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甯波材料所在二維磁性材料領域取得新進展
日期:2019-04-29, 查看:25 字體大小:

      自二维磁性材料被成功制备以来,人们一直极度关注其磁性的调控。特别是对于双层CrI3而言,曾經有多篇文獻(Nature 546, 270 (2017); Science 360, 1214 (2018); Science 360, 1218 (2018); Nat. Mater. 17, 406 (2018))報道其具有層間反鐵磁序,並且在施加外場後,可以實現從反鐵磁性到鐵磁性的轉變,並觀察到巨大的隧穿磁阻。文獻報道稱,CrI3會在220K左右發生由溫度誘導的結構相變,由單斜相(高溫相)轉變成六方相(低溫相)。人們通常認爲類石墨烯堆垛六方相是低溫穩定結構,然而,研究團隊的密度泛函理論計算發現該結構的雙層CrI3具有穩定的層間鐵磁序,並非實驗上所發現的層間反鐵磁序。因此,雙層CrI3磁性相關的研究焦點之一在于確定其真實的材料結構及層間耦合機制。

  近期,中科院甯波材料所鍾志誠研究員團隊和中國人民大學季威教授團隊合作,基于第一性原理計算研究了雙層CrI3中的層間磁耦合機制,發現堆垛方式可以調控層間耦合形式,從而誘導出不同的層間磁基態:其中低溫相堆垛結構爲層間鐵磁序,而該工作預測的高溫相堆垛結構爲層間反鐵磁序。文章中還指出,在以往的實驗報道中,由于實驗樣品制備的原因,CrI3雙層結構會受到BN等襯底的限制,在降溫後並沒有發生結構轉變,而是保持了反鐵磁態的高溫相結構。該工作解決了最近一系列實驗中雙層CrI3層間反鐵磁序來源這個懸而未決的問題,提出了一種在弱非共價耦合極限下的磁耦合機制,並爲二維材料中利用堆垛的自由度調控磁性提供了可能。在審稿期間,該工作的預印本(arXiv:1806. 09274)已被引用十余次,部分理论预测最近分别被复旦大学吴施伟教授团队及瑞士巴塞尔大学(University of Basel)的P. Maletinsky教授团队的实验工作所证实(arXiv:1904.03577;Science 10.1126/science.aav6926 (2019))。

  上述工作于2019年4月1日以“Stacking tunable interlayer magnetism in bilayer CrI3”为题发表在Phys. Rev. B(Phys. Rev. B 99, 144401 (2019))(论文链接: https://journals.aps.org/prb/abstract/10.1103/PhysRevB.99.144401),并被编辑推荐为“Editors' Suggestion”。宁波材料所的博士后蒋沛恒和中国人民大学的博士生王聪为该论文的共同一作,宁波材料所的钟志诚研究员和中国人民大学教授季威为共同通讯作者。该工作得到了国家基金委、中国科学院、中国人民大学、中国博士后科学基金等的资助。该工作中的数值计算是在宁波材料所超算中心、中国人民大学高性能计算中心及上海超算中心进行。

 

(磁材事业部 蒋沛恒) 

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