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王以林教授团队在电控磁效应调控二维磁性材料物性研究中取得新进展

发布日期:2022-05-06点击:

近日,微电子学院王以林教授课题组与合作者在电学调控二维反铁磁材料磁相变的研究方面取得新进展,相关工作以“Variation between Antiferromagnetism and Ferrimagnetism in NiPS3by Electron Doping”为题发表在Wiley出版集团旗下Advanced Functional Materials。论文链接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202112750

二维磁性材料由于其超薄厚度和弱层间范德华相互作用,其磁性能如居里温度(奈尔温度)、磁各向异性、矫顽力等可以通过载流子浓度、层间距、应力应变、界面等多种手段进行调控。利用纯电学手段操控磁性是自旋电子学器件走向应用的重要途径,其中载流子浓度调控是常用的有效调控手段。静电掺杂和离子液体调控载流子浓度的有效深度较小,主要作用于薄层材料。然而,对于层内反铁磁材料,例如MPX3(M = Mn, Fe, Ni; X = S, Se),由于其净磁矩为零,MPX3磁性能的探测一般基于块体材料。因此,电控磁效应调控MPX3磁性的研究充满挑战。

为调控MPX3体材料的载流子浓度且不引入缺陷和杂质等,王以林教授课题组利用有机阳离子插层技术,将各种类型有机阳离子插入到MPX3的范德瓦尔斯层间,利用插层离子与每层材料间的电荷转移系统地调控其中的载流子浓度,进而调控其磁性能。他们发现在适当的电子掺杂浓度下(~1.5 - 4×1013cm-2),NiPS3的基态由反铁磁序转变为亚铁磁序(AFM-FIM相变),且Tc高达100 K。他们与物理学院刘晓辉教授课题组合作,通过理论计算结果提出电子掺杂诱导的AFM-FIM相变是由于Stoner效应和超交换作用之间的竞争导致的。

该工作为电控磁效应调控范德华磁体的磁性能提供了一种有效方法,并为研究范德华磁体的电子结构与磁性能之间的关联以及设计新型自旋电子器件提供了新的途径。我院19级博士生弭孟娟、物理学院博士生郑兴稳、晶体材料研究所博士生王世磊为文章共同第一作者,文章合作者还有中山大学沈冰副教授、中科院苏州纳米所纳米真空互联实验站(Nano-X)李坊森副研究员和物理学院柏利慧教授,晶体材料研究所王善朋教授、物理学院陈延学教授和刘晓辉教授、我院王以林教授为共同通讯作者。该研究工作得到了国家自然科学基金、山东省自然科学基金、广东省自然科学基金、山东大学齐鲁青年学者计划等项目的资助。

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