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可以被解理到少層并能保持長程磁有序的二維材料無論對于基礎物理研究還是自旋電子學器件應用都具有重要價值，在近年來成為科學界關注的熱點。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，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。

中國人民大學團隊近日發(fā)現(xiàn)一種可制備厘米量級單晶的全新三元化合物FePd₂Te₂，。通過結(jié)構解析和密度泛函理論計算發(fā)現(xiàn)這是一個具有Fe原子組成的準一維Z型Fe鏈結(jié)構的二維材料（圖1），機械剝離實驗可以得到厚度低于5納米的少層薄片。磁化率、輸運、比熱和中子散射實驗結(jié)果表明，F(xiàn)ePd₂Te₂是一個居里溫度為183K的鐵磁金屬，具有沿著解理面內(nèi)方向的強單軸磁各向異性和大矯頑場的硬磁性，并且還表現(xiàn)出巡游磁性和強關聯(lián)電子行為（圖2）。有趣的是，掃描隧道顯微鏡實驗在FePd₂Te₂中觀測到一種奇特的面內(nèi)準一維Fe鏈轉(zhuǎn)角90度的孿晶結(jié)構。并且在孿晶結(jié)構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（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，為二維磁性領域的研究提供了一個嶄新的材料平臺。并且它奇特的一維與二維交織的晶體結(jié)構、面內(nèi)單軸各向異性以及孿晶控制的自旋紋理結(jié)構，預示著未來在其中探索新奇量子現(xiàn)象和實現(xiàn)自旋電子學器件應用的重要價值。    

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

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

相關研究成果以“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《美國化學會志》[J. Am. Chem. Soc., 2024  DOI: 10.1021/jacs.4c04910]上。物理學系程鵬副教授、程志海教授和強磁場中心鄭國林研究員為論文的共同通訊作者。物理學系博士生史秉賢為論文第一作者，物理學系博士生耿燕燕、強磁場中心博士生王恒寧和衢州學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原子能科學研究院郝麗杰研究員團隊和中國人民大學物理學系中子團隊，論文鏈接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.4c04910

程鵬博士簡介

程鵬，中國人民大學物理學系副教授。2011年于中科院物理所取得博士學位，2013年在德國慕尼黑工業(yè)大學FRM2反應堆做訪問科學家，2011年8月起就職于中國人民大學。2019年建設完成國內(nèi)首臺冷中子三軸極化譜儀“行知”并負責譜儀的運行。主要研究方向為利用中子散射實驗手段研究非常規(guī)超導、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2800次。