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JACS:人大程鵬課題組發(fā)現(xiàn)一種新型磁性二維材料FePd2Te2

來(lái)源:中國(guó)人民大學(xué)      2024-07-31
導(dǎo)讀:自2004年石墨烯帶來(lái)二維材料研究熱潮至今,人們研究的二維材料大多是化學(xué)數(shù)據(jù)庫(kù)里已知晶體結(jié)構(gòu)的固體材料,很少有全新晶體結(jié)構(gòu)的二維材料被發(fā)現(xiàn)。近日,中國(guó)人民大學(xué)的程鵬團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)一種具有全新晶體結(jié)構(gòu)的新型磁性二維材料FePd2Te2,并與程志海教授課題組、中科院強(qiáng)磁場(chǎng)科學(xué)中心鄭國(guó)林研究員團(tuán)隊(duì)和衢州學(xué)院楊建輝教授合作對(duì)其結(jié)構(gòu)與物性進(jìn)行深入研究,發(fā)現(xiàn)FePd2Te2是一個(gè)非常少見的具有面內(nèi)單軸各向異性的二維鐵磁金屬,并在一種特殊孿晶結(jié)構(gòu)作用下形成了有趣的面內(nèi)自旋紋理結(jié)構(gòu)。

可以被解理到少層并能保持長(zhǎng)程磁有序的二維材料無(wú)論對(duì)于基礎(chǔ)物理研究還是自旋電子學(xué)器件應(yīng)用都具有重要價(jià)值,在近年來(lái)成為科學(xué)界關(guān)注的熱點(diǎn)。目前被廣泛研究的磁性二維材料都或多或少具有一些諸如空氣敏感、大單晶制備困難、居里溫度低、磁各向異性弱等缺點(diǎn),因此積極探索具有優(yōu)異物性的新型磁性二維材料具有重要意義。

中國(guó)人民大學(xué)團(tuán)隊(duì)近日發(fā)現(xiàn)一種可制備厘米量級(jí)單晶的全新三元化合物FePd2Te2,。通過(guò)結(jié)構(gòu)解析和密度泛函理論計(jì)算發(fā)現(xiàn)這是一個(gè)具有Fe原子組成的準(zhǔn)一維Z型Fe鏈結(jié)構(gòu)的二維材料(圖1),機(jī)械剝離實(shí)驗(yàn)可以得到厚度低于5納米的少層薄片。磁化率、輸運(yùn)、比熱和中子散射實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,F(xiàn)ePd2Te2是一個(gè)居里溫度為183K的鐵磁金屬,具有沿著解理面內(nèi)方向的強(qiáng)單軸磁各向異性和大矯頑場(chǎng)的硬磁性,并且還表現(xiàn)出巡游磁性和強(qiáng)關(guān)聯(lián)電子行為(圖2)。有趣的是,掃描隧道顯微鏡實(shí)驗(yàn)在FePd2Te2中觀測(cè)到一種奇特的面內(nèi)準(zhǔn)一維Fe鏈轉(zhuǎn)角90度的孿晶結(jié)構(gòu)。并且在孿晶結(jié)構(gòu)和單軸磁各向異性共同作用下,F(xiàn)ePd2Te2在解理面內(nèi)形成一種非常少見的自旋紋理結(jié)構(gòu)(圖1)。綜合上述研究結(jié)果,F(xiàn)ePd2Te2首先是一種空氣穩(wěn)定、可制備大尺寸單晶的新型磁性二維材料,為二維磁性領(lǐng)域的研究提供了一個(gè)嶄新的材料平臺(tái)。并且它奇特的一維與二維交織的晶體結(jié)構(gòu)、面內(nèi)單軸各向異性以及孿晶控制的自旋紋理結(jié)構(gòu),預(yù)示著未來(lái)在其中探索新奇量子現(xiàn)象和實(shí)現(xiàn)自旋電子學(xué)器件應(yīng)用的重要價(jià)值。    

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圖1:FePd2Te2的晶體結(jié)構(gòu)、晶體照片及STM顯示的Fe鏈及孿晶結(jié)構(gòu)。 

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圖2:FePd2Te2塊體的磁性質(zhì)和薄層樣品的反常霍爾效應(yīng)。      

相關(guān)研究成果以“FePd2Te2: An Anisotropic Two-Dimensional Ferromagnet with One-Dimensional Fe Chains”為題發(fā)表在2024年7月24日在線出版的《美國(guó)化學(xué)會(huì)志》[J. Am. Chem. Soc., 2024  DOI: 10.1021/jacs.4c04910]上。物理學(xué)系程鵬副教授、程志海教授和強(qiáng)磁場(chǎng)中心鄭國(guó)林研究員為論文的共同通訊作者。物理學(xué)系博士生史秉賢為論文第一作者,物理學(xué)系博士生耿燕燕、強(qiáng)磁場(chǎng)中心博士生王恒寧和衢州學(xué)院楊建輝教授為論文共同第一作者,論文其他合作者還包括中國(guó)原子能科學(xué)研究院郝麗杰研究員團(tuán)隊(duì)和中國(guó)人民大學(xué)物理學(xué)系中子團(tuán)隊(duì),論文鏈接:https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.4c04910

程鵬博士簡(jiǎn)介

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程鵬,中國(guó)人民大學(xué)物理學(xué)系副教授。2011年于中科院物理所取得博士學(xué)位,2013年在德國(guó)慕尼黑工業(yè)大學(xué)FRM2反應(yīng)堆做訪問(wèn)科學(xué)家,2011年8月起就職于中國(guó)人民大學(xué)。2019年建設(shè)完成國(guó)內(nèi)首臺(tái)冷中子三軸極化譜儀“行知”并負(fù)責(zé)譜儀的運(yùn)行。主要研究方向?yàn)槔弥凶由⑸鋵?shí)驗(yàn)手段研究非常規(guī)超導(dǎo)、二維磁性、量子磁性材料中的奇異物性。在包括Nature子刊、Phys. Rev. Lett., J. Am. Chem. Soc., Appl. Phys. Lett., Phys. Rev. B等期刊發(fā)表SCI論文60余篇,文章總被引次數(shù)超過(guò)2800次。


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