С момента открытия графена в 2004 году исследования двумерных материалов начали входить в поле зрения ученых. На сегодняшний день исследователи обнаружили, по крайней мере, десятки двумерных материалов с совершенно разными свойствами, включая изоляторы, полупроводники и металлы. Команда профессора Чжан Юаньбо (Zhang Yuanbo) из факультета физики Фуданьского университета сделала большой прорыв в области двумерных магнитных материалов, открыв новый тип магнитного двумерного материала Fe3GeTe2, который предлагает совершенно новую идеальную систему для изучения двумерного круизного магнетизма. Кроме того, с помощью литий - ионной интерполяции команда получила температуру ферромагнитного перехода выше комнатной температуры в тонком слое Fe3GeTe2, что открывает новые возможности для будущих исследований и разработок магнитоэлектронных устройств с сверхвысокой плотностью, регулируемым затворным давлением и доступной комнатной температурой на основе этого материала.

22 октября (по лондонскому времени) исследование проводилось с использованием « ферромагнетизма комнатной температуры, регулируемого давлением решетки в двумерном железе германия и теллура».

（“Gate-tunable Room-temperature Ferromagnetism in Two-dimensional Fe3GeTe2”） Тема опубликована в академическом журнале Dingji « Nature» (Nature). Чжан Юаньбо, профессор кафедры физики Фуданьского университета, является автором диссертации, Дэн Юйцзюнь, докторант кафедры физики 2016 года, и Юй Ицзюнь, докторантура, является соавтором диссертации.

Наряду с успешным разделением графита - графена, одноатомного слоя, была официально предложена концепция двумерного материала. Плита, состоящая только из одного слоя атомов углерода, это графен. Графен как двумерный материал, соответствующий материнскому материалу, является графитом, то есть слоистым материалом, который двухмерный материал накапливается в результате взаимодействия Ван дер Валса между слоями. С 1970 - х годов слоистые материалы привлекают большое внимание из - за исследований в таких областях, как волны плотности заряда, сверхпроводимость и литиевые батареи. Готовить для изучения небольшие ячейки в слоистом материале - один слой - это все равно, что открывать книгу и внимательно изучать одну из страниц. Углубленное изучение двумерных материалов, скорее всего, не только поможет нам разгадать загадки этих слоистых материнских материалов, но и позволит нам обнаружить физику, которая не существует в трехмерной системе. Более важным моментом является то, что все атомы двумерного материала подвергаются воздействию поверхности, а части, которые не были спрятаны « телом», легче регулировать, чем трехмерные материалы.

В последние годы магнитные двумерные материалы стали новой горячей точкой для исследований. Исследователи использовали изолированные слоистые магнитные материалы Cr2Ge2Te6 и CrI3 в качестве объектов исследования, используя оптические средства для обнаружения двумерных магнитов в материале. Однако эти материалы изолированы, а температура ферромагнитного перехода намного ниже комнатной температуры, что создает большие препятствия для подготовки и применения электронных устройств.

Основываясь на предыдущих исследованиях, команда Чжан Юаньбо использовала металлические слоистые материалы в качестве объекта исследования, после двух лет исследований, до года непрерывных экспериментов, в конечном итоге получила новый тип двумерного магнитного материала Fe3GeTe2. Эксперименты команды Чжан Юаньбо показали, что однослойный Fe3GeTe2 по - прежнему имеет длинную ферромагнитную программу и внешнюю магнитную анизотропию при низких температурах. Что еще более важно, команда Чжан Юаньбо использовала свою собственную технологию, используя литий - ионную вставку тонкого слоя Fe3GeTe2, чтобы повысить температуру ферромагнитного перехода образца выше комнатной температуры, что дает возможность для будущего производства электронных устройств из этого материала.

Новая идея: новый метод обработки образцов　　

В области двумерных материалов традиционный метод очистки ленты является широко используемым способом очистки слоистых материалов для подготовки одного слоя. Метод кливации ленты, который использовался академическим сообществом более десяти лет, очень эффективен, но также очень прост и примитивен с неизбежными недостатками. Таким образом, количество материалов, которые могут быть обработаны таким образом, невелико, а способность к расчистке ограничена. Для исследовательских групп, чтобы получить один слой изучаемого двумерного магнитного материала или даже расширить его до многих других неизвестных двумерных материалов, необходимо прорваться через традиционные методы для изучения новых путей.

После кропотливых поисков и постоянных экспериментов команда Чжан Юаньбо разработала новый метод обработки образцов - однослойные образцы, используя сильную адгезию между оксидом алюминия и Fe3GeTe2, а также большую площадь контакта. Этот метод обладает высокой эффективностью подготовки и способностью к кливации, а также предоставит новые методы и исследовательские идеи для эффективной работы с другими слоистыми материалами, которые имеют аналогичную сложность для кливации Fe3GeTe2. Именно открытие нового метода расчистки позволило исследовательской группе продолжить изучение свойств электрической передачи этого магнитного двумерного материала.

Описание: a: Атомная структура однослойного Fe3GeTe2. b: Схема нового метода механической очистки с использованием оксида алюминия. c: Фаза Fe3GeTe2 о толщине и температуре. d: Магнитность при комнатной температуре тонкого слоя Fe3GeTe2.

По словам Чжан Юаньбо, новый магнитный двумерный материал Fe3GeTe2, обнаруженный в этом исследовании, предоставит ученым возможность в будущем разрабатывать магнитные электронные устройства с сверхвысокой плотностью, регулируемым затворным давлением и доступной комнатной температурой на основе этого материала, а недавно обнаруженный метод двухмерной обработки материала расширит новые идеи для будущих исследований двумерных материалов.

« Фундаментальные исследования не ориентированы на применение, а изучают различные возможности. Новые материалы, новые свойства являются отправной точкой для наших исследований», - сказал Чжан Юаньбо. Для исследовательских групп есть еще больше возможностей в будущем, ожидая, что они откроют и исследуют.