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钻石量子传感器首次揭示二维磁性材料奥秘

作者:千赢国际  来源:千赢国际  时间:2019-09-28 08:46  点击:


  钻石量子传感器定量测定了三碘化铬材料单个原子层的磁性能。结果表明,连续层中自旋的方向在层间交替变换。

  瑞士巴塞尔大学的物理学家们首次成功地在纳米尺度上测量出原子级薄的范德瓦尔斯材料的磁性能。他们使用了钻石量子传感器来确定三碘化铬这种材料的单个原子层的磁化强度。此外,他们还解释了这种材料的不寻常磁性能。研究结果已发表于《科学》杂志。

  应用原子级薄的二维范德瓦尔斯材料有望为科学技术的许多领域带来创新。世界各地的科学家都在不断探索将不同的单原子层堆叠起来的新方法,从而研究出具有独特特性的新材料。

  这些超薄的复合材料由范德瓦尔斯力结合在一起,性能表现通常有别于单一材料的块状晶体。原子级薄的范德瓦尔斯材料包括绝缘体、半导体、超导体和一些磁性材料。它们在自旋电子学或超灵巧磁内存介质中的应用前景广阔。

  到目前为止,还无法定量地或在纳米尺度上测定这些磁体的强度、排列和结构。而由巴塞尔大学物理系的PatrickMaletinsky教授带领的研究团队已经证明,在原子力显微镜中使用装有单电子自旋的钻石头非常适合这类研究。

  团队利用钻石色心的单个自旋作为传感器,开辟了一个全新领域。二维材料的磁性特质现在可以在纳米尺度上获得展示,甚至可以定量研究。

  利用这项技术,科学家们与日内瓦大学的研究人员合作,确定了三碘化铬(CrI3)单原子层的磁性特质。研究人员由此找到了如何解释这种材料的磁性特质的答案。

  三碘化铬是一种三维块状晶体,完全磁有序。然而,在原子层数很少的情况下,只有原子奇数层的堆叠才显示非零磁化,偶数层的堆叠具有反铁磁性,也就是说,没有被磁化。在此之前,科学家们不清楚是什么造成了这种“偶/奇效应”以及与块体材料的差异。

  Maletinsky教授的团队证明,这种现象是由于特定的原子层排列。在样品制备过程中,单个三碘化铬层之间会轻微地相互移动。由此产生的晶格间的张力意味着连续层的自旋不能沿同一方向排列;相反,自旋方向在层间交替变换。当层数为偶时,层间磁化强度相互抵消;层数为奇时,所测得的磁化强度与单层的强度相对应。

  然而,当释放堆栈中的张力时——例如,当刺穿样品被时——所有层的自旋可以在同一方向上对齐,就像在块状晶体中那样。这时,整个堆栈的磁化强度为各个层的总和。

  巴塞尔大学研究团队的成果不仅揭示了二维范德瓦耳斯磁性材料的重要特性,还展示了其具有创新性的量子传感器未来可以如何被用于研究二维磁性材料,为新兴电子元器件的发展做出贡献。(中国电科发展战略研究中心焦丛)返回搜狐,查看更多

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