生長穩(wěn)定的超薄磁鐵

萊斯大學(xué)的研究人員簡化了一種獨特的，近乎二維形式的氧化鐵的合成，該氧化鐵具有強磁性，易于堆疊在其他2D材料上。

這種材料， 氧化鐵(III)，有望成為外來納米級結(jié)構(gòu)的構(gòu)建模塊，可用于 自旋電子 器件，電子或存儲應(yīng)用，不僅利用電子電荷而且利用其 自旋狀態(tài)。

Rice的布朗工程學(xué)院 和 Wiess自然科學(xué)學(xué)院的研究人員在 化學(xué)學(xué)會期刊Nano Letters 上報道說 ，他們通過簡單的化學(xué)氣相沉積制造了氧化物薄片 。薄片很容易從其生長基質(zhì)上轉(zhuǎn)移，并在室溫下長期保持其磁性。

“氧化鐵并不是什么新鮮事，”賴斯材料科學(xué)家兼聯(lián)合首席調(diào)查員 鈞婁說。“但這個ε階段非常罕見。在 外延生長 (其中晶體與表面的原子結(jié)構(gòu)對準(zhǔn))中，鍵合很強并且晶體難以轉(zhuǎn)移。但是這種晶體結(jié)構(gòu)的一個特征是它與襯底的相互作用相對較弱。你可以拿起它并把它放在不同的東西上。“

“像這樣的超薄磁性材料，其磁性能保持在室溫，并且可以通過堆疊與其他材料結(jié)合在一起，這是非常令人興奮的，”萊斯物理學(xué)家 Doug Natelson說，他是Lou和Lou Crooker of Los 的聯(lián)合首席研究員 阿拉莫斯實驗室。“這將是一個很好的試驗場，可以看到磁性屬性如何跨界面發(fā)揮作用，這是與未來信息技術(shù)相關(guān)的一個重要方面。”

Lou說這種材料在技術(shù)上不是2D，因為棱柱狀的 正交晶體原子結(jié)構(gòu)賦予晶格不尋常的特性。“但基本上，它具有2D磁鐵的所有功能，”他說。

他說， 到目前為止發(fā)現(xiàn)的其他2D磁性材料有兩個負(fù)面特征：它們的 居里溫度遠(yuǎn)低于室溫，這意味著材料需要冷卻以保持其磁效應(yīng)，或者材料在結(jié)構(gòu)上不穩(wěn)定并且在環(huán)境條件下快速分解。

“我們的材料既沒有這些問題，”婁說。“它是空氣穩(wěn)定的，居里溫度略高于室溫。如果我們測試一年前我們成長的材料，它仍然表現(xiàn)出同樣的行為。“

如果材料和冰箱磁鐵一樣厚，它也會粘住。“磁效應(yīng)非常強，大約300 毫特斯特拉，”盧說。“但這種材料不能大量存在。它將逐步淘汰其他類型的氧化物。“

ε-氧化鐵(III)將氧原子(藍(lán)色)和鐵原子(其他一切)結(jié)合到具有磁性的晶格中，與其他氧化鐵不同，其在室溫下保持穩(wěn)定。這使得近2D材料成為與其他原子厚材料結(jié)合用于新穎電子和自旋電子應(yīng)用的良好候選材料。江元元的插圖

研究人員在二氧化硅和云母基板上生長出厚達(dá)5.1納米的光滑薄片。他們成功地測試了它通過弱范德華力與石墨烯結(jié)合的能力。在洛斯阿拉莫斯(Los Alamos)測量的薄片磁性在室溫下穩(wěn)定，磁場在200到400毫特斯拉之間。該研究是 由Lou，Natelson和Rice化學(xué)家Gustavo Scuseria 提出的跨學(xué)科Rice IDEA提議的結(jié)果。 研究二維材料的磁性。他們計劃將氧化物與更多2D材料結(jié)合起來，以了解其磁場如何影響異質(zhì)結(jié)構(gòu)的特性。“這種界面耦合過程對我們來說非常有趣，”Lou說。