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許曉棟Nature: 二維分子晶體鐵磁性重大發現！

2017-06-08 14:32:55 作者：本網整理來源：材料人分享至：

【引言】

石墨烯的出現，隨之而來的二維材料家族不斷擴大，它們都展現出很好的電學性質。為了擴寬它的性能，還可以添加一些具有自旋-谷耦合的半導體、可以轉變為量子金屬的Ising超導體、具電荷密度波可調的Mott絕緣體和可以邊緣傳輸的拓撲半導體等附加物。然而，目前還沒有發現具有本征磁性的二維晶體（除了同期刊登的張翔院士研究成果），這種晶體在傳感和數據存儲方面有著很大的應用前景。理論上，在二維各向同性、特定溫度滿足Mermin-Wagner定理的Heisenberg模型中，磁性有序是受到限制的。磁各向異性消除了這些限制，使得二維Ising鐵磁性能夠實現。

【成果簡介】

華盛頓大學西雅圖分校的許曉棟和麻省理工學院的Pablo Jarillo-Herrero（共同通訊作者）等人利用磁域觀測顯微鏡證實了單層CrI3二維材料為Ising鐵磁體，具有面外的自旋取向。居里溫度為45K，僅些微的低于塊體材料（61K），這與弱的夾層耦合相對應。并且，研究發現受層數影響的磁性相，表明在分子晶體中受厚度影響的物理性質。雙層CrI3具有變磁性效應，展現出受抑制的磁性，而三層CrI3中夾層的鐵磁性則被修復。這項研究為揭示材料中不同尋常的原子級特性進而研究材料的磁性，如電調控的磁電子學、范德華力引起的界面效應等都提供了研究基礎。以上研究成果以“Layer-dependent ferromagnetism in a van der Waals crystal down to the monolayer limit”為題與張翔院士以“Discovery of intrinsic ferromagnetism in two-dimensional van der Waals crystals”為題的研究成果（材料牛資訊詳戳張翔院士Nature重磅：二維分子晶體本征鐵磁性的發現！）一起背靠背刊登在2017年6月8日出版的Nature上。同期，賓夕法尼亞大學的Nitin Samarth教授為該成果撰寫了題為“Condensed-matter physics: Magnetism in flatland”的新聞評述（Nature，2017，DOI：10.1038/546216a）。

【圖文導讀】

圖一、塊體CrI3的晶體結構、層厚度鑒別和磁光Kerr效應（MOKE）