选汉,本科生Sahil Patel和赖斯共享设备管理局研究专家Tanguy Terlier。Crooker是国家高磁场实验室的技术人员。Natelson是物理学和天文学,电气和计算机工程以及材料科学和纳米工程的教授。Lou是材料科学,纳米工程和化学的教授。

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