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研究院在二维磁性半导体研究取得新进展

2023年7月,武汉量子技术研究院何军有关二维磁性半导体的最新研究成果刊登Advanced Materials(《先进材料》)期刊在线发表。文章题目为“Phase Engineering of Two-Dimensional Spinel-Type Manganese Oxides”。

二维铁磁有序,长期以来根据Mermin-Wagner定理被认为很难存在,已经在一些二维磁性晶体中观察到,如CrI3,Cr2Ge2Te6,CrSe2和CrTe2,打开了探索磁传感和信息存储等新应用的大门。目前,大多数研究都集中在层状范德华磁性材料上,这种材料稳定性差,种类稀少。尖晶石氧化物具有良好的环境稳定性和丰富的磁性能。然而,各向同性键和紧密排列的非层状晶体结构使其二维生长具有挑战性,更不用说相工程了。因此,迫切需要一种简便的方法来实现二维非层状铁磁半导体的相可控制备。

在这里,我们首次报道了二维单晶尖晶石型金属氧化物的相控合成,并进一步证明了其铁磁性和半导体性质。(1) 为了突破上述限制,我们首次开发了一种范德华外延策略来合成相可控的高质量Mn3O4纳米片,所获得的四边形和六边形Mn3O4纳米片的厚度可以分别降低到7.1 nm和一个单胞厚度 (0.7 nm)。本文还首次系统地研究了相相关的微观结构和拉曼散射。(2) 磁性测量和理论计算揭示了一种典型的铁磁性半导体,表明二维Mn3O4在磁存储技术方面的潜力。(3) 得益于其超薄的几何结构,二维Mn3O4纳米片具有优异的紫外探测性能,具有0.126 pA/Hz1/2的超低噪声功率密度、良好的探测比和快速的响应时间,优于其他大多数已报道的一维和二维紫外光电探测器。更重要的是,这种通用而简便的方法将对其他可调材料体系的相工程产生启发。

研究院在二维磁性半导体研究取得新进展(图1)

该工作受到了国家重点研发计划、国家自然科学基金等项目的资助。

 

论文链接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adma.202304118