张翔院士Nature重磅: 二维分子晶体本征铁磁性的发现！

【前言】

若在二维分子晶体中实现长程铁磁有序，结合材料本身优异的电学和光学性质，可推动其在磁性、磁电、磁光领域的发展。根据Mermin-Wagner定理，在二维体系中，长程有序磁性会受到热扰动的强烈抑制；然而，这些热扰动可通过磁各向异性进行抵消。早先研究主要基于缺陷、成分或是邻近效应，仅仅在局部或非本征的引入磁响应，没有得到明显的改善。

【成果简介】

美国加州大学伯克利分校的张翔院士（美国国家工程院院士、台湾中央研究院院士）、雷干城院士（美国国家科学院院士、美国艺术与科学学院院士）和Jing Xia（共同通讯作者）等人借助扫描磁光克尔显微镜揭示了Cr₂Ge₂Te₆原子层中本征的长程铁磁有序性。在这个软磁、二维分子铁磁体材料中，利用很小的磁场（小于0.3 T），首次实现了对转变温度（铁磁和顺磁状态间发生转变时的温度）的调控，与磁场下、三维体系材料转变温度的不敏感性有明显的对比。同时发现施加非常小的磁场时，较不施加状态的磁晶各向异性，将会导致更大的有效各向异性，开放更大的自旋波激发间隙。利用重整化的自旋波理论对所观察到的现象进行分析，推断在二维铁磁分子晶体中，转变温度与磁场间的关系是其本征的特异性。Cr₂Ge₂Te₆是一种近于理想的二维Heisenberg铁磁体，因而对于研究根本的自旋行为、打开新领域的研究如超集成型自旋电子设备有着很大的意义。相关研究成果于北京时间2017年4月27日发表于Nature期刊。

【图文解读】

图一、二维和三维体系自旋波激发的原理图示

图二、Cr₂Ge₂Te₆双分子层的铁磁性检测、薄层及块体Cr₂Ge₂Te₆晶体的温度-克尔旋转图

图三、6层分子Cr₂Ge₂Te₆晶体单畴铁磁滞回线

图四、薄层Cr₂Ge₂Te₆晶体中磁场调控转变温度

文献链接：Discovery of intrinsic ferromagnetism in two-dimensional van der Waals crystals（Nature，2017，DOI：10.1038/nature22060）

本文由材料人学术组大黑天供稿，材料牛编辑整理。

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