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Si衬底上外延生长单层铁磁材料
栏目:成果推介 发布时间:2020-07-27
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二维磁性材料在传感和数据存储方面有着很好的应用前景。结合材料本身优异的电学和光学性质,对二维磁性材料进行器件加工,可推动磁电领域、磁光探测器等的发展。


项目负责人


李绍春
南京大学物理学院
教授/博士生导师
研究方向:单层铁磁材料


一、研究背景
   二维磁性材料在传感和数据存储方面有着很好的应用前景。结合材料本身优异的电学和光学性质,对二维磁性材料进行器件加工,可推动磁电领域、磁光探测器等的发展。早前,研究人员通过在非磁性二维层状材料中引入缺陷或利用近邻效应来诱导磁性。直到最近,本征的二维铁磁性才在CrI3和Cr2Ge2Te6单层中首次被发现,掀起了二维材料磁性研究的热潮。
目前为止,大多数的二维铁磁材料都是通过机械剥离法获得,其厚度和尺寸均不易控制。考虑到外延生长的单层薄膜的表面均匀性、厚度可调性,以及与成熟的硅技术集成的重要性;直接在Si衬底上生长出铁磁性单层薄膜对于器件设计和应用方面有着重大意义。
二、项目概述

实现在Si衬底上生长单层铁磁材料及其铁磁性质的测量。课题组利用分子束外延(MBE)技术,在两个原子层厚的Sn缓冲层的辅助下,在Si衬底上生长出了单层和少层的MnSn薄膜,且薄膜的厚度完全可控;并通过扫描隧道显微镜(STM)表征和密度泛函理论(DFT)计算,确定了MnSn单层的晶体结构。不同于以往报道的MnSn块材,这是一种全新的结构。磁性测量(SQUID)结果表明,单层MnSn具有铁磁性,并且易磁化轴位于面内,在54 K左右发生铁磁-顺磁转变;当MnSn的厚度增加到4层时,磁各向异性消失,铁磁转变温度增加到∼235 K。
三、技术特点

1.  实现了在Si衬底上外延生长出铁磁性MnSn单层;

2.  MnSn薄膜表面均匀;

3.  实现了MnSn薄膜厚度的可控可调;

MnSn薄膜的磁性表现出明显的厚度依赖性,单层铁磁转变温度为∼54 K,4层达到∼235 K。
四、应用领域和市场前景

1.  可以用于基于硅基技术的磁存储器;

2.  用于低功耗自旋电子学器件的探索和研发。

南京大学深圳研究院联系方式:

白老师:0755-61865676-8022,bai040302@njusz.com

许老师:0755-61865676-8033,xu040202@njusz.com