衢州学院杨建辉Nanoscale：超薄二维Cr基MXene中的高磁阻效应

【引言】

某些金属或半导体的电阻值随外加磁场变化而变化的现象称为磁阻效应。其被广泛应用于磁传感、磁存储(磁卡、硬盘)等领域。艾尔伯·费尔和皮特·克鲁伯格也因为他们在巨磁电阻效应中的巨大贡献而获得了2007年诺贝尔物理学奖。然而，随着人们对电子器件的性能要求越来越高，尺寸要求越来越小，探索具有高磁阻效应的超薄磁性材料也成为一个重要方向。对传统磁阻材料Fe/MgO/Fe的研究表明，磁阻效应随着其厚度的减小而减小。因此，在降低材料厚度的同时仍保持较高的磁阻效应成为该领域的一个重要挑战。其次，在制备磁阻器件的同时保持稳定的金属氧化物界面也是另一个重要挑战。

【成果简介】

近日，衢州学院杨建辉博士与中科院宁波材料所陈亮课题组、山东师范大学王传奎课题组、以及河北大学王瑞宁课题组合作。利用密度泛函理论与非平衡态格林函数方法研究发现Cr基MXene可以作为一种理想的磁阻材料。杨建辉博士的前期研究表明单层双金属Cr基MXene(Cr₂TiC₂F₂)是一类反铁磁结构(Applied Physics Letters 109, 203109 (2016))。其在基态下，上下两层Cr原子层具有不同的自旋方向，中间的C原子层类似于绝缘层，整体结构与Fe/MgO/Fe的三明治结构非常相似，见图1。可以说是最薄的一类磁阻材料。基于非平衡态格林函数方法的电子输运计算结果显示在1.0 V电压作用下Cr基MXene的磁阻变化率超过了400%。并且体系的厚度仅为1nm左右，比目前使用的Fe/MgO/Fe三明治结构小近7倍。

图1. Cr₂CF₂结构俯视图与侧视图，以及Au/Cr基MXene/Au组成的磁阻器件示意图。

图2. 金电极作用下Cr基MXene的I-V曲线。

【小结】

准二维磁性材料在电子器件领域中具有非常大的应用前景。合理的设计与应用将使得目前电子器件的尺寸降低到原子级别。然而，这对相应的实验制备技术要求非常高。因此，该方向仍然需要广大科技工作者不停的努力。

论文链接：https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2018/nr/c8nr04978e#!divAbstract 

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